机械零件轧制

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) 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：(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，带齿形白两个轧辐 1与圆形轧件2对辐中，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。0B5-1齿帔轧制工作原理图1 一皆辘模具野孔怦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。两个带螺纹的轧辐，以相同的方向旋转，带动圆形轧件旋转，其中一个轧辐径向进给，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. 4口。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个带锥形的轧辐1带动圆形轧件2旋转， 由于轧辐轴心线与轧件轴线交叉，故轧件除旋转外还向前运动。 3个轧辐借助于仿形板 3改 变轧辐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。图5-3坊形斜轧工作原理图】一乳理;人轧怦tA怡布被754.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个带扇形板的轧辐的轴心线交叉，4个轧辐同时旋转并带动轧件作旋转前进运动。轧辐(1 , 2),其轴心线与轧件31为钻沟扇形板，轧辐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。005-4斜轧麻花站头工柞原理图) 及孔型示图(b)1T 周影板式一帖刃右舞；一几件755.什么是旋转锻造？旋转锻造又称径向锻造，是长轴类轧件成形工艺。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。S5-5旋幡锻造原理图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。第二节辐锻756.什么是辐锻？辐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：两个轧辐轴线平行， 其旋转方向相反，毛坯在安装于轧辐上的扇形模具带动下， 做垂直于轧 辐轴线的直线运动，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：图5-6窿徽原理图一上修卜之一事，上飙白一毛坯I(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。多型槽辐锻的生产率与模锻相当，单型槽一次辐锻的生产率约为锤上 模锻的510倍。(3)材料利用率高。辐锻的材料利用率一般在80%以上。(4)产品质量好。辐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。辐锻时无冲击，噪声小，易于实现机械化和自动化。757 .辐锻可以用来做什么 ？辐锻分为制坯辐锻与成形辐锻。制坯辐锻主要用于模锻制坯， 即在辐锻机上按锻件形状 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。成形辐锻视锻件成形程度分为终成形辐锻、部分成形辐锻和初成形辐锻。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辐锻或部分成形辐锻生产。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辐锻(图5-7),辐锻后再在小吨位模锻设备上整形。EM b* iHi-lSfis臂gb图5-7连杆.汽车常设疆修毛坯形状图4杆;1代车前*758 .辐锻变形区在哪里 ？由于辐锻的变形特点为连续局部小变形，所以并不是整个辐锻工件同时在变形，而只是辐锻模直接压缩作用下的一部分区域在变形。所以直接承受辐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 .辐锻变形区的基本参数有哪些？辐锻变形区的基本参数有： 变形区的入口高度 h。、变形区的出口高度 hi、变形区长度1、 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ho=hi+D(1 - cos a) 绝对压下量？h=D(1 cos a)咬人角sin变形区长度1 Jr h 丁 Nx或 Han a式中：-接触摩擦系数。一旦咬入成功，随着坯料不断曳人，变形区向轧辐中心连线方向扩展。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辐中心连线方向靠近，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。ns9提0自依值入条件示阕761 .辐锻送料方式有几种 ？辐锻送料方式有两种。 一种是顺向送料，即顺着轧辐转向从轧机一侧轧入，从另一侧轧出。另一种是逆向送料， 即逆着轧辐转向从轧机一侧轧入并从同一侧轧出，辐锻中多用这种方式送料。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辐锻时发生打滑，最大咬人角限制为自然咬人角的1. 31. 5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。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 7001200c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?