辊锻本质上属于一种变截面轧制。辊锻成形时,坯料在高度方向受到压缩,少部分金属横向展宽,大部分金属纵向伸长,产生连续局部塑性变形。
辊锻
金属坯料在两个相对旋转的扇形模中通过并产生塑性变形的特种锻造技术。
- 英文名称
- rolling forging
- 所属学科
- 机械工程
辊锻成形的主要特点有:①生产效率高。一个辊锻周期通常只需十几秒甚至几秒,适合大批量生产。②省力。属于连续局部成形,模具与坯料的接触面积小,变形力只需要整体模锻的10%~30%。③工作环境好。属于静压变形,冲击、振动及噪声小,符合环保要求。④容易实现机械化与自动化。⑤受变形特点的限制,有些复杂形状锻件可能产生局部充填不良、尺寸精度较低的现象。
辊锻分为制坯辊锻和成形辊锻两类。①制坯辊锻,是为模锻准备所需形状与尺寸的毛坯。随着汽车工业的快速发展,制坯辊锻的应用范围不断扩大,除了与热模锻压力机配套使用外,还可以建成辊锻制坯-液压锤模锻生产线。②成形辊锻,可以直接加工出符合形状与尺寸要求的锻件。辊锻制坯-摩擦压力机模锻工艺也颇具特色,设备投资少,发展较快。复杂模锻件的成形辊锻属于中国的创新。
辊锻适用于减小坯料截面尺寸的锻造,如杆件的拔长、板坯的辗片以及沿杆件纵向进行体积分配的变形过程。当截面变化较大时,需要由不同模具进行多道次成形。辊锻工艺设计主要是合理决定各道次辊锻的压下量、展宽量和延伸量;其取决于辊径的大小、孔型的形状尺寸、成形温度和冷却、润滑等变形条件。三道成形辊锻的原理见图。坯料的一端用夹钳夹紧,在扇形模的第一道孔型的辊压下变形(初成形)并退出;然后在下道孔型的无模空间处送进,再次辊压变形(预成形)并退出;根据变形的需要,经多道辊压而逐渐成形,得到所需的成形工件(终成形)。这是最常用的反向辊锻方式。当送料方向沿辊轮旋转方向送进时则称为正向辊锻,工件咬入后夹钳立即松开。
采用制坯辊锻工艺生产的汽车模锻件主要有连杆、车门铰链、左右弯臂、上下调节臂等。内燃机连杆是形状复杂、质量要求高、需求量大的典型锻件,过去曾因生产能力不足而严重制约了整机生产。连杆成形辊锻工艺的研制成功,解决了一系列关键技术,辊锻出十几种符合要求的连杆。前轴成形辊锻由于设备投资少,生产成本低,适用于多品种、中等批量生产;精密辊锻-螺旋压力机模锻复合工艺与整体模锻相比,设备吨位降低75%,投资降低85%,适于多品种、大中批量生产。汽车变截面钢板弹簧长而薄,很难用其他方法加工,采用精密辊锻工艺获得了良好的效果。
在农机具行业,机引犁铧成形辊锻解决了横向不对称件的侧弯、板片类件的展宽与延伸变形协调等技术难题,中国建成了多条犁铧辊锻生产线。垦锄的锄板部分采用4道次展宽和拔长,产品质量优良,远销多个国家和地区。园艺锹、镐头、钢叉及犁刀的部分形状也可采用辊锻成形。联合收割机护刀器采用辊锻制坯-摩擦压力机模锻复合工艺进行大批量生产,产品出口多个国家。以辊锻代替模锻生产拖拉机履带节及履带板,解决了大吨位锻压设备不足、设备投资和模具费用高等问题,取得良好效果。
在工具行业,板钳工具中的扳手柄、钳柄可用辊锻工艺拔长;大中型麻花钻可以辊锻出直槽和刃部;医用镊子采用冷辊锻成形,相比热锻提高效率20倍;宝剑、餐具中的刀、叉、勺普遍采用冷辊锻或热辊锻;各类剪子的剪刀股全部采用辊锻工艺进行拔长。
汽轮机叶片采用精密辊锻加模锻的复合工艺,加工余量可控制到0.3~0.5毫米,比纯模锻工艺降低设备吨位70%;汽轮机和透平压缩机的叶片也可以采用无余量辊锻,显著提高生产效率和材料利用率。
长度达数米、重量达数百公斤的铁路道岔尖轨、叉车货叉等,用其他方法很难加工或生产率极低,都可以采用辊锻工艺批量生产。