徑軸雙向立式輾環機

江紹成，李培興

（1.成都機車車輛工廠，四川 成都 610051；2.無錫大橋軸承機械有限公司，江蘇 無錫 214121）

1 前言

輾環機被廣泛應用在各種環件的大批量生產中，全世界年產量達數千萬噸。目前國內外各種立式輾環機多只具有徑向輾壓功能，在環件擴孔過程中，環件兩側面的毛刺和端面凹陷是其常見缺陷。為此需加大環件毛坯軸向高度，加上后續的機加工費用，降低了材料利用率，加大了制造成本。此外，為防止輾壓時環件軸向竄動以及為保證環件高度需要，在主輾壓輪上須設置相應的凹槽，不同的環件其主輾壓輪上的槽寬、槽深也不同，企業需備有大量不同槽形的主輾壓輪，不僅增加了生產成本，而且頻繁更換模具也影響了生產效率。

輾環機主要有立式輾環機和臥式輾環機兩大類。前者常用于直徑小于400mm的中小型環件的生產，后者用于大型環件生產。現今的臥式輾環機結構復雜并已實現數控化，其裝置了體積龐大、結構復雜的軸向輾壓部件，上下兩個錐形軋輥分別由直流調速電機經變速箱驅動，上軋輥用油缸拖動對環件端面施壓，整個部件又借助液壓伺服系統隨環件直徑擴大而沿徑向導軌作跟蹤運動。它雖較好地解決了大型環件端面凹陷和毛刺等缺陷，但結構復雜龐大、造價高昂，一臺臥式輾環機的售價常為普通立式輾環機的十幾甚至數十倍。僅其軸向輾壓部件的造價就超過了幾臺立式輾環機的總價，難以廣泛應用，使數量巨大的中小型環件的生產缺陷問題長期無法解決。

此前，各種規格的立式輾環機加工環件直徑一般都不超過400mm，隨著技術發展和環件需求量的增長，如今的立式輾環機已能軋制直徑達1200mm的環件，其售價僅是臥式輾環機售價的零頭，受到中小企業的普遍歡迎。但目前國內外的立式輾環機因多種原因大都沒有設置軸向輾壓部件，無法解決環件側面毛刺和端面凹陷的慣性質量問題；對于輾擴比大于5或直徑大于500mm的環件，為克服上述缺陷常需采取多火加熱、火間鍛平端面等措施，而且生產一種環件就需要有一套專用模具。影響了環件質量，提高了成本，降低了生產效率。

針對立式輾環機的上述不足，研制一種具備同時對環件實施徑向和軸向輾壓功能的立式輾環機，將具有較大的技術經濟意義。

2 徑軸雙向立式輾環機結構組成

圖1 徑軸雙向立式輾環機結構示意圖

圖2 軸向輾壓部件結構示意圖

如圖1、圖2所示，機床的機械結構主要由床身部件A、信號輪部件B、軸向輾壓部件C、徑向輾壓部件D和推力輪部件E組成。在床身上設置了兩條夾角為β的徑向導軌，一條供徑向輾壓部件D進給使用，另一條供軸向輾壓部件C進入或退出工作位置使用。徑向輾壓部件D與原立式輾環機結構和功能類似，它們是由電動機通過減速箱、萬向軸帶動徑向主輾壓輪轉動（圖中未示出），徑向主輾壓輪12安裝在滑塊13上，在油缸15推動下沿床身部件A上的一條徑向導軌14作下壓運動，徑向主輾壓輪12和芯輥11構成一對軋輥，對環坯10進行周而復始的徑向輾壓使環坯10擴徑，在推力輥部件E和信號輥部件B的協同作用下成形。在徑向輾壓部件D的導軌14與信號輪部件B之間、與導軌14成一定夾角β的床身部件上的另一條徑向導軌17上，安置了一個軸向輾壓部件C，借助其上的徑向油缸18推動該部件C沿徑向導軌17上運動，使其進入或退出工作位置，軸向輾壓部件的滑塊16的下部固接了一個安裝了油馬達23的下支承架24，油馬達23的前端安裝了一個錐形下軋輥22，錐形下軋輥22的上表面（上母線）略高于機器原有的托住環件10下端面的擋板5，滑塊16的上部安裝了一個軸向導軌19，其上的軸向油缸21推動軸向滑塊20沿軸向導軌19作對環件10的軸向運動，該軸向滑塊20上也有一個安裝了油馬達26的上支承架27，油馬達26的前端安裝了一個錐形上軋輥25，錐形上、下軋輥22、25在油路串聯的兩個油馬達23、26帶動下作反向同速旋轉，錐形上軋輥25在下壓過程中與原地旋轉的錐形下軋輥22構成一對軸向軋輥，在徑向輾壓部件D對環件10進行徑向輾壓擴徑的同時，對環件10的兩側端面實施周而復始的連續地滾動軸向輾壓，其終點位置可由電氣開關設定，保證了環件10的高度尺寸，并消除了側面毛刺和端面凹陷。該對錐形輾壓輪22和25還起著環坯10軸向定位的作用，防止環坯10因主輾壓輪12無槽而軸向竄動，使輾環順利進行。為了提高工作效率，信號輪部件B的后部設有油缸1，安裝著信號輪4的滑枕2在油缸1的推動下可沿滑枕導軌3運動；推力輪部件E的后部也設有油缸6，安裝著推力輪9的滑枕7在油缸6的推動下可以沿滑枕導軌8運動，以便調整信號輪和推力輪，適應不同直徑的環件，它們的工作位置可以用電氣開關來設定（也可以用目前常用的螺桿副手動調整它們的工作位置）。由于該機的各部件均由液壓驅動，可以方便地實現半自動化、自動化操作。

