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摘要：制坯輥鍛主要用于為模鍛成形設備提供合理的坯料形狀和尺寸。對于連桿類鍛件，目前主要對直頭對稱形連桿，采用制坯輥鍛壓機成形。本文研究的歪頭連桿制坯輥鍛模具，采用4道次體積分配制坯輥鍛模和1道次彎曲成形模，得到歪頭連桿所需的坯料形狀和尺寸。研究中成功地解決了輥鍛道次確定和型槽系選擇、輥鍛工序安排，模具設計等問題。根據此項研究成果已建成了一條新型連桿輥鍛生產線，每小時可生產連桿180件，該線利用安裝在輥鍛機鍛輥上的5道輥鍛模具為壓機提供模鍛歪頭連桿所需的坯料。
關鍵詞：歪頭連桿；制坯輥鍛；模具

一、前言

輥鍛是一種回轉塑性加工技術，它具有變形力小，生產效率高，鍛件質量好，模具壽命高，勞動條件好等優點。輥鍛為模鍛提供合適的坯料，稱為制坯輥鍛；用于直接成形某些鍛件，稱為成形輥鍛。我國近二十年來在輥鍛技術上有了較大發展，制坯輥鍛在汽車、拖拉機制造業中廣泛應用，成形輥鍛對一些成形難度較大的復雜鍛件，已研制成功并應用于生產，例如連桿、叉車貨叉、汽車前軸等零件，都已形成專業化生產廠。

歪頭連桿是指連桿和連桿蓋接合面不與連桿主軸線垂直，一般傾斜45°角(如圖1)，若連桿蓋具有雙筋外形并有內凹(如圖2)，則不能將連桿和連桿蓋組合在一起模鍛。對于歪頭連桿已有的鍛造方法是胎模鍛和模鍛錘上模鍛。制坯輥鍛用于為直頭連桿提供毛坯，然后在壓力機上模鍛成形。對于歪頭連桿的制坯輥鍛在國內外未見報導。作者研究了如圖1所示歪頭連桿的制坯輥鍛工藝及模具設計方法，研究成果已應用于生產，這是歪頭連桿制坯輥鍛在國內外的首次應用。

圖1歪頭連桿

圖2雙筋連桿蓋

二、歪頭連桿輥鍛道次確定及型槽系選擇

制坯輥鍛的作用是使坯料金屬體積分配規律符合鍛件成形的要求，并使其外形符合鍛件分模面形狀，在模具設計中采用了4道次體積分配輥鍛模具，1道次彎曲成形輥鍛模，經5道輥鍛模具制坯后所得的坯料，可在模鍛設備上成形，研制中采用了摩擦壓力機作為模鍛(預鍛和終鍛)成形設備。

1.體積分配輥鍛道次的確定

體積分配輥鍛主要用于坯料的延伸變形。根據鍛件圖做出計算毛坯截面圖和直徑圖，可知最大截面在連桿桿部和大頭過渡處。對計算毛坯圖簡化后設計出輥鍛毛坯圖，其形狀如圖3所示。

圖3輥鍛毛坯圖
Ⅰ小頭Ⅱ桿部Ⅲ大頭

輥鍛道次根據各段總延伸系數和平均延伸系數依下式確定：

式中n——輥鍛道次
λ——總延伸系數，即原坯料截面積Fo，與輥鍛后坯料截面積Fn之比，λ＝Fo/Fn
λc——平均延伸系數，通常取λc＝1.4～1.6

根據鍛件最大截面選取原坯料直徑為60mm的坯料，由上式分別計算出各段輥鍛道次，經計算知桿部B段，需采用4道次輥鍛，因此分配金屬體積的輥鍛型槽應有4個，對于延伸量較小的A段和C段為滿足工藝和截面形狀的要求實際采用兩道次輥鍛(另外兩道輥鍛時該區段金屬未變形)，計算結果和實際采用的輥鍛道次如表1所示。

表1輥鍛道次計算
項目區段 λ λ_c 計算值n 實際采用n A 1.54 1.5 1.07 2 B 5.03 1.5 3.98 4 C 2.73 1.5 2.48 2

