旋鍛技術(shù)講座

1、 冷旋鍛技術(shù)講座冷旋鍛技術(shù)講座 Page 22第一節(jié)第一節(jié) 旋鍛過程及特點(diǎn)旋鍛過程及特點(diǎn)一、旋鍛過程 旋鍛即旋轉(zhuǎn)鍛造，也叫徑向鍛造，常采用兩個或兩個以上的模具，在使其環(huán)繞坯料（棒材、線材或管材）外徑周圍旋轉(zhuǎn)的同時，也向坯料軸心施加高頻率的徑向力，使坯料受徑向壓縮而按模具型線成形和沿軸向延伸的過程。它是一種局部而連續(xù)、無屑而且精密的金屬成形加工工藝。所謂冷旋鍛工藝，就是在室溫下進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)鍛造工藝。Page 33 通常，旋轉(zhuǎn)鍛造有兩種基本的鍛造方法：一種是“進(jìn)料鍛造法”，其示意圖如圖1 所示。鍛造時模具繞坯料旋轉(zhuǎn)，并對坯料作段沖程、高頻率的錘擊。坯料是直接從模具入口端送進(jìn)，直至鍛出所需的鍛件長度為

2、止。這種方法用在單項鍛制細(xì)長臺階的場合，其臺階過渡錐錐角較小，一般最大為20。另一種是“凹進(jìn)鍛造法”，其示意如圖2 所示。鍛造時，模具除可繞坯料旋轉(zhuǎn)和對坯料作段沖程。高頻率的錘擊外，還可以作“開啟”與“閉合”動作。這種方法用在鍛制雙向臺階和中間變細(xì)軸的場合，其兩端的臺階過渡錐短而陡峭。圖1 進(jìn)料鍛造法示意圖圖2 凹進(jìn)鍛造法示意圖Page 44 二、旋鍛工程中的材料流動二、旋鍛工程中的材料流動 旋轉(zhuǎn)鍛造過程中，材料的流動與旋壓方法、模具的型線結(jié)構(gòu)等有關(guān)。茲以圖3所示的棒料進(jìn)給旋轉(zhuǎn)鍛造為例，可以看出材料在旋鍛時的一般流動趨勢。 圖3 棒料旋鍛時的材料流動 1模具 2-坯料 A-坯料送進(jìn)方向 B-送

3、進(jìn)量 C-軸向反流D-軸向順流 E-橫向流動 F-毛邊 G-材料的波動旋轉(zhuǎn) H-打擊方向Page 551）材料流動趨勢并不局限于一個方向，即在旋鍛過程中，沿材料軸向兩端都可以有材料流出；同時在材料的橫向截面上，也存在橫向變寬的流動趨勢，但由于受到模具內(nèi)橢圓形和后角等結(jié)構(gòu)的限制，材料的橫向流動只是少量的。2）存在材料反流動情況，即在材料送進(jìn)時，由于是對著模具錐形喇叭口送進(jìn)的，所以有部分材料逆送料方向而流動，而呈現(xiàn)反流量大于順流量的現(xiàn)象。在模具錐角過大時，送進(jìn)的材料將在模具錐面部分產(chǎn)生滑動，從而導(dǎo)致送料時出現(xiàn)嚴(yán)重的軸向振動，給送進(jìn)帶來巨大阻力。所以，模具的錐部錐角要嚴(yán)格控制在20度以內(nèi)。3）有繞自

4、身軸線回轉(zhuǎn)的趨勢。前已述及，這是由于旋鍛模在旋鍛過程中不斷張合，而在旋轉(zhuǎn)速度就是旋轉(zhuǎn)鍛造機(jī)坯料夾持器所表現(xiàn)出來的速度就是旋轉(zhuǎn)鍛造機(jī)坯料夾持器所表現(xiàn)出來的速度。送進(jìn)的材料如果沒有這個回旋動作，則旋轉(zhuǎn)鍛造只會發(fā)生在材料的一個固定位置上，在材料上引起圓度誤差和毛邊，甚至使材料的回轉(zhuǎn)動作則是由工人手控的。Page 661、旋轉(zhuǎn)鍛造的工藝優(yōu)勢1）經(jīng)旋轉(zhuǎn)鍛造的鍛件，具有連續(xù)的纖維流線。這一點(diǎn)，明顯的優(yōu)于切削加工件。2）旋鍛件的表面粗糙度質(zhì)量，隨坯料橫截面壓縮量的增大而提高，一般都勝過切削表面。從而有利于提高機(jī)件的配合的精度。3）由于經(jīng)旋轉(zhuǎn)鍛造后的鍛件表面存在有附加壓縮應(yīng)力，因而也提高了此類鍛件的抗彎強(qiáng)度；

5、再加上表面光潔的優(yōu)勢，可使此類鍛件的切口效應(yīng)達(dá)到最小。三、旋鍛的工藝優(yōu)勢和劣勢三、旋鍛的工藝優(yōu)勢和劣勢Page 77 4）由于冷擊壓縮的坯料的橫截面伴隨有加工硬化，而且加工硬化的程度取決于坯料橫截面的壓縮率，所以在許多情況下，可因此而采用具有抗拉強(qiáng)度低的廉價材料通過冷旋鍛來取代一些高價材料，或者可以變實(shí)心結(jié)構(gòu)為空心結(jié)構(gòu)，以達(dá)到節(jié)材的目的。 5）旋轉(zhuǎn)鍛件的精度取決于坯料橫截面的壓縮量、旋鍛模的質(zhì)量和鍛件直徑的大小，其公差量約為 0.02 0.2mm 范圍內(nèi)。這一精度可與精密切削的精度相匹配。 6）旋轉(zhuǎn)鍛造過程適用的材料品種較多。一般，只要具有一定延性的金屬，都可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鍛壓。 7）冷轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鍛造一

