第五章机械零件轧制

1、第五章机械零件轧制第一节机械零件轧制技术的特点、类型与产品748什么是机械零件轧制技术?机械零件轧制技术是指用轧制工艺方法，成形机械零件或金属制品的技术。与传统的冶金轧制工艺不同，机械零件轧制技术轧制出来的是形状不同的零件。例如汽车变速箱中的阶梯轴， 人造卫星上的鼻锥等； 而传统轧制工艺一般轧制的是等截面材。 如型材、板材、管材等。传统的机械零件生产方法是将这些材料，例如圆材锻造成阶梯轴，或者板料冲压成鼻锥。所以机械零件轧制是冶金轧制技术的发展与深度加工。机械零件轧制与普通轧制由于都属于连续辊压成形， 故都属于轧制范畴。 但机械零件轧制与普通轧制无论在轧辊形状、 机器的结构、 成形方式上都有很

2、大差别， 故人们又把机械零件轧制称为特殊轧制，其轧机称为特殊轧机。749机械零件轧制的优点有哪些?传统的机械零件大多用普通轧制方法轧制出的型材作原料， 经机械加工成零件的。 为了提高性能并节约材料， 大多经锻造成形， 然后再经切削、 磨削等精加工方法成形最终形状的零件。机械零件轧制与锻造成形零件都属于塑性成形。但成形方式不同，锻造(模锻 )为断续整体成形，机械零件轧制为连续局部塑性成形。由于成形方式不同，两者相比，机械零件轧制具有以下一系列突出优点：(1) 载荷大幅度下降。由于将整体成形改变为局部成形，模具与工件的接触面积大幅度减小， 故工作载荷随之大幅度下降，一般只有模锻的十几分之一到几十分

3、之一。结果是设备体积小很多，模具寿命高很多。(2) 生产效率显著提高。由于将往复断续成形改变为回转连续成形，生产效率显著提高，一般高出 3 10 倍。(3) 生产环境显著改善。由于锻造为整体断续打击成形，并且要经多个工步模腔成形零件，工人多在噪声大于 100dB 条件中工作，环境恶劣。机械零件轧制是在局部连续滚压中成形零件，进出料都能自动完成，工人在噪声小于60dB 条件中工作，与锻造相比生产环境显著改善。(4) 节约材料显著。由于轧制的零件比锻造零件尺寸精度高，又没有模锻时的飞边等，材料利用率平均可以提高 20左右，节约材料显著。轧制机械零件与锻造零件比较， 也存在缺点， 如通用性差，需要专

4、门的设备与模具，并且多数模具的设计、制造与生产工艺调整比较复杂等。综上所述， 机械零件轧制特别适合大批量零件的生产，如汽车、轴承等的零件，以及难以用锻造方法生产的特大型零件， 如压力容器上的封头等。 这些零件用轧制方法生产， 具有既大幅度降低成本，又显著提高零件的质量与精度等优点。750机械零件轧制的类型有哪些?不同形状与结构的零件，在不同工艺、 模具与轧机上轧制成形，其基本类型有以下几种：(1) 辊锻。主要轧制长度上变截面的杆类零件，如汽车前梁；(2) 齿轮轧制。主要轧制齿轮、链轮类零件；(3) 螺纹轧制。主要轧制带各种牙形的螺纹类零件；(4)楔横轧。主要轧制阶梯轴类零件，如汽车变速箱中的轴

5、；(5) 螺旋孔型斜轧。主要轧制球柱一类零件，如轴承钢球；(6) 仿形斜轧。主要轧制长轴类零件，如火车轴；(7) 麻花钻头轧制。主要轧制麻花钻头零件；(8) 碾环。主要轧制环形类零件，如轴承座圈：1(9) 摆碾。主要轧制盘形类零件，如齿轮坯；(10)旋压。主要轧制筒形类零件，如容器封头；(11)旋转锻造。主要生产轴类零件，汽车直拉杆。751齿轮是怎么轧出来的?如图 5-1 所示，带齿形的两个轧辊 1 与圆形轧件 2 对辊中，实现局部连续成形，轧制成齿轮。这种横轧的变形主要在径向进行，轴向变形很小并受到限制。横轧齿轮的应用范围包括：直齿、斜齿及人字圆柱齿轮；直齿、斜齿及螺旋圆锥齿轮，还可以轧制链

6、轮等。横轧齿轮又分为热轧与冷轧： 热轧多用于精度不高的大模数齿轮， 冷轧多用于精度高的小模数齿轮，也有先采用热粗轧后冷精轧的。752螺纹零件是怎么轧出来的?螺纹轧制又称螺纹滚压，如图 5-2 所示。两个带螺纹的轧辊，以相同的方向旋转，带动圆形轧件旋转， 其中一个轧辊径向进给， 将轧件轧成螺纹。 这种横轧的变形主要在径向进行。螺纹横轧广泛应用于冷轧直径为320mm 的紧固件的螺纹，其精度可达7 级，螺纹表面的粗糙度 Ra 可达 0 4m。753仿形斜轧的工作原理是什么?仿形斜轧零件成形的工作原理如图5-3 所示。3 个带锥形的轧辊1 带动圆形轧件2 旋转，由于轧辊轴心线与轧件轴线交叉，故轧件除旋