圖3 徑軸雙向多功能輾環機的機械結構示意圖

如圖3所示，若在多功能輾環機（詳見本刊2009年第2期，P28-30）上設置軸向輾壓部件，可實現直徑超過1000mm的大型環件的徑軸雙向輾壓，只須將軸向導軌、滑塊和上、下錐形輾壓輪的組件（30、31）安裝到由隨動油缸28拖動的左副輾輪（或信號輪）29的繞支鉸軸33擺動的左杠桿32上，在徑向主輾壓輪40和芯輥39對環件37進行徑向輾壓，左副輾輪（或信號輪）29隨著環件37外徑的擴大而后退時，一對錐形上下軋輥31與左副輾輪（或信號輪）29一起隨著左杠桿32擺動而后退，始終保持著對環件37的兩側端面進行連續的滾動軸向輾壓。右側的右副輾輪（或推力輪）35安裝在由油缸34推動的繞支餃軸38擺動的右杠桿36上，信號輪29和推力輪35的工作位置可用電氣開關設定并調整，不僅可方便地調整它們的位置，而且在軋制輾擴比很大的環件37時，可不停機地改變推力輪35的位置，一火完成。

圖4為51Y-250ES型徑軸雙向立式輾環機外觀圖，圖5為徑軸雙向立式輾環機模具相互位置圖，圖6為成形環件熱態照片。

圖4 徑軸雙向立式輾環機外觀圖

圖5 徑軸雙向立式輾環機模具相互位置圖

3 徑軸雙向立式輾環機的工作特點和優勢

（1）解決了立式輾環機生產中的環件側面毛刺和端面凹陷的慣性質量缺陷，改善了環件質量。

（2）提高了環件精度，節約了原材料，提高了生產效率，擴大了普通立式輾環機的工作范圍。

（3）主輾壓輪形狀簡單，無須因環件尺寸相異而開不同寬度和深度的槽形，母線平直、形狀簡單的主輾壓輪可適用于外周為圓柱形的所有環件而實現了通用性，大大減少了模具數量，降低了生產成本，又因不必頻繁更換模具而提高了生產效率。

圖6 成形環件熱態圖

（4）軸向輾壓部件上的一對錐形輾壓輪由油路串聯的兩個油馬達驅動，保證了它們的反向同速，結構緊湊、調節方便，該對錐形輾壓輪還起著環坯軸向定位的作用，防止環坯因主輾壓輪無槽而軸向竄動，軸向輾壓的油馬達傳動的柔性和可調性，也易于與主輾壓輪的徑向輾壓相互協調，使輾環順利進行。

4 結束語

針對當今廣泛應用于大批量中小環件生產的立式輾環機的不足，設計制造了一種徑軸雙向立式輾環機。它不同于臥式輾環機的龐大和復雜，其結構緊湊實用、調整操作方便，實現了半自動化生產。在環件徑向輾壓（擴徑）過程中，同時對環件的兩端面進行連續地滾動軸向輾壓，使用外形簡單的通用型模具就能生產不同直徑和高度的環件，而且消除了環件側面毛刺和端面凹陷的缺陷，提高了環件的制造精度和產品質量，明顯降低了立式輾環機生產環件的成本。該機床結構簡單、可靠實用、安裝調整操作方便、造價低，可方便實現半自動化和自動化操作，將是立式輾環機的升級換代產品。

[1] 華 林，黃興高，朱春東.環件軋制理論和技術[M].北京：機械工業出版社，2001.

[2] 中國機械工程學會鍛壓分會.鍛壓手冊[M].北京：機械工業出版社，2000.

[3] 胡正寰，華 林.零件軋制成形技術[M].北京：化學工業出版社，2010.

[4] 江紹成，李培興.中國專利號201310239004.0的專利技術說明書.2013.