6、般可達(dá)到的最大截面壓縮率：高速鋼為40%,、中碳鋼為50%、低碳鋼為70%、wc為0.2%的合金鋼為50%、Wc為0.4%的合金鋼為40%。8）利用旋轉(zhuǎn)鍛造，還可以簡便地取得一些獨(dú)特的工藝效果：Page 88圖4 用于管壁向內(nèi)、外局部增厚如圖4所示是用于管壁向內(nèi)、外局部增厚Page 99 ；a)外六角形 b）內(nèi)六角形 c）外方形 d）內(nèi)外球形abcd圖5 用于內(nèi)、外非圓形管端的成形如圖5所示是用于內(nèi)、外非圓形管端的成形Page 1010圖6 用于外形復(fù)雜短柱體的成形如圖6所示是用于外形復(fù)雜短柱體的成形Page 1111圖7 所示是用于管件與實(shí)心軸的旋鍛結(jié)合；圖7 管件與實(shí)心軸的旋鍛結(jié)合Page

7、 1212圖8所示是用于普通電源桿接頭與電纜結(jié)合； 圖8 電源桿接頭與電纜結(jié)合a）旋鍛結(jié)合前 b）旋鍛結(jié)合后Page 1313圖9所示用于電纜之間的相結(jié)合等。 圖9 電纜之間的相互結(jié)合a）球形結(jié)合 b）單臂球形結(jié)合 c）雙臂球形結(jié)合Page 14142、旋轉(zhuǎn)鍛壓的劣勢 1）采用橫斷面形成的芯棒，可以旋鍛出多樣內(nèi)形的管件，這應(yīng)是旋鍛工藝最明顯的特點(diǎn)之一。但是另一方面，當(dāng)旋鍛時鍛坯的斷面縮減量增大和其工具尺寸不得不趨小設(shè)計時，則工具的壽命就必然成為旋轉(zhuǎn)工藝發(fā)揮的一種限制因素。因?yàn)?，過快的工具消耗，有時會使旋轉(zhuǎn)工藝變得不經(jīng)濟(jì)。Page 1515 2）在操作旋轉(zhuǎn)鍛造時，坯料送入模具出現(xiàn)困難的頻次相對較

8、高，特別是在旋鍛件錐形部分錐角較大的場合。因?yàn)?，此錐角偏大，即模具的入模角較大，從而使坯料的入模送進(jìn)力增大同時會出現(xiàn)振動，進(jìn)一步影響到旋鍛件的表面質(zhì)量，從而會延長此類鍛件的生產(chǎn)周期。所以，生產(chǎn)中有時不得不將一道工序可以完成的工作改為兩道工序來完成，即第一道工序采用入模錐角較小的模具，第二道工序采用入模錐角較大的模具或采用閉合型模具旋鍛，以求平緩過渡。 3）旋轉(zhuǎn)鍛造工藝生產(chǎn)的噪聲過大，需要考慮對操作者的聽力保護(hù)。一般應(yīng)在設(shè)備上加裝纖維隔聲板框架。操作人員相對容易疲勞。Page 1616四、影響材料可旋鍛性能的因素四、影響材料可旋鍛性能的因素 旋鍛是沿材料橫斷面多向同時鍛打的工藝。它在有效限制金屬

9、材料橫向外延流動的同時，也就提高了材料軸向延伸的效率。所謂材料的可鍛能力，是在于表述材料在一次旋鍛過程中所能達(dá)到的最大變形程度。通常，在一個旋鍛工步中所能經(jīng)受的材料最大斷面縮減程度q q=(d1-d2)/d2 d1旋鍛前的坯料直徑（mm） d2旋鍛后的坯料直徑（mm）Page 17171、材料成分 通常，鋼中的含碳量和某些合金元素的存在，對該鋼的可旋鍛性能有著明顯的影響： 1）一般，鋼中Wc0.2%的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，是最適合于旋轉(zhuǎn)鍛造的鋼種。他們在進(jìn)行旋鍛時，其橫斷面積的單次縮減率最大可達(dá)到70%。所以，這些鋼種旋鍛時，無需考慮工序間的中間退火工藝。隨著鋼中含碳量的增加，材料的旋鍛性能明顯降低

10、。 2）合金鋼中的某些合金元素，例如Mg、Ni、Cr等，是增加材料強(qiáng)度的，同時使材料的流動能力變壞，加工塑性降低，從而影響到材料的可旋鍛能力。而另一些合金元素，如鉛、硫、磷等，都是作為易切削添加物加入鋼中的，然而它們也極易導(dǎo)致鋼中的不連續(xù)組織，進(jìn)而導(dǎo)致金屬材料在旋轉(zhuǎn)鍛造過程中出現(xiàn)開裂或破碎現(xiàn)象。這些也同樣限制了材料的可鍛能力。Page 18182、旋鍛前的顯微組織 實(shí)踐證明，在鋼的冷旋轉(zhuǎn)鍛造中，如果鋼的顯微組織呈細(xì)小、均勻狀態(tài)，則能獲得最大的可旋鍛能力。通常，中碳鋼及中碳鋼合金結(jié)構(gòu)鋼的珠光體退火顯微組織所表現(xiàn)出來的可旋鍛能力，不如其球化退火顯微組織的表現(xiàn)。這與珠光體片的粗細(xì)度和鋼的抗拉強(qiáng)度與硬

