錯位環軋工藝

江紹成，錢東升

（1.中車集團成都機車車輛公司，四川 成都 610051；2.武漢理工大學，湖北 武漢 430070）

錯位環軋工藝

江紹成1，錢東升2

（1.中車集團成都機車車輛公司，四川 成都 610051；2.武漢理工大學，湖北 武漢 430070）

錯位環軋工藝是在環件外周的適當位置安置兩個輾壓輪，同時在環件內孔的兩輾壓輪與環件接觸處之間的近中部位置錯位安置一個芯輥，外周的大輾壓輪由電動機拖動旋轉，它帶動環件、芯輥和小輾壓輪旋轉，構成環軋，外周的兩個輾壓輪和內孔中的芯輥，在徑向發生相向連續的進給運動的過程中，保持內外三個軋輥的錯位狀態，在此狀態下，它們的徑向壓力難以穿透環件的壁厚，環件壁厚處于未鍛透的狀態，在軋制過程中，環件的斷面面積變化不大，在咬入條件滿足時，環件外周及內孔表面的局部連續受壓，迫使環件外周表層金屬發生軸向流動變形，去充填模具型腔，形成與模具型腔相對應的較復雜的斷面形狀。

環軋工藝；錯位環軋；三輥橫軋；復合環軋；斷面面積

錯位環軋工藝是一種旋轉鍛造工藝，是普通輾環（擴孔）[1]和多點徑向輾環（三輥橫軋）[2]工藝的發展，適用于輾擴比不同且斷面形狀復雜的環件的成形。

普通輾環（擴孔）是一種歷史悠久的旋轉鍛造工藝，廣泛應用于軸承內外環、輪圈、鐵路輪箍等環件的塑性成形[1]，它可在普通立式輾環機和普通臥式輾環機上完成。其由電動機驅動旋轉的主輾壓輪與被動帶轉的芯輥形成一對對位軋輥，對套在芯輥上的環件毛坯進行周而復始的循環軋制，環件內外徑擴大、壁厚減薄而逐步成形，該機芯輥右側的推力輪靠住環件使軋制過程平穩，芯輥左側的信號輪控制環件外徑尺寸。適用于外形較簡單、擴孔比比較大的環件生產。對外形復雜且輾擴比又小的環件（尤其是外形有深凹槽的環件，如雙邊法蘭、雙聯齒輪和雙邊支重輪、各類球閥的連接體等），普通輾環工藝無能為力，為此多點徑向輾環工藝（近年又被稱為三輥橫軋或復合環軋工藝[3]）應運而生，它在環件內徑擴大到外周與三個輾壓輪均接觸到后，在環件徑向剛度足夠的前提下，繼續施壓，在限制環件內徑擴大的同時，對環件外周的金屬進行旋轉反擠壓，使其充滿模具型腔，此時芯輥已不參與環軋過程，該工藝可使輾擴比很小且外形復雜的環件成形。多點徑向輾環工藝利用多功能輾環機可生產這類特殊環件和普通環件，擴大了普通輾環機的功能。其存在的問題有：要求環件徑向剛度較大，不適用于孔大壁薄的環件；因芯輥未參與環軋過程，環件內孔形狀不佳，須留較大加工余量。

1 錯位環軋原理

錯位環軋工藝提供了一種新的環軋工藝，它能克服多點徑向輾環（三輥橫軋）工藝的不足，擴大應用范圍并提高環件質量。適用環件尺寸范圍大和不同輾壓比或外形復雜的環件。

一百多年來，普通環軋工藝與鋼材軋制工藝兩者工作原理本質上是相同的。鋼材軋制如圖1所示，1、3為一對對位軋輥，2為軋制工件。鋼材在通過一對或若干對上下對位反向旋轉的軋輥的型槽時，局部受壓，在滿足咬入條件和鍛透條件時，發生斷面減小、軸線伸長的塑性變形。普通環軋如圖2所示，它的一對對位軋輥，一個是主動旋轉的大軋輥4（稱主輾壓輪）位于環件5的外周，另一個被動旋轉的小軋輥6（稱芯輥）位于環件5的內孔中，環件5的壁厚局部上內外受壓。在滿足咬入條件和鍛透條件時，環件5在被帶轉過程中，周而復始進入該對逐步靠近的軋輥，環件壁厚逐步減小的同時，內、外徑擴大至要求形狀尺寸時完成環軋過程。

