1、汽车中间轴毛坯楔横轧模具的设计应用摘 要：伴随着国民经济和汽车工业的发展，中间轴作为其中重要的零件消耗量越来越大，质量要求也越来越高。而楔横轧成型工艺在阶梯轴上的应用也越来越成熟，因为有着效率高、节能、材料利用率高和质量好的优势，使用楔横轧工艺加工中间轴毛坯有着更好的发展前景。文中提供了一种直径为 65mm 的中间轴楔横轧模具的设计方法。包括模具型腔的设计、孔型的设计以及模具的分块的依据。为同类轴类零件模具的设计和成型方案设计提供了一定参考价值。 关键词：楔横轧 中间轴 模具设计 成形 楔横轧是一种先进的轴类零件成形技术，它由两个带楔形模具的轧辊，以相同的方向旋转并带动圆形轧件旋转，轧件在楔形
2、孔型的作用下，轧制成各种形状的台阶轴，楔横轧的变形主要是径向压缩和轴向延伸。目前，阶梯轴的加工仍广泛采用传统的切削加工，存在着材料利用率低、能耗大、生产率低、成本高等不足。楔横轧工艺技术，以其独特的优点引起了人们的注意，这一轴类零件新成形工艺，与传统的锻造、切削工艺相比有效率高、节材节能、产品精度高、模具寿命长等优点。所以该技术日益受到人们的重视，被广泛地应用于汽车、拖拉机、摩托车、发电机上的轴类件或连杆件的生产中。而且随着工业的快速发展与拓宽，楔横轧产品有着巨大的国内及国际市场，发展前景广阔。本文通过对汽车中间轴毛坯的成型方案、模具孔型和模具型腔的设计计算，提供了一种中间轴模具的设计方法。
3、一、模具成型方案设计 图 1 为要轧制的汽车中间轴热态毛坯图，模具各断面处型腔尺寸由热态毛坯尺寸确定。轴向尺寸与热态毛坯尺寸一致。径向尺寸为热态毛坯最大直径处增加 1.51mm 深度为基圆间隙，左右两边第一次轧制完成之后，由于顺延至宽度，并且第一次轧制所得面还要进行二次轧制，不需要保证其形状，因此考虑到减小扭矩的因素，将第一次轧制完成后的顶面直径减少 2mm。 中间轴为非对称零件，并且尺寸较大，如果采用对称轧制将会造成设备过大，成本提高，同时也提高了轧制的难度。综合考虑，我们选用的是中心距为 800mm 的楔横轧机，单件轧制。单件轧制需要考虑的问题是轧制力不对称，工件受不平衡力作用容易发生扭转
4、弯曲。为解决这一问题，在设计模具孔型的时候尽量将楔形分布的相对较对称一些。由于直径处的断面收缩率均大于 75，故工件左右两侧均采用二次轧制。考虑到轧制力平衡问题尽量让两边的第一次轧制同时结束。展宽角的选取应尽量与其相匹配。方案如下： 1.左侧楔段将坯料由 dr0 轧至 d01，长度轧至当量长度 B1 有效，然后顺延下去。 2.左侧楔段在段展宽到当量长度后开始楔入，将坯料由 d01 轧至 dr2 ，长度为 lr2。 3.左侧楔段在段展宽到长度以后开始楔入 ，展宽角与段相同。展宽长度略大于 lr1，以便为切刀留一定的余量。段的精整段的长度由右侧段的长度决定。 4.右侧楔段将毛坯由 dr0 轧至 d
5、r3，长度轧至 lr4，因该段轴的断面收缩率小于 75，为一次轧制成型形。 5.右侧楔段将工件由 dr0 轧至 d02，为右侧剩余各段的第一次轧制。加工方便同样展宽角与阶段的相同。楔入点为段展宽结束点，展宽长度为 ，与左侧的第一次轧制结束点相同，同样顺延下去。 6.右侧楔段在段结束的时候楔入将工件进一步由 d02 轧至 dr4，展宽长度为 lr5。 7.右侧楔段在段结束时楔入将工件由 d02 轧至 dr6，展宽长度略大于工件毛坯的长度 ，同样是为了切刀的切断留一定余量。 8.最后左右切刀同时切入，将料头切除。图 2 为孔型展开及工件成形过程简图。 二、选择成形角及展宽角 成形角越大越容易产生缩
6、颈，但中心疏松条件有所改善。展宽角越大越容易产生螺旋缩颈，但中心疏松有所改善。根据断面收缩率的计算，最大的断面收缩率处为 ，故选定 ； ； ； ； 。 三、孔型几何尺寸计算 1.模具基圆与模具厚度 两轧辊中心距为 800mm. 取 1.51mm，则有模具基圆半径 模具基圆厚度 2.左侧楔段的长度、圆心角与展宽的长度计算 设段的展宽长度为 B，它由第 III 段的最左边界来决定。那么根据体积不变原则，本段的体积为左侧直径 24mm 和 31mm 段的体积之和，因此有 实例中取 46.16mm。 为相应各楔面在基圆面的投影轧辊轴向宽度 为楔入并展宽段的长度， 为其圆心角；m 为楔顶消去高度，值为1
7、mm。 3.左侧楔 II 段和 III 段的长度、圆心角的计算 由于 II 段和 III 段的成形角和展宽角相同，且 III 段在轴线方向的楔入点是由工件的形状决定的，为一连续轧制过程，因此两者的长度作为一个整体来计算。工件如图所标尺寸 95.86mm，在实际轧制中轧制宽度取 98mm，留有一定的切刀余量。左侧第 II 段和 III 段的宽度为BIII，它的计算方法为 为段精整段的长度，它的值由右侧的段的结束位置来确定。右侧的模具尺寸计算同左侧的各阶段方法。模具形状设计好以后根据方便加工的原则将其分成若干模块，然后在各模块上加工出固定孔，使用螺栓将其固定在轧辊上，即完成模具的设计。 四、结论
8、1.本文通过对中间轴模具的设计得出轧制成型方案的制定方法，并且对模具的孔型和型腔的计算方法做了详解。 2.得出了模具的成形角、展宽角的选择方法，并在对模具的各项参数设计好以后，加工出模具。在双辊式楔横轧机上实验之后，得出了合格的中间轴毛坯。这也证明了这种设计方法的可行性和实用性。 参考文献 1张康生，王宝雨，刘晋平，等.楔横轧工艺在内燃机凸轮轴制坯上的应用J.锻压技术， 2000， 25（3）： 28-30. 2胡正寰，张康生，王宝雨，等.楔横轧零件成形技术与模拟仿真M.北京：冶金工业出版社， 2004. 3白志斌，李东平，洪钟延.汽车刹车蹄片轴的偏心精密成形J.吉林工业大学自然科学学报， 2000， 30（4）： 21-23. 4梁继才，轧制非回转体轮廓的楔横轧辊形曲面J.农业机械学报，1996， 27（2）： 154-160. 作者简介：姓名：黄汝刚，性别：男，籍贯：山东菏泽定陶县，出生日期：1987 年 4 月 11 日，研究生学历，研究方向，塑性成形原理及工艺。
