环形件辗轧

出处：按学科分类—工业技术 北京工业大学出版社《热加工手册》第613页（4670字）

图8-22 辗压扩孔示意图

1—主动辊；2—工件；3—从动辊；4—导向辊；5—控制辊；6—原毛坯

8．2．3．1 环轧工艺原理特点及环形件分类

1．环轧的工艺原理

环形件辗轧简称辗环或环轧，又称环形件扩孔、辗压扩孔．它是一种在专门扩孔(辗环)机上环形毛坯在旋转的模具中轧制，毛坯壁厚变保同时直径扩大的一种压力加工工艺．

环轧工艺在滚动轴承的套圈、机车轮箍、法兰、齿圈等环形件制造中应用十分广泛．环轧工艺与锤、压力机、平锻机、闪光焊机的成形工艺联合使用能组成高效率、高质量的环形锻件生产线．

环轧的过程如图8-22所示．扩孔机有四种辊轮，环形毛坯套在从动辊上，旋转着的主动辊靠液压或气动加压使毛坯产生变形．导向辊始终靠在工件上，并随着工件直径的扩大而外移，其作用是使工件转动平稳，并对工件整形，当工件外径达到所需尺寸时，工件与控制辊接触，给出信号，主动辊回程，扩孔结束．根据生产实际经验，α导应大于65°，α控大于55°．

2．环轧工艺的特点

环轧工艺的特点是：

(1)改善工件的金属组织和性能，力学性能好．

(2)尺寸精度高，节省材料．

(3)生产率高，生产周期短，投资费用低．

(4)尺寸适应范围广，环形件尺寸直径可为25～6000mm，质量可为0．4～8000kg．

3．环形件的分类

环形件按环壁截面形状可分为矩形、锥形、十字形、沟槽形和法兰形等(见图8-23)．不同的环形件在辗压时受力变形方向是不同的．一类是径向辗轧，即在扩孔时环壁径向受压缩，金属沿切线方向延伸，主要适用于矩形截面、沟槽形截面、十字形截面类环件，这种工艺设备简单，如图8-24所示；另一类是径向轴向辗轧，它在径向辗轧的基础上加上端面轧辊，使其产生轴向变形，主要适应于壁厚较大或截面较复杂的环件，见图8-25．

8．2．3．2 环轧压力的计算

1．径向辗压力的计算

图8-23 环形锻件分类

(a)矩形；(b)锥形；(c)十字形；(d)沟槽形；(e)法兰形

图8-24 径向辗压示意图

1—芯辊；2—主轧辊；3—锻件

图8-25 径向-轴向辗轧示意图

1—芯辊；2—主轧辊；3—锻件；4—端面轧辊

径向辗压力的计算公式为：

P_径=plH₁ (8-14)

式中 P_径——径向辗压力，N；

p——平均单位面积压力，MPa，p=n_σσ，其中n_σ为系数，n_σ，t为工件的壁厚，当l/t在0．05～1的范围内时，n_σ值可从图8-26上查出；σ为扩孔温度时毛坯的屈服强度，MPa；

l——接触弧长，mm，其值可按下式近似计算(式中各尺寸符号如图8-27所示)：

其中△h为锻件每转一圈壁厚方向的压下量，对小型工件△h=0．5～0．7mm，对大型工件△h=2～5mm；R₁为主动辊工作半径，mm；R₂为从动辊半径，mm；R_内、R_外分别为环件的内、外圈半径，mm；

H₁——环件轴向高度，mm．

图8-26 图

2．轴向辗压力计算

轴向辗压力计算公式为：

P_轴=pl’B(8-15)

式中 P_轴——轴向辗压力，N；

p——平均单位压力，其计算与径向辗压力的平均单位压力计算相同，MPa；

l′——端面接触弧长投影长度，其值计算式可为：l′=，R为端面辗压辊半径，mm，对于圆锥形辊，可按工作部分的平均半径计算，△h的含义与径向辗压力中的相同；

B——环的壁厚，mm．

图8-27 碾压扩孔时尺寸符号示意图

8．2．3．3 环形锻件毛坯形状尺寸的确定

1．环形锻件图设计

由于环轧工艺不能排除多余金属，金属轴向流动量较校因此要在锻件上留有储存多余金属的部位，并适当加大其余量与公差．环形锻件图可由产品零件图上的尺寸加上余量和公差得到．加工余量及公差的数值见表8-21．

表8-21 辗轧环件的加工余量及公差 mm

2．毛坯形状尺寸确定

①毛坯形状

常见的毛坯形状如图8-28所示其中

(a)为辗轧后形状，(b)为毛坯形状．

②毛坯的尺寸确定

A．径向辗环机上毛坯图的制订

可按下式计算出毛坯的高度、内径和外径：

图8-28 具有相应截面形状的毛坯

式中 B_坯、d_坯、D_坯——分别为毛坯的高度、内径和外径，mm；

B_锻、d_锻、D_锻——分别为锻件的高度、内径和外径，mm；

K——辗压比，其选择可见表8-22．

B．径向-轴向辗环机上毛坯图的制订

根据径向辗压时锻件端面的凹坑深度，确定最小的轴向压下高度，锻件外径D_锻≤1000mm时，毛坯高度B_坯为：

B_坯=B_锻+(5～20)mm

d_坯=d_锻／K

毛坯外径根据体积不变条件进行计算．计算时因未考虑毛坯的圆角、倒角，所以实际外径应稍大些．按这种方法算出的毛坯可能会出现曲折轮廓，应作必要的形状修正．

表8-22 辗压比选择

8．2．3．4 辗轧工具设计

1．主动辊 (辗压轮)

主动辊材料常用5CrMnMo、5CrNiMo或GCr15SiMn，硬度为HRCA5～50，常用结构见图8-29，其通用尺寸见表8-23．

图8-29 辗压轮结构形式

(a)Φ160mm或Φ250mm辗压机用；(b)、(c)、(d)几种改进后的辗压轮

表8-23 常用辗压轮的结构通用尺寸

注：表中尺寸代号见图8-29(a)．

2．从动辊(芯辊)

从动辊材料常用3Cr2W8V、5CrMnMo或5CrNiMo，硬度为HRCA348，常用从动辊结构如图8-30所示，其主要结构尺寸见表8-24．

表8-24 从动辊主要结构尺寸

3．导向辊和控制辊

导向辊和控制辊采用材料可为GCr15或5CrMnMo等，硬度为HRC45～50，其结构如图8-31所示，主要尺寸由扩孔机的控制系统、最大锻件高度和外径决定．

4．辗压模工作部分的设计

辗压模工作部分按锻件的热尺寸设计．

图8-30 常用芯辊形式

(a)Φ160mm或Φ250mm辗环机用；(b)Φ250mm或Φ350mm辗环机用

图8-31 通用导向辊及控制辊结构