环轧
环轧
环轧是锻压操作增加厚度(截面)和减少工件的直径(周长)之间的挤压效应,因为它通过两个旋转辊。它是一种先进的技术,广泛用于生产无缝环通常被用作法兰、管法兰、环齿轮结构环,燃气轮机戒指,核反应堆部件、航空发动机外壳,不同的连接法兰。
大部分金属环轧是一个渐进成形工艺用于生产无缝环与各种各样的大小和形状以及可加工的材料,它允许应用程序的滚环在几个行业。这个过程是通过减少在两辊环形成的横截面积的差距,增加其直径。为实现这一点,non-driven心轴移动的方向旋转驱动的main-roll径向辊缝,减少壁厚的戒指。同时,两个驱动锥形辊位于垂直的对面机器轴辊缝形状,环的高度的降低上辊向下运动。两个导辊确保循环以及对齐的环机侧向力诱导目标向内两侧的轴的机器。
滚环及相关产品几年来在许多应用程序中使用。输入材料包括碳钢、铝、镍、钴合金和铜,黄铜,几种类型的工具钢。滚圈的使用主要分为几个行业团体。通常意味着大量生产的运输组件。很多尺寸通常在数千或数万。汽车零部件包括轴承、环齿轮、最终传动齿轮、传动组件、离合器组件和轮空白。铁路的部分包括轮轴承、铁路车轮,和油轮法兰。另一个相关的细分市场是越野设备如推土机和剩下的。越野设备部分包括under-carriage组件如驱动链轮、惰轮圈和大型起重机和挖掘设备的轴承。
航天宇宙的行业,一些喷气发动机和宇宙飞船零件滚难以形成,耐热合金,如不锈钢、钛、镍基超合金。很多大小对这些产品往往是一块一样小。因为这种材料价格高,加工困难和严格的生产控制,零件在这个家庭通常形成轮廓在尽可能接近net-shape形式来减少加工和废物。部分在航天宇宙包括旋转和旋转环用于风扇,发动机外壳,和引擎磁盘。
市场上最大的部分之一是能源产品。很多大小在这段可以是大或小,这取决于应用程序。部分细分市场包括陆基涡轮机部分,法兰,间距器和石油工业的百叶窗,核反应堆容器组件和组件。另一个快速增长的细分市场是风力发电组的组件包括轴承、塔连接法兰,发电机部分。商业是戒指的归总齿轮等大型设备,轴承大型起重机、食品加工模具,锻造和控制死亡。
环轧过程创建无缝环形组件使用专用设备和形成过程。无缝滚环需要更少的输入材料,生产更快,更精确,而且因为圆周颗粒流的结束部分,比那些由环生产的替代方法。
在最简单的形式中,环轧轴精成形及其相关过程是增量成形过程施加力量在整体锻造的一个部分,以形成一个低吨位的一部分比替代过程。因为独特的自然的渐进成形过程中,就可以形成更大、更复杂的部分使用只需要一小部分的力量如果整个部分是形成下死亡。图1显示了一个环轧制过程的示意图。
图1环轧过程的示意图
过程概述——输入空白环轧制过程是一个环状的预成型通常形成于液压机、机械压力机、锻造锤。最近,管材的切割长度已成功应用。空白通常形成热,但温暖和冷成型也可能为更小的部分或部分需要更精确地形成的。
环辊上的环状的空白被放置在一个undriven心轴小于空白,芯棒是在压力下被迫向主辊驱动的。当空白接触主辊,主辊之间的摩擦,空白,芯棒使空白和芯棒旋转主辊的转动方向。定心武器是用来保持空白集中在防止缺陷形成的环。主要轧辊和芯棒之间的差距逐渐减少,因此减少壁厚的戒指,同时增加其直径的圆周挤压而发生。
环高度管理通过被顶部和底部的主要包含辊或同时使用的轴卷法在顶部和底部表面的环以类似方式主轧辊和芯棒。结果是一个统一的截面环、磁盘或contour-shaped组件可进一步加工成成品加工(通常)。
戒指尺寸和生产范围- - - - - -滚环的尺寸范围大而越来越大。可能的大小包括环的外径(OD) 75毫米(毫米)的最大OD 9米(米)。环高度范围从12毫米到4米。权值的范围从0.3千克(公斤)超过90 t(吨)。虽然大多数环之间的OD范围250毫米和1200毫米高度75毫米至800毫米,壁厚20毫米和120毫米之间,有相当数量的戒指不属于这个范围。
进一步,因为环轧制计算机控制的发展,越来越多的极端垫圈和套筒式滚环。洗衣机,墙thickness-to-height 20比1的比率是常见的,并使用专门准备空白,wall-to-height比率高达28日至1。常见sleeve-type-ring wall-to-height比率1到25和袖子wall-to-height比率高达1到30是可能的在特定的机器上。
有一个大范围的波状外形的/形状的横截面,可以由环轧。在某些情况下,更经济和更实际的波状外形的滚环2比8的倍数。这些倍数狭缝或互相分开锯或加工。相同的组件通常反映,地方薄墙在滚圈的中间部分易于分离。然后自环中线对称的,这样的戒指经常可以从一个简单的滚空白和滚动期间可以预见其行为比一个不对称环的行为如果单独滚。图2显示了轮廓环形状的例子。
图2的例子轮廓环的形状
机器——在19世纪中期到19世纪,铁路系统的快速扩张创造了一个铁路车轮轮胎需求量增大。最初,这些物品是伪造的,辛苦地,使用锤子。早在1852年,然而,tire-rolling机器建在英格兰。结果提高生产率、改进产品性能将更多形成前轮胎加工保证环轧技术在锻造行业站稳脚跟。
早期的机器只radial-pass单元(图3)。即。,they used a single roll pair and controlled height by containing the ring in a shaped tool. These machines were of two basic types, based on the plane of the ring during rolling namely (i) horizontal, in which the ring rotates around its vertical axis, and (ii) vertical, in which the ring rotates around its horizontal axis. Fig 3 shows schematics of single pass and two pass ring rolling.
