1、我国摆动辗压的技术发展摘要:介绍了摆动辗压成形技术研制概况及其优点。综述了我国科技工作者在摆动辗压机的机身设计计算与制造、摆头的设计计算、摆动辗压的运动轨迹以及摆动辗压成形过程中坯料与摆头之间的接触情况等;在摆动辗压成形过程中的应力、应变分布的实验研究与数值模拟分析,缺陷形成机理分析,以及摆辗变形力的工程计算等;热摆动辗压成形工艺、温摆辗成形工艺和冷摆辗成形工艺在汽车、摩托车、五金工具和兵器工业等加工制造业的工程应用等方面所作的成形机理、数值模拟、设备和工艺研究情况。关键词:摆辗机;实验研究 ;数值模拟;工程计算; 摆动辗压工艺正文：所谓“摆动辗压”是利用一个带圆锥形的上模对毛坯局部加压，并绕
2、中心连续滚动的加工方法。1.摆动辗压的定义“摆动辗压”是一种先进的压力加工技术和工艺，与传统压力加工工艺及技术相比，摆辗工艺及设备具有不可比拟的优越性：加工时，摆辗力只有传统锻造力的 520，从而大大减少了设备，厂房，基础，安装的费用并可完成普通压力加工工艺难以完成的薄盘类和复杂形状零件的成形。因此可以用较小吨位设备代替大型设备。一般说来，它可较普通平锻机投资低 5 倍以上；较普通锻锤类设备效率提高 3 倍以上。同时，摆辗摸具结构简单，换模方便，模具寿命长也是一大优点。摆辗加工后，零件有较好的金属流线，特别是冷摆辗后，由于冷作硬化使抗拉强度和硬度有较大提高，因此可用低碳合金钢，成形后达到高碳合
3、金钢的强度。2. 摆动辗压的技术概况及其优点我国对摆动辗压成形技术的研究起步较晚。1972 年上海电机锻造厂开始研制摆辗机, 并从事摆动辗压成形工艺研究工作, 1973 年研制成功第一台 2000 kN 卧式摆辗机。从此以后, 摆动辗压技术受到国内众多高等院校、科研单位和生产企业的重视, 对摆辗成形技术的设备设计制造、成形工艺和摆辗理论等方面进行了详细研究工作。2. 1 在摆辗设备研究方面目前国内已设计、制造了公称压力达 36, 100,300, 1000, 1600, 2000, 3000, 4000, 6300 kN 等规格的立式摆辗机, 公称压力从 1000 4000 kN 的卧式摆辗机
4、, 以及用于冷铆接工艺的摆辗铆接机。此外还制成了多用途摆辗机、横轧 摆辗复合机、转动辗压机等。摆辗机身结构与国外差异较大, 除有框架式、四柱式外, 还有焊接结构; 摆头结构除有滚动轴承式外, 还有球面静压轴承式和平面静压轴承式。国外摆辗机的摆头运动轨迹是由内、外两个偏心圆环的转动来获得的, 而国内摆辗机的摆头运动轨迹主要是采用偏心楔形块来获得的。周德成、王家勋、张猛、陆其仁、刘汉贵等对摆辗机摆头驱动电机功率的计算以及摆辗机设备吨位的计算进行了大量研究。裴伟才、胡亚民、裴兴华、程培源、刘汉贵、王广春等对摆辗机摆动机构的运动学及其运动轨迹进行了详细的分析研究。倪绍科、周德成、李文录、阎绍泽等对摆辗
5、机摆头所需的平面静压推力轴承、液体球轴承的选择等方面进行了分析与研究。2. 2 摆辗成形理论研究方面采用电测法、密栅云纹法、光塑性法、网格法以及小孔流入法等方法研究了摆动辗压变形区内的应力、应变分布, 以及接触面上的单位压力分布、切向应力分布, 并从模拟实验中得到了摆动辗压的变形规律, 将理论分析与实验结果相结合, 得出了摆动辗压金属薄件时中心拉薄的判据。采用主应力法、能量法、上限元法、有限单元法等方法研究了圆柱体、圆环件摆动辗压过程中金属流动规律, 缺陷形成与产生原因, 摆辗变形力和力矩计算。从不同的角度出发, 采用几何分析与工程计算相结合的方法, 对圆柱体、圆环件摆动辗压的接触轮廓、接触面
