锻造轧辊设计
                                              康文浩 11221121
锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力,使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法,锻压(锻造与冲压)的两大组成部分 之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷,优化微观组织结构,同时由于保存了完整的金属流线,锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。 相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件,除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外,多采用锻件。
根据坯料的移动方式,锻造可分为自由锻、镦粗、挤压、模锻、闭式模锻、闭式镦锻。
1、自由锻。利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁(砧块)间产生变形以获得所需锻件,主要有手工锻造和机械锻造两种。
2、模锻。模锻又分为开式模锻和闭式模锻.金属坯料在具有一定形状的锻模膛内受压变形而获得锻件,又可分为冷镦、轧锻、径向锻造和挤压等等。
3、闭式模锻和闭式镦锻由于没有飞边,材料的利用率就高。用一道工序或几道工序就可能完成复杂锻件的精加工。由于没有飞边,锻件的受力面积就减少,所需要的荷载也减少。但是,应注意不能使坯料完全受到限制,为此要严格控制坯料的体积,控制锻模的相对位置和对锻件进行测量,努力减少锻模的磨损。
    锻造用料主要是各种成分的碳素钢和合金钢,其次是铝、镁、铜等及其合金。材料的原始状态有棒料、铸锭、金属粉末和液态金属。 金属在变形前的横断面积与变形后的横断面积之比称为锻造比。正确地选择锻造比、合理的加热温度及保温时间、合理的始锻温度和终锻温度、合理的变形量及变形速度对提高产品质量、降低成本有很大关系。
一般的中小型锻件都用圆形或方形棒料作为柸料。棒料的晶粒组织和机械性能均匀、良好,形状和尺寸准确,表面质量好,便于组织批量生产。只要合理控制加热温度和变形条件,不需要大的锻造变形就能锻出性能优良的锻件。
铸锭仅用于大型锻件。铸锭是铸态组织,有较大的柱状晶和疏松的中心。因此必须通过大的塑性变形,将柱状晶破碎为细晶粒,将疏松压实,才能获得优良的金属组织和机械性能。
经压制和烧结成的粉末冶金预制坯,在热态下经无飞边模锻可制成粉末锻件。锻件粉末接近于一般锻模具的密度,具有良好的机械性能,并且精度高,可减少后续的切削加工。粉末锻件内部组织均匀,没有偏析,可用于制造小型齿轮等工件。但粉末的价格远高于一般棒材的价格,在生产中的应用受到一定限制。
对浇注在模膛的液态金属施加静压力,使其在压力作用下凝固、结晶、流动、塑性变形和成形,就可获得所需形状和性能的模锻件。液态金属模锻是介于压铸和模锻间的成形方法,特别适用于一般模锻难于成形的复杂薄壁件。
锻造用料除了通常的材料,如各种成分的碳素钢和合金钢,其次是铝、镁、铜、钛等及其合金之外,铁基高温合金,镍基高温合金的变形合金也采用锻造或轧制方式完成,只是这些合金由于其塑性区相对较窄,所以锻造难度会相对较大,不同材料的加热温度,开锻温度与终锻温度都有严格的要求。
自由锻
