江紹成，李培興

（1.成都機(jī)車車輛工廠，四川 成都 610051；2.無錫大橋軸承機(jī)械有限公司，江蘇 無錫 214121）

1 前言

輾環(huán)機(jī)被廣泛應(yīng)用在各種環(huán)件的大批量生產(chǎn)中，全世界年產(chǎn)量達(dá)數(shù)千萬噸。目前國內(nèi)外各種立式輾環(huán)機(jī)多只具有徑向輾壓功能，在環(huán)件擴(kuò)孔過程中，環(huán)件兩側(cè)面的毛刺和端面凹陷是其常見缺陷。為此需加大環(huán)件毛坯軸向高度，加上后續(xù)的機(jī)加工費(fèi)用，降低了材料利用率，加大了制造成本。此外，為防止輾壓時環(huán)件軸向竄動以及為保證環(huán)件高度需要，在主輾壓輪上須設(shè)置相應(yīng)的凹槽，不同的環(huán)件其主輾壓輪上的槽寬、槽深也不同，企業(yè)需備有大量不同槽形的主輾壓輪，不僅增加了生產(chǎn)成本，而且頻繁更換模具也影響了生產(chǎn)效率。

輾環(huán)機(jī)主要有立式輾環(huán)機(jī)和臥式輾環(huán)機(jī)兩大類。前者常用于直徑小于400mm的中小型環(huán)件的生產(chǎn)，后者用于大型環(huán)件生產(chǎn)。現(xiàn)今的臥式輾環(huán)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜并已實(shí)現(xiàn)數(shù)控化，其裝置了體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸向輾壓部件，上下兩個錐形軋輥分別由直流調(diào)速電機(jī)經(jīng)變速箱驅(qū)動，上軋輥用油缸拖動對環(huán)件端面施壓，整個部件又借助液壓伺服系統(tǒng)隨環(huán)件直徑擴(kuò)大而沿徑向?qū)к壸鞲欉\(yùn)動。它雖較好地解決了大型環(huán)件端面凹陷和毛刺等缺陷，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大、造價高昂，一臺臥式輾環(huán)機(jī)的售價常為普通立式輾環(huán)機(jī)的十幾甚至數(shù)十倍。僅其軸向輾壓部件的造價就超過了幾臺立式輾環(huán)機(jī)的總價，難以廣泛應(yīng)用，使數(shù)量巨大的中小型環(huán)件的生產(chǎn)缺陷問題長期無法解決。

此前，各種規(guī)格的立式輾環(huán)機(jī)加工環(huán)件直徑一般都不超過400mm，隨著技術(shù)發(fā)展和環(huán)件需求量的增長，如今的立式輾環(huán)機(jī)已能軋制直徑達(dá)1200mm的環(huán)件，其售價僅是臥式輾環(huán)機(jī)售價的零頭，受到中小企業(yè)的普遍歡迎。但目前國內(nèi)外的立式輾環(huán)機(jī)因多種原因大都沒有設(shè)置軸向輾壓部件，無法解決環(huán)件側(cè)面毛刺和端面凹陷的慣性質(zhì)量問題；對于輾擴(kuò)比大于5或直徑大于500mm的環(huán)件，為克服上述缺陷常需采取多火加熱、火間鍛平端面等措施，而且生產(chǎn)一種環(huán)件就需要有一套專用模具。影響了環(huán)件質(zhì)量，提高了成本，降低了生產(chǎn)效率。

針對立式輾環(huán)機(jī)的上述不足，研制一種具備同時對環(huán)件實(shí)施徑向和軸向輾壓功能的立式輾環(huán)機(jī)，將具有較大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。