6、积计算进行了分析研究。2. 3 摆辗机的设计理论方面根据弹性力学理论, 采用有限元方法对摆辗机机身、机架、摆头的应力、应变分布进行了分析研究。2. 4 在摆动辗压工艺的工业应用方面2. 4. 1 辗压工艺的应用1972 年上海电机锻造厂就用 2000 kN 卧式摆辗机生产汽车半轴坯料 。哈尔滨汽车齿轮厂应用 HNJ 400 型摆辗机( 公称压力 4000 kN) 生产 JN 150 汽车后桥圆柱被动大齿轮坯, 比原胎模锻工艺节省了大量的金属, 生产率提高 5 倍多。1977 年 5 月, 东北重型机械学院和齐齐哈尔齿轮厂合作研制成功了一台摆辗机,1 977 年对东方红 54 拖拉机被动齿轮进行
7、了摆辗工艺试验。这种齿轮以往的工艺是在 10 t 模锻锤上模锻, 坯料为 150 mm * 325 mm 的 20CrMnTi 圆钢, 质量为 54kg; 采用摆辗工艺所需要的坯料质量为 42 kg, 摆辗力 2260 kN 。北京工具厂自 1975 年开始进行热摆辗高速钢锯片铣刀工艺试验研究, 材质为高速钢。件外径尺寸分别为 63 mm 至 115 mm, 厚度 4 5 mm。过去均采用自由锻成形。1976 年研制成功 2000kN 立式摆动辗压机后 , 用摆辗工艺生产铣刀片, 班产可达 2000 3000 件。此外, 对于碗形直齿插刀片坯的摆动辗压试验也获得了成功。上海新华轴承厂和上海机械
8、制造工艺研究所 1978 年研制成功 1600 kN 摆辗机后, 便使用该机冷辗压止推轴承沟道, 一次成形, 粗糙度 R a= 0. 4, 尺寸精度为 0. 1 mm, 同时使钢件内部晶粒细化, 轴承综合性能提高, 平均寿命提高 1 左右。清江拖拉机厂采用 4000 kN 摆辗机生产江苏 50 型拖拉机被动大齿轮坯。武汉汽车齿轮厂等采用摆辗工艺生产汽车半轴坯件。国内还用热摆辗工艺生产了双联齿轮坯料、高颈法兰、蝶形弹簧、汽车制动凸轮轴等锻件。2. 4. 2 温摆辗工艺的应用胡亚民、向冬霞等采用温摆辗工艺对汽车离合器盘毂、某枪械的调节塞进行了分析研究。2. 4. 3 摆辗成形工艺的应用哈尔滨工业大
9、学、上海市机械制造工艺研究所与天津电声器材厂对大尺寸导磁体采用 PXW 00 型摆辗机进行了冷摆辗成形试验研究 , 并投入批量生产。胡亚民、张弛等也对大尺寸导磁体的冷摆辗成形工艺进行了试验研究。胡亚民等从 1985 年开始就对摩托车端面齿轮的冷摆辗成形工艺、摆辗件的质量和性能、模具失效、摆辗成形过程的光塑性模拟等方面进行分析与研究, 1987 年开始国内首次大规模采用冷摆辗成形工艺生产端面齿轮精密成形件。周德成等对铁路车辆上的勾舌销冷拉拔、辗成形工艺进行了研究, 并投入了批量生产。胡亚民、张弛、伍太宾等从 1990 年开始就对轻型载重汽车盆油泵端面凸轮的冷摆辗成形工艺、摆辗成形过程的光塑性模拟
10、、模具结构设计等进行分析与研究, 并投入了大批量工业生产。刘汉贵等采用闭式冷摆辗成形工艺对变壁厚球缺形自锻破片药形罩进行了详细的分析研究, 获得的表面粗糙度 Ra 为 0. 4 #m、壁厚公差达到 0. 025 mm 的精密冷摆辗件。1992 年胡亚民、车路长等研制成功带枝丫端面齿轮的冷摆辗成形工艺, 并投入批量生产。1993 年胡亚民、车路长等对 TA55 摩托车扇形飞块的冷摆辗成形工艺进行了分析研究。伍太宾、周洁荃等对摩托车磁电机轮套的冷摆辗成形工艺、模具设计、摆辗件缺陷的产生原因及防止方法等进行了研究, 并投入生产。敖学安、胡亚民、伍太宾等对汽车离合器盘毂的冷摆辗成形工艺、模具结构设计、
11、中间预制坯尺寸确定等方面进行了研究, 并投入批量生产。刘明霞、敖学安、伍太宾、胡亚民等对圆锥齿轮( 包括直齿圆锥齿轮、半轴锥齿轮、螺旋锥齿轮等) 的冷摆辗成形工艺、模具结构设计、摆辗成形过程的光塑性模拟、摆辗变形力的计算等方面进行了详细的分析研究。蔡改贫等对摩托车换档齿轮坯的冷摆辗成形工艺进行了研究。目前国内采用冷摆辗成形工艺生产起动齿轮、起动棘轮、端面凸轮、差速器锥齿轮、离合器盘毂以及电动工具、高低压电器等零部件的企业主要有江苏太平洋精密冷锻有限公司、江阴永丰精密冷锻公司、昆山精密模具标准件公司等。3.摆辗技术发展的期望为了充分发挥摆辗技术在振兴我国锻压工业中的作用, 我们建议：一、据摆辗工