圖1 鋼材軋制工藝工作原理

圖2 普通環軋（擴孔）工藝工作原理

多點徑向輾環工藝（三輥橫軋）的工作原理如圖3所示，它是在環件外周大致均布設置一大兩小三個輾壓輪，其中一個大輾壓輪4主動旋轉，帶動環件5及兩個小輾壓輪7和8轉動，三輥橫軋時環件5的內孔中可不設置芯輥，此時三個輾壓輪徑向相向進給時，環件5的外周表面三處局部受壓，在環件5的徑向剛度足夠大（環件不會壓扁）的前提下，因環件5的壁厚兩側沒有對位之軋輥，環件不會發生鍛透狀態下的擴孔變形，環件的平均直徑變化不大，只要環件外周咬入條件滿足，模具形狀使環件外周表層金屬連續發生充滿模具型腔的金屬流動，使環件外周較復雜的斷面形狀成形。但三輥橫軋時內孔表面處于拉應力狀態（與無縫鋼管軋制類同），又沒有芯輥參與環軋，其內孔表面形狀和尺寸不易控制。在一部輾環機上可以方便地將三輥橫軋工藝和普通環軋（擴孔）工藝結合起來，構成復合環軋工藝，它能使輾擴比不同的較復雜斷面的環件成形。

圖3 多點徑向輾環（三輥橫軋）工藝原理

錯位環軋工藝如圖4所示，它在環件5外周的適當位置上（＞90°至＜160°方位），安置一大一小兩個輾壓輪，在環件5的內孔中，在兩個輾壓輪與環件接觸處之間的近中部位置，錯位安置一個芯輥6，外周的大輾壓輪4由電動機拖動旋轉，它帶動環件5、芯輥6和小輾壓輪7旋轉，構成環軋，外周的兩個輾壓輪4、7和內孔中的芯輥6，在徑向發生相向連續的進給運動的過程中，保持內外三個軋輥的錯位狀態。它們的徑向壓力難以穿透環件5的壁厚，環件壁厚處于未鍛透狀態，導致環件5的斷面面積難以減小，環件的平均直徑變化不大，在咬入條件滿足時，環件外周及內孔表面的局部連續受壓，可發生環件外周表層金屬流動的變形，去充填模具型腔，形成與模具型腔相對應的較復雜的斷面形狀。錯位的芯輥6始終參與環軋過程，環件5的內孔的形狀和尺寸可以得到較好控制。錯位環軋和普通環軋（擴孔）工藝相結合的辦法是錯位環軋結束后，可將小輾壓輪7后退，大輾壓輪4（或芯輥6）繼續徑向進給，它們構成一對對位軋輥，成為普通擴孔過程，如圖5所示，它們構成可加工不同輾擴比的復雜斷面環件的復合環軋工藝。

圖4 錯位環軋工藝工作原理

圖5 復合環軋工藝過程

2 錯位環軋的應用

錯位環軋的工作原理應用到H等型材軋制中，可以設計制造軋輥對位和錯位相結合的H等型材軋制生產線，如圖6所示，9為兩對對位軋輥，10為4個錯位軋輥，2為軋制工件（H型材）。因在錯位軋制時，H型材變形顯著而橫斷面積變化不大，軸線長度伸長較小，它將可能會提高型材軋制效率，縮短型材軋制生產線的長度，減少設備數量和臺位，從而降低型材生產成本。

