【正文】 第五章 機(jī)械零件軋制 第一節(jié)機(jī)械零件軋制技術(shù)的特點(diǎn)、類型與產(chǎn)品 748．什么是機(jī)械零件軋制技術(shù) ? 機(jī)械零件軋制技術(shù)是指用軋制工藝方法，成形機(jī)械零件或金屬制品的技術(shù)。 與傳統(tǒng)的冶金軋制工藝不同，機(jī)械零件軋制技術(shù)軋制出來(lái)的是形狀不同的零件。例如汽車變速箱中的階梯軸，人造衛(wèi)星上的鼻錐等；而傳統(tǒng)軋制工藝一般軋制的是等截面材。如型材、板材、管材等。傳統(tǒng)的機(jī)械零件生產(chǎn)方法是將這些材料，例如圓材鍛造成階梯軸，或者板料沖壓成鼻錐。所以機(jī)械零件軋制是冶金軋制技術(shù)的發(fā)展與深度加工。 機(jī)械零件軋制與 普通軋制由于都屬于連續(xù)輥壓成形，故都屬于軋制范疇。但機(jī)械零件軋制與普通軋制無(wú)論在軋輥形狀、機(jī)器的結(jié)構(gòu)、成形方式上都有很大差別，故人們又把機(jī)械零件軋制稱為特殊軋制，其軋機(jī)稱為特殊軋機(jī)。 749．機(jī)械零件軋制的優(yōu)點(diǎn)有哪些 ? 傳統(tǒng)的機(jī)械零件大多用普通軋制方法軋制出的型材作原料，經(jīng)機(jī)械加工成零件的。為了提高性能并節(jié)約材料，大多經(jīng)鍛造成形，然后再經(jīng)切削、磨削等精加工方法成形最終形狀的零件。 機(jī)械零件軋制與鍛造成形零件都屬于塑性成形。但成形方式不同，鍛造 (模鍛 )為斷續(xù)整體成形，機(jī)械零件軋制為連續(xù) 局部塑性成形。由于成形方式不同，兩者相比，機(jī)械零件軋制具有以下一系列突出優(yōu)點(diǎn)： (1)載荷大幅度下降。由于將整體成形改變?yōu)榫植砍尚?，模具與工件的接觸面積大幅度減小，故工作載荷隨之大幅度下降，一般只有模鍛的十幾分之一到幾十分之一。結(jié)果是設(shè)備體積小很多，模具壽命高很多。 (2)生產(chǎn)效率顯著提高。由于將往復(fù)斷續(xù)成形改變?yōu)榛剞D(zhuǎn)連續(xù)成形，生產(chǎn)效率顯著提高，一般高出 3— 10 倍。 (3)生產(chǎn)環(huán)境顯著改善。由于鍛造為整體斷續(xù)打擊成形，并且要經(jīng)多個(gè)工步模腔成形零件，工人多在噪聲大于 100dB 條件中工作 ，環(huán)境惡劣。機(jī)械零件軋制是在局部連續(xù)滾壓中成形零件，進(jìn)出料都能自動(dòng)完成，工人在噪聲小于 60dB條件中工作，與鍛造相比生產(chǎn)環(huán)境顯著改善。 (4)節(jié)約材料顯著。由于軋制的零件比鍛造零件尺寸精度高，又沒(méi)有模鍛時(shí)的飛邊等，材料利用率平均可以提高 20％左右，節(jié)約材料顯著。 軋制機(jī)械零件與鍛造零件比較，也存在缺點(diǎn)，如通用性差，需要專門的設(shè)備與模具，并且多數(shù)模具的設(shè)計(jì)、制造與生產(chǎn)工藝調(diào)整比較復(fù)雜等。 綜上所述，機(jī)械零件軋制特別適合大批量零件的生產(chǎn)，如汽車、軸承等的零件，以及難以用鍛造方法生產(chǎn)的特大 型零件，如壓力容器上的封頭等。