轧钢生产工艺技术3000问第五章机械零件轧制

轧钢生产工艺技术3000问第五章机械零件轧制内容摘要：

具孔型时，不能以 BID 这条折线，而以斜面 A′B′与垂直面 B′B″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些 ? 楔横轧阶梯轴模具设计工艺参数主要有：断面收缩率 ψ、成形角 α和展宽角 β。 下面就每一参数的作用加以说明： (1)断面收缩率 ψ(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 ψ为轧件前面积凡减去轧后面积 F1与轧前面积之比，即 2220 1 0 1 120 0 01F F d d dF d d      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 ψ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 ψ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 (毛坯直径增大 )轧制 的方法使 ψ大于 75％ o 需要指出的是，断面收缩率 ψ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 ψ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 ψ，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： Ψ=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 α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 α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。 一般情况下， α角越大 β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 α大多在以下范围内选择： 18176。 ≤ α≤ 34176。 断面收缩率 ψ 不同时，成形角 α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 α应选择较小值。 (3)展宽角 β与成形角 α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 β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， β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： 4176。 ≤ β≤ 12176。 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 β角。 断面收缩率 ψ对展宽角 β的影响比较复杂，一般情况是：当 ψ70％时，应该选择较小的 β值，否则容易产生缩颈；当 ψ35％时，也应该选择较小的 β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 515 所示：单辊弧形式 (简称弧形式 )、辊式和板式楔横轧。 778．弧形式楔横轧机的特点是什么 ? 弧形式楔横轧机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 ? 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，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 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 516 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。 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 —— 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～ 500r／ min，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 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。 斜轧轧辊的寿命比锻模的寿命长 5～20 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。