楔橫軋技術的發(fā)展與展望

1、楔橫軋技術的發(fā)展與展望1.楔橫軋技術的發(fā)展歷史1.1楔橫軋的工作原理及特點用兩個裝在同向旋轉的軋輥上的楔形模具，在楔形模具的楔形凸起的作用下帶動軋件旋轉，并使毛坯產(chǎn)生連續(xù)局部小變形，最終軋制成楔形孔型的各種臺階軸。楔橫軋的變形主要是徑向壓縮，軸向延伸。 圖1 楔橫軋原理圖2 楔橫軋方式楔橫軋工藝特點:1)具有高的生產(chǎn)效率:生產(chǎn)效率可達10件/分鐘；2)材料利用率高:材料利用率可達90%以上； 3）模具壽命高:模具壽命是模鍛工藝模具壽命的10倍以上；4）產(chǎn)品質量好:產(chǎn)品精度可達鋼質模鍛件國家標準中的精密級，直徑方向可達±0.3mm長度方向±0.5mm。1.2楔橫軋零件的應用楔

2、橫軋工藝主要適用于帶旋轉體的軸類零件的生產(chǎn)，如汽車、拖拉機、摩托車、內燒機等變速箱中的各種齒輪軸、發(fā)動機中的凸輪軸、球頭銷等。它不僅可以代替粗車工藝來生產(chǎn)各種軸類另件、而且亦可以為各種模鍛零件提供精密的模鍛毛坯。一般一種產(chǎn)品的經(jīng)濟規(guī)模批量應達到年產(chǎn)7萬件以上.。 圖3.楔橫軋軋件1.3發(fā)展歷程早在十九世紀，人們就開始探討用楔橫軋的方法生產(chǎn)軸類零件，但是由于當時技術的限制一直使此項工藝未能用于生產(chǎn)。直到上世紀六十年代，隨著捷克斯洛伐克在萊比錫國際博覽會上的展出，才引起了世界各國科學工作者的廣泛重視，從而使楔橫軋技術成為世界上眾所周知的軸類零件加工新工藝。 之后，英德日本以及前蘇聯(lián)等國相繼對此技術

3、進行開發(fā)研究，不僅從其變形機理，而且在工藝參數(shù)、裝備上也進行了廣泛的實驗研究，取得了一定的成果，并不斷運用于工業(yè)生產(chǎn)之中。目前，國外用楔橫軋工藝生產(chǎn)的軸類另件己達百種，其工藝裝備也得到了長足發(fā)展 我國從1963年起，國內幾所大學及科研院所就開始進行了這方面的探討與試驗工作，直到上世紀七十年代初才獲得了汽車球頭銷的楔橫軋工藝的初步成功。到八十年代未九十年代初，象木鑿、五金扳手毛坯等較簡單零件才逐步用于工業(yè)生產(chǎn)。隨著對楔橫軋技術的不斷深入研究、使此項技術得到了不斷發(fā)展，從而也使其越來越得到了工業(yè)企業(yè)的廣泛重視。 目前，國內至少建立了幾十條楔橫軋生產(chǎn)線，用此工藝生產(chǎn)的零件也有近百種，如汽車齒輪箱中的

4、一軸、二軸、中間軸，發(fā)動機中的凸輪軸等零件以及為連桿、汽車半軸提供精密鍛坯等。 2.楔橫軋設備的種類及結構特點2.1楔橫軋設備的種類目前，國內外有近十幾種規(guī)格型號的楔橫軋設備，但其基本類型如圖所示.。 弧形式楔橫軋機 部件雙輥式楔橫軋機 板式楔橫軋機 圖4 楔橫軋機基本類型弧形式楔橫軋機主要特點是結構簡單、重量輕、造價低，只需驅動一個軋輥，而不需分速機構以及萬向聯(lián)軸器、相位調整機構等。但是由于該機構具有無法加導向板、工藝調整困難、不易穩(wěn)定致使產(chǎn)品精度難以控制以及一支內弧形的楔形模具不易加工制造等嚴重缺點，因此此種類型軋機應用較少。雙輥式楔橫軋機由于具有生產(chǎn)效率高、調整方便、工藝穩(wěn)定以及模具加工