這些零件用軋制方法生產(chǎn)，具有既大幅度降低成本，又顯著提高零件的質(zhì)量與精度等優(yōu)點(diǎn)。 750．機(jī)械零件軋制的類型有哪些 ? 不同形狀與結(jié)構(gòu)的零件，在不同工藝、模具與軋機(jī)上軋制成形，其基本類型有以下幾種： (1)輥鍛。主要軋制長(zhǎng)度上變截面的桿類零件，如汽車前梁； (2)齒輪軋制。主要軋制齒輪、鏈輪類零件； (3)螺紋軋制。主要軋制帶各種牙形的螺紋類零件； (4)楔橫軋。主要軋制階梯軸類零件，如汽車變速箱中的軸； (5)螺旋孔型斜軋。主要軋 制球柱一類零件，如軸承鋼球； (6)仿形斜軋。主要軋制長(zhǎng)軸類零件，如火車軸； (7)麻花鉆頭軋制。主要軋制麻花鉆頭零件； (8)碾環(huán)。主要軋制環(huán)形類零件，如軸承座圈： (9)擺碾。主要軋制盤形類零件，如齒輪坯； (10)旋壓。主要軋制筒形類零件，如容器封頭； (11)旋轉(zhuǎn)鍛造。主要生產(chǎn)軸類零件，汽車直拉桿。 751．齒輪是怎么軋出來(lái)的 ? 如圖 51 所示，帶齒形的兩個(gè)軋輥 1 與圓形軋件 2 對(duì)輥中，實(shí)現(xiàn)局部連續(xù)成形，軋制成齒輪。這種橫軋的變形主要在徑向 進(jìn)行，軸向變形很小并受到限制。 橫軋齒輪的應(yīng)用范圍包括：直齒、斜齒及人字圓柱齒輪；直齒、斜齒及螺旋圓錐齒輪，還可以軋制鏈輪等。 橫軋齒輪又分為熱軋與冷軋：熱軋多用于精度不高的大模數(shù)齒輪，冷軋多用于精度高的小模數(shù)齒輪，也有先采用熱粗軋后冷精軋的。 752．螺紋零件是怎么軋出來(lái)的 ? 螺紋軋制又稱螺紋滾壓，如圖 52 所示。兩個(gè)帶螺紋的軋輥，以相同的方向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)圓形軋件旋轉(zhuǎn)，其中一個(gè)軋輥徑向進(jìn)給，將軋件軋成螺紋。這種橫軋的變形主要在徑向進(jìn)行。 螺紋橫軋廣泛應(yīng)用于冷軋直徑為 3～ 20mm 的緊固件的螺紋，其精度可達(dá) 7 級(jí)，螺紋表面的粗糙度 Ra可達(dá) 0． 4μm。 753．仿形斜軋的工作原理是什么 ? 仿形斜軋零件成形的工作原理如圖 53所示。 3個(gè)帶錐形的軋輥 1帶動(dòng)圓形軋件 2旋轉(zhuǎn)，由于軋輥軸心線與軋件軸線交叉，故軋件除旋轉(zhuǎn)外還向前運(yùn)動(dòng)。 3 個(gè)軋輥借助于仿形板 3 改變軋輥距離軋件的徑向位置，實(shí)現(xiàn)變截面軸的軋制。仿形斜軋的變形主要是徑向壓縮、軸向延伸。它主要用于長(zhǎng)徑比大的軸類零件的生產(chǎn)，如紡織錠桿、醫(yī)療器械、火車軸等。 754．麻花鉆頭是怎么軋出來(lái)的 ? 麻花鉆 頭斜軋的運(yùn)動(dòng)原理如圖 54 所示。 4 個(gè)帶扇形板的軋輥 (1， 2)，其軸心線與軋件 3的軸心線交叉， 4 個(gè)軋輥同時(shí)旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)軋件作旋轉(zhuǎn)前進(jìn)運(yùn)動(dòng)。軋輥 1 為鉆溝扇形板，軋輥2 為鉆刃扇形板，通過(guò) 4 個(gè)扇形板將圓形軋件軋制成麻花鉆頭。其變形主要為徑向壓縮軸向延伸。這種方法主要用于熱軋直徑為 3～ 13mm 的鉆頭。 