图3单和两个传球环轧制图表
立式机床有限的直径范围的实际考虑地板工作高度。卧式机的直径上限限制只有可用的面积。水平的机器,一些支持的手段提供底部的环。主辊(旧机)或心轴的垂直机作为环的方法支持。使用这项技术包含一个更大的各种各样的戒指和戒指最终用途,单程滚动的根本缺点(端面缺陷)被迫考虑两个整(图3 b)。
到1900年代初,水液压卧式机与直接操作的阀门被建造第二个正好相反的原始径向传球为目的的(有限的)轴向高度降低。这些机器被称为radial-axial米尔斯。第一个油液压伺服阀控制radial-axial米尔斯出现在1960年代早期。自1930年以来,迅速增加使用减摩轴承已上升到一个特定类型的需求无缝环滚。内部和外部轴承生产比赛各种各样的大小,那些使用滚环主要OD从75毫米到1000毫米,40毫米到250毫米高,体重140公斤。高通量multiple-mandrel表米尔斯轻被专门设计来满足这种需求。
变化这四个基本磨机类型继续出现,与不断完善的机械设计系统。电子产品的飞速发展使微处理器和计算机技术的应用环轧制设备。各种特殊用途的机器也被建造在不同的时间在过去的100年。水平和垂直方向的铁路车轮轧钢厂1900年左右以来就一直存在。有一段时间,压力铸造轮代表的大多数铁路轮全球市场。然而,最近,因为高铁交通和优质的铁路车轮滚,锻造轮的流行正在迅速上升。专用线路现在在一个转变生产超过500个轮子紧公差,净表面,和更轻的重量比轮子。
需要特别注意的是轴向闭模轧制过程(旋转或轨道锻造)。在这台机器,一个穿孔空白,固态磁盘或预先已有的环产生传统环轧制设备之间工作inclined-rotating死亡。环形锻件的尺寸精度,在一系列复杂的横截面,可以使用只有一小部分的生产,竞争所需的力锻造的过程。
垂直滚动机器提供更多的轧制力和驱动力量对于一个给定的资本支出比水平单程或2-pass对等集合替代之。这是由于其坚固的结构的简单性和最小需求的机器基础。垂直米尔斯也特性主要辊直径小,提供更深层的咬或渗透在滚动通过水平。他们还提供进一步支持滚动芯棒比19世纪的大多数水平的机器。这允许使用一个较小的芯棒(和相应的较小的皮尔斯在空白)对于一个给定的吨位。
最后,芯棒是一个简单的设计,因此更便宜。垂直轧钢厂多年来尤为青睐的生产商的喷气式发动机的戒指。今天现代的垂直米尔斯计算机数控(CNC),功能自动芯棒收缩,激光测量系统,使其比以往任何时候都更富有成效。使用分析工具,波状外形的形状可以生产这种类型的机器上。图4显示了一个示意图的垂直环轧机。
图4的一个垂直的环轧机
垂直滚动通过开放以来,机器产生端面缺陷在滚动(称为鱼尾巴)。定期滚动停止和环夷为平地滚动可以继续之前在媒体或锤。还有一个OD限制垂直机器,为了更大的ODs滚,机器将更高。最终,环空,举起在空中如此之高负载,设计变得不切实际。
第二种类型的环轧机是radial-axial水平辊压机。尽管几个单程水平机器目前使用,很少近年来安装了。现代机器是2-pass pre-dominant radial-axial机器。径向轴向辗环机,滚环同时在径向和轴向传球,这是通常(但不总是)直接对面径向传递。保持在适当的位置在滚动,定心辊。这些卷之间的正确位置环径向和轴向滚辊在滚动。
定心辊的位置仔细控制在滚动,没有多余的压力环在滚动。结果是光滑,平坦的表面径向和轴向的脸紧公差。自从在滚动轴框架能够移动,可以极大OD的辊环。唯一的限制是环的稳定性。图5显示了一个示意图radial-axial环轧机。
图5 radial-axial环轧机的草图
环空放在滚动表或者一个undriven心轴。在新机器,这心轴是可伸缩的,允许易于操纵。环取决于表板形成径向马车的一部分。在旧机器,支持部门(连接到径向运输)与心轴上轴承降低支持芯棒上。在新模型中,芯棒来自上方的顶部环通过空白和降低到一个较低的接待底部轴承支持它。
更新的设计不断的提升和降低机制规模下降的道路。它还允许复杂的内径(ID)轮廓工具来提高和降低环空的ID。一旦就位,芯棒和滚动表是一个主要的滚动,直到它使接触。主辊旋转在一个常数,预先确定速度。环开始旋转芯棒挤压环墙。这反过来使心轴旋转。
一个单独的住房,拥有一对锥形(轴向)卷,进步,直到这些卷涵盖环的端面空白。较低的锥形辊举行在一个固定的位置,这样卷上(水平)表面通常是3毫米到5毫米以上的表板。锥形辊通常驱动,上辊上下移动液压。上辊引导在一个幻灯片向低辊引起轴向高度还原的戒指。轴卷取随着环直径的增加,维持最低锥形辊之间的滑动滚动条件和环端面孔和保持增长的轴向马车的戒指。
示踪剂轮安装在幻灯片之间的轴向滚动接触环OD。环直径是通过测量的相对位移监测示踪轮和轴向马车。在新机器,示踪剂辊被激光测量装置反射激光束环和措施的距离环激光单元。自从激光非接触式测量装置,它不会影响环,没有机械部件磨损。此外,激光可以测量任何表面的位置环的脸,产生更精确的测量,尤其是轮廓环的脸上可能很复杂。
在旧机器,一对液压定心武器(图6),通过齿轮连接段,联系环OD和确保环保持圆形,在正确的位置与轧机的纵轴。负载细胞这些定心武器检测每个定心辊武力上的差异。通过轧机控制系统,负载细胞引起快速,微调轴辊速度删除任何力量不平衡,因此维护的正确定位环在滚动。手动(通过电位计)或自动定心力降低滚动发展和环的刚度降低。图6显示了定心机构设计的草图。
图6定心机构设计的草图