12、艺所长, 积极地有计划地发展品种, 扩大应用范围。当前首先要重视某些成熟的摆辗工艺的应用和推广，例如热摆辗生产高速钢铣刀片、碟形弹簧、汽车半轴及冷辗土 推抽承沟道和摆辗铆拉等。推广摆辗工艺对于发展少无削加工, 提高劳动生产率节省能源都有很大意义。与此同时, 要积极研究选择其它适合摆动辗压工艺加工的产品, 研究摆辗模具的材料+ 包括热处理) 和良好的润滑剂, 这样就能进一步发挥摆辗在多品种小批量生产方面的优势, 扩大其在机械、农机、国防、轻工、日用五金、工具、农具等工业中的应用范围。为了做好这项工作, 建议上级机关对摆辗工作给予更大重视, 建议有关院校和科研单位组织力量进行行业调查, 提出发展品
13、种, 扩大摆辗应用范围的切实可行的计划, 以便使摆辗技术的发展纳入国家科技发展和行业改造计划, 积极地、有计划地推动摆辗技术的发展。二、采取多种方式积极开展摆辗技术的学术交流和技术交流活动, 推动摆辗工艺的普及与提高。摆辗工艺与锤上模锻等常规工艺相比, 尚属新的锻造方法, 由于应用时间较短, 尚未被人们所熟知。有些摆辗工艺水平急待提高, 有些摆辗研究课题急待进行, 个别关于摆辗理论的模糊观念急待澄清+ 如摆辗机摆头的运动及 3Cr2W8V钢制作热摆辗模具的全面经济指标是否合算等等)。还有些工厂准备采用摆辗工艺却不知从何下手, 这也反映了摆辗技术还未被很好地掌握。针对这种情况, 应采用多种方法积
14、极开展摆辗学术交流和情报交流活动。三、加强摆辗技术的科学研究工作, 当前应该做到：1) 加强摆辗变形机理的研究2) 开展摆辗模具优化设计方法的研究3) 加强摆辗模具制造技术的研究4) 开展摆辗过程中摩擦磨损机理及提高模具寿命的研究5) 开展通用摆辗机械手的研究。4.摆辗成型的新发展摆辗技术的新发展已经引起世界各国的重视。在过去几年国际机床展览会上也不断有摆辗机展出。可见摆辗技术决不是像西德奥穆科公司所说的“ 已经销声匿迹” ,而正在大力研究并取得新的进展。摆辗技术开始提出是为了锻造, 英国和波兰做了大量研究工作, 但作为摆辗热锻,目前在设备和模具方面尚存在一些问题, 还没有大量使用。我国在这方
15、面作了很多研究, 在汽车半轴等的摆辗热锻方面巳取得了可喜的成绩, 值得进一步研究。在摆辗锻造方面, 其发展倾向是冷温锻造,就连多年来一直研究热辗的英国, massy 公司也有向冷温辗方向发展的趋势, 这一点是应当引起我们特别注意的。辗铆装技术的发展, 给摆辗技术提供了新的应用领域, 它比冲击铆接和静压铆接具有更大的优越性, 已为各国所重视, 并得到了广泛的应用。5 .结语摆动辗压成形技术能够摆辗其他锻造成形工艺难以成形的零件, 如汽车的VE 泵端面凸轮、差速器锥齿轮、离合器盘毂、汽车半轴, 摩托车的端面齿轮、启动棘轮、磁电机轴套、单向器飞块、差速轮, 扬声器的导磁体, 枪械的调节塞、转向齿圈,
16、 高压电器的静触头、动触头、动触头片等形状复杂、精度要求高的零部件, 已经在汽车、摩托车、五金、兵器、电器等行业获得了广泛的工业应用。因此, 应加大研究和推广摆动辗压成形技术力度, 它不仅有着巨大的经济效益, 并而且也有着广阔的发展前景。参考文献:1胡亚民,伍太宾,赵军华.摆动辗压工艺及模具设计M.重庆:重庆大学出版社,2008.2李良福.精密毛坯的冷摆辗工艺研究J.金属成形工艺,1999(4):31-32.3李良福.冷辗压伸缩式液压缸毛坯的工艺和设备J.金属成形工艺,1999(4):33-34.4张如怀,付建华,梁秀春.摆辗机多轨迹摆头结构探索J.山西机械,1996(2):34-35.5裴兴华,王广春,张辉,等.火车车轮摆辗成形模拟实验研究J.锻压技术,1995(3)
