冷旋锻技术精品讲座

▪ 6）旋转锻造过程适用的材料品种较多。一般，只要具有一定延性的金 属，都可以进行旋转锻压。
▪ 7）冷转转锻造一般可达到的最大截面压缩率：高速钢为40%,、中碳钢 为50%、低碳钢为70%、wc为0.2%的合金钢为50%、Wc为0.4%的合 金钢为40%。
▪ 8）利用旋转锻造，还可以简便地取得一些独特的工艺效果：
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▪ 4）由于冷击压缩的坯料的横截面伴随有加工硬化，而且加工硬化的程 度取决于坯料横截面的压缩率，所以在许多情况下，可因此而采用具 有抗拉强度低的廉价材料通过冷旋锻来取代一些高价材料，或者可以 变实心结构为空心结构，以达到节材的目的。
▪ 5）旋转锻件的精度取决于坯料横截面的压缩量、旋锻模的质量和锻件 直径的大小，其公差量约为 ±0.02~ ±0.2mm 范围内。这一精度可 与精密切削的精度相匹配。
▪ 2）合金钢中的某些合金元素，例如Mg、Ni、Cr等，是增加材料强度的， 同时使材料的流动能力变坏，加工塑性降低，从而影响到材料的可旋 锻能力。而另一些合金元素，如铅、硫、磷等，都是作为易切削添加 物加入钢中的，然而它们也极易导致钢中的不连续组织，进而导致金 属材料在旋转锻造过程中出现开裂或破碎现象。这些也同样限制了材 料的可锻能力。
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第一节 旋锻过程及特点
▪一、旋锻过程
▪ 旋锻即旋转锻造，也叫径向锻造，常采用两个或两个以上的模具，在 使其环绕坯料（棒材、线材或管材）外径周围旋转的同时，也向坯料 轴心施加高频率的径向力，使坯料受径向压缩而按模具型线成形和沿 轴向延伸的过程。它是一种局部而连续、无屑而且精密的金属成形加 工工艺。所谓冷旋锻工艺，就是在室温下进行的旋转锻造工艺。
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三、旋锻的工艺优势和劣势
1、旋转锻造的工艺优势
1）经旋转锻造的锻件，具有连续的纤维流线。这一点，明显的优于切削 加工件。
2）旋锻件的表面粗糙度质量，随坯料横截面压缩量的增大而提高，一般 都胜过切削表面。从而有利于提高机件的配合的精度。
3）由于经旋转锻造后的锻件表面存在有附加压缩应力，因而也提高了此 类锻件的抗弯强度；再加上表面光洁的优势，可使此类锻件的切口效 应达到最小。
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▪ （2）固定主轴旋转锻机 也即模具和工件保持静止不动， 而工作头和滚柱保持圈旋转的外旋机。这种旋锻机主要用 来旋锻圆截面工件，也用于旋锻其他形状截面的工件。图 13所示是该种机型的旋锻部分示意图。
a）闭合位置 b）开启位置 图13 固定主轴旋锻机的旋转部分 1-旋锻主轴 2-模具 3-垫片 4-压块
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2、按结构特征分
▪ 如果按照设备工艺特性所决定的结构特征来分，则旋锻机 又可分成：标准型旋转锻机、固定主轴旋转锻机、蠕动主 轴旋转锻机、交替打击旋转锻机和模具闭合型旋转锻机五 种。
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▪ 1）标准型旋转锻机 实际上就是典型的内旋机，主要用于坯料直径的直线缩
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▪2、旋转锻压的劣势
▪ 1）采用横断面形成的芯棒，可以旋锻出多样内形的管件，这应是旋锻 工艺最明显的特点之一。但是另一方面，当旋锻时锻坯的断面缩减量 增大和其工具尺寸不得不趋小设计时，则工具的寿命就必然成为旋转 工艺发挥的一种限制因素。因为，过快的工具消耗，有时会使旋转工 艺变得不经济。
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如图4所示是用于管壁向内、外局部增厚
图4 用于管壁向内、外局部增厚
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▪；
如图5所示是用于内、外非圆形管端的成形
a
b
c
d
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a)外六角形 b）内六角形 c）外方形 d）内外球形
图5
用于内、外非圆形管端的成形
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如图6所示是用于外形复杂短柱体的成形
图6
用于外形复杂短柱体的成形
▪ q=(d1-d2)/d2
▪ d1——旋锻前的坯料直径（mm） ▪ d2——旋锻后的坯料直径（mm）
