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看看日本的旋压工艺怎么样?

文/凤巢

?【编者按】钢桶生产中的很多成形工艺,其实都是旋压技术原理的具体应用。比如波纹滚压、滚压翻边、卷边封口、桶口缩颈等等,以前有的小型制桶厂因为没有冲床,桶底顶的成形也是用旋压技术成形的。但是因为种种原因,我们制桶人对旋压技术缺乏深度的了解。今天,我们为大家带来了比较全面的旋压技术的普及知识,让大家了解一下。如有什么问题,欢迎来信咨询和讨论。

以后有机会,我们将从理论的深度,介绍钢桶制造工艺中的旋压技术的具体应用。今天,我们就先来点感性认识。


旋压工艺就是巧妙使用被称作“赶棒”的条状工具对紧贴模具的高速旋转中的金属板加压,将金属板塑型成各种筒状产品的加工工艺。加工精确度到0.1mm,金属板在大师级技工手中渐变为所定产品形状的精湛技术可谓是登峰造极。“旋压工艺”这种金属加工工艺很大程度上依赖于大师级技工的手工作业。

今天就带大家走进日本北岛拉深制作所,看看他们的旋压工艺如何?

使用的材质包括铁、铝、不锈钢、铜、黄铜等金属材料的旋压加工业务。有时候也会进行黄金、白银、白金等贵金属的加工。另外最近被称为稀有金属的钼、钨、钽、钛等硬度较高的金属加工委托业务也在不断增加。从饮料罐样品到人造卫星设备、飞机、半导体制造装置的零部件、再到巨大的卫星天线等,他们承接大大小小各种零件的旋压加工业务。

北岛拉深制作所正在制作抛物面天线

旋压工艺首先是将金属板坯切割为圆形。接着将这块圆形金属板和模具安装在旋压机床上,让它们一起高速旋转,一边抹润滑剂,一边用“赶棒”对金属板推压使其紧贴模具以完成塑形加工。

开始旋压工艺之前,先用一种叫做圆盘剪的机器把金属板坯切割成圆形。

集中全身的每一根神经,边移动两腿交替承受体重边用赶棒向坯料均衡施压使其成形。

一边调整赶棒支点的按钮位置,一边用赶棒小心翼翼地进行操作。

在制作所里我们看到了如此巨大的模具,还看到了最里面的木制模具。

成形件中的大型卫星天线

加工过程中需要多次根据敲击金属板坯时发出的声音及从“赶棒”处传来的感觉,来判断板坯是否依照模具完美成形。如果一下子用力过度会导致产品报废,所以大师级技工们在进行旋压工艺时全身的每一根神经都需高度集中,一边用两腿交替承受体重一边用“赶棒”对板坯均匀施压。

左:时而喷涂润滑蜡,时而用赶棒对金属板坯施压使其瞬间成形
右:采用旋压工艺将钽金属板坯塑形加工成坩埚的场景

上文我们对旋压成型操作流程有了一定了解,下面来从北岛拉深制作所的角度看看他们旋压工艺的理解:

 

01

旋压工艺与冲压机加工的不同之处

 

因为金属具有弹性,变形后还是会恢复原状。因此,即使试图将坯料紧贴模具使其成形,也会因为金属的这种特性导致轻微的成形不良。相比“旋压工艺”的均衡施压缓慢成形,冲压机加工时坯料局部受力,所以这种倾向更为明显。因此对成品精度要求很高的金属加工来说只有“旋压工艺”才能实现。

此外,两种工艺相比加工所需的模具数量也不同。冲压机加工是将坯料夹在一对模具中间进行加工,所以永远都需要成对的模具。而“旋压工艺”只需一个模具就可以了,因而降低了模具成本。这就是为什么在样品加工等少量生产上多采用“旋压工艺”的原因。不过从生产性的角度来看,冲压机加工更为有利。在对精度要求不那么高的大批量生产上,北岛拉深制作所也同时采用自动旋压机和冲压机进行加工。

 

02

旋压工艺难在哪里

 

