楔横轧模具
1.楔横轧模具分类
主要分为三类:单辊弧形式轧机模具、辊式轧机模具（至少有两个辊） 平板式轧机模具。分别如下图所示：
楔横轧模具
2.楔横模具设计参数及要点



成形角α 成形角α对轧件的旋转条件、缩颈条件以及轧制压力 与力矩都有显著的影响。一般情况下，α角越大β角越大、 旋转条件越差，容易产生缩颈，但中心疏松条件改善，反 之，亦然。一般10° ≤ α ≤30 °. 展宽角β 展宽角β对轧件的旋转条件、疏松条件、缩颈条件以及 轧制压力与力矩都有显著的影响。一般情况下，成形角α 和楔展角β过小易产生曼内斯满效应。根据理论与实践， 展宽角大多在以下范围内选择：5 ° ≤β≤15°。 成型极限：断面收缩率ψ ψ=1-(d1/d0)2 式中：d0——轧件轧前直径； d1——轧件轧后直径。
<2>双辊式楔横轧机
双辊式楔横轧机由于具有生产效率高、调整方便、工艺稳定以及 模具加工制造相对容易等特点 ，是应用最为广泛的楔横轧机。
<3>板式楔横轧机
板式楔横轧机是依靠两个装有楔形模具的轧板做往复相向运动从而 使轧件轧制成形的一种轧机，这种轧机其突出特点是模具制造容易。 其驱动方式多为液压传动，因此具有结构简单、造价低 。
b.加热：加热方法为电感应加热。它与燃料加热比较，优点为不容易发生过
热与过烧，产品质量有保证；氧化铁皮损失小；生产灵活；生产环境好以及 节省人力与地方；容易实现机械化，自动化生产等。所以，凡有条件的工厂 都应采用中频电感应加热。 视 频
楔横轧工艺
c. 轧制：轧制是楔横轧轴类零件的主要工序。对于碳素钢和低合金钢，
楔横轧模具
楔横轧设备介绍
1.按模具结构分类

单辊弧形式轧机 辊式轧机（至少有两个辊）
平板式轧机


楔横轧设备介绍
<1>弧形式楔横轧机
2.各类楔横轧机的特点
优点:结构简单、重量轻、造价低，只需驱动一个轧辊，而不需 分速机构以及万向联轴器、相位调整机构等。 缺点:该机构具有无法加导向板、工艺调整困难、不易稳定致使 产品精度难以控制以及一支内弧形的楔形模具不易加工制造等严重缺 点，因此此种类型轧机应用较少。
式中：d0——轧件轧前直径； d1——轧件轧后直径）
楔横轧工艺
4.缺陷
（1）轧件内部产生疏松与空洞(曼内斯曼效应）如图（a） （2）端头凹心（轧件表面变形较大，中心变形较小） （3）轧件缩颈（拉应力大于材料的屈服应力，容易产生缩颈）如图（b） （4）弯曲 相位不同步，轧件便会出现U 形弯曲； 轧件旋入导板上的切刀槽内或刮蹭导板严重，会导致轧件扭曲、变形； 如模具的卸载段太短， 轧件在出模瞬间受力过大，也会导致轧件弯曲变形。 （5）表面产生螺旋痕（楔形面与楔顶圆过渡圆角R较小,料在流动过程中受阻，轧件 发生附加轴向变形，毛坯表面会出现螺旋状的压痕）如图（c） （6）深坑（导板间隙若调整不合适， 料在轧制过程中刮蹭导板， 轧件表面留下深坑 或者导板表面长时间未清理，有大量氧化皮和残渣积累，轧制时压入轧件垫伤表 面，会形成深坑）如图（d） 。

楔横轧模具
模具设计要点
• 轴向力平衡 模具作用到工件上的轴向力应平衡，确保工件不产生 左右窜动。对称轧制可实现轴向力平衡。非对称工件尽量两件一同 成形，可实现对称轧制并提高生产率。如无法实现对称轧制时应适 当设计模具使轴向力接近平衡。 满足旋转条件 工件旋转是实现楔横轧的必要条件。影响工件旋转 的有模具几何参数和模具与工件间的摩擦系数等因素。其中摩擦系 数的影响最大。增大摩擦有利于工件旋转，模具成形面粗糙化是使 工件旋转的最有效手段。 不产生拉缩 保证成形成过程中不因轴向力过大而使轧件出现拉缩 ，产生细颈。变形量过大，成形角α和楔展角β过大都使轴向力过 大，易于产生拉缩现象。
楔横轧设备介绍
双辊式楔横轧机
平板式楔横轧机
应用
楔横轧工艺主要适用于带旋转 体的轴类零件的生产而且常常用于 制坯工序，如汽车、拖拉机、摩托 车、内燃机等变速箱中的各种齿轮 轴、发动机中的凸轮轴、球头销等。
应用
铝合金零件 凸轮轴
发展与展望


