钢窗手柄冷楔横轧工艺

合肥工业大学  曹诗倬 权修华  吴旦中  董定福

    [摘要]分析了楔横轧成形条件，以冷楔横轧钢窗手柄为例探讨了工艺方案选择和工艺参数确定。试轧获得基本成功。如用于实际生产尚须进一步提高加工精度。

    关键词：  冷楔横轧成形工艺

1  引言

    冷楔横轧是一种高效的精成形工艺，能显著节能节材，特别是在加工变截面轴类零件上具有很大的应用前景。但是它的成形条件复杂，影响因素多，不易控制  。辊型面的设计、加工比较困难。因此对冷楔  轧工艺应作深入的多侧面研究，将它广泛地应用于生产实际。近年来，我们在险峰机床厂的大力支持下，在壬400mm楔横轧机上进行了轧制工艺实验研究，并对钢窗手柄等零件进行了比较成功的试轧。

    图1是钢窗手柄的简图。钢窗手柄为大批量生产的轴类零件，原来是用钢棒或铜棒车削    的，尺寸精度要求不太高，但要求表面光整：采用冷楔横轧加工这类零件可以显著节约金属，提高生产率，进而达到降低生产成本的目的。轧制工艺参数的确定.

    要顺利轧制，工件必须连续旋转，即要满足旋转条件。为确保旋转，应按下式确定成形楔的扩展角卢譬1卢和Ar对扩展角卢的影响可列成表1。从上式或表l可见，摩擦系数p变化对旋转条件影响最大，其次是口甬，再次为Ar。钢一钢、铜一钢的摩擦系数为0.  10～0.15，则J9=0.5—1.5。左右。因此取卢=0.5。、1.0。，改变口、Ar进行试验，验证了口角取得合适时，在一般成形条件下，卢角取在1。以内是能保证工件在轧制中连续旋转的。

此外，为保证轧制后工件内部质量，轧制过程中工件内部应不产生裂纹、中空，即不发生满内斯曼效应。因此，对试轧后工件须进行剖开检  开它。查，找出轧裂的工艺条件，以便在实际轧制时避

3工艺方案的选择

    为了平衡轧制时产生的轴向力，最好一次轧出两件钢窗手柄。这样可使生产率提高一倍。采取一次轧两件的工艺，可以有两种方案：

    第一种方案是小端(j5 7.5)对接，如图2所示。严格按零件图进行组合，在切断处可能产生毛刺，增大1 mm。这样轧制能确保零件尺寸，小端是铆接端，沿此处切开，即使产生毛刺也不影第二种方案是大锥端对接，工件组合图如图3所示。用410 mm的棒料为原始坯料，j5 12响铆接。但是，按最大直径≠12确定坯料原始直径时，需轧制的轴向长度超过44 mm，在单楔轧制的情况下，采用1。的扩展角，即使轧辊转3606也轧不到这样长度，更谈不上安装切刀了；若采取多平行楔轧制，则给模具制造和调正增大了难度。按这种方案轧制，在和直角和倒锥轴肩附近的对应模具处，是复杂的成形曲面‘2]，模具的制造和维修均有较高的要求。另外，坯料原始直径也略微超过了机器的规格。mm粗径处采用闭式孔型进行扩径成形，最后利用辊面上的切刀从轧件中间切分成两件。按这种方案轧制，轴向扩展量接近32 mm，为了扩出+12 mm直径，轧制+7.5 mm段的成形楔提前楔入，这就可以在250。左右的辊面完成轧制成形，辊面的后段尚可布置切刀。垂直轴肩与锥形轴肩可自然成形，与其对应的模具处不须做成复杂的成形曲面。为了适合这样的轧制成形，对零件图作了两处微小的改动：第一是手柄的大锥段改刀由锥度为10。的锥体和410 mm圆柱体两段所组成。第二是靠近412 mm粗径处小锥体的锥角和成形角a-致。

    由于第二方案在试验轧机上可以轧制，且模具结构比较简单，因此采用此方案进行试轧。4试轧情况及其结果分析

辊面型槽展开简图如图4所示。成形楔I插入后，推挤金属向外流动，为达到扩径的目的，成形楔I侧为垂直面起堵截金属的作用，在设计模具时，应根据扩径需堵截的金属量确定成形楔I的提前楔入量。   

试验模用冷硬铸铁制造，对铝、铜和低碳钢的棒料进行试轧。轧辊径调正平行对中，校准压下量后进行轧制，工件在轧制过程中正常连续旋转，轧件的形状尺寸基本上达到零件图的要求（见图5），轧件内部无裂纹或中空，基本上达到设计要求。如经过改进捉高轧件精度后，就可付诸工业生产。

    从试轧中看到，轧辊制造安装精度对工件的成形有较大影响，而压下量△r的变化对工件旋转的影响并不敏感。

    试轧件在加工精度上主要有以下一些问题：

    (1)  表面光洁度不够高，尚未达到Ra3.2～Ra6.3的要求。这主要由于轧辊的辊面加工得比较粗糙，且冷硬铸铁质脆易崩裂，使孔型不完整，因而严重影响轧制精度。

    (2)成形楔侧面向外辗压工件时，有少量金属向上翻，形成局部的表面夹层（图5）或鳞片状碎屑。特别是扩径的412 mm段，金属上翻的现象比较明显，这也是影响轧件精度的重要因素。这表明轧制力中径向分压力P&相对值不足，还须通过调正成形角口等参数逐步克服。

    (3)  采取扩径成形的412 mm粗径处在轧制中未达到设计要求，一般为≯11,6 mm左右。这表明堵截的金属量不够。如图7所示，在轧制时，成形楔I垂直边AB为堵截面轴向位置固定，当成形楔I由E'F'推移到EF，打上网纹的O'F'FO区域内金属被压出，此时FB段均为塑性变形区，被压出的金属一部分向上流动，达到扩径的目的；还有一部分从BD面下产生轴向流出。至于金属向哪个方向流动，则看哪个方向的流动阻力小而定。若不计轴向流动，则根据扩径历需的金属量计算出AB面的楔入量。由于金属产生轴向流动，为保证堵截所需金属量，则AB面更要提前楔入。若提前量取得过大，则金属充满闭式孔型后成形阻力急剧增加，ak0‘能挤坏孔型。影响金属流动的因素很多，AB面提前楔入量难以准确地确定。这尚待进一步研究以摸清规律。

4结论

    试轧中避取的工艺参数基本上是适当的。轧制的钢窗手柄基本上达到设计要求。工件的尺寸精度和表面光洁度尚须进一步提高以满足工业生产的要求。为此，对冷楔横轧工艺需要开展深入的研究。