楔横轧技术的发展与展望1. 楔横轧技术的进展历史1.1 楔横轧的工作原理及特点 用两个装在同向旋转的轧辊上的楔形模具，在楔形模具的楔形凸起的作用下 带动轧件旋转，并使毛坯产生连续局部小变形，最终轧制成楔形孔型的各种台阶 轴。楔横轧的变形要紧是径向压缩，轴向延伸。图 1 楔横轧原理图2 楔横轧方式 楔横轧工艺特点:1）具有高的生产效率:生产效率可达10件/分钟；2）材料利用率高:材 料利用率可达90%以上； 3模具寿命高:模具寿命是模锻工艺模具寿命的10倍以上；4 产品质量好:产品精度可达钢质模锻件国家标准中的周密级，直径方向可达土0.3mm长度方 向0.5mm。1.2 楔横轧零件的应用 楔横轧工艺要紧适用于带旋转体的轴类零件的生产，如汽车、拖拉机、摩托 车、内烧机等变速箱中的各种齿轮轴、发动机中的凸轮轴、球头销等。它不仅能 够代替粗车工艺来生产各种轴类另件、而且亦能够为各种模锻零件提供周密的模 锻毛坯。一样一种产品的经济规模批量应达到年产 7 万件以上.。图3楔横轧轧件1.3进展历程早在十九世纪，人们就开始探讨用楔横轧的方法生产轴类零件，然而由于当 时技术的限制一直使此项工艺未能用于生产。直到上世纪六十年代，随着捷克斯 洛伐克在莱比锡国际博览会上的展出，才引起了世界各国科学工作者的广泛重 视，从而使楔横轧技术成为世界上众所周知的轴类零件加工新工艺。之后，英德日本以及前苏联等国相继对此技术进行开发研究，不仅从其变形 机理，而且在工艺参数、装备上也进行了广泛的实验研究，取得了一定的成果， 并不断运用于工业生产之中。目前，国外用楔横轧工艺生产的轴类另件己达百种， 其工艺装备也得到了长足进展我国从1963 年起，国内几所大学及科研院所就开始进行了这方面的探讨与 试验工作，直到上世纪七十年代初才获得了汽车球头销的楔横轧工艺的初步成 功。到八十年代未九十年代初，象木凿、五金扳手毛坯等较简单零件才逐步用于 工业生产。随着对楔横轧技术的不断深入研究、使此项技术得到了不断进展，从 而也使其越来越得到了工业企业的广泛重视。目前，国内至少建立了几十条楔横轧生产线，用此工艺生产的零件也有近百 种，如汽车齿轮箱中的一轴、二轴、中间轴，发动机中的凸轮轴等零件以及为连 杆、汽车半轴提供周密锻坯等。2. 楔横轧设备的种类及结构特点2.1 楔横轧设备的种类目前，国内外有近十几种规格型号的楔横轧设备，但其差不多类型如下图.。弧形式楔横轧机 部件双辊式楔横轧机 板式楔横轧机图 4 楔横轧机差不多类型2.1.1 弧形式楔横轧机弧形式楔横轧机要紧特点是结构简单、重量轻、造价低，只需驱动一个 轧辊，而不需分速机构以及万向联轴器、相位调整机构等。然而由于该机构 具有无法加导向板、工艺调整困难、不易稳固致使产品精度难以操纵以及一 支内弧形的楔形模具不易加工制造等严峻缺点，因此此种类型轧机应用较少。2.1.2 双辊式楔横轧机双辊式楔横轧机由于具有生产效率高、调整方便、工艺稳固以及模具加 工制造相对容易等特点，是应用最为广泛的楔横轧机。此种轧机国外以捷克 UL型和前苏联JI型为典型代表。2.1.3 板式楔横轧机板式楔横轧机是依靠两个装有楔形模具的轧板做往复相向运动从而使轧 件轧制成形的一种轧机，这种轧机其突出特点是模具制造容易。其驱动方式 多为液压传动，因此具有结构简单、造价低 。2.2 双辊式楔横轧设备221前苏联JI型 JI型为分体式楔横轧机，机架为开式，机架盖靠 拉杆及斜楔与机架连接，减速机靠万向联轴器与主机连在一起，因此占地面积大， 无制动器离合器。它要紧用于轧制大中型轴类另件。图5 JI型楔横轧机表1 JI型楔横轧机要紧参数规格参数JI-650JI-800JI-1000轧辊直径/mm6508001000轧辊长度/mm600750750轧件最大直径/mm5080100轧件最大长度/mm550700700轧辊转速/r.min-118.502314电机功率/kW5580100轧机重量/ t152532外形尺寸长X宽X 高/m3.5X1.8X2.44.9X3.0X3.47.0X3.0X3.42.2.2捷克UL型轧机要紧特点是结构紧凑、占地面积小、带有离合器和制动器调整方便，便于与 模锻成型配线使用。2.2.3 型分体式双辊楔横轧机。这种轧机的工作机机构和传动机构是分开的，中间通过万向联轴器联结。没 有安装离合器，因此机器只有连续运转模式，多进行正面上料；通过变频调速也 可进行轴向送料。调整工作轧辊端部机构，能够方便的实现轴向和相位的调整。 工作机构机身多为铸钢结构并加预应力安装，故机身刚度大，轧件尺寸精确，该 机还据有结构简单、爱护检修方便等优点。但由于结构分置、占地面积大，因而 不太适合与模锻生产线配套使用。该种轧机在我国应用普遍，其要紧用于生产各 种汽车台阶轴等。