精密成形(辊锻)

辊锻---通过一对装有 扇形模块的旋转锻辊上的 型槽作用，使坯料产生塑 性变形，从而获得所需的 锻件或锻坯。
1.辊锻工艺特点
（1）连续静压，小设备上干大活 （2）生产率高，对厂房、地基要求低 （3）劳动条件好,易于实现机械化、自动化
＊局限性：适用于长轴类和板片类锻件 2.辊锻的分类和应用
（1）制坯辊锻：相当于模锻前的拔长、滚挤制坯
§1－3 辊锻变形的基本原理
一.辊锻时坯料的咬入 1.简单轧制时的咬入：简单，不考虑型槽 只能平辊为研究对象 (1)开始咬入阶段为: 咬入条件： µрcosα>рsinα 即 μ>tgα
即 摩擦角 β=arctgμ>α
(2)已经咬入阶段:受力中心在受力弧段的中间进入稳定的轧 制阶段 咬入角将为α/2 极限咬入角变成 αmax=2β 实践表明: 稳定轧制时μ有所降低, 一般咬入角 αmax=（1.3～1.5）β β为摩擦角
二 确定辊锻道次 1.求总延伸系数λZ λZ = F0 / Fmin F0 —原毛坯的截面积（按辊锻毛坯的Fmax再加上烧损 量确定） Fmin—辊锻毛坯的最小截面面积 2.求辊锻道次 n …λn= λ λZ= λ1 p n = lgλz / lgλp λp—平均延伸系数：一般在1.4～1.6范围内选取 λp与型槽系有关
3.工序简单，生产效率高，能满足零件的特殊要求
电热镦锻可以锻出长径比很大、用平锻聚料需聚很多 次的大头细长杆类锻件。超塑成形和液态模锻等工艺也 可大大简化普通锻造锻多次才能成形的锻件。
以上三个方面是特种锻造工艺的主要特点，其他特点 还有噪音低、振动小、劳保条件好等。锻造工艺不一定全 部满足上述三个方面，满足其中之一的锻造工艺即可划入 特种锻造的范畴。 此外，以上三个方面决定了特种锻造工艺均适合于大 批量生产而不适合于单件小批量生产，有些甚至是专门锻 造某种或某类锻件的，专用性强，因此也常把特种锻造工 艺称为专门锻造工艺。 这些工艺都是处于不断发展中的新技术，其设备和工 艺有待于完善，实际使用的需要承担一定的技术风险，有 一定局限性。
（2）成形辊锻： 1）直接终成形 有毛边（切） 无毛边
较直
2) 基本成形 辊后整形（变形程度高于模锻中的预锻） 3）一部分形状直接辊锻成形，而另外一部分采用模锻或 其它工艺成形 另外还分冷辊和热辊两种
§1－2 辊锻机的类型
1.悬臂式 操作方便 制坯 2.双支承式 冷辊 热辊
3.复合式 同时有悬臂和双支承两种 可布置较多的形槽
三.型槽系的选择 1.型槽系及其特点 ①椭圆—方形槽系
料易放稳，拔长系数大 λp可达到1.8～2 ②椭圆--圆形槽系
型槽加工容易，寿命高，制坯料质量好，但辊锻稳定 性差， 延伸系数小，一般不超过1.4～1.5
③菱—方形槽系
能得到准确的方形截面，沿型槽宽度上变形分布均匀，允 许的λp较大，在1.4～1.8，稳定。 ④矩形（箱形）型槽系
3.变形量的选择 坯料截面的轴长比或高宽比对变形量和稳定性都有很大 的影响（b/h）. ① 压下量越大， b/h↑ λ↑ 但转90º送入下道次辊时，稳定性也越差 ② b/h 越大，则转90º在下道次辊时允许的压下量越大，有 利于延伸 ③ 极限轴长比 b/h 椭圆料进入方形 5.0 3.5 2.5 2.5 矩形 箱形，无夹持 2.0 矩形 箱形，有夹持 2.5
三.型槽设计要点:
1.型槽形式 开式型槽
闭式型槽
混合式
一侧开一侧闭 一段开一段闭
2.成形辊锻型槽设计 终成形辊锻型槽是根据热辊锻件图设计 3.预成形型槽设计 原则 ① 预成形毛坯平面投影应与成形辊锻件平面投影形状相似,但 尽可能简化 ② 应注意前壁难充满的问题.减小前壁角,使该处金属径向(高 度方向)流动阻力减小 ③ 预成形毛坯的截面应比成形型槽相应的截面突一些,高一些
α δ
影响前滑的因素： ①εh ↑ s ↑ ②μ ↑ s ↑ ③当料温高于700ºC时,温度↑,s ↑ ④D辊 ↓ s ↑ ⑤坯料高而突时 s ↓ 展宽量↑ ⑥型槽形状的影响： 限制展宽的型槽有利于前滑 有利于展宽的型槽不利于前滑
2.横向展宽及其影响因素 ⑴展宽的形式 限制展宽;自由展宽;强迫展宽.
