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關(guān)鍵字： 熱模鍛 模軋鍛 摘　要： 軸向閉模軋鍛工藝這種既軋又鍛的加工方式，將環(huán)圈軋制和熱模鍛兩者的優(yōu)越性集中在一個(gè)過程中，也就是說，局部變形受力加閉式鍛造的公差。局部變形受力意味著減少變形抗力，這就減小了機(jī)器的噸位，加大了機(jī)器的抗變形能力和剛度，自然也就能生產(chǎn)出最精密的鍛件

軸向閉模軋鍛工藝，是用于生產(chǎn)回轉(zhuǎn)體精密鍛件的新工藝，特別適合于生產(chǎn)圓形工件。

這種既軋又鍛的加工方式，將環(huán)圈軋制和熱模鍛兩者的優(yōu)越性集中在一個(gè)過程中，也就是說，局部變形受力加閉式鍛造的差。局部變形受力意味著減少變形抗力，這就減小了機(jī)器的噸位，加大了機(jī)器的抗變形能力和剛度，自然也就能生產(chǎn)出最精密的鍛件。

采用軸向閉模軋鍛工藝生產(chǎn)出的精密鍛件，鍛坯用料較少，且允許小的機(jī)加工預(yù)留量。這種工藝與傳統(tǒng)的熱模鍛工藝相比，為人們提供了一種更有經(jīng)濟(jì)效益的工藝方法。在鍛造工業(yè)中，已經(jīng)有若干這樣的全自動(dòng)化設(shè)備供生產(chǎn)使用。由于采用了快速更換模具的裝置和CNC程序控制，這樣的設(shè)備同樣可用于柔性化生產(chǎn)。

一、產(chǎn)品和應(yīng)用

適合采用軸向閉模軋鍛工藝生產(chǎn)的鐵路火車工業(yè)精密鍛件，按照其特征，可以分成兩大類，圓盤型鍛件(圖1a)和環(huán)圈型鍛件(圖1b,1c)。

帶有小的中心孔或者不帶中心孔的工件(圓盤型鍛件)有：

(1)火車和地鐵的車輪
(2)輪轂類盤件
(3)城市街道車輛和地鐵車輛的輪轂
(4)輪軸法蘭件
(5)齒輪盤

帶有大的中心孔的工件(環(huán)圈型鍛件)有：

(1)用在傳動(dòng)齒輪箱里的齒圈，比如，直齒圈和斜齒圈
(2)連接件，比如，法蘭
(3)履帶傳動(dòng)鏈齒輪
(4)滾動(dòng)軸承環(huán)圈，比如，球面滾子軸承環(huán)圈和止推軸承環(huán)圈

最初，閉模軋鍛工藝被用來生產(chǎn)轎車的齒輪圈，現(xiàn)今，其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到大的鍛件，包括卡車的齒輪圈、法蘭，甚至火車的車輪。

只要采用的材料具有可鍛性，不論是熱鍛，溫鍛，還是冷鍛，都可以采用軸向閉模軋鍛的方式生產(chǎn)，當(dāng)然，主要還是采用熱鍛的方式。

二、生產(chǎn)工藝技術(shù)、機(jī)器設(shè)備和模具系統(tǒng)

圖2示出了軸向閉模軋鍛工藝的工作原理。下模由轉(zhuǎn)矩M驅(qū)動(dòng)，繞豎直旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。上模軸線相對(duì)于下模軸線有一個(gè)α傾斜角。工件被放置在下模具里，上模凸面跟工件的最初接觸為線接觸，這是因?yàn)樯夏３叔F形的緣故。如果施加一個(gè)F力于上模，使之壓入工件，壓入量為Δf。上模的凸面與工件此時(shí)的接觸面就成為了一個(gè)拋物面。一旦模具旋轉(zhuǎn)，工件上承受著壓力的接觸面就變成了一個(gè)半拋物面，即用陰影表示的Ap。

