輥鍛成形技術(shù)

1. 輥鍛變形特點(diǎn) 

    輥鍛是材料在一對反向旋轉(zhuǎn)模具的作用下產(chǎn)生塑性變形得到所需鍛件或鍛坯的塑性成形工藝。輥鍛變形原理如圖1所示。輥鍛變形是復(fù)雜的三維變形。大部分變形材料沿著長度方向流動(dòng)使坯料長度增加，少部分材料橫向流動(dòng)使坯料寬度增加。輥鍛過程中坯料根截面面積不斷減小。輥鍛適用于軸類件拔長，板坯輾片及沿長度方向分配材料等變形過程。

    2．輥鍛基本原理 

    （1）坯料的咬入 只有坯料被輥鍛模咬入才能建立起輥鍛過程，在實(shí)際生產(chǎn)中有端都自然咬入和中間咬入兩種咬入方式，如圖2所示。在端部自然咬入進(jìn)，模具與坯料之詞的摩擦力是咬入的主動(dòng)力，而坯料受到的壓力p的分力是咬入的阻力，圖中α稱咬入角。提高摩擦系數(shù)，減少咬入角有利于實(shí)現(xiàn)咬入條件，提高摩擦系數(shù)可用模具表面粗糙化來實(shí)現(xiàn)，減少咬入角可用減少絕對壓下量來實(shí)現(xiàn)。中間咬入是由輥鍛模上的突出部位直接壓入坯料而強(qiáng)行將坯料拽入變形區(qū)，咬入時(shí)不受摩擦影響，咬入角可以加大。為了減少輥鍛道次，增加每道次的壓下量采用中間咬入是必需的。端部自然咬入時(shí)咬入角不大于25º，中間咬入時(shí)可達(dá)：32º～37º。 

    （2）前滑 輥鍛過程中，每一時(shí)刻流入變形區(qū)與流出變形區(qū)的材料體積相等，而變形區(qū)的高度是變化的，因此材料沿輥鍛方向運(yùn)動(dòng)速度也是變化的，在變形區(qū)出口處材料運(yùn)動(dòng)速度大于鍛輥線速度。這一現(xiàn)象稱為前滑。由于輥鍛件的長度由出口處運(yùn)動(dòng)速度決定，因此計(jì)算前滑有重要意義，計(jì)算前滑的芬克公式為 
    S＝（R/h-1/2）r2 
    r＝（α/2）×（1-α/2β） 

    式中 S——前滑值； 
    R——輥鍛模半徑； 
    α——咬入角； 
    β——摩擦角； 
    h——變形區(qū)出口處高度。 
    芬克公式是在忽略寬民的條件下導(dǎo)出的，是計(jì)算簡單變形的近似公式。對于受型槽約束的縱向變斷面輥鍛，其前滑值較簡單輥鍛小。 

    （3）寬展 材料經(jīng)過輥鍛在橫向上流動(dòng)形成了寬展。影響寬展的因素主要有：絕對壓下量，輥鍛模直徑、坯料原始寬度與摩擦系數(shù)等。絕對壓下量增加，輥鍛模直徑增加、摩擦系數(shù)增加、原始坯料寬度減小，都使寬展加大。理論上計(jì)算展寬的公式較多，但都是在某一特定條件下提出的，在計(jì)算復(fù)雜型槽輥鍛時(shí)誤差較大。目前采用相應(yīng)矩形法，即把型槽折算成矩形，借用平輥軋制時(shí)的公式，然后進(jìn)行修正。 

    3. 輥鍛模具設(shè)計(jì)要點(diǎn) 

    1）對于制坯輥鍛，應(yīng)按照計(jì)算毛坯圖的要求選擇坯料，根據(jù)最大變形程度計(jì)算出輥鍛道次，選擇型槽系統(tǒng)，合理分配道次變形量。根據(jù)變形規(guī)律計(jì)算出每道次的坯料截面尺寸，使各道次變形相適應(yīng)，合理選擇型槽系是關(guān)鍵。型槽系方案圖4所示，表2列出了常用型槽系。在選擇型槽系時(shí)，除合理分配變形量外，尚需考慮輥鍛時(shí)的穩(wěn)定性。要注意型槽形狀與坯料之間的配合關(guān)系，還要考慮到增大變形量受到穩(wěn)定性條件的限制。 

    2）對于成形輥鍛型槽，除考慮制壞輥鍛設(shè)計(jì)的要點(diǎn)外，還要考慮成形性及尺寸精度的要求。由圖3所示，輥鍛時(shí)后滑區(qū)占據(jù)變形區(qū)的大部分，因此型槽后壁易成形而前壁難成形�？赏ㄟ^轉(zhuǎn)換輥鍛方向的方式使前后壁各處于一次易成形區(qū)，從而使型槽充滿良好。準(zhǔn)確計(jì)算前滑值可保證長度方向的尺寸精度。除了在理論上計(jì)算外，參考已有實(shí)測數(shù)據(jù)的實(shí)例也很重要。 

4．輥鍛設(shè)備 

    目前常用的輥鍛機(jī)可分為雙支撐式、懸臂式和復(fù)合式三種類型。早期出現(xiàn)的類似軋鋼機(jī)式的分壁式輥鍛機(jī)已很少見到。在輥鍛制坯生產(chǎn)線上常見的是自動(dòng)輥鍛機(jī)。這種輥鍛機(jī)是把雙支撐輥鍛機(jī)與自動(dòng)化機(jī)械手聯(lián)接在一起，實(shí)現(xiàn)了多道次輥鍛的全部自動(dòng)化。自動(dòng)輥鍛機(jī)已全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。

5. 輥鍛成形的發(fā)展有兩個(gè)重要領(lǐng)域。

   其一是精密輥鍛技術(shù)，包括冷精輥技術(shù)。在板片類零件的精密成形上有良好的發(fā)展前景，如在葉片成形與變截面鋼板彈簧上均有優(yōu)勢。其二是在長軸類鍛件生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)體積分配與預(yù)成形，減少最終成形負(fù)荷，組成精輥精鍛復(fù)合生產(chǎn)線，用較少投資大批量生產(chǎn)復(fù)雜鍛件。載貨汽車前軸精輥精鍛生產(chǎn)線是一個(gè)成功的范例。這種生產(chǎn)線投資只有傳統(tǒng)的萬噸壓力機(jī)生產(chǎn)線的1/5～l/8，而產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)能力相當(dāng)。輥鍛成形技術(shù)的發(fā)展將在以上兩方面推動(dòng)我國鍛造行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。