辊锻技术的发展现状与展望.doc

辊锻技术的发展现状与展望.横厨j毛寺.张淑立聪辊锻技术的发展现状与展望吉林大学辊锻工艺研究所(长春130025)黄良驹刘化民李义一,辊锻变形的原理与特点辊锻变形的原理如图1所示,坯料被辊锻模咬人后,高度方向受到压缩,少部分金属宽展,大部分金属沿长度方向流动,其特征表现为连续局部塑性变形.所谓”局部”是指某一瞬问变形区为整体锻件的某个局部区域,”连续”是指整个锻件的成形是由局部变形连续依次叠加而成的.,l,厂,I一,r,图l辊锻变形原理该特征决定了辊锻工艺具有如下特点:(1)生产效率高一个辊锻周期通常只需卜几秒甚至几秒,适合大批量生产要求(2)省力由于辊锻是连续局部成形过程,模具与坯料接触面积小,因此所需变形力较小,与整体模锻相比,可减小设备吨位70%90%.(3)劳动环境好由于辊锻是静压变形过程,冲击,振动及噪声小,所以符合环境保护要求.(4)容易与其他模锻设备组成机械化,自动化的生产线.(5)受变形特点的限制,对于复杂锻件,可能产生局部充填不良,尺寸精度较低的现象.辊锻工艺适用于减小坯料截面的锻造过程,如杆件的拔长,板坯的辗片以及沿杆件轴向分配金属体积的变形过程.由于辊锻技术具有高效,节能和环保等特点,因此被列为国家重点推广新技术之一.部分典型辊锻件如图2所示.图2部分典型辊锻件二,辊锻技术在我国的发展与应用由于汽车工业被定位为我国国民经济的支柱产业,其生产规模和品种迅速增长.随着汽车模锻件总量的快速增加,制坯辊锻工艺的应用范围也不断扩大,其配套设备除了热模锻压力机外,近些年还建成多条辊锻制坯一液压锤模锻生产线,所生产的轿车连杆精度优于德国DIN7526的E级(即精密级),质量公差可控制在3%以下.辊锻制坯一摩擦压力机模锻工艺也颇具特色,由于投资低廉.因而发展较快.生产的品种包括连杆,车门铰链,汽车多向弯曲类锻件,如左右弯臂,上下调节臂等.复杂模锻件的成形辊锻可以说是我国的创新,极具特色.如内燃机连杆是形状复杂,质量要求高,需求量大的典型锻件,过去曾因生产能力不足而严重制约了整机生产,出现过飞机空运连杆装机的现象.20世纪60年代连杆辊锻工艺的研制成功,解决了诸如突变截面轮廓成形,多道次变形匹配,型槽约束区内金属前滑规律,成形辊锻中不产生干涉的条件及临界包容角,临界前壁角的计算等一系列关键技术问题,辊锻出了十几种符合要求的柴油机连杆.缸板l热加工2005年第11期MetalForming80年代又在山东淄博建成我国第一条连杆辊锻自动线,年生产能力(两班制)可达80万件,节省材料10%,劳动生产率提高两倍,单位成本降低35%,产品质量为优等品,初显辊锻专业化生产的优越l生.汽车前轴属于形状复杂,质量大的锻件,而万吨锻压机生产线的数量有限,不能满足其生产要求,前轴的成形辊锻工艺和精密辊锻一螺旋压力机模锻复合工艺在这种情况下应运而生.(1)前轴成形辊锻工艺锻件形状完全由辊锻实现,因而设备投资最少,生产成本低,适于多品种中等批量生产,但容易产生局部充填不足的现象.(2)精密辊锻.螺旋压力机模锻复合工艺前轴的工字型和弹簧座由辊锻成形到位,仅两端弯头部分在螺旋压力机上模锻成形,这种复合工艺与整体模锻相比,设备吨位降低3/4,投资降低85%,适于多品种大,中批量生产.