圖3示出了一臺(tái)AGW125-280型的軸向閉模軋鍛機(jī)(最大軋制力1250kN，最大工件外徑280mm)。我們生產(chǎn)的機(jī)器規(guī)格范圍是軋制力從630kN到16000kN。

圖4顯示了軸向閉模軋鍛機(jī)內(nèi)的模具系統(tǒng)。在將模具裝入機(jī)器里之前，先將它裝入一個(gè)模架里，爾后，作為一個(gè)完整的單元裝入機(jī)器內(nèi)。再給機(jī)器配置一個(gè)快速夾緊的裝置，以便加速更換上下模具。模架被設(shè)計(jì)成為可以容納一系列不同規(guī)格尺寸的模芯。在機(jī)身里裝有一個(gè)頂料器，它可以將軋制完畢的工件從下模里頂出來。將上模插入到下模里，起到對(duì)中導(dǎo)向的作用，可以減小機(jī)器滑塊導(dǎo)向的誤差和機(jī)器的彈性變形對(duì)工件精度之不良影響，也取消了型腔的拔模斜角。

三、軸向閉模軋鍛生產(chǎn)線
生產(chǎn)圓盤形狀工件，比如，火車的車輪。先將工件放在轉(zhuǎn)盤式的加熱爐里加熱，送入制坯壓力機(jī)里預(yù)鍛成初形，跟下來在軸向閉模軋鍛機(jī)內(nèi)軋制成最終的形狀。鍛好的熱鍛件可以被直接送到臨近的調(diào)質(zhì)退火爐里，進(jìn)行后續(xù)的熱處理工藝。整個(gè)過程全自動(dòng)化，設(shè)備之間通過輸送帶或者操作機(jī)器手來連接。

生產(chǎn)環(huán)圈形狀工件，在制坯壓力機(jī)上把坯料預(yù)鍛成初形，初形具有一個(gè)很小的中心孔。中心孔越小，浪費(fèi)的材料就越少。接下來，在一個(gè)擴(kuò)孔機(jī)(軋環(huán)機(jī))里，把具有初形的坯料擴(kuò)成環(huán)圈狀，滿足軸向閉模軋鍛機(jī)所需的坯件形狀。圖1b,1c所示的工件，就可以采用MERW型擴(kuò)孔機(jī)來完成這個(gè)制坯的擴(kuò)孔工序。

圖5示出了一條軸向閉模軋鍛生產(chǎn)線。一個(gè)送料裝置先把冷剪的坯料放入感應(yīng)加熱爐，加熱至鍛造溫度。在制坯壓力機(jī)上分幾步把坯料預(yù)鍛成初形，沖中心孔。再在MERW打孔機(jī)完成材料體積的分布工作，然后，由AGW軸向閉模軋鍛機(jī)來把工件軋制成為最終形狀或者接近最終形狀。

圖6所示為火車輪軸系所用雙滾子軸承環(huán)工件，可以采用軸向閉模軋鍛生產(chǎn)線來生產(chǎn)加工，是一種最具經(jīng)濟(jì)效益的生產(chǎn)方式。

采用擴(kuò)孔機(jī)MERW，也可將帶有中心孔的預(yù)鍛成形坯料直接軋制成最終形狀。圖7所示為采用MERW可軋鍛的各類工件剖面圖。

MERW型的徑向擴(kuò)孔機(jī)采用機(jī)械傳力方式，軋輥芯的兩個(gè)端部都有支承，加之高剛度的機(jī)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和精密的環(huán)圈外徑測(cè)量系統(tǒng)，從而保證了很小的公差。工件的加工余量自然減少，也不必用校正壓力機(jī)來校正尺寸。

在一個(gè)轉(zhuǎn)盤機(jī)架上安置了三個(gè)軋輥芯，在軋制的過程中，同時(shí)進(jìn)行著上下料的工作，如此一來，縮短了整個(gè)的軋制工作周期。

