階梯軸先進(jìn)制造技術(shù)
——楔橫軋(下)

文/張軍改·河北東安精工股份有限公司

階梯軸先進(jìn)制造技術(shù)
——楔橫軋(下)

文/張軍改·河北東安精工股份有限公司

《階梯軸先進(jìn)制造技術(shù)—楔橫軋（上）》見(jiàn)2016年第7期

楔橫軋工藝在我國(guó)的技術(shù)改進(jìn)與發(fā)展應(yīng)用

解決窄臺(tái)階內(nèi)直角精確成形問(wèn)題

在楔橫軋工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，軋齊曲線設(shè)計(jì)是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。軋齊曲線的精確程度決定著楔橫軋零件的尺寸精度和質(zhì)量等級(jí)，軋齊曲線設(shè)計(jì)不好，在成形內(nèi)直角臺(tái)階時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)螺旋狀，如圖9a所示。軋齊曲線的計(jì)算公式雖早已研究出來(lái)，因其復(fù)雜性和不準(zhǔn)確性而未能充分發(fā)揮作用，一直靠實(shí)際生產(chǎn)時(shí)多次修理模具而得到精確成形。但是修理模具造成了調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)、難度大等問(wèn)題，為了更好地解決這一問(wèn)題，北京科技大學(xué)采用了大型專業(yè)有限元軟件DEFORMTM-3D，對(duì)楔橫軋軋齊過(guò)程進(jìn)行了三維剛塑性有限元模擬，提出了楔橫軋內(nèi)臺(tái)階成形過(guò)程三階段理論，找到了窄臺(tái)階內(nèi)直角精確成形的軋齊曲線公式，圖9為軋齊曲線改進(jìn)前后的對(duì)比圖。

圖9 軋齊曲線改進(jìn)前后對(duì)比

表面螺旋痕得到進(jìn)一步改善

楔橫軋軋制過(guò)程中經(jīng)常會(huì)在軋件已軋表面產(chǎn)生帶傾斜角的螺旋狀凹痕缺陷，這種螺旋凹痕輕則會(huì)影響產(chǎn)品外觀，重則會(huì)造成產(chǎn)品報(bào)廢。北京科技大學(xué)通過(guò)有限元分析，找到螺旋痕產(chǎn)生的機(jī)理及解決辦法，目前采用此辦法軋制的產(chǎn)品表面粗糙度可達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中鋼質(zhì)模鍛件的精密度，圖10為螺旋痕采取措施前后對(duì)比圖。

圖10 螺旋痕采取措施前后對(duì)比圖

部分產(chǎn)品的材料利用率得到進(jìn)一步提高

影響楔橫軋材料利用率的一個(gè)很重要的因素就是產(chǎn)品兩端必須留有足夠的料頭，否則容易使工件兩端組織疏松或產(chǎn)生孔洞（渦心），圖11為料頭較小時(shí)產(chǎn)生的端部孔洞（渦心）。為了提高材料利用率，就必須減小料頭，但料頭過(guò)小又會(huì)產(chǎn)生端部疏松或孔洞（渦心），為了解決這一矛盾，各大院校和各楔橫軋企業(yè)經(jīng)過(guò)理論研究和實(shí)際運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了部分產(chǎn)品小料頭軋制，使材料利用率提高了1%～4%。

圖11 因下料長(zhǎng)度不足造成的端部孔洞（渦心）

實(shí)現(xiàn)了軋制自動(dòng)化

通過(guò)研發(fā)楔橫軋機(jī)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)及PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)式運(yùn)行，軋制速度可調(diào)，軸向送料精確定位，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省了能源，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了楔橫軋從加熱→傳送→進(jìn)料→軋制→出料等全過(guò)程自動(dòng)化生產(chǎn)與控制，使大型軸類件采用楔橫軋工藝得以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，使我國(guó)汽車大型軸類件的生產(chǎn)技術(shù)擺脫了主要靠車削和鍛造加工的低效、高耗能的落后狀態(tài)。

形成了兩個(gè)楔橫軋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

楔橫軋技術(shù)應(yīng)用至今，國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，給楔橫軋生產(chǎn)帶來(lái)困難，為此，北京科技大學(xué)、河北東安公司及上海內(nèi)燃機(jī)研究所等單位分別起草了《齒輪軸毛坯楔橫軋技術(shù)條件》JB/T 11761-2013和《內(nèi)燃機(jī)凸輪軸第2部分：楔橫軋毛坯》JB/T 6728.2-2008等齒輪及凸輪楔橫軋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并已頒布；同時(shí)起草的《鋼質(zhì)楔橫軋件通用技術(shù)條件》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已報(bào)批，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB/T 32258-2015，等待正式發(fā)布。這些標(biāo)準(zhǔn)的頒布填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)楔橫軋標(biāo)準(zhǔn)的空白，為該類產(chǎn)品的合同訂立和產(chǎn)品交易、特別是產(chǎn)品出口提供了技術(shù)支持和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