7、转外还向前运动。3 个轧辊借助于仿形板3 改变轧辊距离轧件的径向位置， 实现变截面轴的轧制。 仿形斜轧的变形主要是径向压缩、 轴向延伸。它主要用于长径比大的轴类零件的生产，如纺织锭杆、医疗器械、火车轴等。2754麻花钻头是怎么轧出来的?麻花钻头斜轧的运动原理如图5-4 所示。 4 个带扇形板的轧辊(1，2)，其轴心线与轧件3的轴心线交叉，4 个轧辊同时旋转并带动轧件作旋转前进运动。轧辊1 为钻沟扇形板，轧辊2 为钻刃扇形板，通过4 个扇形板将圆形轧件轧制成麻花钻头。其变形主要为径向压缩轴向延伸。这种方法主要用于热轧直径为313mm 的钻头。755什么是旋转锻造?旋转锻造又称径向锻造，是长轴类轧

8、件成形工艺。其工作原理如图5-5 所示，工件径向对称布置两个以上的锤头，它以高频率的径向往复运动打击工件，工件作旋转与轴向移动，在锤头的打击下工件实现径向压缩、长度延伸变形。3旋转锻造广泛应用于汽车、 拖拉机、 机床、机车等各种机器的台阶轴生产，包括直角台阶与带锥度的轴类件；带台阶的空心轴及内壁异形材；各种气瓶、炮弹壳的收口等。旋转锻造由于是打击成形，不同于轧制连续成形，但它又不同于传统的锻造成形，它打击的次数非常多，而每次打击的面很类似轧制，所以人们还是把它归于轧制成形中。第二节辊锻756什么是辊锻?辊锻是将轧制工艺引入锻造领域形成的一种锻造新工艺，属于回转成形范畴。 其原理为：两个轧辊轴线

9、平行，其旋转方向相反，毛坯在安装于轧辊上的扇形模具带动下，做垂直于轧辊轴线的直线运动，毛坯在模具的作用下截面积和高度减小，横向略有增加， 长度延伸达到零件成形 (图 5-6)。其变形特点为连续局部小变形。它与锻造相比其特点为：(1) 所需工作负荷小。由于其变形特点为连续局部小变形，总的工作负荷减小。(2) 生产效率高。多型槽辊锻的生产率与模锻相当，单型槽一次辊锻的生产率约为锤上模锻的 510 倍。(3) 材料利用率高。辊锻的材料利用率一般在80以上。(4) 产品质量好。辊锻件的内在质量优良，力学性能好，疲劳寿命高。(5)劳动条件好。辊锻时无冲击，噪声小，易于实现机械化和自动化。757辊锻可以用

10、来做什么?辊锻分为制坯辊锻与成形辊锻。制坯辊锻主要用于模锻制坯，即在辊锻机上按锻件形状尺寸进行金属预分配(制坯 )，然后在曲柄压力机或摩擦压力机等设备上模锻成形。组成的生产线既可提高生产率，又可提高材料利用率，如汽车曲轴、前梁等锻件的生产。成形辊锻视锻件成形程度分为终成形辊锻、部分成形辊锻和初成形辊锻。截面形状简单的锻件，如垦锄、钢叉、 汽车变截面弹簧等多用终成形辊锻或部分成形辊锻生产。截面形状比较复杂、厚度差比较大的锻件，如连杆、汽车前梁等多采用初成形辊锻(图 5-7)，辊锻后再在小吨位模锻设备上整形。4758辊锻变形区在哪里?由于辊锻的变形特点为连续局部小变形，所以并不是整个辊锻工件同时在

11、变形，而只是辊锻模直接压缩作用下的一部分区域在变形。所以直接承受辊锻模压缩作用而产生变形的这一部分金属体积所占有的空间称为变形区(图 5-8)。759辊锻变形区的基本参数有哪些?辊锻变形区的基本参数有： 变形区的入口高度 h0、变形区的出口高度变形区接触弧长度和咬入角 。它们之间的基本关系是： 变形区入口高度绝对压下量 ? h=D(1 一 cos)h1、变形区长度 l、 h0 =hl+D(1 一 cos)变形区长度 lR hh2R h4咬人角 sinlhRR当 角很小时有hR5760什么叫自然咬入?只依靠辊锻模的摩擦力实现曳人坯料的方式称为自然咬人。如图 5-9 所示，轧辊作用在坯料上的力为径

12、向力 N 和摩擦力 T，它们在水平方向的分力分别为 N x 和 Tx。摩擦力的水平分力起曳人作用， 径向力的水平分力起阻止曳人作用。 所以只要摩擦力的水平分力大于径向力的水平分力就可实现自然咬人，即：T x>N x或>tan式中： 接触摩擦系数。一旦咬入成功，随着坯料不断曳人，变形区向轧辊中心连线方向扩展。由于径向力作用点大体在变形区中部，所以此时的咬人角也向轧辊中心连线方向靠近，即咬人角变小， 这意味着刚开始接触时的咬人条件最苛刻。一旦曳入成功， 在其他条件不变时稳定咬入条件随之有所降低。761辊锻送料方式有几种?辊锻送料方式有两种。一种是顺向送料，即顺着轧辊转向从轧机一侧轧入，