进一步研究轧件在轧制过程中的受力模型以及金属在轴向 转移规律与工艺参数之间的关系，为多楔轧制以及偏心轧 制提供理论依据 楔横轧模具设计的CAD技术的应用 利用开发的楔横轧模具 设计的CAD软件,不仅使模具的设计变的简单，而且还可获 的三维图形，生成加工代码，可直接输入到数控加工中心， 进行模具的加工，这样可极大的提高设计和加工效率。 楔横轧工艺数值模拟与物理模拟利用有限元技术，对楔横 轧工艺可进行数值模拟以得到轧件内部的应力应变场信息， 不同工艺参数对应力应变场的影响。这对于认识楔横轧工 艺过程中材料的流动规律，优化模具参数设计提供了理论 依据和设计指导。
f.校直：对于楔横轧轴类件，尤其是细长的轴类件，在加热、轧制、
冷却以及正火处理中，免不了有弯曲变形，所以通常需要矫正工序。
楔横轧工艺
g. 产品锯切(检验)：将料头锯切掉，满足成品尺寸要求。在整个
生产过程中，每一道工序都需要检验，以判断是否合格，不合格 品是返工还是报废。
2.楔横轧特点
1) 高的生产效率:生产效率可达10件/分钟； 2)材料利用率高:材料利用率可达90%以上； 3）模具寿命高:模具寿命是模锻工艺模具寿命的10倍以上； 4）产品质量好:产品精度可达钢质模锻件国家标准中的精密级， 直径方向可达±0.3mm长度方向±0.5mm。
楔横轧制
Cross wedge rolling
Contents

定义(Definition）
楔横轧制工艺（Process of
cross wedge rolling ）
楔横轧模具（Wedge rolling mold ）


楔横轧设备介绍（Cross wedge rolling equipment）
视频
楔横轧工艺
1.楔横轧工艺流程
棒材锯切→加热→轧制→正火（空冷）（→机械加工） → 抛 丸→矫直→产品锯切
流程说明： a.棒材锯切：实际生产中主要有剪切和锯切两种下料方式，剪切下料优点
是生产率高、在断口处无材料损失，缺点是剪口截面质量差。故这种下料只 能用于产品两头需轧细并去掉料头的产品。用带式锯下料虽然有切口损失， 但由于切口质量好是楔横轧车间主要下料方式。
楔横轧模具
楔横轧工艺参数
AA→CC 楔入区
CC→DD 延展区
DD→EE 精整区 成形角α 楔展角β 成型极限断面收缩率ψ： （ψ=1-(d1/d0)2
式中：d0——轧件轧前直径 ； d1——轧件轧后直径）
楔横轧模具
3. 楔横轧制模具设计
楔横轧模具设计的基本原则
在设计楔横轧模具时，一般应遵循下 述4个原则 疏松条件。
楔横轧工艺
（7）折叠（模具安装时，上、下模具型腔未对齐，导致模具边棱形成剪刀 状，将料剪切起皮，随后辗压在轧件表面形成压皮。）如图（e）； （8）充不满（截齐曲线修磨未到位，模具便会将料排出，毛坯就会出现未 充满的现象）
图（a）
图（b）
图（c）
楔横轧工艺
图（d）

图（e）
防止缺陷的措施：
（1）稳定轧制：即指坯料与工具之间相对滑动最小, 不出现由于极限压缩程度选 择不当(偏大) 而使工件内部常出现疏松、孔腔、表面无螺旋纹。 （2）控制工艺参数（轧制次数、成形角α、楔展角β、断面收缩率Ψ、过渡圆角 R等) 成型极限分别与成形角α、展宽角β和圆角R的关系分别如下图所示：
楔横轧工艺
3.楔横轧工艺参数
AA→CC 楔入区 CC→DD 延展区 DD→EE 精整区
成形角α
楔展角β 成型极限断面收缩率ψ： ψ=1-(d1/d0)2 式中：d0——轧件轧前 直径； d1——轧件轧后 直径）
楔横轧工艺
3.楔横轧工艺参数
AA→CC 楔入区
CC→DD 延展区
DD→EE 精整区 成形角α 楔展角β 成型极限断面收缩率ψ： （ψ=1-(d1/d0)2
一般轧制温度为1000～1200℃。
d.正火：一般采用天然气无氧化正火炉或台车式电阻正火炉进行轴类
零件毛坯的正火处理。正火的主要目的是得到符合切削加工的硬度、 合适内部组织以及消除零件的内应力等。
e. 抛丸清理：轴类零件毛坯多采用抛丸清理。其主要目的一是清除
轧制、正火后轧件表面形成的氧化铁皮及其他缺陷（皱纹、毛刺等）， 减少在切削加工中刀具的磨损；二是显露轧件表面缺陷，为检查轧件 质量提供条件。
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内部不产生疏松 轧制时易出现的曼乃斯曼效应即产生疏松应予 以重视。综合考虑工艺参数与变形参数的组合，可有效的防止出现 疏松。
楔横轧模具
模具的加工



模具的材料：5CrMnMo 5CrNiMo ZG55等 热处理要求：调质处理，硬度HRC34~37 模具寿命：一次修模20万次，可修2~3次 传统加工: 普通车床 :通过选择挂轮来获的所要求的螺距、 数控车床。 现代加工方法：二维设计→ 三维造型→生成加工 代码→数控加工中心（在楔横轧模具CAD/CAPP 集成化信息模型基础上完成模具加工）
楔横轧工艺
Ψb:由于断面收缩率过小， 在毛坯表面产生材料流动 缺陷的界限 Ψf：毛坯搜轴向拉力过大 而产生颈缩的界限 Ψl:毛坯与模具间的摩擦 力不足而不能旋转的界限 ψm：曼联内斯曼效应， 毛坯产生中心孔的界限
K：与毛坯材质有关的参 数，材质越好K越大
楔横轧工艺
过渡圆角R 与断面收缩率的关系
应用（Application）
什么是楔横轧？
在两个相同的作相向直线运动的平直楔形模或两个相同的作同向旋 转的圆弧形楔形模间横轧毛坯, 模具的楔压入到毛坯中去, 并使毛坯旋 转, 利用楔形模的倾斜侧边压缩和辗压金属, 使毛坯的直径减小, 长度增 大, 同时利用楔形模的平凸边来精整毛坯减径面的尺一寸和辗光其表面。