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1、研 究 生： 指导老师： 日 期：2012-3-20,作业题目：辊锻技术,2,主要内容 辊锻工艺 辊锻力及力矩 辊锻成形理论 辊锻过程 型槽约束区的前滑,3,一、辊锻工艺 基本内容：辊锻是使金属坯料在一对反向旋转的辊锻模具中通过，借助模具型槽对金属 坯料施加的压力使其产生塑性变形，从而获得所需要的锻件或锻坯，是由轧 制工艺应用到锻造生产中而发展起来的一种特种锻造工艺。,工作原理：如图 1-1 所示 当辊锻模转离工作位置时，坯料在两轧辊的间隙中送进，辊锻时坯料 在高度方向上经辊锻模压缩后，除 一小部分金属横向流动外，大部分 被压缩的金属沿坯料的长度方向流 动。被辊锻的毛坯，横断面积减小，长度增加
2、，由辊锻变形的实质 可见，它适合于减小毛坯断面的锻 造过程，是一种坯料的延伸变形过 程 。,图1-1 辊锻过程,4,实质：坯料的轧制延伸，坯料部分截面变小而长度增加。 辊锻特征表象为连续局部塑性变形。所谓“局部”是指某一瞬间变形区为整体锻件的某个局部区域，“连续”是指整个锻件的成形时由局部变形连续依次叠加而成的。 几个基本概念： (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，在实际生产中有端部自然咬入和中间咬人两种咬入方式。在端部自然咬入进程中，模具与坯料之间的摩擦力是咬入的主动力，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
3、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。端部自然咬入时咬人角不大于25，中间咬入时可达3237。,5,(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速度，金属流动速度分布如图1-2。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一1/2)r r =(/2)x(1一/2) 图1-2 变形区金属流动速度分布 其中:S为前滑值;R辊锻模
4、半径;为咬入角;为摩擦角;h为变形区出口处高度。 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,6,辊锻工艺的分类与应用：,7,辊锻成形的经济优越性： 辊锻成形过程是一个局部连续的静压成形过程，是轧制和模锻两种工艺的结合，集中了这两种工艺的优点，与一般锻造工艺相比，优越性体现在： （1）锻件质量高.具有良好的金属流线，产品精度高，表面粗糙度值小，可实现无余量生产，节约金属材料。 （2）生产效率高.在锤上拔长时，往往需打击多次，而在辊锻上由于锻辊是连续运动的，因此只
5、需辗压几次。 （3）模具寿命长.由于辊锻变形是连续静压过程，没有冲击与震动，金属与模具之间的相对滑动较小，模具磨损小。 （4）设备吨位小.金属是逐渐连续变形，在变形的一瞬间，模具只与毛坯的一部分接触，因此所需设备吨位小。 （5）工艺过程简单，易于实现机械化、自动化生产。,8,二、辊锻力及力矩 1.辊锻力 辊锻时，上下轧辊作用于毛坯上的压力如图2-1所示，在实际计算中常用经验公式或实验数值计算，经验公式为： P=pA 式中 P总压力，N； p平均单位面积压力，MPa； A辊锻模在接触弧面上的水平投影面积，mm2。 辊锻模在接触弧面上的水平投影面积A可按下式计算： A=bl 图2-1 变形区压力分
6、布 式中 l变形区长度，mm，l R辊锻模工作半径，mm； h压下量，mm； h=2（h0-h1），2h0、2h1为变形前、变形后的高度； b变形区平均宽度，mm，b= b0、b1分别为辊锻前、辊锻后毛坯宽度。,9,2.辊锻力矩 总压力与辊锻力臂的乘积即为辊锻力矩，如图2-2，其计算公式为 M=2Fa 式中 F总压力； a力臂，总压力作用点至中心连线的距离。 力臂a可表示为： a= l 式中l变形区长度，l= ，R为辊锻模的工作半径 ， 图2-2 辊锻力矩 合力作用点系数，当辊锻件带毛边时=0.250.30；当辊锻件不带毛边时 =0.400.45.,10,三、辊锻成形理论 在实际的辊锻生产中，