在现代机器,定心武器不再是通过齿轮连接段(图6 b)。数控的感官定心手臂的位置,通过伺服阀保持双手的位置。自定心武器不是身体绑在一起,手臂有能力影响的位置环以多种方式。他们可以举行的环中心位置或移动它稍微的提高灌装中心死在轮廓卷。事实上,手臂甚至不需要接触轧制时的环。他们可以被编程轻轻地引导它没有破碎,允许尤其是薄(小于10毫米)墙部分滚。
径向(壁厚)和轴向之间的关系(高度)减少由操作员选择,正是由数控维护以确保没有戒指表面缺陷。同样,直径增长的模式是编程和计算机控制。轧机操作符只需要设置空白,完成环尺寸在控制台和启动滚动周期。轧制完成后自动停止OD, ID,或者平均直径(选择的操作符)。
2-pass或径向或轴向钢厂的原因之一是广泛流行的产品,可以在一台机器上滚。一个典型的机器是125吨的径向力和125吨的轴向力可以辊环不到45公斤或超过3吨的规模。这台机器可以小至300毫米的辊环最多3米或更多。可以滚垫圈25毫米的高度和壁厚500毫米或套筒高度600毫米和25毫米的壁厚,它可以做一个接一个。不需要工具的变化当滚动方形截面的大多数机器。一些最新的机器也可以产生固态磁盘(或盲板法兰)离开了轧制过程中芯棒收回和使用轴向锥辊环和定心武器控制的过程。
那里老磨坊和那些用于轧制材料通常低于其最大径向力轴向力功能。机器通常指定为每个可用的径向和轴向轧制力,例如,100/80表明径向轧制力100吨和80吨的轴向轧制力。一些现代机器称为广场是什么机器的径向力和轴向力是相等的。同样,径向力和轴向扭矩在这些机器也大致相当。
结果是一个高度灵活的机器能够滚动一个极端的垫圈在一个热然后滚下一个戒指作为一个极端的袖子。这种灵活性使他们最喜欢的几个工作商店迎合顾客需要只有一个戒指。他们也理想当滚动片式环(那些高壁厚-身高比例)免费从端面缺陷。
4-mandrel机械表米尔斯已经广泛用于生产减摩轴承比赛。虽然这种类型的机器没有生产自1980年以来,一些仍在活跃的今天使用。non-driven顶头是只支持在较低的结束,他们在哪里安装在一个旋转的桌子。环内的主要驱动辊设置表,以其中心偏移的桌子上。
在位置1加载空白,表和主辊的偏心中心提供一个合适的心轴和主辊之间的间隙。表是由一个电机驱动,然后旋转心轴之间的差距和主要辊减少直到环空联系(位置2)。随着表继续旋转(慢得多比主辊角速度),心轴和主辊之间的差距减小到最低(位置3),导致快速旋转环直径减少壁厚和增加。表旋转位置4,戒指是卸载。环的高度是由一个封闭的控制主要轧辊和芯棒之间的传递。
3-mandrel表米尔斯(图7)最近的一个变异的机械表机。为高环或轮廓环的生产,设计这台机器主要是用作专用生产线的一部分打算每年生产数以百万计的零件。3-mandrel轧机使用旋转炮塔转让部分的机器,通过滚过去。只有一个部分是摇一次,生产速度高达每小时450个零件,这取决于大小和复杂性。
自转让一部分是全自动的机器,通过简单的输送机物料搬运是可能的。传入的加载空白由饲料输送机的机器上。然后转移到部分经过120度旋转炮塔。然后滚动表提出了完全支持下轴承芯棒。然后主辊走向心轴的数控曲线压缩环进入主轧辊孔型和形成的部分。定心机构支持部分滚动期间,确保严格的公差。轧制完成后,炮塔旋转部分的机器,到退出输送机,和芯棒进行冷却。
因为严重的指导运动,数控伺服控制,精确的工具,这种类型的机器可以生产近净成形零件公差小于0.5毫米/表面。由于紧公差需要完成的部分,空格为这种类型的机器需要有严格的公差。空白的重量要均匀和精确。由于没有flash在这个过程中,产生一个空白太重或太轻生产一部分over-filled或under-filled表面或角落。输入权重差异举行小于输入体重的1%。图7给出了一个草图3-mandrel机械辗环机显示视图和视图。
图7 3-mandrel机械辗环机的草图
设想在1976年,第一个多个心轴环轧机利用4-mandrel转台系统产生长期的生产运行几个产品类型。设计生产线,这些机器可以生产大约每小时300环的尺寸越小。因为大量的设备专用的特定部分的大小,这些机器是最适合长生产成千上万的部分。最低为这种类型的机器生产运行约150部分。基于多个芯棒设计新机器也用于轮廓零件的生产在一个滚动操作。
成形过程的多芯棒自动辗环机用于生产重型设备是这里描述轮廓部分。芯棒放在一行,每个心轴都有一个更激进的ID轮廓。环空移动的机器由一个芯棒如前所述机器。主轧辊和芯棒的第一次手术是平的。部分滚到一个特定的OD和高度,然后滚动停止机器稍微打开。然后撤回和芯棒不同的波状外形的芯棒降低到位。同时,主辊上升和第二波状外形的主要辊带进位置。然后滚环在第二个操作直到一个预先确定的外直径。当时,第二个芯棒是撤回,第三个芯棒是进入的地方。然后滚环成最终的近净形状。 The advantage is that only one heat is needed and the near-net-shape profile of the part needs less machining and less input material. Here again, because of the complex tooling needed and the need for accurate blanks, ring mills like this are best suited for long production runs.