11、化程度等有關(guān)。一般，為了使材料退火后能獲得均勻分布的細(xì)小顆粒狀碳化物。因?yàn)?，珠光體片較細(xì)時，球化退火時可采用較低的溫度和較短的時間。退火溫度越低，未溶解的碳化物數(shù)量就越多，從而容易獲得均勻分布的細(xì)顆粒狀珠光體組織。Page 19193、材料硬度 顯然，旋鍛前的材料硬度越高，其可鍛的能力也越低，所以材料在旋鍛之前一般都應(yīng)作軟化退火處理。由于材料的差異，旋鍛冷縮減率對材料力學(xué)性能的影響進(jìn)程也是不同的。當(dāng)工件要求的斷面縮減率大于一次旋鍛工不能完成的縮減率時，在其延續(xù)縮減之前，必須對經(jīng)過一次縮減的中間坯料作去應(yīng)力處理，以重新恢復(fù)材料的韌性，并避免材料在恢復(fù)韌性處理中的晶粒長大。但如果系此處理而去應(yīng)力效

12、果不佳時，則宜對材料進(jìn)行完全退火。Page 2020第二節(jié)第二節(jié) 旋鍛技術(shù)要點(diǎn)及應(yīng)用旋鍛技術(shù)要點(diǎn)及應(yīng)用一、旋鍛設(shè)備的分類及特征 1、按主旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的特征 旋轉(zhuǎn)鍛造機(jī)是一種繞工件軸線旋轉(zhuǎn)且產(chǎn)生徑向高頻打擊的設(shè)備。如該機(jī)主旋運(yùn)動的特征來分，旋轉(zhuǎn)鍛造設(shè)備有所謂“內(nèi)旋機(jī)”和“外旋機(jī)”兩種。 圖10所示即內(nèi)旋機(jī)的工作原理。這種旋鍛機(jī)的主旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，主要來自設(shè)備內(nèi)的旋轉(zhuǎn)主軸1。在主軸的前端設(shè)有一定數(shù)量的導(dǎo)槽，模具2和壓塊4裝在其中。模具和壓塊之間裝有墊片3，用以調(diào)整模具的位置。壓塊蘑菇頭的形狀，決定了模具的開啟沖程大小。滾柱保持圈5位于主軸1和支撐套7之間，可以自由旋轉(zhuǎn)。壓力滾柱6則裝在經(jīng)精確加工的滾柱保持圈

13、定為凹槽之中。 圖10 內(nèi)旋鍛機(jī)的工作原理1-旋鍛主軸 2-模具 3-墊片 4-壓塊5-滾柱保持圈 6-壓力滾柱 7-支撐套Page 2121 當(dāng)主軸1旋轉(zhuǎn)時，模具2和壓塊4借助離心力的作用沿徑向外移。當(dāng)主軸靜止或旋轉(zhuǎn)緩慢時，也可完全或部分借助彈簧來開啟模具。一旦主軸旋轉(zhuǎn)，壓塊蘑菇頭接觸壓力滾柱，便開始模具向工件軸心的錘擊沖程。當(dāng)壓塊蘑菇頭的頂部錘擊壓力滾柱時，模具即完全閉合。當(dāng)蘑菇頭位于兩個旋轉(zhuǎn)壓力滾柱之間時，模具開啟最大。 圖11所示為外旋機(jī)的工作原理，這種旋鍛機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來自帶飛輪的的支撐套7，而旋轉(zhuǎn)主軸1則是靜止的?；蚴蔷徛难卣蚧蚰嫦蛐D(zhuǎn)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)主軸靜止時，便可以產(chǎn)生出非圓軸對稱的

14、橫截面。其他構(gòu)件的動作和內(nèi)旋機(jī)是一樣的。 圖11 外旋鍛機(jī)的工作原理1-旋鍛主軸 2-模具 3-墊片 4-壓塊5-滾柱保持圈 6-壓力滾柱 7-支撐套Page 22222、按結(jié)構(gòu)特征分、按結(jié)構(gòu)特征分如果按照設(shè)備工藝特性所決定的結(jié)構(gòu)特征來分，則旋鍛機(jī)又可分成：標(biāo)準(zhǔn)型旋轉(zhuǎn)鍛機(jī)、固定主軸旋轉(zhuǎn)鍛機(jī)、蠕動主軸旋轉(zhuǎn)鍛機(jī)、交替打擊旋轉(zhuǎn)鍛機(jī)和模具閉合型旋轉(zhuǎn)鍛機(jī)五種。Page 2323 1）標(biāo)準(zhǔn)型旋轉(zhuǎn)鍛機(jī) 實(shí)際上就是典型的內(nèi)旋機(jī)，主要用于坯料直徑的直線縮徑或用以成型圓錐形工件。它由內(nèi)部裝有旋鍛部件的工作頭。支撐工作頭的基座和裝有外罩的電動機(jī)組成。圖12所示就是裝入工作頭內(nèi)的旋轉(zhuǎn)鍛部件示意圖。為了加強(qiáng)該旋轉(zhuǎn)部件在