自由锻造所用工具和设备简单,通用性好,成本低。 同铸造毛坯相比,自由锻消除了缩孔
缩松、气孔等缺陷,使毛坯具有更高的力学性能。锻件形状简单,操作灵活。因此,它在重型机器及重要零件的制造上有特别重要的意义。自由锻造是靠人工操作来控制锻件的形状和尺寸的,所以锻件精度低,加工余量大,劳动强度大,生产率也不高,因此它主要应用于单件、小批量生产。自由锻造分手工自由锻和机器自由锻。手工自由锻生产效率低,劳动强度大,仅用于修配或简单、小型、小批锻件的生产。在现代工业生产中,机器自由锻已成为锻造生产的主要方法,在重型机械制造中,它具有特别重要的作用。而产生的锻件形状和尺寸主要由操作工的技术水平决定。
自由锻造的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等。
拔长也称延伸,它是使坯料横断面积减小、长度增加的锻造工序。拔长常用于锻造杆、轴类零件。拔长的方法主要有两种:
1、在平砧上拔长。2、在芯棒上拔长。锻造时,先芯棒插入冲好孔的坯料中,然后当作实心坯料进行拔长。拔长时,一般不是一次拔成,先将坯料拔成六角形,锻到所需长度后,再倒角滚圆,取出芯棒。为便于取出芯棒, 芯棒 的工作部分应有1侵犯公民个人信息罪:100 左右的斜度。这种拔长方法可使空心坯料的长度增加, 壁厚减小, 而内径不变,常用于锻造套筒类长空心
锻件。
    镦粗是使毛坯高度减小,横断面积增大的锻造工序。 镦粗工序主要用于锻造齿轮坯、圆饼类锻件。镦粗工序可以有效地改善坯料组织,减小力学性能的异向性。 镦粗与拔长的反复进行,可以改善高合金工具钢中碳化物的形态和分布状态。镦粗主要有以下三种形式:1 完全镦粗。完全镦粗是将坯料竖直放在砧面上, 在上砧的锤击下, 使坯料产生高度减小,横截面积增大的塑性变形。2 端部镦粗。将坯料加热后,一端放在漏盘或胎模内,限制这一部分的塑性变形,然后锤击坯料的另一端, 使之镦粗成形。用漏盘的镦粗方法, 多用于小批量生产;胎模镦粗的方法, 多用于大批量生产。在单件生产条件下,可将需要镦粗的部分局部加热,或者全部加热后将不需要镦粗的部分在水中激冷,然后进行镦粗。3 中间镦粗。这种方法用于锻造中间断面大,两端断面小的锻件,例如双面都有凸台的齿轮坯就采用此法锻造。坯料镦粗前,需先将坯料两端拔细,然后使坯料直立在两个漏盘中间进行锤击,使坯料中间部分镦粗。
    冲孔是在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序。 冲孔的方法主要有以下两种:1、双面冲孔法。用冲头在坯料上冲至2/33/4深度时,取出冲头,翻转坯料,再用冲头从反面对
准位置,冲出孔来。2、单面冲孔法。厚度小的坯料可采用单面冲孔法。冲孔时,坯料置于垫环上,一略带锥度的冲头大端对准冲孔位置,用锤击方法打入坯料,直至孔穿透为止。[
弯曲采用一定的工模具将坯料弯成所规定的外形的锻造工序,称为弯曲。常用的弯曲方法有以下两种:1 锻锤压紧弯曲法。 坯料的一端被上、下砧压紧,用大锤打击或用吊车拉另一端,使其弯曲成形。2、模弯曲法。在垫模中弯曲能得到形状和尺寸较准确的小型锻件。
切割是指将坯料分成几部分或部分地割开,或从坯料的外部割掉一部分,或从内部割出一部分的锻造工序。
    错移是指将坯料的一部分相对另一部分平行错开一段距离,但仍保持轴心平行的的锻造工序,常用于锻造曲轴零件。错移时,先对坯料进局部切割,然后在切口两侧分别施加大小相等、方法相反且垂直于轴线的冲击力或压力,使坯料实现错移。​