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▪ 1、材料成分
▪ 通常，钢中的含碳量和某些合金元素的存在，对该钢的可旋锻性能有 着明显的影响：
▪ 1）一般，钢中Wc＜0.2%的普通碳素结构钢，是最适合于旋转锻造的 钢种。他们在进行旋锻时，其横断面积的单次缩减率最大可达到70%。 所以，这些钢种旋锻时，无需考虑工序间的中间退火工艺。随着钢中 含碳量的增加，材料的旋锻性能明显降低。
3）有绕自身轴线回转的趋势。前已述及，这是由于旋锻模在旋锻过程中不断 张合，而在旋转速度就是旋转锻造机坯料夹持器所表现出来的速度就是旋转 锻造机坯料夹持器所表现出来的速度。送进的材料如果没有这个回旋动作， 则旋转锻造只会发生在材料的一个固定位置上，在材料上引起圆度误差和毛 边，甚至使材料的回转动作则是由工人手控的。
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3、材料硬度
显然，旋锻前的材料硬度越高，其可锻的能力也越低， 所以材料在旋锻之前一般都应作软化退火处理。由于材 料的差异，旋锻冷缩减率对材料力学性能的影响进程也 是不同的。当工件要求的断面缩减率大于一次旋锻工不 能完成的缩减率时，在ห้องสมุดไป่ตู้延续缩减之前，必须对经过一 次缩减的中间坯料作去应力处理，以重新恢复材料的韧 性，并避免材料在恢复韧性处理中的晶粒长大。但如果 系此处理而去应力效果不佳时，则宜对材料进行完全退 火。
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第二节 旋锻技术要点及应用
▪ 一、旋锻设备的分类及特征
▪ 1、按主旋转运动的特征
▪ 旋转锻造机是一种绕工件轴线旋转且 产生径向高频打击的设备。如该机主 旋运动的特征来分，旋转锻造设备有 所谓“内旋机”和“外旋机”两种。
▪ 图10所示即内旋机的工作原理。这 种旋锻机的主旋转运动，主要来自设 备内的旋转主轴1。在主轴的前端设 有一定数量的导槽，模具2和压块4 装在其中。模具和压块之间装有垫片 3，用以调整模具的位置。压块蘑菇 头的形状，决定了模具的开启冲程大 小。滚柱保持圈5位于主轴1和支撑 套7之间，可以自由旋转。压力滚柱 6则装在经精确加工的滚柱保持圈定 为凹槽之中。
1-旋锻主轴 2-模具 3-垫片 4-压块
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5-滚柱保持圈 6-压力滚柱 7-支撑套
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▪ 在旋锻机的使用过程中，模具处于开启位置时的开启量， 可以用限制模具和压块离心外移量的机械装置。作一定程 度上的改变。但是模具处于闭合位置时，则不能改变。如 果停止旋转锻造，可在模具和压块之间插入垫片。旋锻模 具的打击强度，也能用不同厚度的垫片来调节。模具应注 意垫紧，以使模具处于闭合位置时，能足以获得压块和压 力滚柱之间的合适过盈量。如果垫片过紧是容易出现不能 启动，只有拆除压力滚柱才能获释。
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▪ 2）在操作旋转锻造时，坯料送入模具出现困难的频次相对较高，特别 是在旋锻件锥形部分锥角较大的场合。因为，此锥角偏大，即模具的 入模角较大，从而使坯料的入模送进力增大同时会出现振动，进一步 影响到旋锻件的表面质量，从而会延长此类锻件的生产周期。所以， 生产中有时不得不将一道工序可以完成的工作改为两道工序来完成， 即第一道工序采用入模锥角较小的模具，第二道工序采用入模锥角较 大的模具或采用闭合型模具旋锻，以求平缓过渡。
径或用以成型圆锥形工件。它由内部装有旋锻部件的工作头。支撑工作头的基 座和装有外罩的电动机组成。图12所示就是装入工作头内的旋转锻部件示意图。 为了加强该旋转部件在锻造过程中的使用强度。图中支撑套（件7）外径应该 设计成比工作头孔径约大0.5mm，并经淬硬、精磨、压入装配于工作头内，使
该套始终处于预压缩状态。主轴安装在锥形滚柱轴承内，并定位于支撑套的中
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图10 内旋锻机的工作原理 1-旋锻主轴 2-模具 3-垫片 4-压块 5-滚柱保持圈 6-压力滚柱 7-支撑套
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▪ 当主轴1旋转时，模具2和压块4借助 离心力的作用沿径向外移。当主轴静 止或旋转缓慢时，也可完全或部分借 助弹簧来开启模具。一旦主轴旋转， 压块蘑菇头接触压力滚柱，便开始模 具向工件轴心的锤击冲程。当压块蘑 菇头的顶部锤击压力滚柱时，模具即 完全闭合。当蘑菇头位于两个旋转压 力滚柱之间时，模具开启最大。