15、鍛造過程中的使用強(qiáng)度。圖中支撐套（件7）外徑應(yīng)該設(shè)計成比工作頭孔徑約大0.5mm，并經(jīng)淬硬、精磨、壓入裝配于工作頭內(nèi)，使該套始終處于預(yù)壓縮狀態(tài)。主軸安裝在錐形滾柱軸承內(nèi)，并定位于支撐套的中心位置，由電動機(jī)驅(qū)動軸上的飛輪所聯(lián)動。在主軸旋轉(zhuǎn)過程中，模具產(chǎn)生的打擊次數(shù)由旋鍛機(jī)的大小決定。通常為每分鐘10005000次。模具的沖擊速率，近似等于壓力滾柱的數(shù)量乘以主軸的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，再乘以0.6的修正系數(shù)。修正的原因主要是考慮滾柱保持圈的蠕動影響。 a）閉合位置 b）開啟位置 圖12 標(biāo)準(zhǔn)型旋鍛機(jī)旋轉(zhuǎn)部件1-旋鍛主軸 2-模具 3-墊片 4-壓塊5-滾柱保持圈 6-壓力滾柱 7-支撐套Page 2424在

16、旋鍛機(jī)的使用過程中，模具處于開啟位置時的開啟量，可以用限制模具和壓塊離心外移量的機(jī)械裝置。作一定程度上的改變。但是模具處于閉合位置時，則不能改變。如果停止旋轉(zhuǎn)鍛造，可在模具和壓塊之間插入墊片。旋鍛模具的打擊強(qiáng)度，也能用不同厚度的墊片來調(diào)節(jié)。模具應(yīng)注意墊緊，以使模具處于閉合位置時，能足以獲得壓塊和壓力滾柱之間的合適過盈量。如果墊片過緊是容易出現(xiàn)不能啟動，只有拆除壓力滾柱才能獲釋。Page 2525（2）固定主軸旋轉(zhuǎn)鍛機(jī) 也即模具和工件保持靜止不動，而工作頭和滾柱保持圈旋轉(zhuǎn)的外旋機(jī)。這種旋鍛機(jī)主要用來旋鍛圓截面工件，也用于旋鍛其他形狀截面的工件。圖13所示是該種機(jī)型的旋鍛部分示意圖。 a）閉合位置

17、 b）開啟位置 圖13 固定主軸旋鍛機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分1-旋鍛主軸 2-模具 3-墊片 4-壓塊5-滾柱保持圈 6-壓力滾柱 Page 2626 固定主軸旋轉(zhuǎn)鍛機(jī)由電動機(jī)和內(nèi)裝兩個錐形滾柱軸承及軸承座的基座構(gòu)成。工作頭固定在錐形滾柱軸承內(nèi)的旋轉(zhuǎn)軸套上。由電動機(jī)驅(qū)動，并起飛輪作用。主軸由固定在軸承蓋上的后蓋固定，并保持不動。當(dāng)工作頭旋轉(zhuǎn)時，模具的往復(fù)動作和標(biāo)準(zhǔn)型旋鍛機(jī)相同，但沖擊動作由公轉(zhuǎn)的壓力滾柱，通過壓塊給予，所以有時也被稱作“反轉(zhuǎn)旋鍛機(jī)”。模具開啟的動作，是利用向前送進(jìn)的工件來控制，有時也借助彈簧的作用。模具和壓塊間的墊片使用方法，和標(biāo)準(zhǔn)旋鍛機(jī)一樣。Page 2727 （3）蠕動主軸旋轉(zhuǎn)鍛機(jī) 也

18、是支撐套旋轉(zhuǎn)，而旋轉(zhuǎn)主軸緩慢的正向或逆向旋轉(zhuǎn)的外旋機(jī)。它綜合應(yīng)用了標(biāo)準(zhǔn)型旋鍛機(jī)和固定主軸鍛造機(jī)的工作原理。圖14所示是此種旋鍛機(jī)旋轉(zhuǎn)部分的示意圖。和固定主軸旋鍛機(jī)不同，其主軸安裝在快速旋轉(zhuǎn)壓力滾柱殼體內(nèi)的慢速旋轉(zhuǎn)軸上，因而便于對模具的往復(fù)運(yùn)動作較精密的控制。 a）閉合位置 b）開啟位置 圖14 蠕動主軸旋鍛機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分1-旋鍛主軸 2-模具 3-墊片 4-壓塊5-滾柱保持圈 6-壓力滾柱 Page 2828 （4）交替打擊旋轉(zhuǎn)鍛機(jī) 也是一種固定主軸的外旋機(jī)。但是在工作頭和滾柱保持圈旋轉(zhuǎn)過程中，每旋轉(zhuǎn)30，相鄰的滾柱分別滑出和退出保持圈凹槽一次。只有退出保持圈凹槽的滾柱，才有可能推動壓塊和模具，

19、以產(chǎn)生打擊。圖15所示是此種旋鍛機(jī)旋轉(zhuǎn)部分示意圖。在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)兩個相對的滾柱推動模具產(chǎn)生錘擊時，相距90的一對滾柱處于滑出狀態(tài)，因此無錘擊產(chǎn)生。這種打擊方式，有利于清除工件上的毛刺。 a）豎向打擊 b）橫向打擊 圖15蠕動主軸旋鍛機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分1-旋鍛主軸 2-模具 3-墊片 4-壓塊 5-滾柱保持圈 6-退回的壓力滾柱 7-滑出的壓力滾柱 Page 2929 （5）模具閉合型旋鍛機(jī) 實(shí)際上是與標(biāo)準(zhǔn)型旋鍛機(jī)是相同的，其差別僅僅是在于增加了一套往復(fù)式的楔形結(jié)構(gòu)。它能使模具的開啟量大于標(biāo)準(zhǔn)型旋鍛機(jī)允許送料的可能的開啟量。以適應(yīng)“凹進(jìn)鍛造法”的工藝需要。圖16所示是模具閉合型旋鍛機(jī)的工作原理示意圖