13、从另一侧轧出。另一种是逆向送料，即逆着轧辊转向从轧机一侧轧入并从同一侧轧出，辊锻中多用这种6方式送料。762如何实现强制咬入?自然咬人受最大咬人角限制，每道次压下量不大。为了减少辊锻道次，增大压下量，在实践中多采用强制咬人措施。一种强制咬人措施是中间咬人，它是利用辊锻模的凸起部分直接压入坯料中间实现开始咬人。 在咬人瞬间， 这种方法不受摩擦条件限制，其咬人角可以很大。但为了防止咬入后继续辊锻时发生打滑，最大咬人角限制为自然咬人角的1 3 15 倍。一般自然咬入角不大于 25°，而在中间咬人时最大咬人角可以增大到 32°37°。可见采用中间咬人措施后咬人条件大为改善

14、。另一种强制咬人措施是强迫咬人。 当毛料和辊锻模的前壁均已有一定斜度时， 水平阻力帆远大于水平拉力瓦， 不可能实现自然咬人。 此时也不易采用中间咬人， 否则会破坏毛料前壁已有的轮廓形状， 影响辊锻过程的充满成形。 在这种情况下必须采取强迫咬入方式， 由送料机给毛坯一定的推力，使其前壁顶靠在模具凸出部位的前壁上并随模具的旋转向前移动，直至被咬入时为止。采用这样的送料方式，可以保证毛坯在准确的位置上被咬入。763什么是前后滑?坯料被辊锻时，在高度上受到压缩，横向有所增加，纵向有大的延伸。在纵向延伸时，变形区内的金属不是以与辊锻模相同的速度匀速流动，而是向着变形区的入口和出口两个方向流动。 在变形区

15、内一个与模具圆周速度水平分量相同的断面，称为中性面或临界面，其位置偏向出口一侧。 在临界面靠出口一侧， 金属流动速度大于锻模圆周速度的水平分量，这就是前滑。在临界面靠入口一侧，金属流动速度小于锻模圆周速度的水平分量，这就是后滑。坯料的延伸是由坯料对锻辊的相对滑动形成的。与坯料延伸的同时必然伴随有前后滑。发生前滑后工件长度要比辊锻模具型槽周长长，因此前滑对辊锻后工件的纵向长度有影响。要想获得满意的长度尺寸，必须掌握好辊锻时的前滑量。764影响前滑的因素有哪些?在辊锻中，金属的前滑与多种工艺因素有关。主要的因素是：(1) 变形程度对金属前滑的影响。变形程度越大，辊锻变形区瞬间压缩的金属就越多，金属

16、的延伸量就会相应增加。 延伸量越大， 前后滑的金属越多。 一般情况下前滑量随变形程度增加而增加。(2) 摩擦系数的影响。实践表明，前滑随着摩擦系数的减少而减少。(3) 工具及坯料对前滑的影响。在辊锻中，工具及坯料的截面形状对前滑有很大的影响，这主要是因为力学条件发生了改变。 一般情况下， 有利于限制金属宽展变形的工具和坯料形状均有利于前滑。(4) 坯料温度对前滑的影响。 坯料加热温度对前滑有影响： 温度在 700以下， 前滑与温度成正比；温度在 700 1200之间，前滑与温度成反比。这主要是温度引起坯料表面氧化层变化，从而引起摩擦系数发生变化。(5) 坯料宽度对前滑的影响。当坯料宽度小于某一

17、定值时，前滑随着坯料宽度的增加而增加。当坯料宽度超过某一定值时，其宽度的变化对前滑不再发生影响。(6) 辊径对前滑的影响。随着辊径的增加，前滑也增加。765宽展有几种形式?宽展有三种形式。一种是金属在横向流动时没有或不受型槽侧壁限制的宽展，称其为自由宽展。 第二种是限制宽展，即金属在凹型槽中轧制时其横向流动受到型槽侧壁的阻碍，使宽展受到限制。 还有一种是强迫宽展， 它是用模具型槽中凸起部分强制压人坯料使其产生宽展。在生产实践中，强迫宽展和限制宽展是辊锻中的主要宽展形式。766哪些因素影响宽展?7影响宽展主要有以下因素：(1) 辊锻道次的影响。宽展量随着压下量的增加而增加，在总压下量一定时，减少

18、辊锻道次就是增加压下量，所以减少辊锻道次会导致宽展量增加。(2) 模具工作半径的影响。辊锻模具工作半径与宽展量成正比。(3) 摩擦系数的影响。摩擦系数越大宽展量越大。(4) 坯料宽度的影响。相对宽展量随着坯料宽度的增加而减少。绝对宽展量在坯料宽度达到某一定值前与其成正比，超过此值后成反比。当坯料很宽时对宽展量无影响。767辊锻型槽选择的原则是什么?在选择辊锻型槽时要考虑以下原则：(1) 满足锻模对坯料截面几何形状的要求。在选择辊锻模型槽时，从有利于模锻成形出发，往往对毛坯截面的几何形状有一定要求。 如要求辊锻毛坯截面为椭圆， 可选“椭圆一方”或“椭圆一圆”型槽系，而不宜选用其他型槽系。(2)