心位置，由电动机驱动轴上的飞轮所联动。在主轴旋转过程中，模具产生的打 击次数由旋锻机的大小决定。通常为每分钟1000~5000次。模具的冲击速率， 近似等于压力滚柱的数量乘以主轴的每分钟转数，再乘以0.6的修正系数。修正 的原因主要是考虑滚柱保持圈的蠕动影响。
a）闭合位置
b）开启位置
图12 标准型旋锻机旋转部件
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▪ 2、旋锻前的显微组织
实践证明，在钢的冷旋转锻造中，如果钢的显微组织呈细 小、均匀状态，则能获得最大的可旋锻能力。通常，中 碳钢及中碳钢合金结构钢的珠光体退火显微组织所表现 出来的可旋锻能力，不如其球化退火显微组织的表现。 这与珠光体片的粗细度和钢的抗拉强度与硬化程度等有 关。一般，为了使材料退火后能获得均匀分布的细小颗 粒状碳化物。因为，珠光体片较细时，球化退火时可采 用较低的温度和较短的时间。退火温度越低，未溶解的 碳化物数量就越多，从而容易获得均匀分布的细颗粒状 珠光体组织。
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▪ 图7 所示是用于管件与实心轴的旋锻结合；
图7 管件与实心轴的旋锻结合
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▪ 图8所示是用于普通电源杆接头与电缆结合；
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图8 电源杆接头与电缆结合 a）旋锻结合前 b）旋锻结合后
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▪ 图9所示用于电缆之间的相结合等。
图9 电缆之间的相互结合 a）球形结合 b）单臂球形结合 c）双臂球形结合
▪ 图11所示为外旋机的工作原理，这种 旋锻机的旋转运动来自带飞轮的的支 撑套7，而旋转主轴1则是静止的。 或是缓慢的沿正向或逆向旋转。当旋 转主轴静止时，便可以产生出非圆轴 对称的横截面。其他构件的动作和内 旋机是一样的。
图11 外旋锻机的工作原理 1-旋锻主轴 2-模具 3-垫片 4-压块 5-滚柱保持圈 6-压力滚柱 7-支撑套
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▪ 通常，旋转锻造有两种基本的锻造方 法：一种是“进料锻造法”，其示意 图如图1 所示。锻造时模具绕坯料 旋转，并对坯料作段冲程、高频率的 锤击。坯料是直接从模具入口端送进， 直至锻出所需的锻件长度为止。这种 方法用在单项锻制细长台阶的场合， 其台阶过渡锥锥角较小，一般最大为 20°。另一种是“凹进锻造法”， 其示意如图2 所示。锻造时，模具 除可绕坯料旋转和对坯料作段冲程。 高频率的锤击外，还可以作“开启” 与“闭合”动作。这种方法用在锻制 双向台阶和中间变细轴的场合，其两 端的台阶过渡锥短而陡峭。
图1 进料锻造法示意图
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图2 凹进锻造法示意图 3
二、旋锻工程中的材料流动
旋转锻造过程中，材料的流动与旋压方法、模具的型 线结构等有关。兹以图3所示的棒料进给旋转锻造为例， 可以看出材料在旋锻时的一般流动趋势。
图3 棒料旋锻时的材料流动 1—模具 2--坯料 A-坯料送进方向 B-送进量 C-轴向反流
▪ 3）旋转锻造工艺生产的噪声过大，需要考虑对操作者的听力保护。一 般应在设备上加装纤维隔声板框架。操作人员相对容易疲劳。
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四、影响材料可旋锻性能的因素
▪ 旋锻是沿材料横断面多向同时锻打的工艺。它在有效限制金属材料横 向外延流动的同时，也就提高了材料轴向延伸的效率。所谓材料的可 锻能力，是在于表述材料在一次旋锻过程中所能达到的最大变形程度。 通常，在一个旋锻工步中所能经受的材料最大断面缩减程度q
D-轴向顺流
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E-横向流动 F-毛边 G-材料的波动旋转
H-打击方向
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1）材料流动趋势并不局限于一个方向，即在旋锻过程中，沿材料轴向两端都 可以有材料流出；同时在材料的横向截面上，也存在横向变宽的流动趋势， 但由于受到模具内椭圆形和后角等结构的限制，材料的横向流动只是少量的。
2）存在材料反流动情况，即在材料送进时，由于是对着模具锥形喇叭口送进 的，所以有部分材料逆送料方向而流动，而呈现反流量大于顺流量的现象。 在模具锥角过大时，送进的材料将在模具锥面部分产生滑动，从而导致送料 时出现严重的轴向振动，给送进带来巨大阻力。所以，模具的锥部锥角要严 格控制在20度以内。