楔横轧机轧制工艺及典型机型应用的分析研究

【摘 要】本文对楔横轧的轧制工艺、二辊楔横轧机的工作原理、结构特点及H1000二辊楔横轧机设备组成、工艺参数、使用特点等进行分析和研究，使读者对楔横轧机有一个更全面的认识，对新的设备设计具有指导作用。

【关键词】楔横轧机；轧制工艺；工作原理；工艺参数；使用特点

1.楔横轧工艺概述

用楔横轧成型方法轧制轴类零件或毛坯是二十世纪六十年代由捷克斯洛伐克发展起来的金属成型工艺；1963年，国内的几所大学及科研院所就开始进行了这方面的探索与实验工作，直到二十世纪70年代初才获得了汽车球头销的楔横轧工艺的初步成功，到八十年代末九十年代初，象木凿、五金扳手毛坯等较简单零件才逐步用于工业生产。随着对楔横轧技术的不断深入研究，使此项技术得到了不断的发展，从而也使其越来越多的应用于工业生产。目前应用于生产的零件品种达几百多种.使我国成为世界上用楔横轧工艺生产产品种较多的国家之一。

楔横轧工艺主要适用于带旋转体的轴类零件的生产，如汽车、拖拉机、摩托车、内烧机等变速箱中的各种齿轮轴、发动机中的凸轮轴、球头销等。它不仅可以代替粗车工艺来生产各种轴类零件、而且为各种模锻零件提供精密的模锻毛坯。与锻造成型工艺相比，有节约原材料、生产效率高、节省劳动力，改善产品质量为工作环境（低噪音）及易于自动化等优点，是一项有发展前途而且值得推广的成型工艺。

楔横轧工艺的基本原理是，将加热后的棒材送入两个同向旋转的带有楔性凸起的模具中间，棒材在模具的带动下，作与模具反向的回转运动，同时材料发生径向压缩变形和轴向延伸变形，从而成形阶梯轴类零件。（见图1）

楔横轧机类型有辊式、板式和单辊弧式楔横轧机。板式楔横轧机模具制造较为简单，模具调整比较容易，因而轧件的精度较高，工艺可靠，轧制时毛坯的位置固定，因此不需设置侧向支撑毛坯的导向尺，适用于轧制复杂外形结构，精度要求高，零件品种变换很多的情况；但其行程大小受到限制，所以变形程度也受到影响，板式轧机有空行程，故影响到生产率和变形程度都不能很大。圆弧式轧机适用于大批量的为以后锻造供坯的生产情况。辊式轧机生产率可以很高，可达到2000-4000 件/小时甚至更高，易于实现自动化生产，适用于对产品精度要求不高，且同时轧制一个或几个零件的情况。辊式轧机是三种类型中运用最多的一种。

图1

2.二辊立式楔横轧机简介

2.1二辊立式楔横轧机的工作原理

楔横轧机是在两个同向同步旋转的平行轧辊上对称地安装带有楔形块的模具，模具工作部分的形状如同楔劈， 故称楔形模，加热后的圆棒料的轴线与轧辊平行且置于上、下轧模和径向挡料板之间。随着轧辊的旋转，轧模的楔尖压入坯料并带动坯料旋转，使坯料径向减小，轴向伸长，辗成所需的轴类零件形状。轧辊旋转一周，即完成一次轧制。

2.2二辊立式楔横轧机优缺点

图3

分体式二辊立式楔横轧机的主要优点：

（1）由于轧机传动系统是分开的因而全部是闭式齿轮传动，齿轮的工作条件好，噪声小、寿命长易于维修。

（2）可在轧辊轴承座间安装预应力支座，能显著提高轧机的刚度。

（3）调整辊缝时，不致引起轧辊的相位变化。

（4）设备的安装与调整方便。

分体式二辊立式楔横轧机的主要缺点是占地面积稍大，但由于具备上述优点，因此这种轧机受到冶金厂及制造轧钢设备的工厂欢迎。

2.3分体式二辊立式楔横轧机布置形式，见图3。

图3a占地面积最大，但由于采用的标准减速机（序号6）因而齿轮座（序号3）的结构简单，易于制造与维护。

图3b采用了联合减速机（序号4）的结构形式，电动机（序号7）回归布置，结构较为紧凑。

图3c、d，除采用联合减速机，电动机与减速机之间是皮带（序号5）联接，可以在减速机高速轴上安装离合器，提高轧机的工艺性能。

图3d是将电动机放在减速机上面的布置形式，结构更为紧凑，但它只能在较小的轧机上应。

上述四种分体式二辊立式楔横轧是常见的几种形式，下面介绍的H1000楔横轧机属分体式二辊立式楔横轧机，采用图3a的布置形式。

3.H1000楔横轧机的组成与主要技术参数

3.1.H1000楔横轧机的产品范围

H1000楔横轧机可热轧φ100x700以下的各类轴类零件或零件毛坯，如汽车、拖拉机的齿轮轴、电机轴等。

3.2.H1000楔横轧机的组成

H1000楔横轧机由下列几部分组成，132KW交流电机带动圆柱齿轮减速器再传动齿轮座，齿轮座的上、下出轴（下出轴上有相位调整装置）与传动轴（上）和传动轴（下）联接，传动轴驱动轧机上、下轧辊同向传动，轧机装配包括机架、轧辊装配、压下机构及导卫装置；此外还包含装置。根据加工定作合同，电气控制部分、轧制力测试仪、自动轴向进料、工装芯轴和模具。