755．什么是旋轉(zhuǎn)鍛造 ? 旋轉(zhuǎn)鍛造又稱徑向鍛造，是長(zhǎng)軸類軋件成形工藝。其工作原理如圖 55 所示，工件徑向?qū)ΨQ布置兩個(gè)以上的錘頭，它以高頻率的徑向往復(fù)運(yùn)動(dòng)打擊工件，工件作旋轉(zhuǎn)與軸向移動(dòng)，在錘頭的打擊下工 件實(shí)現(xiàn)徑向壓縮、長(zhǎng)度延伸變形。 旋轉(zhuǎn)鍛造廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床、機(jī)車等各種機(jī)器的臺(tái)階軸生產(chǎn)，包括直角臺(tái)階與帶錐度的軸類件；帶臺(tái)階的空心軸及內(nèi)壁異形材；各種氣瓶、炮彈殼的收口等。 旋轉(zhuǎn)鍛造由于是打擊成形，不同于軋制連續(xù)成形，但它又不同于傳統(tǒng)的鍛造成形，它打擊的次數(shù)非常多，而每次打擊的面很類似軋制，所以人們還是把它歸于軋制成形中。 第二節(jié)輥鍛 756．什么是輥鍛 ? 輥鍛是將軋制工藝引入鍛造領(lǐng)域形成的一種鍛造新工藝，屬于回轉(zhuǎn)成形范疇。其原理為：兩個(gè)軋輥軸線平行，其旋轉(zhuǎn)方向相反 ，毛坯在安裝于軋輥上的扇形模具帶動(dòng)下，做垂直于軋輥軸線的直線運(yùn)動(dòng)，毛坯在模具的作用下截面積和高度減小，橫向略有增加，長(zhǎng)度延伸達(dá)到零件成形 (圖 56)。其變形特點(diǎn)為連續(xù)局部小變形。它與鍛造相比其特點(diǎn)為： (1)所需工作負(fù)荷小。由于其變形特點(diǎn)為連續(xù)局部小變形，總的工作負(fù)荷減小。 (2)生產(chǎn)效率高。多型槽輥鍛的生產(chǎn)率與模鍛相當(dāng)，單型槽一次輥鍛的生產(chǎn)率約為錘上模鍛的 5~10 倍。 (3)材料利用率高。輥鍛的材料利用率一般在 80％以上。 (4)產(chǎn)品質(zhì)量好。輥鍛件的內(nèi)在質(zhì)量?jī)?yōu)良，力學(xué)性 能好，疲勞壽命高。 (5)勞動(dòng)條件好。輥鍛時(shí)無(wú)沖擊，噪聲小，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。 757．輥鍛可以用來(lái)做什么 ? 輥鍛分為制坯輥鍛與成形輥鍛。制坯輥鍛主要用于模鍛制坯，即在輥鍛機(jī)上按鍛件形狀尺寸進(jìn)行金屬預(yù)分配 (制坯 )，然后在曲柄壓力機(jī)或摩擦壓力機(jī)等設(shè)備上模鍛成形。組成的生產(chǎn)線既可提高生產(chǎn)率，又可提高材料利用率，如汽車曲軸、前梁等鍛件的生產(chǎn)。成形輥鍛視鍛件成形程度分為終成形輥鍛、部分成形輥鍛和初成形輥鍛。截面形狀簡(jiǎn)單的鍛件，如墾鋤、鋼叉、汽車變截面彈簧等多用終成形輥鍛或部分成形輥鍛生產(chǎn)。截面形狀比較 復(fù)雜、厚度差比較大的鍛件，如連桿、汽車前梁等多采用初成形輥鍛 (圖 57)，輥鍛后再在小噸位模鍛設(shè)備上整形。 758．輥鍛變形區(qū)在哪里 ? 由于輥鍛的變形特點(diǎn)為連續(xù)局部小變形，所以并不是整個(gè)輥鍛工件同時(shí)在變形，而只是輥鍛模直接壓縮作用下的一部分區(qū)域在變形。