轴向精轧(有时称为旋转锻造)结合了元素的环轧精锻的元素。轴精轧是一个连续成形过程上工具只在部分与工件接触时形成,因此可以使用力小于90%产生环形锻件模锻是必要的。在轴向精轧,降低工具围绕垂直轴旋转,通常在30转速(转/分钟)250 rpm。工件放置在较低的工具和较低的工具开始旋转。上面的工具有一个斜轴周围7-degree低的工具。上面的工具是蹲下或降低工具移动直到使一部分接触并开始旋转。斜上方工具创建一个semi-parabolic部分和死亡之间的接触面积。图8显示了轴向精轧过程的工作原理。
图8轴精轧制过程
因为只有一部分死在接触部分在任何给定的时间,建立所需的力是比力如果在整个表面接触。饲料利率在5毫米/秒(毫米/秒)和25毫米/秒。由于严格的指导框架和精的过程,非常紧公差部分与净表面(一些)可以产生热,温暖或寒冷的条件。部分公差可以小于0.3毫米。
轴向精轧不需要预成型的空白在所有情况下。部分从固体块从酒吧。环形最后部分,需要预先已有的一环,通常滚3-mandrel环辊。波状外形的横截面是正常的这台机器和零部件的范围是相当大的。
铁路车轮滚动——在1900年代初,第一个轮子滚动机器出现完整的铁路车轮的生产。当今现代数控13-axis机集成到全自动生产线能够生产完全形成铁路车轮连同一些净表面。车轮空白是形成于一个或两个8000吨预成型压成一个基本的形状。在一些过程中,一个洞在中心预先穿孔。另一方面,中心滚固体。
然后转移到轮滚轧机空白区域由一个机器人或机械手死去。机器关闭,将个人滚模部分,以及高低起伏的开始在这个序列(我)一个压力辊移动到外缘,形成边缘和扩大的外直径轮,(ii) 2卷转向轮的中心,减少网络厚度和创建一个统一的壁厚,(3)2-edge卷朝着轮缘的中心,使车轮的脸平,平滑,均匀,(iv)外的定心辊接触rim在另一边的压力辊保持滚动区域,集中正确的一部分,(v)指导辊轧制过程中保持稳定的一部分。
车轮的滚动期间,所有区域是同时形成的。网络是减少而形成修筑rim和边缘滚。激光测量装置监视OD增加的部分,当它达到正确的维度,滚动停止和一个机器人从车轮机中删除的部分转移到一个碟形压机,在最后一部分的形状。固体车轮中心,中心与碟形压机穿。轧制完成后,web和轮边净表面,没有进一步处理。
加工中心和外缘。这种类型的设备生产速度可以高达500的轮子每班取决于线路配置。平均轮,空白的重量大约是440公斤。蛞蝓重11公斤,凹陷部分重约430公斤。部分公差平均+ 3毫米。OD增加的部分是110毫米左右。图9和9 b显示了一个示例的一个轮子滚和概要文件。
图9铁路车轮滚动和处理技术
产品和工艺技术——环轧是一个看似简单的过程,但极其复杂,还没有完全理解或完全可预测的。几年来,主要由经验或试验和错误,环轧制设备生产商和用户设备开发了生产技术,允许生产的持续准尺寸,和经常复杂形状的,戒指在各种可锻造的材料。即使在今天,有几个环轧机运行严重依赖于操作者的技巧和技能产生令人满意的产品。
然而,不断的了解材料的基本行为在轧制导致整合这些知识以及最新的流行过程控制技术为每一代的轧制设备。到1980年代初,第一个计算机radial-axial环轧机器开始运作。这些机器能够滚动速度极高的height-to-wall厚度比率大大高于可能的手动控制。
早期调查工作集中在个别区域的位移的材料,因为环轧。变形被发现出现在整个截面的环,如果字段(图9 c)重叠。滑动域是由金属辊压痕的工作。相当大的位移的物质被发现在ID,以更少的位移发生在OD,滚动的方向,与环的相对安静的材料平均直径(图9 d)。颗粒流被确认为圆周。
环轧以来,一直努力预测轧制的结果使用模拟轧制过程的数学模型。这工作是旨在改善过程的数学模型的准确性,越来越现实的可进行计算机模拟。辊困难的能力圈配置机器上给定特征因此可以更好的预测,和方向机设计是将特定环类型和材料也可以确定。在若干国家环轧的研究正在进行。由于不断增长的计算机计算能力的可用性,戏剧性的增长已经在有限元分析(FEA)。而不能模拟整个轧制过程,成功的光棍革命分析已经完成。
在典型的有限元模型(FEM)分析、线框模型的一部分。分析的质量是由线框的大小或网格。筛孔尺寸越小,更好、更准确的仿真结果。因为大量的变量在环轧和转换戒指每个革命经历,细网格模拟一个甚至一个简单的设计的旋转环需要天模拟(仿真时间正比于网格的大小的立方体)。预测的结果一个环,有时需要300转以上才能完成,需要花几个月的时间来模拟。
另一个问题是与多个相关的累积误差传递(或革命)在环轧了。考虑连续锻造通过典型的有限元模型。在现实中,锻造传入一个环轧机是弯曲的,这意味着体积减少通过弯曲略有不同,在连续传球。这个体积误差不是重要的在一个革命,但在多个革命(如发生在滚动一圈),这个错误是累积,导致错误的结果会变得过度。
解决时间问题,设计师们已经开发出一套快速设计工具使一些假设的节省加工时间。使用几何映射和上限元素的组合技术,迅速扭转,更详细的模拟已经发展向前发展。反向模拟最终形态的转换映射到初始形状体积,同时保持适当的一致性。仿真然后使用这些数据转发给有限元分析的一小部分环通过滚动通过预测中间部分的形状的变形,发生在过去。下一节(也许20度左右)模拟,等等,直到整个环革命被模拟。后考虑到伸长的部分通过和其他因素,如冷却部分之前,再次在滚动通过,然后使用前面的仿真结果作为下一次革命的起点,等等,直到环达到最终的形状。
结果是能够模拟环通常卷在机器上2分钟至3分钟8小时10小时的计算机时间。但重要的因素是能够预测,部分是卷,是否要开发任何缺陷。测试结果,环在数控滚轧机和实际轧制数据记录器记录。此外,任何缺陷都指出。结果是令人鼓舞的。轧制时间、体积分布的模拟,需要力量密切跟踪实际的数据块。更重要的是,该软件能够准确预测缺陷可以发生在滚动,给工程师一个重要工具的数量在减少试验和中间滚动测试通常发生在开发周期的一部分。