影响宽展主要有以下因素：(1)辐锻道次的影响。宽展量随着压下量的增加而增加，在总压下量一定时，减少辐锻 道次就是增加压下量，所以减少辐锻道次会导致宽展量增加。(2)模具工作半径的影响。辐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.辐锻型槽选择的原则是什么 ？在选择辐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。在选择辐锻模型槽时，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。如要求辐锻毛坯截面为椭圆，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)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辐锻型槽系方案图。HS-10穗峨型槽系方餐留768.成形辐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，为成形辐锻或预成形辐锻提供毛坯。形状简单、辐锻道次少的锻件，以成形辐锻件图作为设计依据。形状复杂、辐锻道次多的锻件，一般在制坯后要进入预成形辐锻型槽，应以预成形毛坯图作为设计的依据。设计成形辐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。(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.成形辐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辐锻件图设计外，设计成形辐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。热收缩率应按辐锻道次数考虑成形辐锻时的实际温度在1. 2% 1. 5%范围内选取。除宽度尺寸外，要根据辐锻时的抬辐量和前滑 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辐，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，轧制成各种形状的台阶轴。楔横轧的变形主要是 径向压缩轴向延伸。95-11模横札原理图强附*fl的灵帽以一轧怦;3-卫收771.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。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 - 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。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 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。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=r0一门。如图5-12中的I I截面所示。楔顶高八与 r关系为：h=A r+ 8式中：&-轧件外径至轧辐基圆的距离，其数值一般为0. 32rm。楔人段的长度Li用下式进行计算Li=hcot ocot 3楔入段成形角”与展宽角3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a与展宽角3等于展宽段的数值。KS-12横横轧哀理横具的区废国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辐轴线的刻痕。(2)楔入平整段(B-C)o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p=0o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n - n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 L2用下式进行计算：L2 粒/2一般取L2=0. 6 4k即保证在二辐楔横轧机上轧件滚动半圈以上。实践已经证明，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3=0,而展宽段的展宽角3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出一出截面所示。楔横轧的主要工艺设计参数a与&主要依据这一段的断面收缩率少等因素确定，模具的长度与轧辊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：L3=1/2licot 3式中：li轧件轧后以di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 3=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W IV截面所示。精整段的长度L4 用下式进行计算：L4 ndK/2L 4=0 6 出，即保证在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，离、 两个模具间的距离是变化的。