π 2 36 32 4 = = = 2.25 π 2 22 24 4
采用椭圆－圆型槽系 ，取λｐ＝1.5 则辊锻道次 n = lnλ z = 2次
lnλ p
第一道椭圆型槽横截面积
F1槽
π 2 36 /1.5 F1 F0 /λ 1 4 = = = = 754 0.9 0.9 0.9
椭圆棒入圆形型槽时 b/h≤3.5 取3.2 则该椭圆短轴h 长轴b=3.2h
②强制咬入 多道次成形辊锻时,利用已有的坯料凸起实现强制咬 入.(相当于中间咬入)
③其它方式:夹砂;刻痕 增加μ 初辊开坯,要用粗糙的辊面
二.变形区内金属的流动 变形区内金属的流动与锤上弧形砧拔长相似，有横向和纵 向流动. 1.前滑和后滑 νg—锻辊线速度 出口端金属流动速度ν出>νg --前滑 入口端金属流动速度ν入<νg --后滑 前滑现象使坯料比型槽长，因此应有意地将型槽作短些 缩短率 s＝（L锻-L辊）/L辊 前滑率 s＝（ν出-vg)/νg 生产中一般不考虑后滑影响
0 1 n -1 n 1 2
六.型槽纵向尺寸设计 1.头部:当头部不受压、不变形时L头不变
2.杆部： 杆部和过渡区的因有变形存在有如 L L n -1 = n 过渡区 下关系 λ 或 Ln =λLn-1
3.前滑值确定: ①头部不变形时,不计算前滑值. ②在等截面变形区,前滑值取 4～6% ③坯料薄端在前时,前滑值小 2～4% 坯料厚端在前时,前滑值大 6～12%
⑵影响展宽的因素: 与前滑的影响因素恰好相反(Δb)
影响展宽的因素 影响前滑的因素： ①εh ↑ s ↑ ① εh↑ Δb ↑ （这一点不相反） ②μ ↑ s ↑ ② μ ↑ Δb ↓ ③当料温高于700ºC时 ③ Δb ↓ 温度↑,s ↑ ④ Δb ↓ ④D辊 ↓ s ↑ ⑤坯料高而突时 s ↓ 展宽量↑ ⑤ Δb ↑ ⑥型槽形状的影响： ⑥型槽形状的影响： 限制展宽的型槽 不利于展宽 限制展宽的型槽有利于前滑 有利于展宽的型槽 有利于展宽 有利于展宽的型槽不利于前滑
四.延伸系数分配及各道毛坯截面积计算 λz=F0F/FFn F • = F F ··· F = λ1·λ2· · · λn 计算各道毛坯截面积，先要确定λ λ确定方法有：图解法和经验分配法 不外乎是先确定总的λz和型槽系，然后不同的型槽允许的 λ不同，在λ允许的范围内选取 五.型槽横向尺寸的确定 由F0和λ1可以定出第一道型槽的横向尺寸 型槽充满系数取0.85～0.95：F1=F0/λ1 由F1和λ2可以定出第一道型槽的横向尺寸 设计时找资料，有具体的计算公式 F2=F1/λ2 所得的F1,F2按面积不变（F1/0.9,F2/0.9)换算成方形，椭 圆形型槽
旋转锻造的概念
§15-2旋转锻造的工艺设计 §15-3旋转锻造的工具设计
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绪 论
成形之前冠以“精密”二字目的是表示与普通成型工艺 的区别，锻造工艺前冠以“特种”二字目的也是表示与普通 锻造工艺的区别。特种锻造工艺是针对普通锻造工艺在下料、 加热、锻造方面所存在的问题加以改进而形成的新工艺，它 除了具有普通锻造工艺所具有的一些主要特点外，还有其自 身的特殊性，这些特殊性概括起来有以下三个主要方面：
§3 特种轧制 §3-1斜轧:麻花钻.丝杠.钢球 §3-2辗轧扩孔与精密辗扩 §3-3横向纵轧 §4 旋压工艺 普通旋压 变薄旋压 复杂旋压
§5 摆动輾压 §5-1摆动輾压概述 §5-2摆动輾压工作原理 §5-3摆輾工艺的典型工序 §5-4摆輾工艺特点
中册：特种成形技术特例 －齿轮及花键成形工艺
特种锻造工艺所包含的内容很多，本课程旨在让同学们 了解特种锻造的原理、工艺特点、发展状况，以开阔同学们 的视野，而不是为了专门研究掌握某种锻造工艺。因此，本 课程是以原理、工艺过程及其特点的叙述为主，除一些常用 的工艺外，一般对具体的工艺参数不作深入细致的讲解。
上册：迴转加工部分
§1 辊锻
§1-1 概述
⑤六角—方形槽系
2.型槽系的选择 型槽系的选择应考虑的问题 ① 从有利于模锻成形出发：可以选择方形、圆形、矩形、或 椭圆形毛坯 辊锻型槽的最后一道应保证毛坯形状 ② 从减少变形次数或能够在一个锻辊上布排完所需型槽考虑 应尽量减少辊锻道次，采用延伸系数大的型槽系 ③ 考虑坯料在型槽中的稳定性问题 例如，椭圆截面坯料进入方形型槽就比进入圆形型槽稳定 性好
三.辊锻件的前后壁轮廓及其成形过程
由于后滑和咬入运动的特点，辊锻件的前壁属于难 成形区，后壁属于易成形区,为了让前后壁都充满，将一 道型槽反向布置，在该道次中将锻件掉头送入，使得原来 的前壁变为后壁送入.
