一、輾環(huán)工藝的工作原理

    輾壓工藝設(shè)計(jì)塑性加工理論、材料力學(xué)、理論理學(xué)、流體力學(xué)、模具設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬等眾多領(lǐng)域，因此影響因素多、技術(shù)難度大。輾環(huán)是在專門的擴(kuò)孔機(jī)上進(jìn)行的。擴(kuò)孔機(jī)上一般有四種輥輪：主動(dòng)輥1、從動(dòng)輥2、導(dǎo)向輥3、控制輥4，其工作過(guò)程如圖1-2所示。將加熱好的環(huán)形坯料5套在從動(dòng)輥2上，主動(dòng)輥1-面帶著環(huán)坯旋轉(zhuǎn)一面靠油壓作徑向送進(jìn)，使坯料受壓延伸，壁厚減小，內(nèi)外徑同時(shí)增大。導(dǎo)向輥3始終靠在工件上，其余各輥都靠摩擦力旋轉(zhuǎn)。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)向輥3與主軸線夾角應(yīng)大于65°，控制并隨著工件直徑增大而外移。它的作用是使工件轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，并對(duì)工件整形。當(dāng)工件外徑達(dá)到所需尺寸時(shí)，工件與控制輥4接觸發(fā)出信號(hào)使主動(dòng)輥1回程，擴(kuò)孔結(jié)束。電機(jī)只帶動(dòng)主動(dòng)輥旋轉(zhuǎn)，其它輥是被動(dòng)旋轉(zhuǎn)的。控制輥與主軸夾角應(yīng)大于55°。輾環(huán)工藝必須采用合適的輾擴(kuò)比K和每轉(zhuǎn)壓下量，才能保證整個(gè)擴(kuò)孔過(guò)程始終滿足坯料的咬入條件，使輾壓能穩(wěn)定進(jìn)行。

    圖1-2輾壓工作過(guò)程示意圖
    由以上可知輾環(huán)工藝是軋制技術(shù)與機(jī)械零件制造技術(shù)的交叉結(jié)合，因此它還具有咀下特點(diǎn)：
    1、主動(dòng)輥與芯輥直徑尺寸相差懸殊；
    2、主動(dòng)輥?zhàn)鲋鲃?dòng)旋轉(zhuǎn)軋制運(yùn)動(dòng)，芯輥?zhàn)鰪膭?dòng)旋轉(zhuǎn)軋制運(yùn)動(dòng)，且它們的轉(zhuǎn)速不同；
    3、旋轉(zhuǎn)軋制運(yùn)動(dòng)與直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立；
    4、徑向軋制運(yùn)動(dòng)與端面軸向軋制運(yùn)動(dòng)相互制約，并都受到導(dǎo)向運(yùn)動(dòng)的約束和干涉；
    5、軋制中環(huán)件毛坯反復(fù)多次通過(guò)型腔逐漸減少的軋制孔型；
    6、環(huán)形鍛件變形區(qū)幾何邊界是復(fù)雜的、不穩(wěn)定的，變形的熱、力條件也是動(dòng)態(tài)變化的。
    由于這些特點(diǎn)，環(huán)件輾擴(kuò)不僅受到靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)因素的影響，而且還受到這些因素的耦合影響，因而環(huán)件軋制變形就有高度的復(fù)雜性。另外，環(huán)件輾擴(kuò)不僅表現(xiàn)出了普通平板軋制、異步軋制、多道次軋制的性質(zhì)，而且還表現(xiàn)出了這些軋制的耦合性質(zhì)。

二、輾環(huán)工藝的特點(diǎn)