具的一瞬间， 由于压力突然消失，轧制时轧制压力大小是变化的， 轧件在精整段中有一定的压力， 两个轧辊的轴心线将突然靠拢，所以两个轧辊的轴心间距 当轧件完成精整并离开模 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a与展宽角份采取不等数值，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：2tan tandidK 1diDi式中：di轧件轧后的直径；Di 轧辐上模具的楔顶直径；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 W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 科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W从0. 2 0. 3提高到0. 350. 6。1 ）模具的成形角 外展宽角3、轧件的轧后直径与模具楔顶直径之比di/Di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。2 ）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：2Pz轧制f空冷- 正火- 抛丸-矫直f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46m,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10001200C。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612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到符合切削加工的硬度(一般HB190220);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。旋孔型饵轧原理图784.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一一铸造、锻造和切削等相比，有以下优点：(1)单机生产率高。轧辐每转一圈生产一个产品(单头)或多个产品(多头)。轧辐转速一般为40500r/min ,即每分钟生产 403000个产品。与锻造相比生产率提高520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30%50%。(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。斜轧轧辐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；二是模具设计与制造比较复杂；三是工艺调整难度大等。由此可见，孔型斜轧是一项高产出、低消耗、可生产出高质量产品的先进制造技术，但模具复杂，调整困难，故它一般适合于轧制产品形状简单，长度小于200mm。一般情况下，单个零件重量为1kg时，孔型斜轧的年经济批量是20万件以上。785.哪些零件可用斜轧工艺生产 ？孔型斜轧应用于球磨钢球、轴承钢球及滚子、丝杠等球类件、柱类件、螺旋面零件或毛 坯的生产。还可以用穿孔斜轧轧出空心毛管后，在带芯棒的螺旋孔型斜轧机上轧出空心的回转体零件毛坯，如自行车闸皮、轴的内座圈等空心件。斜轧一般适合于轧制产品形状简单， 长度小于200mm。一般情况下，单个零件重量为1kg时，孔型斜轧的年经济批量是20万件以上。786斜轧轧辊的设计原则 ?在螺旋孔型轧辊设计时，应遵循下列两个基本原则：(1)体积相等原则。体积相等原则是孔型斜轧轧辊设计最重要最基本的原则。体积相等原则为： 在封闭孔型区段内， 任何位置孔型内所包含的金属体积应保持为一个常数， 此常数为需轧出产品的体积加上一个不大的连接颈体积。(2)连接颈相适应原则。连接颈相适应原则为：在任意位置，凸棱宽度与连接颈长度相适应。孔型设计体积相等原则， 是从总体上要求任意型腔内金属平衡； 连接颈相适应原则是从局部提出进一步要求， 保证任意位置凸棱宽度与连接颈长度相等， 也是建立在金属体积平衡基础之上的。如果凸棱宽度大于连接颈长度， 则连接颈受拉， 严重时被拉断， 使轧件在孔型中处于不稳定状态。如果凸棱宽度小于连接颈长度， 则出现连接颈金属多余， 这种情况发生在未封闭孔型处时，由于连接颈的后伸， 将后一个球推离凸棱，造成钢球前半部短金属的缺陷；这种情况发生在封闭孔型处时， 多余金属使连接颈变扁， 既可能出现不旋转， 又可能出现强迫将其扭断现象， 还可能出现疏松等缺陷。 连接颈的疏松与中空会迅速向钢球扩展， 造成钢球心部的疏松乃至中空。孔型设计体积相等原则和连接颈相适应原则， 二者相辅相成， 对一般斜轧孔型设计是普遍适用的。 然而不同的零件，由于其几何形状的不同，应导出相应的计算公式，并根据不同的情况，综合运用。787斜轧钢球一般有哪些设计方法?斜轧钢球孔型设计方法较多，常用以下方法：(1) 孔型凸棱单侧变导程法。孔型凸棱单侧变导程法又称柱面辊孔型设计法，是建立在圆柱形轧辊坯上设计加工的方法， 是前苏联设计的热轧钢球的方法。 由于轧辊孔型可以在普通车床上加工，因而是目前广泛采用的基本方法。它不仅适用于形状简单的钢球、辊子等，而且适用于形状复杂的异形零件，如 Q 一 7 球头、 H 一 1 阶梯轴等。其孔型特点为： 1)单侧变导程， 另一侧为基本导程。 凸棱左侧导程T 是随孔型展角变化的，而右侧导程为不变的基本导程T ； 2)凸棱宽度由窄变宽。凸棱宽度从人料口到出料口是由窄变宽的，在孔型未封闭的第一圈及精整区，孔型的凸棱宽度可以是不变的；3)轧辊制造较容易， 可以在普通车床上用变换挂轮的方法加工， 因而对制造设备的要求不高， 成球的几何精度也不够高。(2) 孔型双侧同步变导程法。孔型双侧变导程法又称为锥面辊孔型设计法，凸棱高度是在锥形辊面上自然形成的， 孔型设计与加工建立在锥面辊坯上， 并且凸棱两侧导程均为变化的，是美国设计用于轧制较小直径的自行车钢珠，目前常用于设计冷轧直径36 5mm 钢珠。采用双侧变导程设计方法的出发点是为了简化孔型加工。 