20、。在這種情況下，模具的張合是借助能軸向運(yùn)動的控制楔塊來實(shí)現(xiàn)的。這時，楔塊替代了圖12-14中的墊片位置。既可用在外旋機(jī)上。也可用內(nèi)旋機(jī)上。動作時，楔塊后縮，模具開啟，送入材料；接著，楔塊前伸，模具閉合，工件成形；最后，楔塊后縮至原位，模具開啟，取出工件。 圖16 模具閉合型旋鍛機(jī)的工作原理a)送入材料 b）工件變形 c）取出工件1-模具 2-楔塊 3-壓塊Page 3030 此外，旋鍛機(jī)還可以根據(jù)壓力滾柱和壓塊的加載特征，而將旋鍛機(jī)分成沖擊型的和壓縮型的；這主要取決于壓塊蘑菇頭頂部型線的設(shè)計。圖17所示是旋鍛機(jī)上一般常見的具有代表性的壓塊蘑菇頭頂部型線形式，其中圖17a是普通沖擊型壓塊的截面形

21、狀，頂部型線走勢比較急突，寬度相對較窄，提供的沖距也較小。圖中17b是有正弦曲線特征的，走向平緩，塊體較寬，沖程相對較大，屬壓縮型。圖17c是大半徑頂部壓縮型；圖17d是硬質(zhì)合金置換長壽命型。可以設(shè)計成不同的特征形狀。 3、按加載特征分、按加載特征分 圖17 旋鍛機(jī)壓塊頂部的型線形式a）普通沖擊型 b）有正弦曲線特征的壓縮型c）大半徑頂部壓縮型 d）鑲塊置換型Page 3131 圖18所示是沖擊型壓塊與壓縮型壓塊與加載性能的對比。可見，壓縮型旋鍛機(jī)存在一系列的優(yōu)點(diǎn)，例如，運(yùn)動平穩(wěn)，無過載峰值，噪音和磨損都比較??；模具開啟時段較長而模具閉合式時段較短，使旋鍛機(jī)的運(yùn)動和動力系統(tǒng)得到了優(yōu)化；在壓力滾

22、柱和滾柱保持圈之間無附加的驅(qū)動元素等。對于小縮減率的工藝要求，沖擊型的旋鍛機(jī)的工作效率是較高的。 圖18 沖擊型和壓縮型壓塊的加載性能對比 1-沖擊型壓塊 2-壓縮型壓塊Page 32324.按模具數(shù)量分 旋鍛機(jī)還可以根據(jù)擁有模具的數(shù)量，分為兩模機(jī)，三模機(jī)、四模機(jī)、六模機(jī)。大多數(shù)的旋轉(zhuǎn)鍛造是兩模機(jī)上進(jìn)行的，因?yàn)閮赡C(jī)的制造較便宜。調(diào)整和維修也比較簡單，三模機(jī)一般用于三角形截面的成形。四模機(jī)對于由圓截面旋鍛成方截面特別有用，一般用于矩形、方形和圓形截面的成形。六模機(jī)用于六角形截面的成形。由于旋鍛模具都是裝在主軸的凹槽中，所以，要改變旋鍛機(jī)的模具數(shù)量，其主軸也應(yīng)予以更換。Page 3333二、設(shè)備

23、容量估算二、設(shè)備容量估算 旋轉(zhuǎn)鍛造機(jī)的額定容量，一般建立在指定抗拉強(qiáng)度實(shí)心金屬材料的旋轉(zhuǎn)鍛造承載安全基礎(chǔ)上。它可以用該設(shè)備旋鍛指定材料所能獲得工件的直徑或錐體平均直徑來表示。通常，旋鍛機(jī)的容量受工作頭強(qiáng)度的影響明顯，估算時，可近似認(rèn)為工作頭上的負(fù)載，等于工件在模具壓縮狀態(tài)下的投影面積與加工金屬材料抗拉強(qiáng)度的乘積。因此，如果受工作頭強(qiáng)度的限制，某兩模機(jī)的安全加工負(fù)載為51000kg，則對于用75mm長的模具旋鍛抗拉強(qiáng)度為414MPa的實(shí)心金屬材料時，該機(jī)的額定容量為：*負(fù)載模具長度 抗拉強(qiáng)度相對長度=51000/75*414=16mmPage 3434對于管料的旋轉(zhuǎn)，其設(shè)備容量受模具橫截面積、管

24、料抗壓強(qiáng)度，還有主軸孔徑等的限制。壁厚在1mm以下的管料有芯棒旋鍛，被認(rèn)為和實(shí)心棒坯的旋鍛是一樣的。由于摩擦對金屬流動的抑制作用，薄壁管的旋壓力較大，其值取決于管的直徑和模具長度。Page 3535對于壓縮型旋鍛機(jī)，其容量是根據(jù)其直徑及負(fù)載極限來確定的，通常受到壓力滾柱和壓塊之間接觸應(yīng)力的限制。從保證承載零件的安全壽命出發(fā)，此應(yīng)力一般不應(yīng)超過1170Mpa。以此為基礎(chǔ)，如果壓力滾柱和壓塊都是鋼制零件，則壓縮型旋鍛機(jī)的極限承載能力可用下式確定：L徑向承載容量（t）N壓塊數(shù)l壓力滾柱的有效長度（mm）Dr壓力滾柱的直徑（mm）Db壓塊頂部圓角直徑（mm）0.002應(yīng)力轉(zhuǎn)化系數(shù)L=brbrDDDDN