19、原始毛坯的几何形状的选择。不同的原始毛坯截面形状对所选型槽系有直接关系。在变形允许条件下，通常多选用价格便宜的圆坯。(3) 料在型槽中的稳定性要好。坯料截面轴长比越大，变形量就越大，稳定性也越差。可参见图 5-10 辊锻型槽系方案图。768成形辊锻制坯型槽设计的注意要点是什么?制坯型槽用于分配金属体积，为成形辊锻或预成形辊锻提供毛坯。形状简单、 辊锻道次少的锻件， 以成形辊锻件图作为设计依据。形状复杂、辊锻道次多的锻件，一般在制坯后要进入预成形辊锻型槽， 应以预成形毛坯图作为设计的依据。 设计成形辊锻制坯型槽时应注意以下几点：(1) 毛坯经制坯进入预成形或成形型槽时，应有较好的对中性和稳定性。

20、(2) 经制坯后的毛坯形状和尺寸应有利于在下道次成形时的金属填充性。(3) 相邻区段形状和尺寸的差异性。(4) 送料的稳定性。769成形辊锻型槽设计的特点是什么?除终成形型槽或初成形型槽分别按热锻件图或热辊锻件图设计外，设计成形辊锻型槽时还应首先考虑热收缩率取值和型槽尺寸确定的特点。热收缩率应按辊锻道次数考虑成形辊锻时的实际温度在12 15范围内选取。除宽度尺寸外，要根据辊锻时的抬辊量和前滑值相应减少型槽的高度和长度。第三节楔横轧770楔横轧轴类零件的原理是什么?楔横轧的工作原理如图5-11 所示，两个带楔形模具的轧辊，以相同的方向旋转并带动圆形轧件旋转， 轧件在楔形孔型的作用下， 轧制成各种

21、形状的台阶轴。 楔横轧的变形主要是径向压缩轴向延伸。8771楔横轧轴类零件的工艺特点是什么?楔横轧是一种高效金属成形工艺。 它是冶金轧制技术的发展， 因为它将轧制等截面的型材，发展到轧制变截面的轴类零件； 它又是机械锻压技术的发展， 因为它将整体继续塑性成形发展到局部连续塑性成形，楔横轧是工件在回转运动中成形的，所以又称它为回转成形，也有称它为特殊锻造的。由于成形的零件都是回转体轴类零件，故又统称它为轴类零件轧制。轧制零件与锻造零件在成形方式上不同，前者与后者比较，具有如下突出优点：(1) 工作载荷小。由于是连续局部成形，工作载荷很小。工作载荷只有一般模锻的几分之一到几十分之一。(2) 设备重

22、量轻。由于工作载荷小，所以设备重量轻、体积小及投资省。(3) 生产率高。一般高几倍到几十倍。(4) 产品精度高。产品尺寸精度高、表面粗糙度小，具有显著的节材效果。(5) 工作环境好。冲击与噪声都很小，工作环境显著改善。(6) 易于实现机械化、自动化生产等。(7) 生产成本低。由于生产效率高，节省材料及能源，模具寿命高，以及设备折旧费低等，使产品成本平均下降 30左右。楔横轧技术也有缺点和局限性，一是，工艺及技术复杂不易掌握；二是，模具尺寸大，加工较困难；三是，只能生产轴类零件(但可为非轴类零件制坯)。772哪些产品适合楔横轧工艺生产?由于楔横轧轴类零件的工艺特点， 它适合于批量大的轴类零件。

23、楔横轧工艺主要适用于汽车、 拖拉机、 摩托车、内燃机等轴类零件毛坯的生产。还可以用它为模锻件提供比其他锻造方法更精确的预制毛坯，例如发动机连杆、五金工具等。已经用于：(1) 汽车零件。包括东风、解放、 130、 212、切诺基、夏利、大发、五十铃、黄河等汽车上的变速箱一轴、二轴、中间轴、后桥主动轴、转向拉杆与球销、双联、四联齿轮、吊耳轴、半轴等；(2) 拖拉机零件。包括手扶、小四轮及大拖拉机上的变速箱一、二、三、五轴、半轴等；(3) 发动机与油泵零件。 包括发动机 l 一 6 缸凸轮轴， 油泵二、 四、六缸凸轮轴及齿轮泵轴等；(4) 其他零件。包括摩托车、自行车、五金工具、电机等机器零件的生产

24、。773楔横轧阶梯轴是怎样轧出的?楔横轧阶梯轴的成形过程在模具设计上，分为五个区段： 楔人段、楔人平整段、 展宽段、精整段以及剪切段(图 5-12) 。下面就每一段的作用与设计计算加以说明：(1) 楔入段 (A 一 B)。楔人段模具孔型的楔尖高度，按阿基米德螺线，由零(模具基圆 )增至楔顶高h 处。9楔入段的作用是实现轧件的咬人与旋转，并将轧件压成由浅人深的V 形槽，其最深处为 r=r 0 r1。如图 5-12 中的 II 截面所示。楔顶高 h 与 r 关系为：h= r+式中： 轧件外径至轧辊基圆的距离，其数值一般为0 32rm。楔人段的长度L1 用下式进行计算L =hcot cot 1楔入段