所以直接承受輥鍛模壓縮作用而產(chǎn)生變形的這一部分金屬體積所占有的空間稱為變形區(qū) (圖 58)。 759．輥鍛變形區(qū)的基本參數(shù)有哪些 ? 輥鍛變形區(qū)的基本參數(shù)有：變形區(qū)的入口高度 h0、變形區(qū)的出口高度 h變形區(qū)長(zhǎng)度 l、變形區(qū)接觸弧長(zhǎng)度和咬 入角 α。它們之間的基本關(guān)系是：變形區(qū)入口高度 h0=hl+D(1一 cosα) 絕對(duì)壓下量 ?h=D(1 一 cosα) 變形區(qū)長(zhǎng)度 24hl R h R h?? ? ? ? ? 咬人角 sin lhRR? ??? 當(dāng) α角很小時(shí)有 hR? ?? 760．什么叫自然咬入 ? 只依靠輥鍛模的摩擦力實(shí)現(xiàn)曳人坯料的方 式稱為自然咬人。如圖 59 所示，軋輥?zhàn)饔迷? 坯料上的力為徑向力 N 和摩擦力 T，它們?cè)谒椒较虻姆至Ψ謩e為 Nx和 Tx。摩擦力 的水平分力起曳人作用，徑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徑向力的水平分力就可實(shí)現(xiàn)自然咬人，即： TxNx 或 μtanα 式中： μ—— 接觸摩擦系數(shù)。 一旦咬 入 成功，隨著坯料不斷曳人，變形區(qū)向軋輥中心連線方向擴(kuò)展。由于徑向力作用點(diǎn)大體在變形區(qū)中部，所以此時(shí)的咬人角也向軋輥中心連線方向靠近，即咬人角變小，這意味著剛開(kāi)始接觸時(shí)的咬人條件最苛刻。一旦曳入成功，在其他條件不變時(shí)穩(wěn)定咬入條件隨之有所降低。 761．輥鍛送料方式有幾種 ? 輥鍛送料方式有兩種。一 種是順向送料，即順著軋輥轉(zhuǎn)向從軋機(jī)一側(cè)軋入，從另一側(cè)軋出。另一種是逆向送料，即逆著軋輥轉(zhuǎn)向從軋機(jī)一側(cè)軋入并從同一側(cè)軋出，輥鍛中多用這種 方式送料。 762．如何實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制咬入 ? 自然咬人受最大咬人角限制，每道次壓下量不大。為了減少輥鍛道次，增大壓下量，在實(shí)踐中多采用強(qiáng)制咬人措施。 一種強(qiáng)制咬人措施是中間咬人，它是利用輥鍛模的凸起部分直接壓入坯料中間實(shí)現(xiàn)開(kāi)始咬人。在咬人瞬間，這種方法不受摩擦條件限制，其咬人角可以很大。但為了防止咬入后繼續(xù)輥鍛時(shí)發(fā)生打滑，最大咬人角限制為自然咬人角的 1． 3～ 1． 5 倍。一般自然咬入角不大于 25176。，而在中間咬人時(shí)最大咬人角可以增大到 32176?！?37176?？梢?jiàn)采用中間咬人措施后咬人條件大為改善。 另一種強(qiáng)制咬人措施是強(qiáng)迫咬人。當(dāng)毛料和輥鍛模的前壁均已有一定斜度時(shí)，水平阻力帆遠(yuǎn)大于水平拉力瓦，不可能實(shí)現(xiàn)自然咬人。此時(shí)也不易采用中間咬人，否則會(huì)破壞毛料前壁已有的輪廓形狀，影響輥鍛過(guò)程的充滿成形。在這種情況下必須采取強(qiáng)迫咬入方式，由送料機(jī)給毛坯一定的推力，使其前壁頂靠在模具凸出部位的前壁上并隨模具的旋轉(zhuǎn)向前移動(dòng)，直至被咬入時(shí)為止。