如何选择适合的辊锻机规格

1.辊锻变形力的确定

辊锻变形力是辊锻过程中的基本力学性能参数。正确地计算与确定辊锻力，对于选择辊锻设备与发挥辊锻设备的潜力具有重要意义。辊锻变形力是选择辊锻机的基本参数依据，可采用理论公式或经验公式的计算方法求得，也可以确定辊锻力矩并进而选择电动机功率。由于对辊锻过程金属变形理论和变形力的研究尚缺乏系统资料，因此虽有许多计算公式，但都不够难确。实际生产中，常按辊锻机与热模锻压力机的匹配关系参考表选择辊锻变形力（见表7-4）。

表7-4辊锻机与热模锻压力机的匹配关系参考表

2.辊锻机规格选择和辊锻模的结构

选择辊锻机时，在保证能满足所需变形力的条件下，一般都以公称辊径来选择。确定所需辊径，应按以下方法进行。

1）当辊坯不是很长（长度与最大直径之比，即长径比小于10）时，选择公称辊径主要考虑坯料能比较容易地咬入轧辊之间。为此，我们需要研究咬入条件——端部自然咬入，这是轧制过程中的典型咬入方式。

图7-22 辊坯咬入条件

从图7-22中可以看出，为了使坯料能咬入轧辊实现辊轧，必须满足T_ox≥P_ox，否则摩擦力不够，导致打滑。

T_ox=T_ocosα

P_ox=P_osinα

式中 T_ox——摩擦力T_o的水平分力；

P_ox——摩擦力P_o的水平分力。

即T_ocosα≥P_osinα

μ为摩擦系数，α为咬入角。

由以上分析可以得出结论：为实现咬入，必须使开始接触瞬间的摩擦系数大于咬入角的正切值，即只有在摩擦角β大于合力作用点至辊心连线与锻辊中心线间夹角α时，才能实现锻件的咬入。

以上为开始咬入条件。但当坯料咬入后继续辊锻时，正压力的合力P与轧辊中心线的夹角不是α，而是β，所以继续咬入条件只要能满足β=（1/3～1/2）α即可。其咬入角仅为开始咬入阶段咬入角的一半，便能维持辊锻过程的继续进行。因而在制坯辊锻时，为使咬入角增大，通常采用强制送进或坯料中部实现咬入的办法，这时咬入角有可能大于摩擦角。

钢材纵轧时的摩擦系数μ与α_max见表7-5。

表7-5钢材纵轧时的摩擦系数μ与αmax

在型槽中轧制（辊锻）时，咬入过程的基本原理与平辊中轧制矩形坯料的情况完全相同，只是多了型槽侧壁的作用。

在生产实际中，采用的型槽虽然多种多样，但就其在开始咬入时与坯料的接触情况而言，有两种典型情况：第一种情况与平辊中轧制矩形坯料的情况相似，如图7-23a、b所示；第二种情况是以型槽的斜壁（通称侧壁）与坯料首先接触而实现咬入，如图7-23c、d所示，这是孔型轧制中具有代表性的一种接触情况（见图7_-24）。

图7-23 辊坯咬入情况

在这种情况下，其咬入条件为

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式中 θ——型槽侧壁斜角。

由上式可见，θ角越小，对咬入越有利，允许的最大压下量也就越大。

辊锻时，在坯料的中部实现咬入的方式称为中间咬入。

辊锻时，开始咬入的部位不是坯料的端部，而是坯料中间某部位首先与辊锻模接触。中间咬入可在型槽的某部位上进行，如图7-25a所示；也可直接利用辊锻模的模壁前沿实现，如图7-25b所示。

图7-24 侧壁咬入

图7-25 中间咬入

a）型槽某部位上实现中间咬入 b）辊锻模壁前沿实现中间咬入

在坯料端部自然咬入时，其咬入条件为咬入角必须小于或等于摩擦角（极限条件时）；而在中间咬入时，是由辊锻模的突出部位直接压入坯料的中间而实现咬入，相当于机械式钳入。因此，在咬入瞬间，并不受摩擦条件的影响，其咬入角可以很大，但咬入后要继续进行辊锻，必须防止打滑现象发生。

逆向送料辊锻的基本咬入形式是中间咬入，此种送进及咬入方式多用在制坯辊锻及部分锻件的成形辊锻工艺上，如叶片等。顺向送料辊锻既可采用中间咬入，也可采用端部自然咬入，此种方式多用于成形辊锻。

制坯辊锻都采用毛坯中间咬入，因此最大咬入角α_max=34°，为保证此咬入角，相应的公称辊径D₀≥6d₀或D₀≥6a₀（d₀、a₀分别为原毛坯的直径、边长）。

2）当辊坯细而长（长度与最大直径之比，即长径比大于10）时，选择公称辊径主要考虑辊锻模的包角。为使扇形模的包角不超过180°，要求公称辊径D₀=L/1.5，L为辊坯的总长度。

3.辊锻模的结构

辊锻模的固定有两种形式：

1）直接用螺钉固定在模套上（见图7-26）。用于孔型道数多、角度大于180°的辊锻模，即模块宽而长的情况下。

2）通过压板螺钉固定在模套上（见图7-27）。用于孔型道数少、角度小于180°的辊锻模，即模块较小的情况下。

图7-26 直接用螺钉固定在模套上

图7-27 通过压板螺钉固定在模套上

型槽布置时应避开螺钉孔，两型槽间的最小间距z≥15～20mm（见图7-28）。

辊锻是旋转运动，是连续的静压变形，因此辊锻模的材料性能比锤上锻模的可以差一些。

从工厂使用情况来看，45钢就能满足要求。热处理硬度：型槽表面HBC=45～50，其余部位HBC=34～38。此外，还可采用球墨铸铁作为模具材料。在成形辊锻且变形抗力较大（如耐热合金等）的情况下，为提高模具寿命，模具材料采用5CrMnMo或3Cr2W8。

为了提高模具寿命，辊锻前，模具预热至200℃左右；辊锻中，采用二硫化钼作润滑剂。

图7-28 型模布置