冷辗扩的工艺原理及优劣势

caizhaohe · 发表于 2011-7-12 22:19:52

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　　冷辗扩加工是一种少、无切削的新工艺，由于精密冷辗扩能最大限度地使工件形状和精度接近于成品零件的形状和精度，并可显著改善工件的内在质量，世界各国都在致力于冷辗扩技术的开发研究，并已在批量生产中实际应用。如英国FORMFIO公司的冷辗生产线，德国SKF公司的EMB型封闭成型扩孔机冷辗生产线，德国宝飞螺(巴德杜本)的URWA型全自动轴承套圈冷辗机，日本共荣的CRF型冷辗机等，其中德国和日本的设备在国内轴承行业已有少量引进。
　　虽然国内很多企业对冷辗技术的关注不断增加，但受制于原材料质量、毛坯重量与精度、冷辗工艺以及缺乏高性价比的设备等原因，轴承套圈冷辗技术一直未能得到广泛应用，因此了解冷辗扩的工作原理、工艺以及所存在的优劣势，有助于企业对于冷辗扩的应用作出正确选择。
　　一、冷辗扩的工作原理
　　1、精密冷辗技术是在常温下将环形回转类零件采用挤压进而塑性变形而得到成品件的一种冷加工成形方法。冷辗扩的工作理是由一个主驱动的成型辗轮来成形外表面形状，一个从动的成型芯棒来成形内表面形状，芯棒和工件由支承轮支承，辗压工件时，辗轮带动工件旋转，芯棒在与进给装置固联的支承轮的推动下挤压工件，从而实现工件的辗压。
　　2、冷辗扩阶段分析
　　在冷辗压过程中，辗压力不是个常数，其随着进给的行程变化，有着明显的阶段性，冷辗压力与行程关系一般可分为三个阶段：
　　第Ⅰ阶段——压紧变形阶段。辗压开始，支承轮机构开始进给，辗压力必须克服金属内部的变形阻力以及坯料与模具间的摩擦力，使所有的金属晶格完全被压紧，金属材料开始产生塑性变形，辗压力急剧增高。
　　第Ⅱ阶段——稳定变形阶段。支承轮机构继续进给，迫使金属继续流动。在这阶段中，只改变坯料高度，变形区稳定不变，塑性变形区高度不随时间而改变，压力也不随行程而变化，故称为此阶段内的塑性变形区高度称为稳定塑性变形区高度。该高度可根据当辗压力达到某一最小值时，才可产生稳定变形的原理来确定。
　　第Ⅲ阶段——当坯料的残留厚度超过稳定变形区高度以后，如支承轮机构继续向前运动时，辗压力又急剧上升。
　　由上述分析可知，第二阶段结束时，如果继续辗压，压力就急剧增加。因此，此时必须结束辗压，否则模具或辗扩机就较易损坏。
　　当第二阶段完成时就结束整个辗压过程，那么，此时辗压余料的厚度就等于稳定变形区的高度。如果第二阶段结束时仍继续辗压，此时压力会急剧升高。若限制升高值不超出模具的许用单位压力，并按此原理求得的辗压余料的厚度，这样即可充分发挥模具材料的能力，又可节省原材料的损耗。此时辗压余料的厚度应小于稳定变形区的高度。一般情况下，第二阶段辗压即告结束。
　　二、冷辗扩的主要应用工艺
　　1、按应用方式一般分为精密冷辗和粗辗两种。
　　国外最多采用的是粗辗。一般情况下形状复杂和小尺寸的套圈采用精辗工艺较多，规格较大(一般308以上)基本采用粗辗，SKF不建议采用精辗。
　　精密冷辗优势是沟道、倒角不用车，劣势是模具要求高，变形大影响磨削率。
　　粗辗优势是容易控制，不影响磨削效率，生产布局简单。劣势是精度不足，后续车加工工作量较大。
　　2、按冷辗前毛坯种类分为锻件冷辗成型和钢管套圈冷辗成型两种
　　上述工艺应根据用户实际条件、经济性、成品要求等进行选择，但不管采用何种工艺，对于毛坯的材质要求、毛坯硬度、毛坯重量控制都是一样的。
　　3、一般冷辗成型后需要进行整径，以保证套圈精度。
　　三、冷辗扩的优劣势
　　1、优势
　　1)可以降低原材料的消耗，与传统的车削加工的方式相比，精密冷辗加工可使材料节省率提高10%～15%以上；
　　2)可以一次完成复杂表面的成型加工，提高劳动生产率；
　　3)可以改善零件的机械性能，冷辗压变形后，金属材料的晶粒组织更加致密，金属流线不变，没有切断，材料的抗疲劳强度提高；
　　4)冷辗扩可以减少材料消耗和缩短加工时间，降低了生产成本。
　　2、不足之处
　　1)磨具加工难度和磨具使用成本较高；
　　2)工艺掌握困难，使用难度较高；
　　3)套圈容易产生微裂纹现象；
　　4)形状误差相对较大(尺寸越大误差越大)，因变形大而影响后续磨削效率；
　　5)对毛坯质量要求较高：冷辗用毛坯应具一定的精度，毛坯重量误差不得超过0.5%，毛坯硬度要求均匀一致，不得有裂纹和明显脱碳等。
　　6)由于国内缺乏有经验的工艺技术、操作维护的人员，企业需要自行摸索经验，因此从设备引进到成熟应用一般需要很长的周期。
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