过程控制技术——自1960年以来,全球多数环锻机安装起源于德国。不足为奇的是,德国组织负责大部分的理论和实践发展发生在这一专业领域的锻造。特别是,一个德国研究员组织开发了理论和实证的结合关系,已成功应用于环磨机的设计。工作后,一个模拟项目开发,协助工程师预测环辊磨机。多年来一直精制,成为一个有用的工具来预测轧制部队需要,起伏的曲线,轧制温度、空白的形状,和滚动时间。
主要目标的双行程(radial-axial)环轧是实现通过横断面直径增长减少(从表面缺陷与自由)很快就足以让盈利的操作。表面缺陷和椭圆度的一个潜在来源出现在轴辊通过。避免滑倒和划痕环一端的脸,锥形辊对减少高度是必要的。这样,辊环表面速度匹配整个环的面孔。维持这个无滑动条件,轴卷运输需要撤回在滚动在同一水平速度环中心移动。这个工作原理的另一个好处是,更高的垂直滚动部队可以应用对于一个给定的电机功率,因为更少的能量都浪费在滑动。因此,平横截面height-to-wall厚度比率超过1 - 20可以滚。
老环米尔斯是力控制,这意味着运营商调整应用到轧制的力传递,然后收到了环的增长率。之后,随着数控控制和改进的液压元件,多数送戒指现在钢厂使用速度控制,这意味着运营商选择戒指的增长率和数控使用任何力量是必需的(在机器的能力)来实现它。计算机应用不同的饲料率(径向和轴向)在给定的时间按照预先确定的滚动模式或滚动曲线。目标与控制系统(i)的截面环在一个特定的方式,以避免表面缺陷,和(2)控制直径增长阶段滚动时间降到最低,但完成轧制过程稳定和最终产品。
关于横截面的变化,减少径向(壁厚)之间的比例是不断维护按照方程(Vieregge关系)为代表的关系' b /δh = h / b”,墙上减少增量δb,δh高度减少增量,h是环的高度,和b环壁厚(方程1)。这个方程来源于考虑轧制时的传播以开放的通过。
以相对较低的变形速度每革命发生在环轧,塑性变形发生在材料的外层,但中心倾向于保持刚性和弹性。径向传递,这将导致珠子的材料(图10)形成的横向卷和环的接触传播。当这些珠子是由轴向通过(1卷/2革命后),圆周增长发生在该地区内外直径比的平均直径。这个地区的材料拉伸和进一步降低高度的结果,继续凹陷的形成(或缺陷)在环的面孔。
图10 radial-axial现场轧制过程中形成的珠子
增加轴向滚动移除这个缺陷,但会导致相同类型的内部缺陷和外径表面的戒指。这种鸡和蛋失衡经营者很难控制和平衡。然而,数控控制没有问题监测径向和轴向壁同时减少以及OD增长率。这给数控控制手册轧制技术相当大的优势。
珠形成的次生效应造成的过剩径向轧制是环径向传递的高度在出口方面显著高于迁入。接触串珠环底部的脸和退出的径向上的表板通过使环从水平面升力,它试图螺旋径向传递。戒指也随之熄灭的控制和轧制是停止,或环是压低(特别是片式环),横截面是扭曲(需要等一盘形状)。维护Vieregge wall-to-height增量之间的关系(方程1)减少和瞬时ring-height壁厚比阻止了这些缺陷的形成。在这里,CNC控制监控,防止这种类型的缺陷的形成。
的关系方程1的结果是由方程h-square - b的平方=常数的方程(2),即双曲线关系之间存在壁厚和环的高度。此外,给定一个恒定体积的物质,双曲瞬时环之间的关系是保持高度和直径。典型横断面轧制曲线推导出使用方程方程1和2是图11所示。的关键性质开始空白设计突出了方程方程1和2是由于只有一个理论上的理想开始空白截面环。
图11的轧制策略袖型和垫圈型环
然而,在实践中,人们已经发现,相当多的许可可以采取对空白的配置。这通常是必要的,因为限制的设备使用,形成空白和滚动的戒指。当今现代轧机允许选择减少height-to-wall曲线的形状,使操作员能够弥补小于理想的空格和其他流程变量。
减少了横截面的速度直接影响到OD增长率(取决于环刚度),环的稳定性(圆度)在滚动。一般来说,现代轧机提供6顺序环增长控制阶段,尽管3通常是足够的。在初始阶段,横截面的速度减少从软接触辊和空白增加到最大的几秒钟。第二(通常主要)轧制阶段涉及到减少横断面直径减速率导致啸叫增长率。第三阶段涉及到稳步减少直径增长速度和减少维护环稳定环刚度(截面与直径)。最后需要非常low-cross-section发生率的降低和减少阶段,因此,低直径增长速度。最终的尺寸在这个阶段实现。
轮廓环轧——波状外形的横截面(图2),材料的行为很难预测工作甚至比矩形横截面。做了一些实验和分析工作在几个地方。此外,结合理论和实证关系的发展提供合理准确的结果,当应用于压片的空白和预测的成功程度实现所需的轮廓从给定空白的形状。
第一个商业化生产的波状外形的戒指在第一个铁路车轮辗环机,建于1852年。然后,下料设计和轧制技术的试验和错误。成功最重要的品质之一,现代轮廓环轧组织仍然是实际经验获得的生产范围广泛的形状在各种材料在未来几年内。
几个轮廓可以从常规的矩形空白卷,尤其是轴对称形状与薄墙部分中心(双法兰OD或ID)。然而,一旦槽的高度超过总数的50%环高度,槽的深度,可以滚,没有相当大的整体形状畸变逐渐减少。作为一个例子,与槽高度总高度的80%,成功的坡口深度是有限的最后一环壁厚的20%左右。这里假定closed-pass滚动和足够的直径扩张从空白到戒指。
当它发现一个矩形或开式空白不产生所需的轮廓,使用空白的压片。通常情况下,一个新的轮廓形状的起点(从预制空白)是一个简单的应用程序从环空体积分布计算。环分为轴向片,或磁盘,计算每个部分的体积。通过了解滚动芯棒的大小,因此空白的ID,可以计算理论空白OD对每个相应的切片(假设没有高度变化)。的理论空白OD形状是由个人的总片ODs。
由此产生的空白的形状不太可能成功的实践,因为它没有考虑材料的轴流,因为它假定每个片在滚。对于后者发生,波状外形的卷的形状不断改变,最初与空白的形状和完成相应的环的形状。在实践中,原油,但经常有效解决这个需求由两阶段轧制、第一次使用之间的辊型中间空白和戒指。一些津贴轴流的材料,当使用一个径向封闭,是由有一个空白的高度低于完成环的高度。