25、I002. 0Page 3636四、旋鍛模的結(jié)構(gòu)要素四、旋鍛模的結(jié)構(gòu)要素 1、旋鍛模結(jié)構(gòu)類型 由于旋鍛是一種追求鍛件軸向伸長效率的增長類工序，所以其模具結(jié)構(gòu)形狀也有著明顯的特點(diǎn)。根據(jù)旋鍛實(shí)踐中的各種應(yīng)用，概括出旋鍛模具的九種典型結(jié)構(gòu)形狀，如圖19所示， 它們的特點(diǎn)和適用場合，如下圖所述： 圖19 旋鍛模具的典型結(jié)構(gòu)形狀a）標(biāo)準(zhǔn)單錐形模 b）雙錐形模 c）帶橫檔的錐尖模 d）漏斗形模 e）導(dǎo)向模 f）長錐形模 g）單向延伸模 i）成形模Page 37371）標(biāo)準(zhǔn)單錐形模是一種基本的旋鍛模，它是對坯料直徑進(jìn)行直線縮減而設(shè)計的。它首先用來將入模的料頭部弄尖以利進(jìn)一步送進(jìn)，進(jìn)行直線壓縮。2）雙錐形模也

26、是為普通的直線縮減而設(shè)計的，所以也可以完成與上述相同的工藝功能。但是雙錐形?？梢該Q向使用，因而可以獲得兩倍于但錐形模的壽命。3）帶橫檔的錐尖模，主要用于工件端部錐形的最后成形，其橫檔用來保證整個旋鍛錐尖等長。此模也可以用于將入模的棒料弄尖，以利進(jìn)一步送料.Page 38384）漏料形模是只用于熱旋鍛部分的一種用耐熱鋼制造的模具。5）導(dǎo)向模位于模具的前部，對于坯料起導(dǎo)向作用，用以保證工件上的非旋鍛部分截面和縮減部分截面同心?？s減作用僅在模具的錐形鍛生產(chǎn)。6）長錐形模在其整個長度上都帶有錐度，用以成形長錐形件。但是，設(shè)計時應(yīng)注意模具上的錐形長度，應(yīng)略大于工件上的錐形長度。Page 39397）單向

27、延伸模用于抗拉強(qiáng)度低的實(shí)心棒料和管料的大程度縮減。與標(biāo)準(zhǔn)單錐形模相比，此模可以旋鍛出較長的錐形部分。8）雙向延伸?？梢栽趦啥水a(chǎn)生延伸，以減輕厚壁管的旋鍛難度和提供較長的錐形部分。9）成形模用于管料和棒料上成形特殊形狀。Page 40402、旋轉(zhuǎn)模具結(jié)構(gòu)參數(shù)（1）模具側(cè)向有效間隙 實(shí)際上，所有的旋轉(zhuǎn)鍛造模都要求有這個間隙，它可以起一定的緩沖保險作用；也能使模腔橫截面線型帶一點(diǎn)橢圓弧，以利金屬流動。沒有這個間隙時，金屬流動會會受到極限，從而容易導(dǎo)致工件與模具的粘結(jié)。 為了做到有這個間隙，在模具設(shè)計與制造上有兩種做法：一是設(shè)計制造一種帶240包角的兩塊式模，使其本身就具備這個間隙；二是在加工制造兩塊

28、模體的模腔型線時，賦予它一定的橢圓弧，從而也為模具提供側(cè)向間隙。Page 4141 圖20所示是帶240包角的兩塊模具設(shè)計。兩模體首先在無墊片情況下合并鏜孔或磨削，加工出與工件接觸區(qū)（包角區(qū)）。然后，塞入墊片，僅加工側(cè)向間隙區(qū)，鏜或磨削直至尺寸E=。式中，E是通過模具節(jié)后處測定的對角線尺寸；d是模具入口處錐形段的直徑的1/10。當(dāng)旋鍛管料時，墊片厚度隨其外徑/壁厚比而變化，對與該比值大于等于30的薄壁管，其側(cè)向間隙接近于零。對于模具直線段的側(cè)向間隙，也遵循以上同樣的程序確定，但以旋鍛工件的直徑取代錐形鍛件的最大直徑；錐形段和直線段采用等厚的墊片，且兩段之間應(yīng)光滑過渡。 圖20 帶240包角的兩

29、塊模具設(shè)計Page 4242 對于以橢圓弧為型腔線型的兩塊式模具，有兩種方法可以獲取模中的橢圓弧。一種是在磨平的兩模面間塞入墊片，組合到滿足一定間隙（兩模間的間隙，也即墊片厚度）要求的情況下，進(jìn)行鏜孔或鉸孔。然后，除去墊片，兩模面重新貼合所組成的模腔即是一個近似的橢圓形。另一種方法是先將兩模體貼合，鏜孔至超過要求的尺寸，然后再磨削模面，直至每半模型腔達(dá)到與旋鍛工件直徑匹配的合適深度。Page 4343(2)型腔橢圓度 基于上述模具側(cè)向有效間隙與型腔橢圓度的關(guān)系，所以型腔橢圓度也是旋鍛模的一個不可少的結(jié)構(gòu)參數(shù)。通常，橢圓度的量化數(shù)值是隨旋鍛材料的性質(zhì)旋鍛尺寸而變化的。（3）型腔出、入口端圓角半徑