汽车变截面钢板弹簧是传统叠板弹簧更新换代产品.变截面弹簧片虽然形状不算复杂,但长而薄,很难用其他方法加工.在90年代中期,我们开展了变截面板簧片精密辊锻工艺及其模具CAD/CAM,辊锻自动化装置等方面的研究,很快在全国推广应用,推广程度达53%,并建立了两个专业化变截面板簧生产厂.我国作为农业大国,农机具的需求量大面广.农机具中许多锻件采用辊锻工艺来制坯或成形.例如垦锄,锄板部分采用4道次辗宽和拔长,产品质量优良,远销许多国家和地区.园艺锹,镐头,钢又及犁刀等部分形状也可采用辊锻工艺成形.机引犁铧以前除个别品种采用周期轧制毛坯的方法制造外,多数品种则采用胎模锻的方法生产,生产率低,能耗大,劳动条件差.80年代中期,机引犁铧成形辊锻工艺的研制成功,解决了横向不对称工件辊锻时产生侧弯,板片类工件展宽与延伸变形协调等技术难题,并建成了多条犁铧辊锻生产线用于生产.联合收割机护刃器以前多用铸件,80年代中期研制成功了辊锻制坯一摩擦压力机模锻复合工艺,用于钢质护刃器的大批量生产.除满足国内需求外,还向多个国家出口.以辊锻代替模锻生产拖拉机中的履带节及履带板,解决了大吨位锻压设备不足,设备投资和模具费用高等问题,在生产中取得良好效果.工具行业的特点是同一品种的产品数量巨大,常以田塑缸板l热加工百万或千万计.由于辊锻工艺具有生产率高的特点,在工具行业得到广泛的应用.例如板钳工具中的扳手柄,钳柄可用辊锻工艺来拔长;大中型麻花钻可用辊锻方法辊锻出直槽和刃部,然后在扭转机上扭成麻花状,这样不仅可节省大量贵重的合金工具钢,而且还提高了钻头的耐用度;医用镊子采用冷辊锻成形,与热锻相比可提高效率20倍,节省材料45.7%,降低成本30%,而且产品组织致密,弹性更好;宝剑,餐具中的刀,又,勺也普遍采用了冷辊锻或热辊锻;各类剪刀的剪子股全部采用辊锻工艺进行拔长.叶片是气轮机,透平压缩机及涡轮增压器等动力机械中的主要零件.以前,叶片常用方钢或锻坯经多次切削加工来生产,但加工周期长,材料利用率不足10%,浪费了大量贵重的合金钢.如35ZP涡轮增压器叶片,可采用无余量辊锻,生产效率提高24倍,材料利用率可提高到50%;又如型线长为900mm的气轮机叶片,可采用精密辊锻加模锻的复合工艺,加工余量可控制在0.30.5mm范围内,比单纯模锻工艺的设备吨位降低70%;某些小型航空压气机叶片采用挤压冷辊工艺,叶身的表面粗糙度可达0.4m,型面无余量.此外,长度达数米,重量达数百多斤的铁路道叉尖轨,叉车货又等,用其他方法很难加工或生产率极低,现在都成功地应用辊锻工艺进行批量生产.随着辊锻技术的不断发展和广泛应用,与之配套的相关技术也得到相应发展.例如,我国六七十年代,各厂大多采用自制的简易型辊锻机.80年代以后,辊锻机生产逐步实现了标准化,系列化和专业化.目前,我国生产的辊锻机有两大类:一是按我国标准JPdT2403.1一l996生产的悬臂式,双支承式及复合式辊锻机;二是根据引进图样生产的带辊锻机械手的自动辊锻机组.和其他工艺一样,计算机技术在辊锻中也得到广泛应用.目前,已开发出连杆,前轴,变截面板簧CAD/CAM/CAE软件系统.只要输入成品锻件数据,即可自动生成辊锻毛坯,进行工序优化,设计出中间毛坯形状,模具三维型腔和二维模具图,并可输出电极NC加工数据文件,极大地提高了设计效率与质量.