§1－4 制坯辊锻工艺及型槽设计
一.辊锻毛坯的设计 １．绘制计算毛坯图 ①具体做法同锻模设计一样 F计＝Fd＋2ηFm 对辊锻 η＝0.1～0.5 ②杆部与头部过渡区段的斜度一般取45º～60º，并按体积 不变原则将曲线改为直线 过渡区段长度： L=0.5～0.86 2.选择毛坯杆部的截面形状 根据模锻时的成形要求，可以选成方形、菱形、圆形、 椭圆形、工字形等。
切边
校正
2.尽量采用对称轴线 ① 可采用一次辊一件 ② 长度较短的件可对称布排，一次辊两件 ③ 沿长度或宽度方向一次辊成多件 ④ 可考虑辊锻成一部分，另一部分在别的设备上干 二.辊锻模具设计的基本程序 1.设计锻件图（校正后的） 2.设计辊锻件图 3.进行毛坯图的设计计算 4.选择原毛坯尺寸 5.确定辊锻道次 6.设计成形辊锻型槽（含终成形和预成形） 7.设计制坯辊锻型槽 8.确定各道次模具结构等
1.变形力量小，可以在小设备上干大活。
迴转加工部分就是利用迴转工具以连续的局部变形取代 普通锻造工艺中的整体变形，从而使变形力降低几倍到几十 倍，在小设备上干出大活。
2.锻件精度高，加工余量小，节约金属。
甚至完全取代常规的车铣刨磨等有屑加工,节约工时, 像精密锻造、粉末锻造，以及等温模锻等常可以锻出复 杂的高精度光洁度的锻件。甚至利用特种锻造工艺锻出 常规切削机床所无法加工的零件，如异型盲孔、凸台等。
下册：特种工艺部分
§6-1齿轮轴冷打技术－旋锻 §6-2花键轴纵轧技术 §6-3花键轴横轧技术 §6-4花键轴冷拔技术 §6-5花键轴冷挤技术 §6-6齿轮冷精锻技术
§7 精密模锻 §7-1精密模锻的概念 §7-2精密冷锻 §7-3精密热锻和精密温锻
§8超塑性成形 §9 液态模锻与半固态成形 §10等温模锻 §11多向模锻 §12粉末锻造 §13电热镦锻 §14精密冲裁 §15 --1
精密成形与特种锻造工艺
主讲人:辛选荣
精密成形及其特种锻压技术
目录
＊绪论
上册:迴转加工部分 §1 辊锻工艺 §1-1辊锻工艺概述 §1-2辊锻机类型 §1-3辊锻变形基本原理 §1-4辊锻制坯型槽 §1-5成形辊锻 §2 楔横轧工艺 §2-1楔横轧工艺概述 §2-2楔横轧机类型 §2-3楔横轧运动分析 §2-4楔横轧孔型设计
2.在型槽中辊锻时的咬入特点: ①在型槽中辊锻时的两种咬入方式:
(a)相当于简单咬入
(b)侧壁首先接触咬入
②侧壁接触首先咬入条件 α<(1/cosθ)β θ—型槽侧壁与锻辊轴线夹角 显然θ越大,对咬入越有利.
3.强化咬入的方式 ①中间咬入 ⅰ 需较大的力量:否则咬不下去 ⅱ 要满足稳定轧制阶段的摩擦条件,否则咬入后也不能 继续辊
4.纵向型槽图的绘制
① 将坯料各段长度换算 成圆心角 θｉ L i ＝
R
② 将θ1 、θ2 ……分别绘 出 ③ 将型槽深度及其圆角 绘出 ④ 过渡区段变截面标注
七 制坯辊锻应用举例
有一锻件 计算毛坯如图所示,拟采用在辊锻机上拔长两 端，再在1600t锻压机上调头模锻的工艺：
总延伸系数
λz =
Fmax Fmin
π π hb = × 3.2h 2 = 754 4 4 h = 17.3 b = 55.4
第二道圆形型槽不用算，是φ24／0.9
§1－5 成形辊锻
成形辊锻采用的主要工艺流程：
整形 下料 加热 辊锻 校直
直接成形辊锻较困难，辊时锻件易弯，所以需要较 正 一.零件的工艺分析及工艺方案的拟订 1. 是否可以进行成形辊锻 辊锻特点①利于延伸和拔长,不利于展宽和聚料 ②适用于长轴类和截面变化比不显著的板片类锻件