30、 對所有的旋鍛模，在型腔的出、入口端都應(yīng)制出圓角。（4）錐形段錐角 一般，橢圓形旋鍛模的錐角最大都不得超過30。從方便材料入?？紤]，錐形段的錐角最好等于或小于8。Page 4444另外，不能不提及，在保證旋鍛模側(cè)向有效間隙的兩種方法中，用橢圓弧來獲得間隙的做法難以保證工件最滿意的表面粗糙度、最小的尺寸公差 和較長的模具壽命，但是模具的延伸效率會相對較高；用在240包角以外專門加工側(cè)向間隙的做法，可以使工件有較好的表面粗糙度和較小的尺寸公差，而且模具壽命也較長，但是模具的工作效率低。運(yùn)用中依據(jù)要求權(quán)衡優(yōu)劣來選定。對于四塊式旋鍛模，無圓度差的只用于薄壁的精整。對于實(shí)心棒料和厚壁管的旋轉(zhuǎn)，以及帶心棒

31、管料的旋鍛，都要求采用橢圓形模具，因?yàn)閳A度差可以促進(jìn)旋鍛材料的環(huán)向流動和減小設(shè)備的負(fù)載。Page 4545五、管型件的旋鍛五、管型件的旋鍛通常，管型件是最典型的旋鍛制品。同時，由于旋轉(zhuǎn)鍛造工藝一些自身特點(diǎn)的發(fā)揮和在包括汽車制造等多種領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，使得許多原本是實(shí)心的軸類零件也變成了管形件，從而又豐富了管型件旋鍛的典型意義。Page 4646管料的旋鍛，分為有無芯棒旋鍛兩種：1、無芯棒旋鍛（1）使用場合 通常在以下一些場合采用無芯棒旋鍛： 1）需要同時減小管坯的內(nèi)、外徑，或增大管壁壁厚時。 2）產(chǎn)生錐形件時。 3）希望管件強(qiáng)度、公差小時。 4）產(chǎn)生疊層管時。 5）為管件的拉拔工藝，修整焊接管坯

32、上的焊縫時。Page 4747（2）工藝影響因素 除了上述有關(guān)管坯類型不同會對旋鍛過程和鍛件質(zhì)量產(chǎn)生影響外，其他的影響因素還有： 1）管坯的相對直徑。只有直徑/壁厚小于等于30的管坯才能順利地進(jìn)行無芯棒旋鍛。這是因?yàn)樵谌魏吻闆r下，管坯都必須具有足以滿足其順利進(jìn)入模送進(jìn)要求的柱強(qiáng)度。 2）模具的錐角。在旋鍛低碳鋼管且用用人工送進(jìn)時，不應(yīng)超過8。旋鍛較易變形的退火銅管時，錐角可達(dá)15。當(dāng)錐角超過15時，采用機(jī)械和液壓送進(jìn)。 3）縮減率。對于在無芯棒旋鍛過程中的管料長度和壁厚變化，都會構(gòu)成一定的影響。通常，隨著縮減率的增大，壁厚的增大會比長度的增大來得明顯。關(guān)于無芯棒旋鍛管料時所能得到的管壁厚度，可

33、以用經(jīng)驗(yàn)公式來估算，其誤差為10%左右：Page 4848 4）管料送進(jìn)速度。一般情況下的送進(jìn)速度為1500mm/min左右。對于管料直徑/壁厚大于30的情況下，無芯棒料旋鍛時的送進(jìn)速度要降至500mm/min以下，甚至降到250mm/min的極低速度。但對于容易旋鍛材料簡單錐形件的旋鍛，送進(jìn)速度可高近5000mm/min。 5）工藝潤滑應(yīng)小心對待。由于在無芯棒旋鍛中，潤滑對管、棒料的送進(jìn)條件都構(gòu)成了不利的影響，所以在一些旋鍛工序中不再使用潤滑劑。使用潤滑劑的主要缺點(diǎn)是在送料時產(chǎn)生過大的反流，特別是在模具入模錐角較大時，更易對送進(jìn)造成困難。通常，只有當(dāng)模具入模錐角不超過6時，才可以考慮使用潤滑

34、劑。如能使用，則一般可獲得表面光潔的制件。Page 4949（3）長錐形件旋鍛實(shí)例）長錐形件旋鍛實(shí)例 在長錐形件旋鍛中，采用焊接管作管坯時會產(chǎn)生困難，因?yàn)楣芘鞅静暮秃缚p的硬度不同，容易招致缺陷。但如果只能以焊接管作坯，則必須嚴(yán)格要求焊后熱處理的質(zhì)量。 通常，在管料旋鍛工藝中，除使用標(biāo)準(zhǔn)長度模具外，還使用一種加長型的模具。對擬旋鍛的錐形件而言，如果錐形件的總長比一種模具的長度還要短，則該錐形件可用該模具在一個工序中就可以旋鍛出來。但如果錐形件只能通過模具的合理配置，在多工序操作中旋鍛出來。Page 5050在考慮具體的長錐形件所需要的工序數(shù)時，除了錐形件的長度和所用模具的長度外，還應(yīng)考慮到：1）

35、在模具入口處，由于圓角半徑的設(shè)置和易于磨損等原因，約有910mm的長度范圍在旋鍛過程中是不起作用的，在工藝設(shè)計中應(yīng)予以扣除。2）模具在每兩個相鄰的工序位置上，由于制件表面連接流暢的需要，應(yīng)有25mm長的重疊段。3）同樣出于工序連接和工序中穩(wěn)定性考慮，除最后工序所用的模具外，其他工序的模具型腔應(yīng)為兩段組成，在錐形段的盡頭外還應(yīng)有25mm長的直線段。Page 5151這樣，如果要在直徑32mm的低碳鋼管坯上，旋鍛出小端直徑12.7mm長760mm的錐形件，可以按圖12-27所示的工序旋鍛出來 。前三道工序用250mm假長模；最后工序用210mm長標(biāo)準(zhǔn)模；模具入口留有9.5mm的余量；每一后續(xù)錐形段