当使用radial-axial轧机,空白的设计是这样高度降低最终高度之前材料进入通过或上层轴辊的上部分是在反向操作的传统模式,在滚动向上移动,与法兰一样滚动。实际空白没有那么明显的凸缘比简单的理论空白,但是仍有必要的材料的体积。更深层次的法兰(理论),只是部分包围中相应的槽主要卷,结果在折叠和研磨材料的结上法兰面和锥形OD。这是由于局部变形场的连接法兰和锥形的ID,剩下的核心环弹性。实际空白被设计成允许轴流的材料向薄上的戒指。
要获得完整的环形截面直径在同一时刻最后达到以下原因。后立即通过填充,thinner-wall部分试图增长速度比thicker-wall部分对于一个给定的压痕辊减少差距。厚的部分延伸的周向快速增长的薄片,和thicker-wall部分的轮廓开始恶化。当准备滚一个陌生的轮廓形状,空白有时从粗锻件加工,使审判滚动没有支出可能进行不适当的预成型工具。
在轮廓成形辊直径是一个重要的因素。心轴和环之间的相对曲率增加在滚动,而主辊与环之间减少。因此,随着轧制的发展,芯棒的渗透进了戒指的增加,和主辊的减少。传统轧机设计,因此,有助于ID轮廓,与芯棒直径小的关系主要卷。
垂直环工厂用于轮廓起伏,通常设计为允许使用较小直径的主要OD轮廓时卷。在有限的程度上,同样的效果可以通过使用大直径芯棒套和2段滚动传统环米尔斯。
轮廓起伏的好处是减少物质输入和减少加工成品。通常,重量节省1.5%到30%的轮廓线,可以通过使用与矩形环。确定工具的额外成本和扩展的设置是合理的,收支平衡点对降低材料和加工成本和最小订量还有待确定。即使在低成本的材料,这个量可以只有25件50件,尤其是重复订单。在高成本的材料,如超级合金,生产,只有三四件可以证明轮廓。
轧制力、力量和速度——经济生产的无缝环radial-axial轧制过程需要戒指尽快滚的方式是符合尺寸精度和冶金完整。主要因素是材料的抗形变。这是相关材料的流动应力在一个给定的温度和轧制中存在的条件下通过(辊直径、摩擦阻力等)。
与典型环轧机配置、轧制速度和减少的横断面的温度在1050摄氏度到1100摄氏度,普通碳钢的变形阻力是发现约160 MPa,轴承钢的大约196 MPa(图12)。对于这些材料,减少温度100摄氏度变形阻力增加了约50%。很明显,可以最小化的轧制力要求在最高温度允许冶金操作。这就需要考虑温度的损失由于辐射和传导以及塑性变形引起的温度升高。图12显示了抗变形和芯棒过度缩进。
图12抗变形和芯棒过度缩进
轧制力不能孤立地处理。轧制力和变形阻力决定的程度卷缩进戒指。增加缩进,所需的驱动功率增加,可以达到轧机电机极限之前最大轧制力已经应用。进一步,非常沉重的缩进,直径相对较小,non-driven芯棒可以施加太多的圆周阻力的主要驱动辊是无法克服它,然后驱动辊,和戒指不能旋转(图12 b)。
现代钢铁企业应用自适应控制来避免此类问题的原则,即。,forces and torques are monitored continually by computer, and if they approach the upper limits of the mill and are changing in such a way that these limits are about to be exceeded, then they are automatically reduced in such a way as to maintain a pre-determined relationship between height reduction and the OD growth.
进一步限制因素的速度可以滚环是环的稳定性在滚动。环旋转速度过高,过度挤压的速度变化,因为在每一个滚动,可以缺乏刚性需要适应不同的力和力矩作用于它。总不圆度和/或平坦的结果。在实践中,圆周速度为3.6米/秒(米/秒)是用于小型钢企,和1米/秒的大钢厂1.6米/秒。直径35毫米/秒的增长率是通常在主环扩张阶段,实现1毫米/秒的增长率在舍入或校准阶段使用。
空白的准备——在当今现代环轧制线、经济空白准备比以往任何时候都重要。防止缺陷在成品从适当的空白开始准备。简单地说,第一个目标的空白是把一个洞足够的直径的工件允许空白在绵延起伏的心轴。心轴的直径必须足够的力量,可以应用于减少环墙部分以可接受的速度。小洞,减少材料浪费。
有两种方法生产环空白。第一个方法是建立所需的空白天生产一次,然后将它们在加热炉。冲压机可以接近环机也可以远离锻造细胞。在某些情况下,建立船员操作媒体或锤锻造空格,然后移动到磨机和卷。在其他情况下,有单独的伪造和卷人员最大的设备利用率。在这两种情况下,空白是伪造的,放置在加热炉组简化轧制和简化工作跟踪。这个方法时首选航天宇宙有不同很多大小和材料是加热后消隐或寒冷的检查和缺陷地面下一步之前。
第二种方法是建立和卷的方法。使用这种方法,伪造的空白直接转移到轧机后完成。该方法的明显的优势是,空白不加热或操纵消隐后的两倍。节约了大量的时间,人力,和能源,是一个有吸引力的选择。事实上,大多数的小戒指就是用某种形式的空白和卷的方法。缺点是并不是所有的零件都可以在一个热滚。有时,他们需要加热或,因为流程的错误,不能消隐后滚。额外的加热炉通常是必要的时候伪造和辊根本不工作。
在几环锻应用程序中,空白的准备是进行自由锻造压力机或锤。使用宽松的工具,如拳击、控制环,马鞍,和酒吧,这些方法已成功应用多年生产锻环和非常多才多艺。然而,这些方法在很多情况下是不经济的。生产环空格使用这些方法需要更多的时间,更多的装卸作业,广泛的工具。手工空白还遭受伪造错误等异常的冲孔和皮尔斯缺陷或抹布。虽然最初的投资有点低(多数建立商店已经有一个出版社),从长远来看,一个自动环冲压机是首选的方法。
自动环冲压机,桌上,缩进一拳,冲孔冲头上上演了媒体在这样一个时尚,没有必要手动操纵这些元素形成一个空白。他们可以远程自动消隐过程所需的发挥。操作员监督冲裁的过程,但这台机器是否工作。当完成时,完成空白搬到环轧机或加热炉的输送机,提升卡车或机器人。