25、成形角与展宽角 的选择， 主要考虑轧件的旋转条件。 为了简化模具的设计与加工，常常让楔入段的成形角与展宽角等于展宽段的数值。为了防止楔人段轧件不旋转， 除在斜楔面上刻痕外还需要在楔人段开始处的前后基圆面上刻平行于轧辊轴线的刻痕。(2) 楔入平整段 (B C)。楔人平整段模具孔型形状保持不变，即此段的楔尖高h 不变，展宽角 =0。楔入平整段的作用是将轧件在整个圆周上全部轧成深度为r 的 V 形环槽，如图5-12所示的一截面。其目的为改善展宽段开始时的塑性变形。楔人平整段的长度L 2 用下式进行计算：L 2>dK /2一般取 L 2=0 6dK 即保证在二辊楔横轧机上轧件滚动半圈以上。实践已

26、经证明， 在模具设计中取消这一楔人平整段，对轧制过程的稳定与产品的质量均无多大影响。取消楔人平整段，不仅可以减少模具的长度，而且简化了机械加工。楔入平整段与展宽段交接处(图 5-12 的 C 处 )，由于楔人平整段的展宽角=0，而展宽段的展宽角 为某一角度，若不将模具在此交接处分开是很不好加工的。(3) 展宽段 (C D) 。展宽段模具孔型的楔顶高度不变，但楔顶面与楔底的宽度由窄变宽。展宽段是楔横轧模具完成变形的主要区段， 轧件直径压缩， 长度延伸这一主要变形是在这里完成的，轧件的这段形状如图一截面所示。楔横轧的主要工艺设计参数与 ，主要依据这一段的断面收缩率等因素确定， 模具10的长度与轧辊

27、的直径大小也主要受它的影响。展宽段的长度L3 用下式进行计算：L 3=1/2l lcot式中： l1轧件轧后以d1 为直径部分的长度。楔横轧的轧制压力与力矩， 在五个区段上是不相同的。 在一般情况下， 展宽段的压力与力矩在这些区段中是最大的。(4) 精整段 (D E)。精整段模具孔型的楔顶高与楔顶面与楔底的宽度都不变化，即展宽角 =0 。精整段的作用有两个：一是将轧件在整周上全部轧成所需的尺寸；二是将轧件的全部尺寸精度与表面粗糙度精整后，达到产品的最终要求。轧件在这段的形状如图5-12 的一截面所示。精整段的长度L4 用下式进行计算：L 4>dK /2一般取 L 4=0 6 出，即保证在

28、二辊楔横轧机上轧件滚动半圈以上。由于轧机机座是一个弹性体，轧制时轧制压力大小是变化的，所以两个轧辊的轴心间距离、两个模具间的距离是变化的。轧件在精整段中有一定的压力，当轧件完成精整并离开模具的一瞬间， 由于压力突然消失， 两个轧辊的轴心线将突然靠拢， 将给轧件表面留下轴向压痕。为此，需在精整段的最后部分设计一个卸载段。(5) 剪切段 (E F)。剪切段的作用是将轧好的轧件切断。 既可以把切刀放在中间把轧件一切为二或更多件，也可以放在两头， 切去多余的料头。因切刀的寿命低，切刀多单独做好再固定在模具上。剪切段都放在孔型的最后，与卸载774楔横轧模具设计的基本原则有哪些?在设计楔横轧模具时，一般应

29、遵循下述 4 个原则或者条件，即对称原则、旋转条件、缩颈条件、疏松条件。下面就每一原则加以说明：(1) 对称原则。楔横轧模具上的左右两条斜楔，在工艺上希望完全对称。这样，在轧制过程中模具两边作用于轧件两边的 x、y、z 三个方向力是对称的， 因而轧件不会由于轴向力不等而窜动，也不会由于轧件两边转速不一致而扭曲。如果轴类件本身在长度上就是对称的， 那么只要在制造上与工艺调整上加以注意， 就自然地满足这一对称轧制原则。但是，多数轴类件在长度上是不对称的，为了使作用于轧件两边的力符合对称原则，有4 种解决办法：第一种， 成对轧制。 将不对称的两个轴类件相对在一起轧制。这种办法不仅将非对称轴类件变为完

30、全对称的轧制，并且使轧机的生产率提高一倍，但对某些长轴类件，往往受到模具尺寸的限制而无法采用。第二种，分段对称轧制。将非对称轴分段用对称楔轧制。第三种，长棒料预轧楔轧制。用预轧楔的方法将非对称轴类件变为对称轧制。第四种，对称力轧制。可将左右两条斜楔的工艺参数(成形角 与展宽角)采取不等数值，使其作用于轧件的力，尤其是轴向力尽可能相等的办法。(2) 旋转条件。设计楔横轧模具时，轧件在模具孔型的带动下能正常地旋转，是楔横轧必须的先决条件。楔横轧轧件的整体旋转条件， 由于问题比较复杂， 还写不出判别式。 建议用最不利截面的旋转条件判别式进行判断，其判别式为：112tantand1d1dK1D1式中：