锻接是将坯料在炉内加热至高温后,用锤快击,使两者在固态结合的锻造工序。锻接的方法有搭接、对接、咬接等。锻接后的接缝强度可达被连接材料强度的70%80%
扭转是将毛料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。 该工序多用于锻造多拐曲轴和校正某些锻件。小型坯料扭转角度不大时,可用锤击方法。
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    轧辊
    常用冷轧辊中工作辊的材料有9Cr,9Cr2,9Crv,8CrMoV等,冷轧辊要求表面淬火,硬度为HS45~105。热轧辊常用的材料有55Mn2,55Cr,60CrMnMo,60SiMnMo等,热轧辊使用在开坯,厚板,型钢等加工中。它承受了强大的轧制力 ,剧烈的磨损和热疲劳影响,而且热轧辊在高温下工作,并且允许单位工作量内的直径磨损,所以不要求表面硬度,只要求具有较高的强度,韧性和耐热性。热轧辊只采用整体正火或淬火,表面硬度要求HB190~270硬度。轧辊硬度是一个间接的物理值,它的高低受到轧辊本身内部组织状态的影响,如轧辊材料的基体硬度,轧辊材料中碳化物的种类和数量,轧辊的残余应力等等;同时,由于轧辊硬度检测常用的肖氏和里氏硬度检测均为反弹式硬度检测,受检测仪器的状态,操作者的心理因素等其他因素的影响较大。所以无论是轧辊的制造和使用部门,需要配备专人负责硬度的检测工作,注 意硬度计的选型,与其他硬度的对比关系要稳定,同时要注意经常送检和校对硬度检测仪器和标准试块,有条件的企业可以推广利用标准轧辊来进行硬度计的校对工作。
锻钢轧辊可分为锻钢热轧辊及锻钢冷轧辊,锻钢热轧辊主要用于热轧开坯及型钢粗轧辊,锻钢冷轧辊广泛用作冷轧工作辊。由于冷轧板材要求质量较高,尤其是冷轧薄板广泛用于轻工、汽车、 建筑及铁道等行业,要生产高质量的冷轧薄板,必须要有高质量的冷轧工作辊做保证,这样对冷轧工作辊的性能提出很高的要求:辊身表面必须具有高而均匀的硬 度,以保证冷轧带材或钢板的尺寸精度和良好的表面质量;辊身具有一定的淬硬层深度;具有高的抗事故能力。为达到这些性能,对轧辊材质的原始组织要求很严: 一是纯净的冶金质量;二是组织的均匀性。高的冶金质量指轧辊钢锭结晶致密,偏析不严重,不允许存在白点,钢中残存的非金属夹杂物含量尽可能低。对轧辊使用状态下的组织要求为隐针M及细小C,碳化物颗粒尺寸尽可能细小(0.5-2微米),呈弥散分布。同时保证一定的淬硬层深度,淬硬层深度的增加,可以减少轧辊在使用中的重淬次数,大大降低轧辊成本
轧辊设计
1、锻造札辊的材料
为保证冷轧工作辊所必需的耐磨性能,要求轧辊表面的硬度达到780-900V PN。要达到这种硬度要求,新研究出一种热处理调质工艺,通过这种工艺对轧辊 表层进行调质热理,使在轧辊
表层深2 5 ~ 5 0 m m获得 氏体组织。该公司所用轧辊 材料是一种约含C0.8%,CrZ5% 的典型过共析钢,是谢菲尔德锻造集 团供给的高纯净度钢。实际上,用于轧制箔材的轧辊要求超纯净钢,是由公司内的 专业生产厂通过电渣重熔生的。
2。热处理
锻坯由锻造专业厂提供, 用开口模锻或者精密的GFM锻造。锻坯在热处 理之前机加工成正公差尺寸,在热处理后再精加工到最终产品尺寸。首先,进行调 节热处理,使碳溶入基体,并使剩余的化物全部球化。
调节热处理是在气体燃烧炉进行的,每一座热处理炉能够装 10根轧辊。从冷轧辊装炉算起郭达家庭背景,总的处理时间是10天。调节热处理之后,轧辊再加热到约900 ℃奥氏体化,然后进行喷水淬火。可采用以下两种加方法:
