杨翠苹等：楔横轧反楔堆轧改善空心零件过渡轴肩的壁厚减薄 *1173· 轴向位移mm 随着压下量的增加，壁厚增加率先增加后减小.壁厚 3.000■ 增加程度取决于两个方面的效果：一方面随着压下量 的增加，轴肩壁厚起楔时减薄量增加：另一方面，压下 1.670 量越大，向轴肩部位补充的金属越多.首先，随着压下 量的增加，补充的金属增加，壁厚增厚程度是增加的趋 0.333 势，但当压下量较大时，起楔过程壁厚减薄显著，轴肩 区域增加，补充的金属不能对整体区域进行有效的补 -1.000 充，导致增厚程度下降 图12反楔堆轧轴向位移分布 图13(b)展示反楔轧制长度对壁厚增加率的影 Fig.12 Axial displacement distribution in upset rolling 响.随着轧制长度的增加，起初壁厚增加率显著上升， 在轧制长度在35~55mm之间增加较小，当轧制长度 3.3反楔成形轴肩壁厚的主要影响因素 大于55mm后，壁厚增加率开始下降.这是因为在反 确定反楔成形轴肩壁厚的主要影响因素，选择合 楔迫使金属向轴肩位置堆料的过程中，随着轧制长度 适的参数范围有利于获得更好的成形效果.通过一系 的增加，堆料阻力越来越大，当堆料阻力大于金属轴向 列的参数试验，得到影响轴肩壁厚的主要因素 反向流动的阻力后，金属向轧件端部流动，导致壁厚增 图13(a)展示轧制压下量对壁厚增加率的影响， 加率减小. 20 a 18 204 18 14 16 12 14 10 12 6/ 4 4 0 4 20 30 40 50 6070 压下最/mm 轧制长度/mm 图13主要因素对轴肩壁厚的影响.(a)压下量：(b)反楔轧制长度 Fig.13 Effects of main factors on the wall thickness of the shaft shoulder:(a)reduction:(b)rolling length 压下量和反楔轧制长度是影响轴肩壁厚的主要因 增加近40%，与本身的原始壁厚比较，壁厚增加 素，其余工艺参数的影响较小.在模具设计时，主要考 18%,可见采用反楔堆轧改善壁厚效果显著.另外， 虑压下量的大小，确定合适的轧制长度，取得最大的轴 采用芯棒较好地控制轧件最小直径的尺寸，保证轧 肩增厚效果. 件在该位置壁厚均匀. 3.4楔横轧反楔成形空心零件实例 针对空心零件实例，设计反楔和正楔的组合模 具，实现该零件的楔横轧成形.模具展开图如图14 所示.成形过程分为两个步骤：首先采用反楔堆轧将 轴肩容易发生减薄的部分成形，为保证轴肩壁厚增 加率又节省模具辊面长度，确定轧制长度为40mm, 图14反楔和正楔组合模具图 a=35°，B,=4°：之后采用正楔轧制，将轧件两侧其 Fig.14 Drawing of a combined tool with an anti-wedge and a normal 余部位成形，2=25°，B2=5°.由于轧件最小直径位 wedge 置壁厚增加显著且厚度不均匀，在轧制过程中采用 4结论 带芯棒轧制，芯棒直径为中15mm,从而实现对轧件 最小直径位置的壁厚控制，改善成形质量.图15是 (1)楔横轧空心零件过渡轴肩壁厚减薄的产生原 该成形方案得到的轧件.与图5通常采用的正轧成 因是：楔入阶段在楔尖位置由于径向和周向被压缩，轴 形方法比较，采用反楔和正楔的组合模具，带芯棒轧 向被拉伸而发生壁厚减薄.内侧轴肩由于没有邻近的 制的成形方法，轧件的轴肩壁厚增加2.38mm,壁厚 金属对其进行补充，壁厚减薄明显杨翠苹等: 楔横轧反楔堆轧改善空心零件过渡轴肩的壁厚减薄 图 12 反楔堆轧轴向位移分布 Fig． 12 Axial displacement distribution in upset rolling 3. 3 反楔成形轴肩壁厚的主要影响因素 确定反楔成形轴肩壁厚的主要影响因素，选择合 适的参数范围有利于获得更好的成形效果． 通过一系 列的参数试验，得到影响轴肩壁厚的主要因素． 图 13( a) 展示轧制压下量对壁厚增加率的影响． 随着压下量的增加，壁厚增加率先增加后减小． 壁厚 增加程度取决于两个方面的效果: 一方面随着压下量 的增加，轴肩壁厚起楔时减薄量增加; 另一方面，压下 量越大，向轴肩部位补充的金属越多． 首先，随着压下 量的增加，补充的金属增加，壁厚增厚程度是增加的趋 势，但当压下量较大时，起楔过程壁厚减薄显著，轴肩 区域增加，补充的金属不能对整体区域进行有效的补 充，导致增厚程度下降． 图 13( b) 展示反楔轧制长度对壁厚增加率的影 响． 随着轧制长度的增加，起初壁厚增加率显著上升， 在轧制长度在 35 ～ 55 mm 之间增加较小，当轧制长度 大于 55 mm 后，壁厚增加率开始下降． 这是因为在反 楔迫使金属向轴肩位置堆料的过程中，随着轧制长度 的增加，堆料阻力越来越大，当堆料阻力大于金属轴向 反向流动的阻力后，金属向轧件端部流动，导致壁厚增 加率减小． 图 13 主要因素对轴肩壁厚的影响． ( a) 压下量; ( b) 反楔轧制长度 Fig． 13 Effects of main factors on the wall thickness of the shaft shoulder: ( a) reduction; ( b) rolling length 压下量和反楔轧制长度是影响轴肩壁厚的主要因 素，其余工艺参数的影响较小． 在模具设计时，主要考 虑压下量的大小，确定合适的轧制长度，取得最大的轴 肩增厚效果． 3. 4 楔横轧反楔成形空心零件实例 针对空心零件实例，设计反楔和正 楔 的 组 合 模 具，实现该零件的楔横轧成形． 模具展开图如图 14 所示． 成形过程分为两个步骤: 首先采用反楔堆轧将 轴肩容易发生减薄的部分成形，为保证轴肩壁厚增 加率又节省模具辊面长度，确定轧制长度为 40 mm， α1 = 35°，β1 = 4°; 之后采用正楔轧制，将轧件两侧其 余部位成形，α2 = 25°，β2 = 5°． 由于轧件最小直径位 置壁厚增加显著且厚度不均匀，在轧制过程中采用 带芯棒轧制，芯棒直径为 15 mm，从而实现对轧 件 最小直径位置的壁厚控制，改善成形质量． 图 15 是 该成形方案得到的轧件． 与图 5 通常采用的正轧成 形方法比较，采用反楔和正楔的组合模具，带芯棒轧 制的成形方法，轧件的轴肩壁厚增加 2. 38 mm，壁厚 增加 近 40% ． 与本身的原始壁厚比较，壁 厚 增 加 18% ，可见采用反楔堆轧改善壁厚效果显著． 另外， 采用芯棒较好地控制轧件最小直径的尺寸，保证轧 件在该位置壁厚均匀． 图 14 反楔和正楔组合模具图 Fig． 14 Drawing of a combined tool with an anti-wedge and a normal wedge 4 结论 ( 1) 楔横轧空心零件过渡轴肩壁厚减薄的产生原 因是: 楔入阶段在楔尖位置由于径向和周向被压缩，轴 向被拉伸而发生壁厚减薄． 内侧轴肩由于没有邻近的 金属对其进行补充，壁厚减薄明显． · 3711 ·