31、 d1轧件轧后的直径；D1轧辊上模具的楔顶直径；dK 轧件的滚动直径。从旋转条件判别式中可以看出：1)模具与轧件间的摩擦系数越大，旋转条件越好，而且是平方关系的影响。所以增加摩擦系数是保证旋转条件最重要最有效的因素，为此，在楔横轧模具的入口处和斜楔面上均刻有平行于轴线刻痕，这样做可以把热楔横轧的摩擦系数从 02 03 提高到 0350 6。2)模具的成形角、展宽角、轧件的轧后直径与模具楔顶直径之比dl D l 越小，旋转条件越好，但这些参数还受其他重要条件的限制，调整余地不很大。3)缩颈条件。在设计楔横轧模具时，应满足轧件不因轴向力过大将轧件拉细这个条件。轧件不被轴向力PZ 拉细的判别条件为：

32、2PZ<d12/4或p d12 8sin式中： 轧件材料的变形阻力。从上式中可以看出：当轧件的材料、轧制温度及轧后直径d1 等确定后，轧件是否会拉细，主要决定于成形角的大小， 角越大越易拉细。当断面收缩率比较大时，容易产生拉细现象，故成形角应取小的数值。4)疏松条件。楔横轧的轧件，由于金属纤维沿零件的外形连续分布，晶粒细化等，使轧后零件的质量得到提高。实践与理论都说明：横轧时， 圆形毛坯在连贯转动中径向小变形量压缩时，毛坯除轴向延伸外， 径向也产生扩展， 因而在毛坯的心部产生拉应力。 当毛坯旋转时， 若轴向阻力过大；毛坯横向扩展积累， 心部的拉应力增加， 当达到材料强度极限时， 心部就出

33、现超过允许级别的疏松甚至空腔，这是不允许的。所以，在设计楔横轧模具时，为避免这种现象的出现，应作如下考虑：1)断面收缩率小时，容易产生疏松。因为小时，变形不易透人中心，多是表面变形，故轴向变形小而横向变形大，形成较大的心部拉应力。2)成形角小时，容易产生疏松。因为口小时，斜楔给毛坯的轴向拉力小，轴向变形小，易造成较大的横向变形，形成较大的心部拉应力。3)展宽角过小时， 相当于径向压下量过小与同一位置拉压次数增加，容易产生横向变形及心部的较大拉应力。当展宽角过大(特别是在曲较小)时毛坯表面金属不容易碾轧出去，这部分多余金属在孔型顶面反复揉搓下， 毛坯心部产生较大的拉力。 以上两种情况都容易产生疏

34、松。775楔横轧阶梯轴的内直角台阶是怎样轧出的?在楔横轧的产品中，经常遇到带内直角台阶的阶梯轴，如图5-13 所示，对这类零件，在设计模具时， 都存在一个轧齐曲线问题。 即模具的孔型按轧齐曲线设计与加工才能轧出内直角的台阶轴。12如果模具孔型设计不按轧齐曲线进行设计加工，而按如图5-14 所示的AB 斜线一直宽展到内直角，点，然后从 I 点过渡到 D 点，这样的设计与加工虽然简单，但轧不出带内直角的阶梯轴，而是带螺纹的锥体。所以，在设计模具孔型时，不能以BID 这条折线，而以斜面A B与垂直面BB的交点形成的曲线，即这条曲线轧齐曲线才能轧出内直角的阶梯轴。776楔横轧阶梯轴模具设计工艺参数有哪

35、些?楔横轧阶梯轴模具设计工艺参数主要有：断面收缩率、成形角 和展宽角。下面就每一参数的作用加以说明：(1) 断面收缩率 (又称断面压缩率 )，是楔横轧中一个基本工艺参数。断面收缩率 为轧件前面积凡减去轧后面积 F1 与轧前面积之比，即13F0 F1d02d1 221d1F0d02d0式中： d0轧件轧前直径；d1轧件轧后直径。楔横轧一次的断面收缩率一般应小于 75，否则容易产生轧件的不旋转，螺旋缩颈甚至拉断等问题。如果轴类件产品直径相差很大，断面收缩率大于 75，一般采用在同一轧辊模具上两次楔入轧制，即每次楔人轧制的压缩率小于75，两次总压缩率大于75的方法；在个别情况下，可采用局部堆积(毛坯

36、直径增大 )轧制的方法使 大于 75 o需要指出的是，断面收缩率小于 35时，若工艺设计参数选择不当，不但轧制尺寸精度不易保证，而且容易出现轧件中心疏松等缺陷。因为过小时，金属只产生表面变形，轴向没有或基本没有变形，多余的金属在模具间反复揉搓，中心产生拉应力与反复剪应力使中心破坏所致。 对于小的断面收缩率 ，为避免中心疏松应该选择小的展宽角与大的成形角。所以说，楔横轧最有利的断面收缩率为：=50 65。在这个范围的断面收缩率，可以选择较大展宽角轧制。(2) 成形角 是楔横轧模具设计两个最重要、最基本的工艺设计参数之一。成形角 对轧件的旋转条件、 缩颈条件以及轧制压力与力矩都有显著的影响。一般情