采用這樣的送料方式，可以保證毛坯在準(zhǔn)確的 位置上被咬入。 763．什么是前后滑 ? 坯料被輥鍛時(shí)，在高度上受到壓縮，橫向有所增加，縱向有大的延伸。在縱向延伸時(shí)，變形區(qū)內(nèi)的金屬不是以與輥鍛模相同的速度勻速流動(dòng)，而是向著變形區(qū)的入口和出口兩個(gè)方向流動(dòng)。在變形區(qū)內(nèi)一個(gè)與模具圓周速度水平分量相同的斷面，稱為中性面或臨界面，其位置偏向出口一側(cè)。在臨界面靠出口一側(cè)，金屬流動(dòng)速度大于鍛模圓周速度的水平分量，這就是前滑。在臨界面靠入口一側(cè)，金屬流動(dòng)速度小于鍛模圓周速度的水平分量，這就是后滑。坯料的延伸是由坯料對(duì)鍛輥的相對(duì)滑動(dòng)形成的。與坯料延伸的同時(shí)必 然伴隨有前后滑。發(fā)生前滑后工件長(zhǎng)度要比輥鍛模具型槽周長(zhǎng)長(zhǎng)，因此前滑對(duì)輥鍛后工件的縱向長(zhǎng)度有影響。要想獲得滿意的長(zhǎng)度尺寸，必須掌握好輥鍛時(shí)的前滑量。 764．影響前滑的因素有哪些 ? 在輥鍛中，金屬的前滑與多種工藝因素有關(guān)。主要的因素是： (1)變形程度對(duì)金屬前滑的影響。變形程度越大，輥鍛變形區(qū)瞬間壓縮的金屬就越多，金屬的延伸量就會(huì)相應(yīng)增加。延伸量越大，前后滑的金屬越多。一般情況下前滑量隨變形程度增加而增加。 (2)摩擦系數(shù)的影響。實(shí)踐表明，前滑隨著摩擦系數(shù)的減少而減少。 (3)工具及坯料對(duì)前滑的影響。在輥鍛中，工具及坯料的截面形狀對(duì)前滑有很大的影響，這主要是因?yàn)榱W(xué)條件發(fā)生了改變。一般情況下，有利于限制金屬寬展變形的工具和坯料形狀均有利于前滑。 (4)坯料溫度對(duì)前滑的影響。坯料加熱溫度對(duì)前滑有影響：溫度在 700℃ 以下，前滑與溫度成正比；溫度在 700～ 1200℃ 之間，前滑與溫度成反比。這主要是溫度引起坯料表面氧化層變化，從而引起摩擦系數(shù)發(fā)生變化。 (5)坯料寬度對(duì)前滑的影響。當(dāng)坯料寬度小于某一定值時(shí)，前滑隨著坯料寬度的增加而增 加。當(dāng)坯料寬度超過(guò)某一定值時(shí)，其 寬度的變化對(duì)前滑不再發(fā)生影響。 (6)輥徑對(duì)前滑的影響。隨著輥徑的增加，前滑也增加。 765．寬展有幾種形式 ? 寬展有三種形式。一種是金屬在橫向流動(dòng)時(shí)沒(méi)有或不受型槽側(cè)壁限制的寬展，稱其為自由寬展。第二種是限制寬展，即金屬在凹型槽中軋制時(shí)其橫向流動(dòng)受到型槽側(cè)壁的阻礙，使寬展受到限制。還有一種是強(qiáng)迫寬展，它是用模具型槽中凸起部分強(qiáng)制壓人坯料使其產(chǎn)生寬展。在生產(chǎn)實(shí)踐中，強(qiáng)迫寬展和限制寬展是輥鍛中的主要寬展形式。 766．哪些因素影響寬展 ? 影響寬展主要有以下因素： (1)輥鍛道次的影響。寬展量隨著壓下量的增加而增加，在總壓下量一定時(shí)，減少輥鍛道次就是增加壓下量，所以減少輥鍛道次會(huì)導(dǎo)致寬展量增加。 (2)模具工作半徑的