3.3 H1000楔横轧机的主要技术参数

4. H1000楔横轧机的使用特点说明

轧制不同的产品，在轧辊上安装不同的模具，这是楔横轧机工艺的重要特点。其在使用中还有如下的要求和特点：

4.1模具在轧辊上的安装与轧辊的更换及调整

模具的孔型设计一般由客户根据自己产品的需求进行订制。H1000楔横轧机的模具套外径的最大允许值为φ1000，模具套内径为φ800H8x800/φ784X40h6，φ784X40h6是防止模具轴向串动用，用户根据模具轴向力大小可用，亦可不用。模具套的切分位置由孔型的分布决定，但为保证安装每个模具块在轧辊上的包角必须小于180?。在每根轧辊上对称装有两个键，其中一件为备用键，安装模具时要拆掉，轧制时，模具上的切向力主要由该定位键承受，因此，最后一块模具在轧辊表面上应与定位键联接，模具键的联接方式应如图4所示。

图4

在确定模具上的键位置以后，应在模具圆周的相应位置钻通孔，以使用M20圆柱头内六角螺钉与螺母将模具固定在轧辊上，在模具宽度方向上孔位置及M20螺钉长度应按模具上的孔型布置情况由模具设计者确定.在较大的模具块上应加工两个吊环螺钉孔以便安装吊环供吊装时使用。

安装模具之前，应将轧机的两个导板架由轧机中移出，模具应由后向前沿轧辊旋转方向顺序安装安装模具时应考虑上、下模具的轴向对正，因此，在安装较窄的模具时，可考虑在上、下轧辊的同一侧安装。

楔横轧机的轧辊很少更换，通常只有在轧辊身损坏或检修时更换。更换轧辊时，才将轧辊从机架中吊出，上、下轧辊的外径都是φ800，为了更换轧辊，在操作侧的机架上专门设置有换辊用的φ810工艺孔。

楔横轧机的轧辊调整可根据轧制的要求由操作员现场对轧辊进行调整，具体的调整方式有：轧辊轧缝的调整（加大辊缝、减小轧缝）、轧辊单边辊缝的调整（喇叭口的调整）和轧辊的相位调整等。

4.2轧机的预应力设定

在机座中施加预应力可明显增加轧机刚度，提高产品径向尺寸精度。每次轧制时都要根据轧件的要求施加预应力，预应力值Po一般为最大轧制力Pmax的百分之八十至九十，即：Po=（0.8～0.9）Pmax。轧件规格不同，预应力值Po也不同。在轧机的测压系统中设有预应力过调保护装置，其值可由操作者设定，当压力到达此数据时，压下电机自动断电。

4.3设备的与冷却

该轧机主机两轧辊的轧辊中轴承是滚柱轴承采取干油，轴承座两侧面与机架滑动面采取机油，压下机构减速箱采用油池，蜗杆与螺母采取机油，机油由油嘴注入。万向传动轴，采取机油。齿轮座采用喷油，配有稀油站，齿轮座的轴承采用干油，减速机采用油池。

该轧机两轧辊以6.25r/min转动，使棒料在两轧辊同旋转成形，所以使轧辊温度不断提高，为了提高轧辊的寿命，在工作过程中需不断对轧辊进行冷却，对轧辊采用小水量的自来水冷却。

此外，导卫装置在楔横轧机工艺中有重要作用，它不仅对轧件径向定位而且影响轧件的质量与尺寸精度。

5.总结

以上是本人对楔横轧机的一些理解、分析和介绍。由于理解的方向和着入点会因人而异，加之本人能力水平有限，不当之处还望各位读者、专家指正。

参考文献：

[1]中冶陕压中工设备有限公司H1000二辊式楔横轧技术附件。

[2]胡正寰等，斜轧与楔横轧，冶金工业出版社，1981。

[3]甄志霞，卡伦塞卷取机的基本结构和控制原理，中国工控网，2007。

作者简介：

赵宗刚（1979- ），男，中冶陕压重工设备有限公司，工程师。

李志斌（1984- ），男，中冶陕压重工设备有限公司，助理工程师。