四、軸向閉模軋鍛與傳統(tǒng)鍛造工藝的比較

1.高的精密度和重復(fù)精度

由其工作原理所決定，軸向閉模軋鍛的軋制力大大地小于傳統(tǒng)的熱模鍛造力(約為5%～20%)，其結(jié)果，軸向閉模軋鍛機(jī)體積小而緊湊，機(jī)器的剛度當(dāng)然就高，工件就更精密。軋制力小，還使得模具的彈性變形也變小。

傳統(tǒng)的熱模鍛會(huì)有上下模具的錯(cuò)位，可是，在軸向閉模軋鍛機(jī)里，上模被套在下模里，對(duì)正中心，就消除了這樣的錯(cuò)位誤差。

傳統(tǒng)的熱模鍛還有上下模具的傾斜角度誤差，這是由于壓機(jī)的滑塊傾斜而致�？墒�，在軸向閉模軋鍛機(jī)里，上下模具均作旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)，金屬材料流經(jīng)由上下模具閉合而成的軋制區(qū)。這樣一來，工件在整個(gè)圓周上都具有相同的高度，排除了頂面跟底面的傾斜角度誤差。

經(jīng)軸向閉模軋鍛機(jī)軋制的鍛件不帶飛邊，表面光潔度很好。

不論是MERW機(jī)，還是AGW機(jī)，全都采用數(shù)字控制(CNC)。所有機(jī)器數(shù)據(jù)的設(shè)置，都借助于控制臺(tái)上的鍵盤輸入。機(jī)器的設(shè)定值連同模具的數(shù)據(jù)，操作模式和其他的指令，全都按照組合的形式，存放在計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存器里，隨時(shí)重復(fù)調(diào)用。

所有這些措施保證了生產(chǎn)步驟的重復(fù)一致性。軸向閉模軋鍛機(jī)生產(chǎn)線足以證明其滿足最嚴(yán)格的產(chǎn)品質(zhì)量檢查要求。

2.減少材料消耗費(fèi)用和機(jī)加工費(fèi)用

從其高精度的軋鍛質(zhì)量不難理解，軸向閉模軋鍛所制造的工件，由其工作原理所決定，具有特別好的表面光潔度。工件上那些非功能表面，就不必進(jìn)行金屬切削加工，剩下非得進(jìn)行金屬切削加工的加工余量，就被減少到最少量。

對(duì)于環(huán)圈形的軋鍛件，在初鍛沖孔時(shí)，就把中心孔盡量控制到最小，這樣，最多可以節(jié)省材料幾乎達(dá)到35%。對(duì)于圓盤形的軋鍛件，視工件的尺寸和加工量，最多可以節(jié)省材料達(dá)20%之多。

順理而推，既然減少了材料加工量，自然就節(jié)省了加熱鍛件材料和熱處理所需要的能量。這也促成用軸向閉模軋鍛工藝技術(shù)替代傳統(tǒng)的鍛造技術(shù)。

3.高度的柔性化生產(chǎn)

在論及軸向閉模軋鍛生產(chǎn)線的高度的經(jīng)濟(jì)效益時(shí)，機(jī)器的柔性化生產(chǎn)能力是除了上述各項(xiàng)特點(diǎn)之外的又一特征。通過簡(jiǎn)單而又高效的模具更換系統(tǒng)，靈活的傳送系統(tǒng)和CNC編程控制系統(tǒng)，保證了機(jī)器的這一特征。

五、結(jié)論

歸結(jié)起來，閉模軋鍛機(jī)具有如下的優(yōu)越性：

(1)較少的用料，材料節(jié)省可達(dá)到35%；
(2)高的精度和表面光潔度，減少了切削加工量；
(3)優(yōu)越的力學(xué)強(qiáng)度特性；
(4)高度的靈活性；
(5)設(shè)備運(yùn)行完全自動(dòng)化；
(6)最低的實(shí)驗(yàn)試車費(fèi)用。