36、采用25mm的重疊重量；除最后工序中的錐形段外，留有25mm的直線過渡段。Page 5252所有四道工序在同一設(shè)備上完成。在每到工序中，管料穿過模具送至擋料塊，并在每到工序中縮減管料至圖21中所示的相應(yīng)直徑。每次送進(jìn)長度由擋板控制，以保證前、后形成段的光滑連接。 圖21 長錐形件的四工序旋鍛示意圖Page 5353同樣，對于上述同一種錐形件，也可以改用455mm長的加長模，按圖22所示的兩工序工藝旋鍛出來，而且效率高于四工序方案。通常，加長模比標(biāo)準(zhǔn)模的成本約高出1/3，因此，在對旋鍛工藝做出最后取舍之前，應(yīng)對其綜合成本做出正確的評估。 圖22 32mm*12.7mm*760mm長錐形件的兩工序

37、旋鍛示意圖Page 5454 2、有芯棒料旋鍛 （1）使用場合 在旋鍛時，對于以下的應(yīng)用都需要用到芯棒： 1）在縮減管料外徑而希望內(nèi)徑尺寸保持不變時，或者希望減小內(nèi)徑公差時。 2）在薄壁管的直徑縮減中，希望整段薄壁管都得到支撐時。 3）希望在管坯的內(nèi)表面形成花鍵。螺旋等形狀，或?qū)A孔該鍛成異型孔。 4）當(dāng)管坯較長，需要對伸出模具前端的部分提供支撐時。Page 5555（2）常用芯棒的類型 旋鍛長用芯棒的類型，如圖23所示。 1）塞式芯棒（圖23a）由芯棒和直徑較細(xì)的芯棒桿組成。芯棒通常處在旋鍛模中間位置，比模具略長。操作時，管坯先套入芯棒桿，在塞入芯棒與模具間的縫隙中。為使管件方便卸出，芯棒和

38、芯棒桿是可以拆分的。 Page 56562）軸式芯棒 （圖23b）安裝在旋轉(zhuǎn)芯棒夾持器上，此類夾持器允許管坯和芯棒不動時，再將管坯送入模內(nèi)。 Page 57573）低熔合金芯棒（圖23c）有時用于支撐旋轉(zhuǎn)鍛造中的薄壁管，旋鍛結(jié)束后，低熔合金屬融化流出。 Page 58584）薄壁管用芯棒（圖23d）安裝在模具前方的固定夾持器內(nèi)。芯棒上套有一個送料環(huán)，可以沿芯棒前后滑動。管坯從芯棒前方套入。套入前，芯棒上的送料環(huán)向后滑；套入后，送料環(huán)在向前滑，在芯棒向前送的同時將管坯送入模內(nèi)。 Page 59595）整長式芯棒（圖23e）由一整長的鋼棒制成，上面沒有其他的附屬零件，其長度稍長于成形管件。工作時，

39、管坯先套入芯棒，然后兩者一起進(jìn)入模具。 Page 6060(3)工藝影響因素 一般，對無芯棒旋鍛工藝產(chǎn)生影響的一些因素，對有芯棒旋鍛工藝過程及效果也是有影響的，例如管坯類型、模具錐角、管坯送進(jìn)速度、縮減率和潤滑方法等，只不過對有些因素，在影響規(guī)律上會有所不同。概括起來，其主要影響因素有： 1） 設(shè)備容量的大小，一般在有芯棒旋鍛情況下，應(yīng)較在無芯棒旋鍛時有所增大。因?yàn)楣倥鞯挠行景粜?，?shí)際上已應(yīng)被視為實(shí)心棒旋鍛，其旋鍛設(shè)備容量的估算，也應(yīng)變換為以縮減實(shí)心材料的能力為基礎(chǔ)。 2）旋鍛模的橢圓弧，也應(yīng)較無芯棒旋鍛模有所增大，因?yàn)闄E圓弧較小時，旋鍛中容易使管坯與芯棒壓的過于緊密，導(dǎo)致芯棒從工件中退出困

40、難。一般，管坯的直徑和壁厚越大，有芯棒旋鍛模的橢圓弧也應(yīng)相應(yīng)增大。Page 6161 3）縮減率的增大，在有芯棒旋鍛工藝中通常被用來改善工件內(nèi)、外表面和內(nèi)成形的質(zhì)量。然而，旋鍛時縮減的增加，又受限于設(shè)備能力。管料送進(jìn)力、影響送進(jìn)力的模具錐角和送進(jìn)速度、管坯材料及其冶金狀態(tài)等一系列因素，所以工藝中應(yīng)注意對縮減率的綜合考慮和協(xié)調(diào)應(yīng)用。通常，對于經(jīng)球化退火后的普通碳鋼和韌性合金，才可以旋鍛到大于40%的縮減率，否則，應(yīng)考慮縮減率的均衡取值，并在兩個縮減工序之間增加中間退火，以避免追求工件內(nèi)、歪歪表面質(zhì)量的同時，而招致產(chǎn)品開裂報廢的后果。 4）芯棒的壽命在有芯棒旋鍛工藝中是至關(guān)重要的。根據(jù)芯棒在旋鍛操作中的工作條件，它既要抗壓