5、制造相對容易等特點，是應用最為廣泛的楔橫軋機。此種軋機國外以捷克型和前蘇聯(lián)型為典型代表。 板式楔橫軋機是依靠兩個裝有楔形模具的軋板做往復相向運動從而使軋件軋制成形的一種軋機，這種軋機其突出特點是模具制造容易。其驅動方式多為液壓傳動，因此具有結構簡單、造價低 。2.2雙輥式楔橫軋設備 圖5 型楔橫軋機表1 型楔橫軋機主要參數(shù)1 規(guī)格參數(shù)JI-650JI-800JI-1000軋輥直徑/6508001000軋輥長度/mm600750750軋件最大直徑/mm5080100軋件最大長度/mm550700700軋輥轉速/r.min-118.502314電機功率/kW5580100軋機重量/152532外形

6、尺寸（長X寬X高）/m3.5X1.8X2.44.9X3.0X3.47.0X3.0X3.4主要特點是結構緊湊、占地面積小、帶有離合器和制動器調整方便，便于與模鍛成型配線使用。 這種軋機的工作機機構和傳動機構是分開的，中間通過萬向聯(lián)軸器聯(lián)結。沒有安裝離合器，因此機器只有連續(xù)運轉模式，多進行正面上料；通過變頻調速也可進行軸向送料。調整工作軋輥端部機構，可以方便的實現(xiàn)軸向和相位的調整。工作機構機身多為鑄鋼結構并加預應力安裝，故機身剛度大，軋件尺寸精確，該機還據(jù)有結構簡單、維護檢修方便等優(yōu)點。但由于結構分置、占地面積大，因而不太適合與模鍛生產(chǎn)線配套使用。該種軋機在我國應用普遍，其主要用于生產(chǎn)各種汽車臺階

7、軸等。 圖6 100型雙輥楔橫軋機表2 型楔橫軋機主要參數(shù)1 規(guī)格參數(shù)3510055軋輥直徑/6001000600軋輥長度/mm400800500軋件最大直徑/mm4010055軋件最大長度/mm320750450軋輥轉速/r.min-110150986電機功率/kW40/6015855軋機重量/9.445外形尺寸（長X寬X高）/m6.5X1.5X3.26.4X3.3X3.82.95X1.69X2.86圖7 型分體兩輥式楔橫軋機表3 型軋機的主要技術參數(shù)5規(guī)格參數(shù)H500H630H800H1000H1200軋輥中心距/mm520660800-850980106011601250軋輥直徑/500

8、630/70080010001200軋輥長度/mm4505007008001200軋件最大直徑/mm3030/5080100120軋件最大長度/mm4004506008001000軋輥轉速r.min-112/158/126/966軋輥相位角調整量/°±3±3±3±3±3電機功率/kW30406095150軋機重量/69344875 D46系列軋機的工作機構與傳動機構合為一體。因此具有結構緊湊、外形美觀占地面積小等特點。由于裝有制動器和離合器，可實現(xiàn)連續(xù)、半自動單次及調整等工作模式；通過上置式蝸輪蝸桿機構，上軋輥可實現(xiàn)上下直線移動以調節(jié)

9、軋輥間距。下軋輥通過齒輪箱中的相位調整機構可實現(xiàn)旋轉運動以調整模具的相位；軋機據(jù)有的超負荷保護裝置可實現(xiàn)機器的安全保護。該種軋機不僅可以軋制各種大中型軸類零件，而且還可以做為模鍛生產(chǎn)線上的制坯設備，為模鍛工序提供精確毛坯圖8 整體兩輥式楔橫軋機表4 D46系列軋機的主要技術參數(shù)5規(guī)格參數(shù)D46-315D46-400D46-500D46-630D46-800D46-1000D46-1250軋輥中心距/mm31540050063080010001250軋輥直徑/250320400500630780980軋輥長度/mm2503004005006508001200軋件最大直徑/mm1525355080

10、100130軋件最大長度/mm2302803504506007501100軋輥轉r.min-112/1612/1610/1410/148/126/106/10軋輥中心距調整量/mm±8±10±12±15±20±25±30軋輥相位角調整量/°±3電機功率kW7.515152222303045557575110110160圖9 D46整體兩輥式楔橫軋機2.3平板式楔橫軋設備板式楔橫軋機是依靠兩個裝有楔形模具的軋板做往復相向運動從而使軋件軋制成形的一種軋機，這種軋機其突出特點是模具制造容易。其驅動方式多為液壓傳

11、動，因此具有結構簡單、造價低圖10 德國立式板式楔橫軋機 圖11白俄羅斯臥式板式楔橫軋機 47系列平板式楔橫軋機 47系列軋機是水平放置的，即在機架中裝有上、下兩個水平放置且工作面相向的平板軋板，由油缸和齒輪、齒條機構帶動兩個軋板作左右相向往復運動,其中一個方向的運動為工作行程，另一個為空行程。如圖9所示。由于水平放置，可以不加導板，故適合軋制較細小軋件；模具由分段組合式平板軋模組成，故加工簡單，可整體率火，模具壽命高。但由于該機為液壓傳動，帶有較大的液壓站，并和主機分開放置，故占地面積較大，并且有上下軋板間距調整較為困難，修模不方便等缺點。目前我國應用的平板軋機最大軋件直徑不超過60。 表5