当对厚度极薄的板坯(0.1mm左右)进行加工时,用“赶棒”轻轻一加压就可能造成目标位置以外部分的变形,因而作业必须慎之又慎。反之,有些材质的金属板坯厚度超过5mm时则需要加大力度。尤其是当对又硬又厚的金属板进行加工时,如果用“赶棒”施加很大的压力,很可能会导致支撑“赶棒”的下端(杠杆的支点)破损,或者“赶棒”的尖头部位因无法承受力道而损坏。

此外,由于“旋压工艺”是向金属板均衡加压使其延伸的加工工艺,仅用“赶棒”使金属板塑形为又长又大的产品则需要极其高超的技术。旋压工艺进行的操作需要凭感觉,所以成形产品显露个性。无论是多么熟练的大师级技工,当身体状态不好时,都不可避免会对产品的成形效果产生影响。

 

03

敢于尝试和挑战,产品就是最好的广告

 

我并不觉得我们的工作内容有什么特别。只是很多其他公司不想或不愿承接的业务,敝司都率先进行了尝试和挑战。而且一旦承接下某项业务,不管有多么困难也一定会圆满完成。以遵守交货期为例,就算实际加工作业并不像接订单时所想的程序那样顺利推进,敝司也绝不会延期交货。有些新客户会对我们提交的报价单上的昂贵价格表示惊讶。但是我们很自信向客户提供的产品绝对具有与此相当的价值。实际上过去也遇到过向报价较低的同行下了订单之后,却又因产品质量差而再次来敝司订货的客户。

 

另外,当坯料材质为稀有金属时,不仅加工困难,而且材料成本高昂。一般的金属加工厂会考虑加工失败时的风险而选择放弃,而敝司为了积累经验总是很积极地承接此类业务。敝司没有营销人员,这是因为我们认为只要能生产出品质优良的产品,产品本身就是最好的广告。

 

04

手艺传承,离不开经验积累

 

前阵子敝司资格最老的大师级技工退休了。但是他的技术传给了20、30、40等各个年龄层的技工,可以说技术被很好的传承了下来。敝司从来都没有什么旋压加工的作业手册。因为很多细节都要靠人的感觉,无法用语言来进行说明。新员工都是在和前辈员工一起工作的过程中,学到了老员工的很多经验。从新员工到成为能独当一面的技工最少需要10年的时间。根据不同的金属类型和形状,施压的方法也各不相同,只能通过在各种加工现场勤勤恳恳地工作、慢慢积累来掌握技术。

 

05

享受制作过程本身

旋压加工是从思考如何才能制作出客户所委托的产品形状开始的。我们不但自己制作模具,所有的赶棒也是自己加工制作的。挑战过去从没有人做过的东西、和那些被认为是旋压工艺条件下无法加工的产品都会让人感到工作的价值。以前曾有客户委托我们塑形加工头部很细的饮料罐。虽然在旋压工艺条件下可以进行成形加工,但因为模具的头部直径很小,成形后无法将板坯从模具上取下来成了一大问题。经过反复试验,为了让产品成形后可以分解以便从模具上取下,我们采用预先将模具切割分段,成形加工时将模具连接起来使用的方法解决了这一问题。我们不仅仅满足于旋压加工技术,还致力于研究产品制造工艺,并对加工工具进行改良,用心体验并享受制作这个过程本身。

北岛拉深制作所的代表作品

九轮塔

八角堂拟宝珠 φ1700

澳大利亚墨尔本的挂钟φ3500

长崎县棒球场头盔3950×2750×2800

据说在日本约有400家做旋压加工的公司,他们的规模都在10人左右。虽然他们的规模都很小,然而旋压加工也是用于制造小品种的机加工制品必不可少的技术之一。它也被认为是奠定日本精密制造业的基石之一。

图片来源于JAXA,使用精密旋压工艺制造的H-IIA 火箭鼻锥体

大阪(也是唯一)一家旋压公司使用旋压工艺制作钹(乐器)

另一家在大阪的旋压公司也用此工艺来制作艺术品,上图中的花瓶特意保留了旋压工艺产生的纹路来凸显金属质感。

 

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