7、毛坯在变形区内受到多种因素的影响，造成辊锻件的前壁（锻件逆辊锻方向，由小截面过渡到大截面的壁）部分比后壁（锻件逆辊锻方向，由大截面过渡大小截面的壁）部分要高些，并且锻件的前壁斜度大于模具相应的前壁斜度；由此使得生产出来的锻件尺寸与模具的尺寸不一致。 为了了解上述差异产生的原因，并在实际生产中得到解决，就必须对辊锻过程中毛坯与模具的相对运动关系和规律进行分析研究 本次作业主要从以下两个方面进行分析： 1.辊锻过程 2.型槽约束区的金属前滑,11,四、辊锻过程 1.辊锻过程的啮合运动分析,辊锻是通过装有扇形模块的一对轧辊反向旋转运动，借助型槽产生塑性变形，从而获得所需形状尺寸的锻件的轧制锻造复合工
8、艺，其工作过程示意图如图4-1所示,图4-1 辊锻工作过程,12,（1）纵向过程分析 辊锻时坯料的中间部分受到局部压缩，迫使金属横向展宽；而由于型槽侧壁的存在，有限制了金属的展宽。在辊锻过程中，强迫展宽和限制展宽同时存在，坯料在长度方向必然得到伸长，因而金属的变形流动变得较为复杂。 （2）横向过程分析 由于型槽侧向模壁对金属流动的限制作用，造成展宽较小。并且，型槽截面具有高度方向起伏，纵向延伸受到一定约束，这样有利金属在型槽高度方向上的充填。,13,刚体的啮合运动分析 如图4-2所示 辊锻时，模具以角速度转动，锻件以速度由右向左运动，假定锻件各部分都以向左运动，则模具和锻件就相当于一个齿轮和一
9、个齿条的啮合运动。模具上任一点相对于锻件的运动轨迹是一旋轮线。 通过文献2中的分析得出辊锻模型槽与锻件的形状是不一致的。,图4-2 刚体啮合示意图,14,刚体和塑性体的啮合运动分析 辊锻过程是金属的塑性变形过程，把其中的变形工具辊锻模看成是刚体，而把变形体毛坯看成是塑性体，进而对刚体和塑性体的啮合运动进行分析。,文献2中通过与刚性体啮合运动对比得出锻件前壁接近于刚体啮合图的包络线，而后壁接近于模具形状。如图4-3 鉴于此，又分别对刚塑性体之间的啮合运动实际过程分为锻件入模和脱模两个过程进行分析。,图4-3 刚体啮合与刚塑性体啮合的差异,15,五、型槽约束区的前滑 辊锻过程中的前滑对锻件纵向尺寸
10、精度影响很大，同时也影响锻件各部分纵向尺寸之间的关系。它既是合理设计辊锻模的一个重要条件，又是保证与成形辊锻工序相衔接的整形、切边等工序顺利进行的必要条件。因此成形辊锻过程中前滑问题是成形辊锻规律中的一个重要问题。 前滑的定义：成形辊锻件形状一般比较复杂，锻件尺寸纵向横向变化剧烈。此时辊锻模上呈现宽度变化、深浅不一的突变型槽，在横截面突然发生变化的地方，金属从变形区转出后，不能立即与模具分离，其运动还要继续受模具的约束，这样的区段称为前滑约束区。由于成形辊锻件形状复杂，在一个辊锻模上往往形成几个前滑约束区。,16,1.约束区内金属运动分析 由于成形辊锻模型槽几何形状复杂，在此只研究简单的型槽，
11、如图5-1：,AB面：型槽前壁面； CD面：型槽后壁面； BD面：型槽顶壁面； ：型槽包容角，为包含型槽前后壁外端顶点的中心角； ：前壁倾斜角工； 1：后壁倾斜角； Rf：前壁外端顶点半径； Rb：后壁外端顶点半径； h1：前壁深度, h1= Rf Rb； 0：前壁所对圆心角； Rd:型槽顶壁半径。,图5-1 辊锻模型槽简图,17,几何约束角：在辊锻形状对称的锻件时, 轧制线为上下锻辊的对称线。辊锻件运动方向与轧制线平行。如果把锻件当做主动件, 锻辊在锻件推动下转动, 则锻件于型槽内部形成的凸台前缘上部在锻辊转动过程中, 于型槽前壁上从上向下滑动, 直到从前壁下端滑出为止。此时锻件与前壁脱离接
12、触, 锻件推动辊子转动到这个位置时的转角, 称为型槽的几何约束角。,它表示了工件与型槽在几何上脱离接触的位置。对于平辊轧制, 工件在两轧辊连心线处与辊子脱离接触, 型槽几何约束角表示了型槽与金属脱离接触的几何上的延后程度。,由图5-2知，几何约束角为： g t = arc cos Rd/Rf g t包含的区段称为型槽几何约束区。即前滑约束区。,图5-2 型槽几何约束区,18,2.约束区内前压力对金属前滑的影响 由文献3中型槽约束区内前压力对前滑影响的实验研究，试样原始高度H=18.5mm，轧制后高度12.5mm，摩擦系数f=0.22，试件宽度B=20mm，轧辊半径R=193mm，如图5-3， 得出：S=S0-B 即在型槽约束区前部前滑值较小，在约束区后部前滑值较大。 这表明, 约束区前部作用在凸台前缘上的力较大, 而在后部则较小。,图5-3 前压力与金属前滑的关系曲线,19,3.影响约束区金属前滑的因素 1) 辊锻的延伸率。辊锻的延伸率越大, 产生的前滑也越大。 2) 摩擦系数。前滑与摩擦系数成反比。摩擦系数越小, 前滑越大。 3) 与横向展宽有关。自由展宽, 前滑就比较小。限制展宽, 前滑就比较大。,20,谢谢！,