12、 D47系列軋機的主要技術參數(shù)規(guī)格 參數(shù)D47-25X300D47-32X350D47-50X450D47-63X550可軋坯料最大直徑/mm25325063可軋工件最大長度/mm300350450550軋板工作部分寬度/mm350430600780軋板長度/mm1000125016002000軋板間距離/mm6080100130軋板間距調整量/mm15152025油缸行程/mm1060132016802140工作次數(shù)/r.min-1131186電機功率kW22302X22圖12 47系列平板式楔橫軋機3.楔橫軋工藝參數(shù)及模具設計3.1楔橫軋工藝的主要參數(shù)楔橫軋變形是在模具壓力作用下，從軋件與

13、模具接觸的表面開始的，隨著壓下量的增加，塑性變形不斷向里滲透，直到內部也產(chǎn)生塑性變形。隨著模具的旋轉，這樣的變形將在軋件的整個斷面上連續(xù)。楔橫軋變形在軸向方向隨著楔形的展寬逐漸移動，軋件中部在楔入開始時為變形區(qū)，隨后變形區(qū)一分為二，中間段變?yōu)橐炎冃螀^(qū)，并逐漸擴大。圖12軋制成行過程楔展角 :是指兩個成形楔之間的夾角，通常用表示 4°12°成形角 ：是指成形面與基面之間的水平夾角,通常用表示。15°35°斷面縮減率： 式中，d0和d1分別為軋件原始直徑與思后直徑。一次軋制斷面縮減率應小于75%。對于產(chǎn)品直徑差較大，75%時，應考慮分兩次成形，這兩次成形可在

14、軋機旋轉一周內同時完成。 軋件旋轉條件 摩擦系數(shù) 截齊曲線3.2楔橫軋工藝主要產(chǎn)生的軋制缺陷軋件內部產(chǎn)生疏松與空洞(曼內斯?jié)M效應):這主要是由于軋制工藝的參數(shù)不合適,并且軋制過程中軋件內部的組織反復受交變應力的影響等引起這是軋件的最嚴重缺陷，是不允許的端頭凹心軋件拉縮、拉細軋件表面產(chǎn)生螺旋痕3.3楔橫軋模具的設計及加工   軸向力平衡   模具作用到工件上的軸向力應平衡，確保工件不產(chǎn)生左右竄動。對稱軋制可實現(xiàn)軸向力平衡。非對稱工件盡量兩件一同成形，可實現(xiàn)對稱軋制并提高生產(chǎn)率。如無法實現(xiàn)對稱軋制時應適當設計模具使軸向力接近平衡。  &#

15、160; 滿足旋轉條件  工件旋轉是實現(xiàn)楔橫軋的必要條件。影響工件旋轉的有模具幾何參數(shù)和模具與工件間的摩擦系數(shù)等因素。其中摩擦系數(shù)的影響最大。增大摩擦有利于工件旋轉，模具成形面粗糙化是使工件旋轉的最有效手段。    不產(chǎn)生拉縮   保證成形成過程中不因軸向力過大而使軋件出現(xiàn)拉縮，產(chǎn)生細頸。變形量過大，成形角和楔展角過大都使軸向力過大，易于產(chǎn)生拉縮現(xiàn)象。    內部不產(chǎn)生疏松   軋制時易出現(xiàn)的曼乃斯曼效應即產(chǎn)生疏松應予以重視。綜合考慮工藝參數(shù)與變形參數(shù)的組合，可有效的防止出現(xiàn)疏松。模具的材料：5CrMnMo 5CrNiMo ZG55熱處理要求：調質處理，硬度HRC3036模具壽命：一次修模20萬次，可修23次傳統(tǒng)加工:普通車床 :通過選擇掛輪來獲的所要求的螺距。數(shù)控車床:現(xiàn)代加工方法：二維設計 三維造型生成加工代碼數(shù)控加工中心4.楔橫軋技術的發(fā)展展望4.1工藝技術的發(fā)展圖13 楔橫軋二維模具工程圖 圖14 楔橫軋三維模具圖 利用有限元技術，對楔橫軋工藝可進行數(shù)值模擬以得到軋件內部的應力應變場信息，不同工藝參數(shù)對應力應變場的