在一个典型的开式模环冲压机,起始物料通常是圆的,尽管圆——可以使用垄断广场或八角形坯料。当使用non-round坯时,初始工作需要把它转换成股票。加热块放置在主内存一个平坦的上、下模的中心。然后是pre-upset形成pan-cake和上层ram的回报。一双定心的武器安装在双方新闻然后和中心部分,确保新闻的中心。一个摆臂,其中包含一个锥形缩进打孔然后摇摆在上面。ram上向下移动,缩进冲到一部分,直到缩进的顶端打孔只有大约25毫米以上按下滚筒。
然后再次上升,ram的空白是re-flattened(因为诱导的缺陷在上面当缩进件),按其最终身高。然后升空底部一部分死在定心下手臂和底模移动直到皮尔斯孔部分直属的缩进部分部分。定心武器然后再降低部分在桌子上,和表移回到原来的位置,这是在皮尔斯穿孔。皮尔斯打孔然后穿过网络,这是唯一的材料的过程中浪费了。然后是搬到工厂或加热炉。这些函数天生到可编程序逻辑控制器(PLC)的预先操作符,或多或少是相同的任何大小的空白。
尽管各种各样的戒指可以从空白卷由这个简单的过程,替代方法时要使用大环height-to-wall比率和严重的波状外形的戒指需要滚动减少有限(和小直径增长)。薄壁袖子,甚至方形截面环的质量非常小的物理维度的机,压痕直径的工具可以心烦意乱的预成型的方法。然后缩进穿孔的行为不像一个pre-piercing工具,更像是一个平的死。结果是一个严重扭曲和不可接受的空白的高度小于环滚。
这个问题是可以克服的通过使用缓慢开口模锻技术或缩进一个容器的工件。前者需要一个宽松的小直径冲头压到一块。穿孔裹入的空白是增量地然后转到其OD和伪造,所以ID扩张和高度增加。这个方法是缓慢,严重地限制了输出但避免遏制模具的成本。
通过使用大容量媒体和容器死了,优秀的空白可以产生速度足以维持全环轧机生产。作为一个例子,一个轧机轧制环重达2吨,使用开式形成空白从1500吨油压机需要至少2500吨的使用媒体上使用容器模具维护全面生产这种类型的戒指。基本需要的缓解将死的工件,使用液压缸位于较低的部分的新闻框架。
在较小的高速环米尔斯,3-station或4-station冲压机与积分工件传输系统或机器人传输需要维护一个空白的充足供应。这种类型的新闻几乎总是使用符合环辊。传输完成后的空白直接通过机器人和环辊式输送机。按这种类型的可以产生开式空白,容器模坯,板牙波状外形的空白。生产速度从每小时250块大环每小时450块的小戒指。
使用模块化的底部支撑和工具架,工具可以设置在新闻之外,和工具集交换在大约20分钟,因此最大化可用的生产时间。各种复杂形状的空白,有必要对于滚动环与复杂的轮廓,可以用模通过结合不同的顶部和底部工具在电台新闻中心。
今天另一个方法是使用空白的准备是空心圆料的使用。这个空洞的股票比固体更昂贵的股票和各种ODs和壁厚。创建一个空白,一个简单地锯掉空心杆和地方的需要部分加热炉。正如前面提到的,只有一个理想空白每一环的大小。然而,由于CNC控制的适应能力的毛坯尺寸的变化,仍然使一个可接受的产品,可以补充生产使用这种方法。
辅助操作
除了轧机和冲压机,各种附加设备是必要的。
铸坯切割的——有些方法准确切割所需的原料到输入重量是必要的。冷剪切和热剪切,后者时通常是使用一个集成的生产线。电圆锯,有时硬质合金,乐队也经常使用锯子,尤其是在不锈钢。砂锯用于钛合金、高温合金。
加热——再热切割块通常是在盒子或扶轮矿物燃料炉。感应加热是有时用于较小的股票和最低结垢的优势。使用不同的热块除垢方法,机械(例如,摇摇欲坠的电缆,链,或旋转刷子)和高压(14 MPa 90 MPa)喷水,这是特别有效。
其他操作——一些商店为分级环轧制后立即使用设备。这些可以直接液压机,戒指强行通过一个圆形的整形模,或环扩展器,通过应用拉伸一个环力到多个,适当形状的部分作用于戒指的ID。扩展器常用于航天宇宙的应用程序。
适当的热处理设备是必要的,是否更容易呈现产品可加工的实现最终产品的指定的机械性能。拍摄爆破常用的去除规模热加工过程中形成的。由此产生的表面更容易检查和机器。
消隐工具和工作辊——尽管热作工具钢如H11和H13经常用于冲裁和滚动工具,尤其是当工作耐热合金、合金钢等符合美国钢铁协会的4140较低,符合美国钢铁协会的4340那里工作材料得到广泛应用。开式锻造锤或按空格时,简单的锥形缩进拳到粗加工的驱动。粗加工然后转交,允许穿孔脱落,然后穿孔是用来剪缩进的蛞蝓剩余,因此形成了环形的空白。
广泛的穿孔直径和长度通常可以容纳所需的几种不同的毛坯尺寸。与数家拳大小和每个冷却后立即在水中使用,符合美国钢铁协会的4140或符合美国钢铁协会的4340是相当可接受的生活和成本。如果使用了专用环空压,工具复制通常是不可行的,每个下料之间很短的冷却操作不能足以让普通合金钢前面提到的使用。
图13 (b)显示了一个3圆锥摆臂悬挂缩进穿孔通常用于消隐。低合金钢,如ASM 6 f2 38 HRC 43 HRC (350 HB - 400 HB)可以承受所需工具工作温度就越高。图13 (c)和图13 (d)显示冲孔冲头的类型和支撑环用于2-station或3-station冲压机剪料由缩进。几乎总是,穿孔固体H13或有一个可交换的提示在H13热处理到49 HRC (460 HB)。支撑环也通常用H13的。通常,冲头之间的径向间隙和支撑环的2毫米的顺序为拳5毫米直径125毫米到220毫米。图13显示了冲裁和滚动工具用于环轧。
图13消隐和滚动工具用于环轧
高速冲裁,缩进穿孔在中央车站是如此大量使用,即使它是由H13、连续内部水冷是必要的,随着inter-cycle外部水雾灭火冷却。容器模具用于较慢,大媒体(例如,2500吨的能力)可以经常是由符合美国钢铁协会的4140或符合美国钢铁协会的4340如果工作周期足够长,inter-cycle水冷是足够的。插入必要H13工具钢制造可以在较小的空白在较短的周期时间。