然而，凸棱顶为斜面，按体积平衡条件建立方程求得凸棱宽度、 螺旋导程等， 变化规律并非简单的线性关系， 不仅计算复杂，而且加工精度难以保证。鉴于轧辊锥角和凸棱宽度值均不大，可将凸棱顶视为平直的，计算误差甚小，这样设计和制造就简单得多。其孔型特点为： 1)无基本导程，球形型腔中无平直段存在，对球形底部来说只有一条变导程，对凸棱两侧来说是双侧变导程，且无基本导程； 2) 凸棱宽度由宽一窄一宽变化，凸棱宽度的最窄处靠近切断区，之后凸棱宽度又增加了；3)轧辊制造必须用专用机床，采用凸轮或液压等仿形法加工。辊坯的制造精度取决于加工工艺过程。(3) 孔型凸棱双侧不同步变导程法。孔型双侧不同步变导程法是由北京科技大学提出的，该设计方法兼收了孔型凸棱单侧变导程法和孔型双侧变导程法的优点，是这两种设计方法的发展。该方法能很好地满足第一原则，较好地满足第二原则，适用于各种形状的零件设计， 但加工工艺性差，必须在专用数控机床上进行加工。其孔型特点为：1）双侧不同步变导程，凸棱两侧螺旋导程是变化的，但变化规律及变化量不等；2）凸棱宽度由窄变宽。凸棱宽度从入料口到出料口是由窄变宽的；3）轧辐制造难,必须在专用数控机床上进行加工。788 .钢球是如何轧制成形的 ？将加热的坯料沿轧辐轴向送人具有相应球形的螺旋轧辐间，轧辐的轴线与轧件的轴线互成一个不大的夹角，坯料被咬入到同向旋转的轧辐后，旋转的螺旋轧辐使轧件一边旋转，边成形、前进，即轧件一边成形，一边呈螺旋式前进，轧出钢球。成形过程见图5-17。a图5-17旋孔型斜轧钢球示意图l几幅生视图一运动好视图789 .带螺纹的零件是如何轧制成形的？斜轧螺纹时，为使轧辐上的齿纹和轧件螺纹方向一致，轧辐的轴线与轧件的轴线互成一个不大的夹角，轧制时，旋转的轧辐使轧件沿轴线运动，呈现螺旋式运动，逐渐轧出轧件的螺纹。成形过程见图 5-18。S5-18 旋孔型斜轧蝶坟示意图l轧辕圭视图ib一运动解视图790 .常用的斜轧轧辐材料有哪些？由于斜轧轧辐辐形棱角突出，轧制时单位压力大、速度差大，所以轧辐材料要求选用高 温、高压工作条件下耐磨损的。我国常用的材料如下：热轧：35CrMnSi、5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V。冷轧：9CrSi、Crl2MoV、W18C14V。热精轧：W6M05Cr4V2Al、5W2Cr4V20为了避免轧辐与轧件由于相对滑动造成轧辐表面粘料，除用液体强力冷却和润滑外，还要求轧辐的表面有较高的硬度。对于斜轧轧辐要求HRC52,最好是HRC=6068。上述材 料有的通过热处理可以达到，有的则达不到，例如 5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V直接热 处理达不到 HRC52的要求，为此常采用轧辐表面软氮化或表面渗碳处理，这样做对提高 轧辐寿命，避免轧辐表面粘料有明显的效果。791 .轧辐的倾斜方向与旋转方向，螺旋孔型旋向的关系是什么？斜轧轧辐的倾斜方向、旋转方向与螺旋孔型旋向（左右）三者之间必须保持一定的关系才能实现正常轧制。即轧辐倾斜方向与旋转方向所决定的轴向运动，必须同轧辐螺旋孔型旋向与转动方向产生的轴向运动一致。从人料方向看过去，如果是右旋孔型轧辐 （图5-19）,应该 是右边的轧辐人口端往下倾斜，左边轧辐入口端往上倾斜，旋转方向为逆时针。如果是左旋孔型轧辐（图5-20）,则相反，应该是右边的轧辐入口端往上倾斜，左边轧辐 人口端往下倾斜，旋转方向为顺时针。图5-19右旋孔型轧辐的博科方向 与旋转方向图图5-20左旋孔型轧鞋的隙斜方向与旋转方向图792,斜轧机有哪些基本类型 ？目前，无论国内或国外，在斜轧机总体结构的配置上，可以分为两大类：一类是将电动 机、传动装置及工作机座等分别安装在地基基础上；另一类是将电动机、传动装置及工作机座等配置在一起。前者是从轧制无缝钢管的斜辐式穿孔机发展来的，我们把这种类型的斜轧机称为穿孔式斜轧机。后者是从机器制造厂的机床，特别是从辐式无心磨床发展来的，我们把这种类型的斜轧机称为机床式斜轧机。除上述两种基本类型的斜轧机外，还有一种机架做成钳式、可调整的斜轧机，我们把它称为钳式斜轧机。793 .斜轧设备上有哪些调整机构？斜轧设备上的调整机构有：轧辐的径向调整机构、倾角调整机构、轴向调整机构、相位调整机构、喇叭口调整机构、导板调整机构。通过这些调整机构使轧辐和导卫板处于正确的 位置，顺利地实现轧件的塑性变形，轧出合格的产品。794 .什么是轧机中心线和轧制中心线？斜轧机的中心线是指过两轧辐中心距的中心线，它是由轧机设计与安装所决定的。而轧制中心线是指轧件作螺旋运动的回转轴线，它是由上下导板的位置确定的。轧制中心线可与轧机中心线重合，也可高于或低于轧机中心线。795. 2辐斜轧设备中导卫板的作用是什么？2辐斜轧机必须设有导板，它是斜轧成形工艺的重要工具之一，对轧件的成形起着重要 的作用。它与轧辐孔型一起构成轧件变形的空间。通过变动导卫板的上下、左右位置，可使轧件处于合理的塑性变形状态，轧制出合格的产品。796如何在轧制过程中判断出斜轧孔型轴向是否错位?(1)从产品形状判断孔型轴向是否错位。若轧辊孔型轴向发生错位，那么可以从轧出产品的头尾形状来判断。 当孔型轴向错位时， 轧出的产品幅短， 而且两端均带有圆柱形的凸台。当采用深浅孔型轧制时(即一个轧辊型腔凸棱高于轧制中心线，另一个轧辊型腔凸棱低于轧制中心线 )轧辊型腔错位后，就会使轧件的前端或后端出现小凸台，并且轧件的幅短。当右轧辊超前时，圆柱形小凸台在钢球的头部；当右轧辊滞后时，圆柱形小凸台在钢球的尾部。(2)从轧件运动状态判断孔型轴向是否错位。以轧制钢球为例，轧辊孔型产生轴向错位时， 右轧辊型腔较左轧辊型腔错向出口， 这样就会使轧件与右轧辊型腔的后部接触， 而与左轧辊型腔的前部接触， 出现左轧辊型腔的后半部与右轧辊型腔的前半部与轧件接触不上的状态。轧件与轧辊孔型在这种状态下接触，在轧件的斜对角线方向，右轧辊将轧件往下带动，左轧辊将轧件往上带动， 在轧件最后出孔型时，就