國(guó)家重點(diǎn)課題

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”中，將“精密鍛軋成套新技術(shù)”列為課題之一進(jìn)行研究；國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“先進(jìn)近凈成形與模具制造技術(shù)”中也將“大型軸類件楔橫軋近凈成形工藝與裝備研究”列為子課題進(jìn)行研究，取得一系列重要成果。通過(guò)這些課題的研究工作，楔橫軋精確成形件的質(zhì)量有了大幅度提高。

楔橫軋技術(shù)推廣

經(jīng)過(guò)各大院校和企業(yè)共同研制，楔橫軋技術(shù)得到持續(xù)改進(jìn)，已廣泛應(yīng)用于各類階梯軸類零件的生產(chǎn)中，成為各類階梯軸類零件生產(chǎn)的先進(jìn)工藝，目前我國(guó)已成功建成楔橫軋生產(chǎn)線200多條，開(kāi)發(fā)并應(yīng)用于生產(chǎn)的零件品種達(dá)500多種，汽車軸類件楔橫軋生產(chǎn)線80多條，年產(chǎn)汽車軸類件2100多萬(wàn)件，僅汽車軸類件，年節(jié)省優(yōu)質(zhì)鋼材3萬(wàn)噸，價(jià)值1.3億元，使我國(guó)成為世界上用楔橫軋工藝生產(chǎn)產(chǎn)品最多的國(guó)家之一。隨著楔橫軋技術(shù)的提高，楔橫軋專業(yè)生產(chǎn)廠迅速興起，近幾年在山東萊蕪建成了數(shù)十家專業(yè)楔橫軋生產(chǎn)廠，而且該技術(shù)現(xiàn)已普遍應(yīng)用于轎車軸類件的生產(chǎn)及模鍛軸類件的制坯上，大大提高了生產(chǎn)效率和材料利用率。

楔橫軋工藝亟待解決的技術(shù)難題

隨著楔橫軋技術(shù)的不斷完善，楔橫軋工藝已被廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、工程機(jī)械、五金工具等零件的制作上，但因其工藝限制，還存在以下亟待解決的問(wèn)題。

材料利用率需要進(jìn)一步提高

隨著國(guó)內(nèi)外精鍛技術(shù)的迅速發(fā)展，材料利用率不斷提高，給楔橫軋工藝造成極大沖擊，如何減少楔橫軋兩端的料頭，提高材料利用率，已是擺在我們面前的重要難題，一些院校和企業(yè)雖在此方面做了很多研究，并把一些研究付諸實(shí)踐，但是該技術(shù)還不夠成熟，效果還不理想。

多楔同步軋制成形

多楔同步軋制成形可顯著節(jié)省輥面長(zhǎng)度，減少設(shè)備本體尺寸，降低成本，是近凈成形技術(shù)生產(chǎn)超長(zhǎng)大型軸類件的最佳工藝。但多楔同步軋制意味著各個(gè)臺(tái)階同時(shí)成形，任一瞬間都應(yīng)保持體積分配合理，對(duì)于楔入段都是曲面的楔橫軋模具來(lái)說(shuō)，做到精確設(shè)計(jì)是非常不容易的，即便設(shè)計(jì)成功，在軋制磨損后，修理起來(lái)也十分困難，需要反復(fù)修理調(diào)試方能精確成形，如何找到簡(jiǎn)單快捷的修理方式，是擺在我們面前的又一難題。

空心軸軋制

隨著汽車輕量化的要求，空心件在汽車行業(yè)的應(yīng)用將會(huì)獲得長(zhǎng)足發(fā)展，雖然一些高校已經(jīng)試驗(yàn)成功了空心件的軋制，但其原材料使用了價(jià)格昂貴的空心管，軋制時(shí)使用了穿棒技術(shù)，工藝復(fù)雜，占地空間大，如何使用棒料直接成形空心階梯軸，是需要我們解決的又一課題。

結(jié)束語(yǔ)

楔橫軋技術(shù)具有節(jié)能、節(jié)材、高效、清潔等顯著特點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，符合國(guó)家關(guān)于建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的要求，具有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，未來(lái)楔橫軋成形技術(shù)將向復(fù)雜、大型、高精度零件及復(fù)合成形零件發(fā)展；楔橫軋模具制造技術(shù)將向組合式、高硬度方向發(fā)展；楔橫軋材料對(duì)象將向有色及難成形材料方向延伸。