37、况下， 角越大 角越大、旋转条件越差，容易产生缩颈，但中心疏松条件改善。根据理论与实践，成形角大多在以下范围内选择：18° 34°断面收缩率 不同时，成形角应选择不同的数值。理论与实践告诉我们，一般情况下，西越大，越容易产生缩颈和不旋转问题，而不易发生中心疏松，故应选择较小值。(3) 展宽角 与成形角 一样，是楔横轧模具设计中最重要、最基本工艺设计参数。展宽角 对轧件的旋转条件、 疏松条件、缩颈条件以及轧制压力与力矩都有显著的影响。一般情况下， 角越大，旋转条件越差，容易产生螺旋缩颈，轧制压力与力矩增加，但中心疏松条件改善。根据理论与实践，展宽角大多在以下范围内选择：4&#

38、176; 12°为了减少模具的长度，在模具设计时在允许的条件下应尽可能选取较大的角。断面收缩率对展宽角的影响比较复杂，一般情况是：当>70时，应该选择较小的 值，否则容易产生缩颈；当<35 时，也应该选择较小的值，否则容易产生疏松。需要指出， 对于塑性较差的材料，以及工艺上需要较低温度轧制的碳钢或低合金钢，轧制较小直径的轧件，由于温降快，塑性较差时，在选择展宽角时，应选择较小数值。777楔横轧机的基本类型有哪些?在国外与国内只有三种基本类型的楔横轧机，如图 5-15 所示：单辊弧形式 (简称弧形式 )、辊式和板式楔横轧。14778弧形式楔横轧机的特点是什么?弧形式楔横轧机

39、的主要优点是结构简单、重量轻、设备造价低。它与辊式楔横轧机相比较， 只需驱动一个轧辊， 可以省掉将一个传动转换为两个同向转动的分齿机 (又称齿轮座 ) 部分，以及万向接轴、相位调整机构等。它与板式轧机相比较，没有空行程及往返时的惯性载荷，故生产率高，每分钟能生产10 25 个 (对 )产品。但是，这种类型的轧机存在下述缺点：(1) 由于轧件作行星运动，无法施加导板，轧制过程中轧件容易歪斜而卡住，尤其是非对称复杂零件更容易发生，此外产品精度也难以控制。(2) 其中一支楔形模具为内弧形，加工制造相当困难。(3) 轧机的工艺调整困难，尤其是径向与喇叭口的调整很难实施，故工艺不易稳定等。由于该类型轧机

40、存在上述较严重的缺点，因而无论国内、国外都应用较少。主要用于那些尺寸不大、形状较简单产品的生产。779辊式楔横轧机的特点是什么?辊式楔横轧机是三种类型轧机中应用最广泛的。它的主要优点如下：(1) 生产率高，一般为 6 25 个 (对 ) min 。(2) 设有导板装置。上下两个轧辊轧制时，左右有两个导板控制轧件。这样，不仅可以防止轧件歪斜， 保证轧制过程的稳定， 而且可以有效地控制产品的尺寸精度，有利于精密楔横轧工艺的实现。(3) 一般都设有径向、轴向、相位及喇叭口调整机构，能方便、准确地实现工艺调整等。辊式楔横轧机的缺点是：设备结构庞大、重量大、占地面积大；模具加工需要大型机床等。辊式楔横轧

41、机按轧辊配置分为立式与卧式。 立式楔横轧机与卧式楔横轧机比较具有占地面积小，进出料方便，导板装卸容易等优点。所以，国内外多采用立式楔横轧机，只是在小型楔横轧上采用卧式的。780板式楔横轧机的特点是什么?板式楔横轧机， 与弧形式及辊式楔横轧机比较， 最突出的优点是模具制造比较容易， 由于它是平板的，只需一般的刨床或铣床就可以完成。板式楔横轧机，由于是往复运动，有空行程，与辊式、弧形式比生产率是最低的，一般为 4 10 个 (对 )min 。此外，板式轧机还存在无法施加导板，以及调整比较困难等缺点。板式楔横轧机有两种形式： 一种为两个平板水平布置， 另一种为两个平板垂直地面布置。垂直与平行布置相比

42、较， 前者高但占地面积小， 轧件上脱落的氧化铁皮不会掉在平板上影响轧件的表面质量。781楔横轧坯料加热方式主要有哪些?15楔横轧坯料加热方式目前主要有中频炉感应加热、煤气炉加热、 煤炉加热方式。 中频炉感应加热方式普遍被采用，因为它与燃料加热比较，优点为：不容易发生过热与过烧，产品质量有保证；氧化铁皮损失小；生产机动灵活；生产环境好以及节省人力与地方；容易实现机械化、自动化生产等。782楔横轧专业化工厂有哪些主要工艺流程?楔横轧专业化工厂主要工艺流程如下：长棒科 定尺下料 加热 轧制 空冷 正火 抛丸 矫直 检验下面就每一工序的作用加以说明：(1) 长棒料。从冶金厂来的棒料一般长度为 4 6m