与全国机械行业同步,目前我国已制定,颁布了两项辊锻技术标准,即JB3642-1984钢质辊锻件通用技术条件和JB4221-1986辊锻件结构要素.(下转第77页)誊|%豪t3譬.薯,嚣j戮j鼻强萋_All楔横轧轴向错位与相位不正相似.所不同的是相位不正时轧件整体向一个导板靠紧,而轴向错位则使轧件一端贴一个导板,另一端贴另一个导板.在不对称的径向力作用下,轧件弯成s形,影响轧件的旋转.轴向错位所引起的另一个问题是中间两尖楔错位,造成轧件歪斜,严重时轧件不旋转.因此,为避免这种现象的产生,除了精tl,调整轴向错位外,还应反楔尖角修成角形.(5)工艺流程楔横轧专业工厂的主要工艺流程如下:长棒料一定尺下料一加热一轧制一空冷一正火一抛丸处理一校直一检验.(6)楔横轧机设备楔横轧技术除包括楔横轧工艺外,还包括楔横轧设备,楔横轧设备一般有辊式和板式之分.辊式楔横轧机有分体式与整体式两种,板式楔横轧机分立式与卧式两种形式.辊式楔横轧机的模具是扇形的,机加工和热处理比较困难,工作时一定要加导板.对于细长件容易产生卡料,因此辊式楔横轧机比较适合于轧制较粗大的各种台阶轴类件.板式楔横轧机不用导板,以模具加工制造容易(铣刨加工直线,长的楔面可能分段镶嵌),可以整体淬火,工艺稳定,轧制精度高,寿命高以及机器造价低等特点,在国外得到广泛的应用.四,楔横轧技术的发展趋势及展望1.发展趋势楔横轧技术具有生产率高,材料利用率高,产品质量好等优点,但目前楔横轧技术局限于轴类件的轧制生产,且轧件变形简单;对于非轴类件和几何外形复杂的轴类件相对困难.因此发展趋势是:在优化楔横轧技术的基础上,融合其他传统机械加工方法,使其适用于非轴类和几何外形较复杂的轴类件的生产,从而拓宽楔横轧的应用领域.2.展望楔横轧作为高效的成形工艺在国外发达国家已应用较多,国内正处于研究阶段.轴类件作为常见零件,需求量很大,特别是伴随着汽车工业的发展,汽车已经开始步入寻常百姓家,这就需要越来越多的汽车零部件.这种大规模的需求,将极大地促进汽车工业的发展,同时也为楔横轧技术的广泛使用,奠定了良好的基础,楔横轧技术在我国将有更广阔的市场前景.(20050918)-常,拦:(上接第74页)验交流会,在学术刊物上刊登有关辊锻技术的文章,举三,展望与建议办辊锻技术培训班以及开展技术咨询服务活动等.1.根据辊锻工艺特点,应积极,有计划地发展3.科研工作品种.扩大应用范围大力加强辊锻技术的科学研究工作,在以下几方面当前,首先应重视制坯辊锻工艺的应用与推广.开展科学研究:虽然在一些大型锻造厂(或锻造车间)已为大型锻造(1)辊锻变形机理的研究.设备配备了辊锻机进行制坯,但更多的中小型锻造厂(2)辊锻工艺与模具最优化设计方法.仍在使用低效率,高能耗,工作环境恶劣的空气锤制(3)辊锻模具高效,节能加工技术研究.坯.如能生产结构简单,价格低廉,适于专业化生产(4)辊锻过程中摩擦,磨损机理及提高模具寿命的的辊锻机取代空气锤,必将对挖掘我国现有模锻设备研究.潜力,提高模锻件比重以及促进锻造生产的发展具有(5)通用辊锻机械手及专用辊锻机的开发研究.重大蒽义.(6)辊锻生产中节能与减少公害的研究.与此同时,还要努力扩大成形辊锻工艺以及辊锻一(7)建