2 徑軸雙向立式輾環(huán)機(jī)結(jié)構(gòu)組成

圖1 徑軸雙向立式輾環(huán)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 軸向輾壓部件結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1、圖2所示，機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由床身部件A、信號輪部件B、軸向輾壓部件C、徑向輾壓部件D和推力輪部件E組成。在床身上設(shè)置了兩條夾角為β的徑向?qū)к?，一條供徑向輾壓部件D進(jìn)給使用，另一條供軸向輾壓部件C進(jìn)入或退出工作位置使用。徑向輾壓部件D與原立式輾環(huán)機(jī)結(jié)構(gòu)和功能類似，它們是由電動機(jī)通過減速箱、萬向軸帶動徑向主輾壓輪轉(zhuǎn)動（圖中未示出），徑向主輾壓輪12安裝在滑塊13上，在油缸15推動下沿床身部件A上的一條徑向?qū)к?4作下壓運(yùn)動，徑向主輾壓輪12和芯輥11構(gòu)成一對軋輥，對環(huán)坯10進(jìn)行周而復(fù)始的徑向輾壓使環(huán)坯10擴(kuò)徑，在推力輥部件E和信號輥部件B的協(xié)同作用下成形。在徑向輾壓部件D的導(dǎo)軌14與信號輪部件B之間、與導(dǎo)軌14成一定夾角β的床身部件上的另一條徑向?qū)к?7上，安置了一個軸向輾壓部件C，借助其上的徑向油缸18推動該部件C沿徑向?qū)к?7上運(yùn)動，使其進(jìn)入或退出工作位置，軸向輾壓部件的滑塊16的下部固接了一個安裝了油馬達(dá)23的下支承架24，油馬達(dá)23的前端安裝了一個錐形下軋輥22，錐形下軋輥22的上表面（上母線）略高于機(jī)器原有的托住環(huán)件10下端面的擋板5，滑塊16的上部安裝了一個軸向?qū)к?9，其上的軸向油缸21推動軸向滑塊20沿軸向?qū)к?9作對環(huán)件10的軸向運(yùn)動，該軸向滑塊20上也有一個安裝了油馬達(dá)26的上支承架27，油馬達(dá)26的前端安裝了一個錐形上軋輥25，錐形上、下軋輥22、25在油路串聯(lián)的兩個油馬達(dá)23、26帶動下作反向同速旋轉(zhuǎn)，錐形上軋輥25在下壓過程中與原地旋轉(zhuǎn)的錐形下軋輥22構(gòu)成一對軸向軋輥，在徑向輾壓部件D對環(huán)件10進(jìn)行徑向輾壓擴(kuò)徑的同時，對環(huán)件10的兩側(cè)端面實(shí)施周而復(fù)始的連續(xù)地滾動軸向輾壓，其終點(diǎn)位置可由電氣開關(guān)設(shè)定，保證了環(huán)件10的高度尺寸，并消除了側(cè)面毛刺和端面凹陷。該對錐形輾壓輪22和25還起著環(huán)坯10軸向定位的作用，防止環(huán)坯10因主輾壓輪12無槽而軸向竄動，使輾環(huán)順利進(jìn)行。為了提高工作效率，信號輪部件B的后部設(shè)有油缸1，安裝著信號輪4的滑枕2在油缸1的推動下可沿滑枕導(dǎo)軌3運(yùn)動；推力輪部件E的后部也設(shè)有油缸6，安裝著推力輪9的滑枕7在油缸6的推動下可以沿滑枕導(dǎo)軌8運(yùn)動，以便調(diào)整信號輪和推力輪，適應(yīng)不同直徑的環(huán)件，它們的工作位置可以用電氣開關(guān)來設(shè)定（也可以用目前常用的螺桿副手動調(diào)整它們的工作位置）。由于該機(jī)的各部件均由液壓驅(qū)動，可以方便地實(shí)現(xiàn)半自動化、自動化操作。