43、，到厂后应经检验，主要内容包括：化学成分、直径公差及椭圆度、表面有无缺陷，中心疏松级别等。(2) 定尺下料。 按照零件毛坯体积(加烧损 )加上料头损失为下料体积进行定尺下料。用剪断机下料的优点是生产率高、 在断口处无材料损失， 缺点是剪口有马蹄形。 故这种下料只能用于产品两头需轧细并去掉料头的产品。 用带式锯下料虽然有切口损失， 但由于切口质量好，是楔横轧车间主要下料方式。(3) 加热。楔横轧车间理想的加热方法为电感应加热。它与燃料加热比较，优点为不容易发生过热与过烧， 产品质量有保证；氧化铁皮损失小； 生产机动灵活；生产环境好以及节省人力与地方； 容易实现机械化，自动化生产等。 所以，凡有条

44、件的工厂都应采用中频电感应加热。(4) 轧制。轧制是楔横轧轴类零件的主要工序。轴类零件的成形工艺在这里完成，所以也是整个生产流程的中心环节。对于碳素钢和低合金钢，一般轧制温度为1000 1200。对利用楔横轧工艺制坯，紧接着模锻成形零件(如生产发动机连杆)，一般取较高的温度轧制，没有特殊要求的取较低的温度轧制。轧机的生产率一般为每分钟6 12 件 (或对 )。(5) 空冷。多数轧件采用轧后空冷。空冷经检验后就可以向用户交货，也有需要正火状态交货的，大多采用空冷后，再加热经正火后交货的，但也有采用轧后余热正火的。(6) 正火。一般采用台车式电阻正火炉进行轴类零件毛坯的正火处理。正火的主要目的是得

45、到符合切削加工的硬度 (一般 HB190 220)；符合晶粒度等内部组织的要求以及消除零件的内应力等。(7) 抛丸清理。轴类零件毛坯多采用抛丸清理。其主要目的一是清除轧制、正火后轧件表面形成的氧化铁皮及其他缺陷 (皱纹、毛刺等 )，减少在切削加工中刀具的磨损；二是显露轧件表面缺陷，为检查轧件质量提供条件。(8) 矫直。对于楔横轧轴类件，尤其是细长的轴类件，在加热、轧制、冷却以及正火处理中， 免不了有弯曲变形，所以通常需要矫正工序。一般做法是，在小型压力机的工作台上垫上 V 形铁，靠人工操作将冷下的轧件矫直。(9) 检验。轧件质量检验的目的在于保证产品质量符合锻件的技术标准。其检验的内容包括：尺

46、寸与几何形状、表面质量、内部质量、力学性能与化学成分等。第四节斜轧783斜轧零件的原理是什么?螺旋孔型斜轧(简称斜轧 )的工作原理如图5-16 所示，两个带螺旋孔型的轧辊，其轴心线相互交叉，轧辊以相同方向旋转并带动圆形轧件即旋转又前进，轧件在螺旋孔型的作用下，成形回转体零件毛坯。斜轧的变形主要是直径压缩轴向延伸。16784斜轧零件的特点是什么?孔型斜轧是一种高效金属成形工艺。它是冶金轧制技术的发展，因为它将轧制等截面的型材， 发展到轧制变截面的轴类零件；它又是机械锻压技术的发展，因为它将整体断续塑性成形， 发展到局部连续塑性成形。孔型斜轧是工件在回转运动中成形的，所以又称它为回转成形， 也有称

47、它为特殊锻造的。 由于成形的零件都是回转体轴类零件， 故又称它为轴类零件轧制。螺旋孔型斜轧与常规的成形工艺铸造、锻造和切削等相比，有以下优点：(1) 单机生产率高。轧辊每转一圈生产一个产品(单头 )或多个产品 (多头 )。轧辊转速一般为 40 500rmin ，即每分钟生产40 3000 个产品。与锻造相比生产率提高5 20 倍。(2) 材料利用率高。斜轧的材料利用率一般为80以上，目前精密斜轧可达95以上，即可达到少切削无切削的目的。(3) 产品质量高。 一是斜轧产品金属流线沿产品轴线保持连续( 无切削断头 )；二是轧后晶粒细化。因而产品的力学性能提高，某些斜轧产品的静载强度较之切削产品提高了3050。(4) 劳动条件改善。斜轧无冲击、少噪声，轧件的成型、精整、切断等工序均在孔型中连续自动完成， 加上进出料容易实现自动化， 因而改善了劳动条件， 降低了工人的劳动强度。(5) 产品成本降低。由于是连续局部成形，工作载荷很小。工作载荷只有一般模锻的几分之一到几十分之一， 设备重量轻、 体积小及投资省等。 斜轧轧辊的寿命比锻模的寿命长520 倍，同时可以大幅度减少生产人员、设备台数、占地面积，故大幅度降低成本等。孔型斜轧的缺点是： 一是只能生产回转体零件； 二是模具设计