真没想到轴类零件加工工艺(轴类零件加工工艺设计毕业论文)

文|逸屹川编辑|逸屹川大型轴类件锻造工艺即靠压力机锻锤锤击工件，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸的加工方法。大型轴类零件锻

 

文|逸屹川编辑|逸屹川大型轴类件锻造工艺即靠压力机锻锤锤击工件，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸的加工方法大型轴类零件锻造一般采用高温热成形，主要有两种形式，一种为自由锻造，一种为径向精密锻造。

两者的共同点是：锻造过程中工件以一定速度间断性旋转、锤头不旋转，工件在夹头或机械手的夹持作用下以一定量轴向进给，变形区材料被径向压缩从而轴向延伸实现金属流动由于锻造属于非连续整体成形，其成形力较大我国大型轴类件多数（约70％）采用自由锻工艺生产，快锻机作为车轴自由锻生产的主要设备，其机械结构相对简单，设备成本约为精锻机的十分之一。

主要包括压机本体、操作机、砧库、送料回转机构、升降回转台及控制系统。

我国的自由锻发展历程经历了从国外引进、消化吸收，到模仿试制，再到掌握核心技术，并最终形成具有自主知识产权产品的曲折过程我国使用自由锻造车轴的企业主要有北车集团齐齐哈尔铁路车辆厂、北方重工集团、长春机车车辆厂、株洲电力机车厂、铜陵机车厂等企业。

但是快锻机作为重要生产设备，目前还只能实现人工或半自动控制，快锻机的工艺控制参数只能依靠熟练工人的经验和工业实验的反复验证确定。

考虑大型轴类件产品规格多、批量小的特点，需通过大量工业实验来确定不同工艺的控制参数从而存在周期长、成本高、效率低、劳动强度大、对楔横轧工艺生产应用楔横轧工艺生产轴类零件具有高效、节材、质量好等优点已在汽车、拖拉机、摩托车等轴类零件生产中得到广泛应用。

北京科技大学自1972年开始楔横轧的研究工作，依托1989年经国家科技部与教育部批准的首批《国家研究与推广中心》

在全国孵化零件轧制专业化工厂数十家，开发并投产包括汽车、拖拉机、摩托车、发动机等在内的各种轴类零件数百种国家科技部2018年立项重点研发计划“大型轴类楔横轧制机器人化生产线及其应用示范”由北京科技大学王宝雨主持研发大型轴类楔横轧多机器人生产线自动化与智能化技术，目前该项目正在实施中。

北京科技大学相关研究人员系统地开展了铁路车轴、高铁车轴等大型轴类件的楔横轧成形研究，先后对大型轴类零件楔横轧成形开展了多方面研究。

江洋等学者对高铁车轴楔横轧成形的关键技术开展研究，分析乳件在成形过程中的应力、应变、温度的分布特点及金属流动规律，研究了断面收缩率、成形角、展宽角、轧制温度等工艺参数对成形精度的影响规律通过对高铁车轴楔横乳微观组织与塑性损伤演变规律进行研究，研究了变形过程中变形温度、应变速率和应变量对微观组织的影响规律，分析了高铁车轴钢微观组织的演变规律。

同时也揭示了楔横轧工艺参数对微观组织与塑性损伤演变的影响规律，确定了楔横轧高铁车轴的最优工艺参数。

此外，我们还开展了大型轴类件的应用探索性研究，开展了重载汽车轴头的关键技术研究，并成功轧制出直径114mm的实验件并成功投产但是，尽管楔横轧技术成熟稳定且在重型卡车、大型机械中得到了应用，相关学者也开展了大量研究工作，但目前楔横乳主要应用于直径小于160mm、长度小于1300mm、重量小于50kg的轴类零件产品。

但对于直径超过200mm的轨道车轴，采用单楔楔横轧模具，模具直径将超过３米，轧机重量数百吨、模具重量数十吨，导致设备及模具尺寸较大。

针对楔横轧设备及模具尺寸大的特点，有学者为减小模具直径、降低设备投资和模具成本，开展了科研探索研究上世纪七十年代东北大学曾用三辊楔横轧工艺试轧出铁路货车车轴，但该工艺未能得到应用，也未见后续研究王宝雨等学者探索了楔横轧多楔、多圈楔横轧制成形工艺并授权了发明专利，波兰卢布林工业大学Pater及宁波大学束学道等学者也设计多楔模具并利用有限元验证了多楔同步轧制的可行性。

