辊锻成形技术

1. 辊锻变形特点 

    辊锻是材料在一对反向旋转模具的作用下产生塑性变形得到所需锻件或锻坯的塑性成形工艺。辊锻变形原理如图1所示。辊锻变形是复杂的三维变形。大部分变形材料沿着长度方向流动使坯料长度增加，少部分材料横向流动使坯料宽度增加。辊锻过程中坯料根截面面积不断减小。辊锻适用于轴类件拔长，板坯辗片及沿长度方向分配材料等变形过程。

    2．辊锻基本原理 

    （1）坯料的咬入 只有坯料被辊锻模咬入才能建立起辊锻过程，在实际生产中有端都自然咬入和中间咬入两种咬入方式，如图2所示。在端部自然咬入进，模具与坯料之词的摩擦力是咬入的主动力，而坯料受到的压力p的分力是咬入的阻力，图中α称咬入角。提高摩擦系数，减少咬入角有利于实现咬入条件，提高摩擦系数可用模具表面粗糙化来实现，减少咬入角可用减少绝对压下量来实现。中间咬入是由辊锻模上的突出部位直接压入坯料而强行将坯料拽入变形区，咬入时不受摩擦影响，咬入角可以加大。为了减少辊锻道次，增加每道次的压下量采用中间咬入是必需的。端部自然咬入时咬入角不大于25º，中间咬入时可达：32º～37º。 

    （2）前滑 辊锻过程中，每一时刻流入变形区与流出变形区的材料体积相等，而变形区的高度是变化的，因此材料沿辊锻方向运动速度也是变化的，在变形区出口处材料运动速度大于锻辊线速度。这一现象称为前滑。由于辊锻件的长度由出口处运动速度决定，因此计算前滑有重要意义，计算前滑的芬克公式为 
    S＝（R/h-1/2）r2 
    r＝（α/2）×（1-α/2β） 

    式中 S——前滑值； 
    R——辊锻模半径； 
    α——咬入角； 
    β——摩擦角； 
    h——变形区出口处高度。 
    芬克公式是在忽略宽民的条件下导出的，是计算简单变形的近似公式。对于受型槽约束的纵向变断面辊锻，其前滑值较简单辊锻小。 

    （3）宽展 材料经过辊锻在横向上流动形成了宽展。影响宽展的因素主要有：绝对压下量，辊锻模直径、坯料原始宽度与摩擦系数等。绝对压下量增加，辊锻模直径增加、摩擦系数增加、原始坯料宽度减小，都使宽展加大。理论上计算展宽的公式较多，但都是在某一特定条件下提出的，在计算复杂型槽辊锻时误差较大。目前采用相应矩形法，即把型槽折算成矩形，借用平辊轧制时的公式，然后进行修正。 

    3. 辊锻模具设计要点 

    1）对于制坯辊锻，应按照计算毛坯图的要求选择坯料，根据最大变形程度计算出辊锻道次，选择型槽系统，合理分配道次变形量。根据变形规律计算出每道次的坯料截面尺寸，使各道次变形相适应，合理选择型槽系是关键。型槽系方案图4所示，表2列出了常用型槽系。在选择型槽系时，除合理分配变形量外，尚需考虑辊锻时的稳定性。要注意型槽形状与坯料之间的配合关系，还要考虑到增大变形量受到稳定性条件的限制。 

    2）对于成形辊锻型槽，除考虑制坏辊锻设计的要点外，还要考虑成形性及尺寸精度的要求。由图3所示，辊锻时后滑区占据变形区的大部分，因此型槽后壁易成形而前壁难成形。可通过转换辊锻方向的方式使前后壁各处于一次易成形区，从而使型槽充满良好。准确计算前滑值可保证长度方向的尺寸精度。除了在理论上计算外，参考已有实测数据的实例也很重要。 

4．辊锻设备 

    目前常用的辊锻机可分为双支撑式、悬臂式和复合式三种类型。早期出现的类似轧钢机式的分壁式辊锻机已很少见到。在辊锻制坯生产线上常见的是自动辊锻机。这种辊锻机是把双支撑辊锻机与自动化机械手联接在一起，实现了多道次辊锻的全部自动化。自动辊锻机已全部实现国产化。

5. 辊锻成形的发展有两个重要领域。

   其一是精密辊锻技术，包括冷精辊技术。在板片类零件的精密成形上有良好的发展前景，如在叶片成形与变截面钢板弹簧上均有优势。其二是在长轴类锻件生产上实现体积分配与预成形，减少最终成形负荷，组成精辊精锻复合生产线，用较少投资大批量生产复杂锻件。载货汽车前轴精辊精锻生产线是一个成功的范例。这种生产线投资只有传统的万吨压力机生产线的1/5～l/8，而产品质量与生产能力相当。辊锻成形技术的发展将在以上两方面推动我国锻造行业的技术进步。