圖6 軋輥對位和錯位相結合的型材生產線

基于錯位環軋技術的先進性，根據其工作原理可設計制造新型多功能立式和臥式徑軸雙向輾環機，提高環軋件的制造精度和生產效率，降低生產成本。

圖7是錯位環軋與普通環軋相結合的徑軸雙向立式多功能輾環機結構示意圖。11是床身，12是主輾壓輪下壓油缸，13是滑塊導軌，14為安裝主輾壓輪之滑塊，15為主輾壓輪，16為環件，17為裝有芯輥的下支承部件，18為小輾壓輪，19為安裝小輾壓輪之杠桿，20為小輾壓輪的施壓油缸，其壓力和主輾壓輪施壓油缸相同，21是軸向輾壓部件，22是驅動錐形輾壓輪之油馬達，23為輾壓環件端面的一對錐型輾壓輪，24為控制環件尺寸的信號輪部件，25為床身之底座。

圖8是錯位環軋與普通環軋相結合的徑軸雙向臥式多功能輾環機結構示意圖。26是床身，27為在原地主動轉動的主輾壓輪部件，28為安裝小輾壓輪之杠桿，29是小輾壓輪，30為小輾壓輪進給施壓油缸，31為環件，32為芯輥部件，33為芯輥進給施壓油缸，其壓力與小輾壓輪施壓油缸相同，34為輾壓端面的一對錐形輪，35為驅動錐形輪的油馬達，36是軸向輾壓部件。

圖7 徑軸雙向立式多功能輾環機結構示意圖

圖8 徑軸雙向臥式多功能輾環機結構示意圖

3 結束語

本文提出的錯位軋環工藝是一種新的環件軋制技術，具有以下優點：

（1）可以生產較復雜斷面形狀的較精準環件，減少加工余量，降低原材料耗損和機加工費用，降低零件制造成本。

（2）錯位環軋和普通環軋（擴孔）工藝結合，可擴大環軋工藝應用范圍、提高環軋效率，降低工藝成本。

（3）與多功能輾環機（包括立式和臥式）相比，減少了一個左側輾壓輪部件，不僅簡化了設備，降低了設備制造成本，而且為立式多功能輾環機設置軸向端面輾壓部件，提供了足夠的設計空間，為徑軸雙向立式多功能輾環機的設計和制造提供了方便。

[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，2010.

[2] 江紹成.旋轉反擠壓鍛造[J].鍛壓裝備與制造技術，2006，41（1）：44-45.

[3]錢東升，華 林，張志強.一種環件復合軋制成形新技術[A].第十二屆全國塑性工程學術年會第四屆全球華人塑性加工技術研討會論文集[C].重慶，2011.

A stagger ring rolling technology

JIANG Shaocheng1,QIAN Dongsheng2
（1.CRRC Chengdu Co.,Ltd.,Chengdu 610051,Sichuan China; 2.Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,Hubei China）

The stagger ring rolling technology has been introduced.Two rolling rollers have been arranged at suitable positions near ring outer surface,while one mandrel has been put at a stagger position in inner hole near the middle of contacting place between the two wheels and the ring.The external bigger roller is driven by the motor. Then the ring,mandrel and the smaller roller have been rotated passively,of which consists the ring rolling.The two rollers at outer surface and the mandrel in inner hole make continuous feeding movement in radial direction under a stagger status.The radial pressures of them are difficult to penetrate the ring wall thickness,so the ring wall thickness is in not full forging state.During the rolling process,the cross section area of the ring changes not much.When the biting condition has been satisfied,the continuous local pressure has been acted on the ring outer and inner surfaces,which compels the metal in the ring outer area flow in the axial direction to fill the die cavity. As a result,a complex section profile corresponding to the die cavity has been formed.

Ring rolling process;Stagger ring rolling;Three-roll cross rolling;Combined ring rolling;Cross-section area

TG335.19

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.01.023

1672-0121（2017）01-0092-03

2016-08-24；

2016-10-15

江蘇省重點研發專項資助項目（BE2016009）；JGXM（201607GC01）；教育部創新團隊發展計劃項目（IRT13087）

江紹成（1939-），男，高工，享受國務院特貼專家，從事金屬成形非標設備研究設計。E-mail：qiands@whut.edu.cn