(1) 常规的方法。该方法是用一座新的 5区域立式气体燃烧炉。轧辊首先 在预热炉中预热,预热炉是利用奥氏体化炉的废气来加热轧辊的。奥氏体化炉采 用计算制来调节它的高速率气体烧嘴。轧辊奥氏体化后,在一立 的淬 火水箱 1 2 ~5000/分的水喷淋轧辊表面,并让水流过一个沿轧辊轴向穿过 的钻孔,整个热处理大约需要12h
  2)感应加热该公司应用一种新型的双感应圈炉,能够在三时内淬硬一根轧辊。通过一个感应圈把轧辊表而渐进加热到奥氏体化温度。轧辊被垂直夹住, 慢地下降通过感应圈。主感应圈的工作率为5 0 Hz,在轧辊通过感应圈时,轧辊 表层深约 5 0 m m 的区域被加热到9 0 0
  3) 于辊的种类和用途不同自探伤的时间要比手动探伤缩短1/4~1/2 右。第二感应圈的工作频率为5 H,wap歌词中文翻译用来补偿轧辊表面的冷却。紧接 在感应 圈下面 是一个淬火环,淬火环可以把压水喷淋在轧辊上整个操作过程大约需3 h。轧辊淬火后。都要在1 8 0~2 0 0 ℃温 度下回火2 4 h。大约有1 0% 的轧辊需要完全地转变组织,以保证各向一致性。在回火之前,将这些轧辊在一个 液氮的低温罐中放置2 4h,使 残余奥氏体部转变为马氏体。热处理完成后,轧辊进 行最终的机加工和研磨。3,常规加热方法与感应加热方法比较感应淬火与常规 的淬火方法相比,除成本之外,前者表现出了许多特殊的优点。实际上,在新的常规加热炉中每根轧辊的燃料成本有一定程度的下降。英国锻造轧辊公司是界上唯一可以用常规加热炉和感应加热生产轧辊的生产厂。选择哪种方法取决于最终性 能的要求,即热处理的残余应力和达到的淬透层深度。常规加热继之以淬火, 在轧辊的表面和轧辊的心部同时进行的,让水通过轧辊的轴线通孔和直接用水 喷淋轧辊 表面,结果残余压应力出现在轧辊的表面和沿
轴线靠近轧辊中心两个 区域,盛年不重来于是,轧辊内部的拉应力减小。感应加热不需要轧辊有中心通孔,因此, 淬火之后,轧辊的表面区域保持较低的残余压应力。这就使得轧辊更适合于应用喷丸硬化或者激处理来形成表面纹理。由于感应加热是一种局部加热方法,能够做到更快的冷却,,应用感应加热的马氏体转变层比用常规方法加热的马氏体 转变层更。感应加热的淬透层深度大约为5 0 m m,而用常规方法加热的淬透层深度2 0 m m。更深的淬透层提高了轧辊的使用寿命,因为,轧辊的使用寿命期间,在淬硬层被磨之前,可以进行更多次数的轧辊修整。虽然常规加的轧辊在使用期间也可以重新进行热处理,但是会增大轧辊偏心度。4。机加轧辊的粗加工在仿形 车床上进行大能够加工5t重的锻件。轧辊精加工是热处理之后在计算机数车床 上进行。经淬过火的轧辊 ,用立方氮化硼镶刃工具进行机加工,然后磨光到最 终尺寸。轧辊需要高的平行度和同心度,同心差要求达到o.05 m m,铝箔轧机的轧辊必须达到这个公差;钢带轧机要求的标准公差 苹果发布iOS16.0.3正式版是0O Z m m。用于生产饮料罐头铁盒的簿镀锡带的钢带轧机,正越来越多地要求高精度公差。5。质量担制硬度检验应用金刚锥压头的维 氏、硬度计。为保证正确的执行热处理工艺和轧辊横呱面有均匀的硬 ,`除进行现场金相检验之外,还需要进行超声波裂纹探 测。在制造每, 根轧辊的全过程中,从炼钢的原料开始,始终保持着良好的质 量跟踪,炼钢根据用户的订货合同安排,公司的产品检验按照B S 5 7
5 。来认可。结年年底始,英国锻造轧公司的生产能力达到每周生产轧辊 5 0 根。轧辊 总制造时间正常情况需要大约1 4,遇到紧急订货也可以 8~ 1 0 周内完成。