图6 ULS 100型双辊楔横轧机表2 UL型楔横轧机要紧参数1规格参数-UL35ULS 100ULD55轧辊直径/mm6001000600轧辊长度/mm400800500轧件最大直径/mm4010055轧件最大长度/mm320750450轧辊转速/r.min-110150986电机功率/kW40/6015855轧机重量/ t9.445外形尺寸长X宽X 高/m6.5X1.5X3.26.4X3.3X3.82.95X1.69X2.86图7 H型分体两辊式楔横轧机 表3 H型轧机的要紧技术参数参数H500H630H800H1000H1200轧辊中心距/mm520660800-850980106011601250轧辊直径/mm500630/70080010001200轧辊长度/mm4505007008001200轧件最大直径/mm3030/5080100120轧件最大长度/mm4004506008001000轧辊转速r.min-112/158/126/966轧辊相位角调整量/33333电机功率/kW30406095150轧机重量/1693448752.2.4D46 系列整体两辊式楔横轧机D46 系列轧机的工作机构与传动机构合为一体。因此具有结构紧凑、外形美观占地面积 小等特点。由于装有制动器和离合器，可实现连续、半自动单次及调整等工作模式；通过上 置式蜗轮蜗杆机构，上轧辊可实现上下直线移动以调剂轧辊间距。下轧辊通过齿轮箱中的相 位调整机构可实现旋转运动以调整模具的相位；轧机据有的超负荷爱护装置可实现机器的安 全爱护。该种轧机不仅能够轧制各种大中型轴类零件，而且还能够做为模锻生产线上的制坯 设备，为模锻工序提供精确毛坯图 8 整体两辊式楔横轧机 表 4 D46 系列轧机的要紧技术参数5_-格参数D46-315D46-400D46-500D46-630D46-800D46-1000D46-1250轧辊中心距/mm31540050063080010001250轧辊直径/mm250320400500630780980轧辊长度/mm2503004005006508001200轧件最大直径/mm1525355080100130轧件最大长度/mm2302803504506007501100车L辊转r.min-112/1612/1610/1410/148/126/106/10轧辊中心距调整量/mm三 8三 10三12三15三20三25三30轧辊相位角调整量/三3电机功率kW7.515152222303045557575110110160图 9 D46 整体两辊式楔横轧机2.3 平板式楔横轧设备 板式楔横轧机是依靠两个装有楔形模具的轧板做往复相向运动从而使轧件 轧制成形的一种轧机，这种轧机其突出特点是模具制造容易。其驱动方式多为液 压传动，因此具有结构简单、造价低图 10 德国立式板式楔横轧机 图 11 白俄罗斯卧式板式楔横轧机47 系列平板式楔横轧机D47系列轧机是水平放置的，即在机架中装有上、下两个水平放置且工 作面相向的平板轧板，由油缸和齿轮、齿条机构带动两个轧板作左右相向往复运 动,其中一个方向的运动为工作行程，另一个为空行程。如图 9 所示。由于水平 放置，能够不加导板，故适合轧制较细小轧件；模具由分段组合式平板轧模组成， 故加工简单，可整体率火，模具寿命高。但由于该机为液压传动，带有较大的液 压站，并和主机分开放置，故占地面积较大，同时有上下轧板间距调整较为困难， 修模不方便等缺点。目前我国应用的平板轧机最大轧件直径不超过 60。表5 D47系列轧机的要紧技术参数J 规格一D47-25X300D47-32X350D47-50X450D47-63X550可轧坯料最大直径/mm可轧工件最大长度/mm车L板工作部分宽度/mm轧板长度/mm2530035010003235043012505045060016007802000轧板间距离/mm车L板间距调整量/mm 油缸行程/mm工作次数/r.min-1电机功率kW601510601322801513201130型20168082X22型2521406图12 D47系列平板式楔横轧机3. 楔横轧工艺参数及模具设计3.1楔横轧工艺的要紧参数楔横轧变形是在模具压力作用下，从轧件与模具接触的表面开始的，随着 压下量的增加，塑性变形不断向里渗透，直到内部也产生塑性变形。随着模具的 旋转，如此的变形将在轧件的整个断面上连续。楔横轧变形在轴向方向随着楔形 的展宽逐步移动，轧件中部在楔入开始时为变形区，随后变形区一分为二，中间 段变为已变形区，并逐步扩大。图12轧制成行过程楔展角B :是指两个成形楔之间的夹角，通常用B表示4WBW12成形角a :是指成形面与基面之间的水平夹角,通常用a表示。15WaW35 断面缩减率：I血式中，d0和d1分别为轧件原始直径与思后直径。一次轧制断面缩减率应小 于75%。关于产品直径差较大，75%时，应考虑分两次成形，这两次成形可 在轧机旋转一周内同时完成。轧件旋转条件 摩擦系数 截齐曲线3.2 楔横轧工艺要紧产生的轧制缺陷 轧件内部产生疏松与空泛（曼内斯满效应）:这要紧是由于轧制工艺的参数不合 适,同时轧制过程中轧件内部的组织反复受交变应力的阻碍等引起这是轧件的最 严峻缺陷，是不承诺的端头凹心 轧件拉缩、拉细 轧件表面产生螺旋痕3.3 楔横轧模具的设计及加工3.3.1 模具设计要点轴向力平稳 模具作用到工件上的轴