按上绝不可用于剥离了空白的攻击(缩进),这些拳通常有锥度的每侧3。粉煤或水性石墨润滑剂通常用于确保释放穿孔的空白。剥离机制(取决于类型)可用于排出空白,释放蜡烛大约1度可用于拳和容器。
radial-axial环轧钢厂的可消费的工具主要是心轴,在较小程度上,轴向(锥形)卷和主辊。根据轧机的设计和力能力,顶头可以小直径30毫米(30-ton环磨机)和一样大直径450毫米与径向环磨机产能500吨。图13 (e)显示了一个典型的165毫米直径芯棒的中型环磨机100吨辐射能力。这种顶头通常捏造ASM 6 f3 370 HB 410 HB。符合美国钢铁协会的4340,300 HB 350 HB,足够的水雾灭火冷却,可以使用好的结果(即。失败之前,生产多达3000环通过热check-initiated疲劳)。轴卷(图13 f)在老机器上通常有一个45度夹角,连同工作长度相对较短。这严重限制了环壁厚可以覆盖并导致锥形表面的快速磨损。经常与合成需要改变轴卷,酒泉市设计经常使用锥辊轴螺栓的安装工作。
现代机器30度到40度夹角轴向锥和更长的工作长度。穿分布在更高的长度和辊改变是必要的频率更低(例如,600小时后使用超过1000小时)。轴卷可以1片或盖的设计和符合美国钢铁协会的4140,ASM 6 f2, ASM 6 f3是典型的材料。这些卷通常焊接和更新,为您呈现原始维度之前几次被丢弃。延长使用寿命可以通过使用钴硬面合金,约1.5毫米厚,工作表面轴向锥。图13 (g)显示了一个典型的符合美国钢铁协会的4140主要为100吨的径向辊环轧机的能力。这些卷往往磨损严重的底部角落的联系。用于延长辊之间变化,轧辊和轴组件从最大高度设置定期调整下逐渐向最低,通常在全方位的30毫米。
结合锻造和轧制——在一些情况下,合并后的锻造和轧制的方法提供了好处不提供单独一个进程。一个很好的例子是生产斜环齿轮为汽车行业。因为行业的压力更严格的公差和降低每件商品的定价,这个过程已经成为流行的方法生产部分以更低的成本和更高的质量比以前的方法。
形成过程的一个典型的斜齿圈在一个2000吨的机械锻压,第一站是心烦意乱,转移到第二个站模形成的形状,然后第三站中心在哪里修剪。然后转移到削减部分出版社,OD的修剪。人力资源需要的是两个人三个人。305毫米伞齿轮,废弃的重量是3公斤左右。的平均产量是每小时200 - 250部分。因为部分的重量,运营商旋转是必要的。
当相同的部分是用锻造和轧制相结合的方法,一个简单的预成型生产1000吨的机械锻压(因为没有flash OD的部分),由机器人之间传输。在第一站,心烦意乱。在第二站,部分成品,中心是环轧机的心轴,并在第三站中心是修剪。然后转移到部分辗环机的部分是卷成一个环形齿轮。
由于自动化操作的性质,只有一个操作符需要监督的操作线。运营商的时间是花费在执行质量检查和工具替代登台。唯一的材料失去了在这个过程中是相对较小的淘汰赛的粗加工的重约0.2公斤。这部分的平均产量是300每小时,和线停止只是工具的变化。结果有很大一部分更严格的公差也即(i) OD宽容是减少到+ 0.8毫米,(ii)跳动是1毫米,(iii) ID公差+ 0.8毫米,和(iv)高度是+ 0.5毫米。
联合打造的储蓄/轧制方法(i)输入空白的重量减少了21%(2)轻空白需要更少的感应加热电源,(3)部分更一致,(iv)减少加工时间是必要的,(v)不需要按吨位大小,对于一个给定的部分(vi)按模具更复杂和持续时间更长,而且(七)需要更少的运营商。最后,因为圆周颗粒流的卷部分,完成的部分是冶金改进。
因此,相比与传统的锻造方法,结合方法锻造/轧制产量的成本节约28%或更多。有几个环轧过程中的尺寸变化的来源。材料卷的体积影响钢坯的减少体重的变化,规模损失波动,因为不同的加热条件下,在冲裁阶段和centre-web厚度的变化。此外,最终尺寸是影响轧制温度、机械偏转,测量仪器的准确性,环椭圆度,在随后的热处理变形、表面缺陷。横断面形状不准确也需要考虑。
根据年龄和条件,一个特定的机器的能力差别很大。CNC-controlled机器有能力关闭精度可达到0.1毫米。老的机器有一个大大减少关掉准确的能力。另外,机器的机械条件影响它的尺寸精度。保持尺寸精度,一些生产商规模产品按他们通过整形模或故意滚筛下,扩大他们在分段大小鞋环扩张器。
确保滚环有足够的材料在正确的地方最终产品,每个生产者添加一个信封加工到成品加工环。这个信封是由前面所提到的,所有的因素以及敏锐的理解特定的设备。
最大化潜在滚动一圈的清理,大多数新环轧制设备有能力分配可用的材料最需要的地方。操作员可以选择任何多余的材料分发给ID, OD,或者把它滚到平均直径之间。
制备环持久的市场压力,统计过程控制(SPC)技术的广泛应用,以及数控辗环机的使用产生了稳步增加滚环的尺寸精度。津贴和公差信息因此是只作为一个广义的起点,它是被理解的能力个体生产者的滚环,以满足或提高标准的津贴和公差千差万别。图14显示了这种机械加工余量和尺寸公差之间的关系。
图14津贴和尺寸公差无缝环滚
替代过程——相对较小的戒指可以伪造在封闭的死亡。最大直径受到锤腿之间的距离,或按列之间,可以形成能量。材料浪费是相对较高的,除非粗加工谷物流径向环滚。更大的戒指可以使用一个鞍开式锻造安排。这个方法是缓慢的、劳动密集型和倾向于产生多边形而不是平易近人的戒指。
如果服务条件不太要求,环的各种维度可以从板气侵。波状外形的戒指在很大程度上是由这种方法不切实际的生产,材料浪费,板的纵向流动产生的力学性能变化的方向围。
各种直径和横截面的环可以通过酒吧或板的三辊成形,紧随其后的是焊接的关节。后续冷轧或温暖的滚动有时被用来形成复杂的薄壁截面。为此专用滚动机器已经开发出来。小环直径330毫米左右,特别是轴承环,有时从无缝管加工。管的轴向颗粒流可以是不可接受和最大壁厚是相当有限的。
离心铸造有时被用来生产圆形组件,它有自己的独特的优点和缺点。不回转的燃气轮机部件通常由耐热材料用这种方法。
留下你的评论