经过工业实践发现，虽然多楔同步乳制可适当减小模具直径，但存在多楔楔横轧工艺安装调试复杂、轧制过程不稳定以及模具设计复杂等问题而多圈楔横轧的工艺流程受到限制，导致适用范围有限目前，楔横轧在大型轴类成形领域应用较少轴类件柔性成形方法当成形中小批量、大尺寸的轴类零件，为解决模具尺寸大、开发周期长、模具成本高且无法通用的问题。

国内外学者提出了柔性轧制成形方案，旨在采用“以轧代锻”解决设备吨位大的问题，采用自动化技术实现轧件和模具的运动控制、从而替代与目标件形状相耦合的专用模具，实现柔性化生产。

但由于该工艺变形过程类似于旋转拉拔，因此需要施加较大轴向推力（或拉力）以实现坯料轴向延伸变形，其成形件台阶处也存在局部隆起缺陷该工艺实施对象也较为模糊，对于中小零件工艺优势不及楔横轧工艺，对于大型轴类件工艺所需轴向力变得非常大。

三棍斜轧工艺研究斜轧运动学原理为倾斜布置轧辊作同向旋转运动，由轧辊旋转运动带动坯料即作旋转运动又作轴向进给。

斜轧工艺最早应用于1862年英国Dyson发明二辑矫直机，用于矫直、平整和抛光圆钢棒材德国Mannesmann兄弟于1883年采用桶形轧辊，将实心圆钢直接乳制成无缝钢管，从而诞生斜乳无缝钢管工艺，开创了全世界范围内的无缝钢管百年历史。

相关学者投入了大量的研究，轧辊形状主要有桶形轧辊、盘形轧辊及锥形轧辊，存在两辊及三辊两种形式布置。此外，特种斜轧工艺也被相关学者研发成功并投产，大量用于螺纹轧制、花键轧制、滚切及孔型斜轧等工艺。

近年来，西北工业大学刘东等更是基于斜轧原理，提出超细晶棒材剧烈塑性变形（ＳＰＤ）成形法，利用特殊曲面锥形轧辊、超大送进角及大断面收缩率等变形参数，构建了剧烈扭转压缩复合变形区，将45钢的平均晶粒尺寸从46pm细化至约１pm，显著地提高了材料性能。

对以上分析可知，斜轧工艺主要是通过改变轧辊配置方式、乳辊辊型，以发挥斜轧内在技术潜力从而促进创新发展前苏联学者采利柯夫于1984年提出三辊仿形斜乳，如下图所示三个锥形乳辊绕坯料轴线空间均匀布置，各轧辊轴线均与坯料轴线呈一倾斜角，借助于液压和仿形板控制轧辊的轴向进给运动，由旋转乳辊带动圆坯料旋转，实现坯料轴向进给。

该工艺实现了轴类零件斜轧成形的创举，但由于设备为复杂悬臂三辊摆辗结构且利用仿形板控制轧辊轴向运动，导致其生产设备过于复杂、轧机刚度不强且轧制设备精度不高近年来，波兰卢布林工业大学Pater、宁波大学束学道等在仿形斜轧制工艺的基础上，提出了CNS三辊斜轧工艺。

三个倾斜布置轧辊在坯料圆周方向相差120°交错布置，三个轧辊均具有同向等速旋转运动及径向压下运动.坯料在夹头夹持下沿轴向运动，通过控制轧辊的径向压下量，成形不同直径轴类件。

Pater等学者通过仿真分析得出三辊斜轧所需轧制力及工艺参数对乳制力的影响，设计实验乳机对等比例火车轴缩小件进行了轧制实验宁波大学束学道等学者也通过仿真验证了三锥形辊柔性成形直径超200mm火车轴的可行性，还通过实验得出CNS斜轧可将晶粒为150pm的车轴50钢材料轧制细化到约30。

通过成熟的CNS技术实现大型轴类件斜轧成形，具有重要的科研意义，为柔性化轧制提供了良好的思路借鉴。

但由于存在夹头，该工艺会造成一定量的料头浪费，以及当断面收缩率小时夹头轴向力很大，并限制了轧机的最大可轧制长度三辊结构有利于坯料咬入及轧制稳定性，但是使得成形装备较为复杂通过上述分析我们不难发现，柔性轧制技术日益成为本领域研究热点，国内外学者纷纷提出了相关技术方案。

但是，目前研究多数停留在思路层面和实验室探索阶段，尚未形成系统的理论体系，也未见大量实际应用。