碾环

环件轧制又称环件辗扩或扩孔，它是借助环件轧制设备–––轧环机(又称辗扩机或扩孔机)使环件产生壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的塑性回转成形工艺，同时还是连续局部塑性加工成形工艺，具有生产效率高、产品质量好、能源消耗低等技术经济优点，主要用于大型无缝环件的生产，被广泛应用于重型机械、火车、能源、航空航天等许多工业领域。大型环件径轴向轧制是一个三维非线性、非对称、非稳态的复杂成形工艺，成形过程中涉及到多因数耦合影响。

环件轧制适于生产各种形状尺寸、各种材料的环形零件或毛坯。目前轧制环件的直径为Φ40~Φ10000mm，高度为15~4000mm，最小壁厚为16~48mm，环件的重量为0.2~82000kg。环件的材料通常为碳钢、合金钢、铝合金、铜合金、钛合金、钴合金、镍合金等。常见的轧制环件产品有轴承环、齿轮环、火车车轮及轮箍，燃气轮机环、集电环等，最大的轧制环件是直径Φ10000mm、高度4000mm 的核反应堆容器环件。

环件辗扩分类

按辗扩时坏件毛坯的温度可以分为热辗扩、温辗扩和冷辗扩；按辗扩孔型(轧辊)结构可以分为开式辗扩、半开式辗扩和闭式辗扩；按辗扩中环件毛坯的变形

方式可以分为径向辗扩和径-轴向辗扩。采用最后一种分类方式是最主要的且能

够体现环件辗扩特点的分类方式。

环件轧制原理

环件径向轧制原理

图1-1是径向轧制的基本原理图。图1-1(a)所示为在单导向辊立式轧环机上进行的径向轧制原理图，其中驱动辊为主动辊，同时作旋转轧制和直线进给运动；芯辊为被动辊，作从动旋转轧制运动；导向辊和信号辊都为可自由转动的辊。在驱动辊作用下，环件通过驱动辊与芯辊构成的轧制孔型产生连续的局部塑性变形。当环件经过多转轧制变形且直径扩大到预定尺寸时，环件外圆表面与信号辊接触，环件轧制过程结束。驱动辊旋转轧制运动由电动机提供动力，直线进给运动由液

压或气动装置提供动力，其它轧辊在与环件的摩擦作用下运动。

图1-1 径向轧制的基本原理

1––驱动辊2––环件3––导向辊4––芯辊5––信号辊

图1-1(b)为双导向辊卧式轧环机上进行径向轧制的原理图。中大型轧环机多采用此种结构，这种轧环机结构简单，价格低，工艺控制容易，适用广泛，一般用于矩形截面、沟槽形截面环件的生产。

径轴向轧制原理

径轴向环件轧制主要用于生产大型环件。图1-2是径轴向轧制的基本原理图。为了改善轧制环件的端面质量、轧制成形复杂截面轮廓的环件，在径向环件轧制设备的基础上，增加了一对轴向端面轧辊，对环件的径向和轴向同时进行轧制，这样使得径向轧制产生的环件端面凹陷在经过轴向端面轧制而得以修复平整，且轴向端面轧制还可以使环件获得复杂的截面轮廓形状。在径轴向轧制过程中，驱动辊作旋转轧制运动，芯辊作径向直线进给运动，端面轧辊作旋转端面轧制运动和轴向进给运动。环件产生径向壁厚减小、轴向高度减小、内外直径扩大、截面轮廓成形的连续局部塑性变形，当环件经反复多转轧制使直径达到预定值时，芯辊的径向进给运动和端面辊的轴向进给运动停止，环件径轴向轧制变形结束。目前，只有较先进的大中型轧环机采用径轴向联合轧制工艺，径轴向轧环机适用于壁厚大、大轧制比或截面复杂的环件加工，生产效率高。

图1-2 径轴向轧制的基本原理

1––驱动辊2––环件3––芯辊4––导向辊5––轴向轴辊

大型环件径轴向轧制工艺流程

目前大型环件一般采用径轴向轧制工艺来生产，大型轧环件生产流程在每一个轧环生产厂组合的都不太一样，但其基本工艺流程为：

图1.1 环形零件传统生产工艺

一种环件特别是大型环件短流程铸辗复合成形新工艺，工艺流程如图1.2 所示。该工艺首先冶炼铸造环形铸坯，然后利用铸坯凝固的余热直接辗扩成形，与传统工艺相比，利用废钢、边角料配料重熔后的环形铸坯进行辗扩，变废品为产品，实现材料的综合利用，无冲孔工序，可节约材料20%~30%；减少坯料加热次数，降低能耗，有利于节能减排和清洁生产；简化了制坯工艺，缩短工艺流程，降低成本，提高生产率和经济效益，具有巨大的发展潜力和广阔的推广应用前景。

图1.2 环形零件铸辗复合生产工艺

在环件短流程铸辗复合成形工艺中，铸造环坯的热辗扩成形过程是关键的研究内容和核心技术，直接影响到环件最终形状尺寸和机械性能。由于铸造环坯的晶粒组织比较粗大，分布不均匀，在热辗扩成形过程中不仅要保证环件的宏观形状和尺寸精度，更重要的是科学优化设计辗环工艺参数，通过高温和辗扩变形的综合作用消除铸态组织缺陷、细化晶粒组织、提高产品综合力学性能，实现“变形”和“改性”的双重目的。同时，环形铸坯热辗扩成形过程是一个受多因素交互影响的宏观变形和微观组织演变相耦合的复杂成形过程，单纯采用理论分析和试验研究的方法，难以准确认识和掌握热辗扩成形过程中宏观形状尺寸和铸态组织演变规律，且耗时、耗力、周期长。

环件轧制特点

环件轧制是轧制技术与机械零件制造技术的交叉和结合，它有如下特点：1.驱动辊与芯辊直径相差悬殊；2.驱动辊作主动旋转轧制运动，芯辊作从动旋转轧制运动，且它们的转速不同；3.旋转轧制运动与直线进给运动相互独立；4.径向轧制运动与端面轴向轧制运动相互制约，并都受到导向运动的约束与干涉；5.

轧制中环件毛坯反复多次通过高度逐渐减小的轧制孔型；6.环件变形区几何边界是复杂的、不稳定的，变形的热、力条件也是动态变化的。由于这些特点，环件轧制不仅表现出了普通平板轧制、异步轧制、型材轧制、多道次轧制的性质，而且还表现出了轧制的耦合性质。环件轧制不仅表现出了几何非线性和物理非线性，而且还表现出了几何非线性和物理非线性的耦合性质。环件轧制不仅受到静力学、运动学和动力学因素的影响，而且还受到这些因素的耦合影响，因而环件轧制变形具有高度的复杂性[1]。

环件辗扩与传统的板材辗扩相比较，它有如下特点：

(l)三维变形。宽高比比板材轧制大得多，既有径向压缩变形、周向延伸，又有宽度方向的宽展，宽展不可忽略；