圖3 徑軸雙向多功能輾環(huán)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖

如圖3所示，若在多功能輾環(huán)機(jī)（詳見本刊2009年第2期，P28-30）上設(shè)置軸向輾壓部件，可實(shí)現(xiàn)直徑超過1000mm的大型環(huán)件的徑軸雙向輾壓，只須將軸向?qū)к?、滑塊和上、下錐形輾壓輪的組件（30、31）安裝到由隨動油缸28拖動的左副輾輪（或信號輪）29的繞支鉸軸33擺動的左杠桿32上，在徑向主輾壓輪40和芯輥39對環(huán)件37進(jìn)行徑向輾壓，左副輾輪（或信號輪）29隨著環(huán)件37外徑的擴(kuò)大而后退時，一對錐形上下軋輥31與左副輾輪（或信號輪）29一起隨著左杠桿32擺動而后退，始終保持著對環(huán)件37的兩側(cè)端面進(jìn)行連續(xù)的滾動軸向輾壓。右側(cè)的右副輾輪（或推力輪）35安裝在由油缸34推動的繞支餃軸38擺動的右杠桿36上，信號輪29和推力輪35的工作位置可用電氣開關(guān)設(shè)定并調(diào)整，不僅可方便地調(diào)整它們的位置，而且在軋制輾擴(kuò)比很大的環(huán)件37時，可不停機(jī)地改變推力輪35的位置，一火完成。

圖4為51Y-250ES型徑軸雙向立式輾環(huán)機(jī)外觀圖，圖5為徑軸雙向立式輾環(huán)機(jī)模具相互位置圖，圖6為成形環(huán)件熱態(tài)照片。

圖4 徑軸雙向立式輾環(huán)機(jī)外觀圖

圖5 徑軸雙向立式輾環(huán)機(jī)模具相互位置圖

3 徑軸雙向立式輾環(huán)機(jī)的工作特點(diǎn)和優(yōu)勢

（1）解決了立式輾環(huán)機(jī)生產(chǎn)中的環(huán)件側(cè)面毛刺和端面凹陷的慣性質(zhì)量缺陷，改善了環(huán)件質(zhì)量。

（2）提高了環(huán)件精度，節(jié)約了原材料，提高了生產(chǎn)效率，擴(kuò)大了普通立式輾環(huán)機(jī)的工作范圍。

（3）主輾壓輪形狀簡單，無須因環(huán)件尺寸相異而開不同寬度和深度的槽形，母線平直、形狀簡單的主輾壓輪可適用于外周為圓柱形的所有環(huán)件而實(shí)現(xiàn)了通用性，大大減少了模具數(shù)量，降低了生產(chǎn)成本，又因不必頻繁更換模具而提高了生產(chǎn)效率。

圖6 成形環(huán)件熱態(tài)圖

（4）軸向輾壓部件上的一對錐形輾壓輪由油路串聯(lián)的兩個油馬達(dá)驅(qū)動，保證了它們的反向同速，結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)節(jié)方便，該對錐形輾壓輪還起著環(huán)坯軸向定位的作用，防止環(huán)坯因主輾壓輪無槽而軸向竄動，軸向輾壓的油馬達(dá)傳動的柔性和可調(diào)性，也易于與主輾壓輪的徑向輾壓相互協(xié)調(diào)，使輾環(huán)順利進(jìn)行。

4 結(jié)束語

針對當(dāng)今廣泛應(yīng)用于大批量中小環(huán)件生產(chǎn)的立式輾環(huán)機(jī)的不足，設(shè)計制造了一種徑軸雙向立式輾環(huán)機(jī)。它不同于臥式輾環(huán)機(jī)的龐大和復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)緊湊實(shí)用、調(diào)整操作方便，實(shí)現(xiàn)了半自動化生產(chǎn)。在環(huán)件徑向輾壓（擴(kuò)徑）過程中，同時對環(huán)件的兩端面進(jìn)行連續(xù)地滾動軸向輾壓，使用外形簡單的通用型模具就能生產(chǎn)不同直徑和高度的環(huán)件，而且消除了環(huán)件側(cè)面毛刺和端面凹陷的缺陷，提高了環(huán)件的制造精度和產(chǎn)品質(zhì)量，明顯降低了立式輾環(huán)機(jī)生產(chǎn)環(huán)件的成本。該機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單、可靠實(shí)用、安裝調(diào)整操作方便、造價低，可方便實(shí)現(xiàn)半自動化和自動化操作，將是立式輾環(huán)機(jī)的升級換代產(chǎn)品。

[1] 華 林，黃興高，朱春東.環(huán)件軋制理論和技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2] 中國機(jī)械工程學(xué)會鍛壓分會.鍛壓手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[3] 胡正寰，華 林.零件軋制成形技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[4] 江紹成，李培興.中國專利號201310239004.0的專利技術(shù)說明書.2013.