    輾環(huán)是近期才發(fā)展起來(lái)的一種成形工藝，主要用于生產(chǎn)環(huán)形件。與鍛造成型相比，輾環(huán)工藝有較大的經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在：
    1、需要的設(shè)備噸位小
    由旋轉(zhuǎn)模其對(duì)毛坯局部連續(xù)的施壓成型，與模鍛的整體加壓成形相比工具與工件接觸面積小，變形力小，選用小噸位的設(shè)備就可以制造較大的環(huán)件，擴(kuò)大了環(huán)件成型的范圍。例如，直徑φ400mm左右的汽車后橋從動(dòng)齒輪坯，需80000kN以上的模鍛壓力機(jī)制造，而輾環(huán)壓力機(jī)僅為600kN左右：輾環(huán)能成形直徑φ10000mm、高度為4000mm的原子能反應(yīng)堆容器加強(qiáng)環(huán)，這是其它壓力加工方法難以成型的。
    2、材料利用率高
    與模鍛相比，輾環(huán)制坯只需要沖小孔，所以沖空連皮小，又沒(méi)有模鍛所必要的飛邊及拔模斜度，環(huán)件截面尺寸形狀更接近于成品，既減少了切削加工量，又節(jié)約了原材料。
    3、內(nèi)在質(zhì)量?jī)?yōu)良
    輾環(huán)變形是徑向壓縮、軸向延伸，環(huán)件金屬纖維沿圓周連續(xù)排列，往往與環(huán)件使用中的受力和磨損相適應(yīng)，所以輾環(huán)產(chǎn)品的強(qiáng)度高又耐磨，內(nèi)在質(zhì)量?jī)?yōu)良。
    4、勞動(dòng)條件好
    與一般鍛造相比，輾環(huán)時(shí)無(wú)沖擊、無(wú)震動(dòng)、噪音小，勞動(dòng)條件有很大的改善，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。
    5、生產(chǎn)成本低
    輾環(huán)工藝具有材料利用率高、機(jī)加工機(jī)時(shí)少、生產(chǎn)能耗低、軋制孔型壽命長(zhǎng)等綜合優(yōu)點(diǎn)，因而生產(chǎn)成本較低。德國(guó)制造巾3500mm×110mm×90mm的碳鋼環(huán)件，自由鍛比軋制生產(chǎn)成本高77%，火焰切割比軋制生產(chǎn)成本高16%。前蘇聯(lián)統(tǒng)計(jì)，環(huán)件軋制與自由鍛相比，材料消耗降低40%-50%，生產(chǎn)成本降低75%。用環(huán)件軋制生產(chǎn)EQ140汽車后橋從動(dòng)錐齒輪鍛件，相對(duì)于模鍛成型單件材料消耗降低5kg，生產(chǎn)成本降低20%。
    6、生產(chǎn)率高
    輾環(huán)軋制設(shè)備的軋制速度通常為1-2m/s，軋制周期一般為10s左右，最小周期已達(dá)3.6s，生產(chǎn)率已達(dá)1000件／h，大大高于環(huán)件鍛造和火焰切割，也高于模鍛生產(chǎn)率。

三、輾環(huán)的應(yīng)用

    目前輾環(huán)工藝在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用都比較廣泛，如火車輪轂、軸承內(nèi)外套圈、齒輪圈、襯套、法蘭、起重機(jī)旋轉(zhuǎn)輪圈及各種加強(qiáng)環(huán)等。加工的零件尺寸和重量范圍都比較大：直徑自40mm-10000mm，高度自10mm-1000mm，重量自0.2kg-82000kg，具有多種形狀的截面，其典型的例子如圖1-3所示。環(huán)件的材料通常為碳鋼、合金鋼、鋁合金、銅舍金、鈦合金、鈷合金、鎳基合金等，常見(jiàn)的環(huán)件軋制產(chǎn)品有火車輪轂、軸承環(huán)、齒輪環(huán)、襯套、法蘭、燃?xì)廨啓C(jī)環(huán)、起重機(jī)旋轉(zhuǎn)輪環(huán)、核反應(yīng)堆容器環(huán)及各種加強(qiáng)環(huán)等。

    圖1~3輾環(huán)產(chǎn)品的截面形狀
    輾環(huán)過(guò)程要完成徑向變形和軸向變形，但一般主要是徑向變形，需要有制坯工序。制坯工步一般包括下料、加熱、鐓粗沖空和沖連皮。毛坯的尺寸和形狀是獲得合格的輾環(huán)工件的決定因素之一。用模鍛壓力機(jī)和擺動(dòng)輾壓機(jī)進(jìn)行制坯，可以基本完成輾環(huán)工藝所需要的毛坯形狀的軸向變形，達(dá)到精輾的目的。
    輾環(huán)還可以作為制坯工序和擺動(dòng)輾壓工藝的聯(lián)線，成形各種截面形狀的環(huán)件。這樣由于輾環(huán)完成徑向變形，擺動(dòng)輾壓完成軸向變形，就可以制造各類截面的環(huán)件．輾環(huán)和擺動(dòng)輾壓聯(lián)線，具有更大的優(yōu)越性。