2.型槽系選擇

為保證鍛件質量和成形采用橢圓—方型槽系。坯料在橢圓—方型槽系中變形時，金屬的四面均受到壓縮，使坯料的角部經常變換位置，如圖4所示。圓形坯料在橢圓型槽中輥鍛時，坯料A、A處與橢圓型槽深處先接觸受到壓縮變形，而在方型槽輥鍛時，橢圓坯料B、B處先受到壓縮變形，而得到方形截面坯料。方形截面坯料再進入第三道橢圓型槽時，方形的棱角被壓平得到橢圓形坯料；此坯料進入第四道方型槽輥鍛時，方形棱角又在新的位置呈現出來。這就可使坯料周邊的金屬得到均勻的冷卻，由于四面反復受壓，對變形金屬的組織與性能也有良好的影響。此外，采用橢圓—方形槽系坯料輥鍛的穩定性較好，有利于坯料變形。

圖4橢圓—方型槽系

3.彎曲成形輥鍛(第5道輥鍛)

彎曲成形輥鍛的目的是利用鍛輥將輥鍛成直長形的坯料彎曲成形，以適應在模鍛設備上模鍛成形歪頭連桿形狀的要求(如圖5所示)。在輥鍛機上直接輥鍛彎曲成形，可減少后面模鍛成形設備的打擊次數、操作時間，使全線生產節拍協調，并具有較高的生產率。

圖5彎曲成形后坯料形狀

4.輥鍛坯料送進方向與工序安排

為便于操作坯料采用逆向送進方式，即坯料送進方向與輥出方向相反，如圖6所示。

圖6逆向輥鍛

工藝進行順序為首先用鉗子夾住坯料一端(相應于連桿大頭端)，在第1、2道型槽中輥鍛桿部和小頭，小頭(A段)經兩道輥鍛后即可得到所需形狀尺寸。然后將坯料調頭，鉗子夾住小頭端，再進行第3、4道輥鍛，坯料桿部繼續延伸變形，同時頭部(C段)進行延伸。經4道輥鍛后得到了直長形的輥鍛毛坯。第5道輥鍛為對大頭的形狀彎曲成形，鉗子仍夾持小頭端，將坯料大頭端送入型槽中彎曲，即可得到所要求的坯料形狀。各道次輥鍛均采用了坯料中間咬入的形式，保證了輥鍛的正常進行。輥鍛工藝流程及各道次坯料形狀如圖7所示。

圖7輥鍛工藝流程

三、型槽設計

1.1～4道體積分配輥鍛型槽設計

設計計算各道毛坯截面尺寸與型槽尺寸，應逐道地進行計算，其任務主要是計算每一道次中的壓下量和展寬變形量，從而求出每一道次輥鍛后的坯料截面尺寸。

坯料在輥鍛型槽中的變形較復雜，為簡化變形計算，常采用在平輥上軋制矩形坯料的方法計算在型槽中的變形，稱為相應矩形法。在逐道進行型槽計算時，先按相應矩形法計算其相應矩形的變形，并求出各道次輥鍛后的相應矩形尺寸，最后再換算為各型槽截面的尺寸。

型槽縱向尺寸設計主要依據輥鍛毛坯圖。由于有前滑存在，型槽各段的長度較毛坯的相應區段的長度短，采用下式計算

式中L——計算區段型槽長度
Ls——計算區段輥鍛毛坯長度
s——前滑值

前滑值在設計中可根據經驗值初定，對于桿部，應考慮到模具調試時，模具修磨比補焊容易進行，因此可把前滑估計得小些，這樣待調試模具時，若發現桿部較長，可采用砂輪打磨模具的方法來減短。

前滑值在坯料等截面的區段可按4%～6%的經驗數值選取，也可采用有關前滑公式計算。在過渡的楔形區段前滑值與輥鍛時的送進方向有關。當坯料薄端在前時，由于模具前壁對金屬前滑的約束使前滑較小，一般為2%～4%；當坯料厚端在前時，無前滑約束區，則前滑較大，一般為6%～12%。

2.第5道彎曲成形型槽設計

第5道彎曲成形型槽要使毛坯符合鍛件分模面形狀，因此設計型槽應以連桿在分模面上的輪廓形狀為依據。利用安裝在鍛輥上的扇形模具使經輥鍛制坯的直長形坯料彎曲成形，設計中必需解決以下技術問題：

(1)彎曲成形型槽是借助兩鍛輥上的扇形模具反向轉動使坯料產生變形，因此應注意并解決好剛體(扇形模具)和塑性體(坯料)之間嚙合運動規律問題。
(2)在彎曲成形過程及坯料出模中，不可避免的會出現坯料的上下偏擺，為便于操作設計時應使坯料偏轉量最小。
(3)坯料在模具中彎曲時，應有可靠定位，否則在坯料彎曲時會產生縱向運動，不能保證得到所需要的彎曲成形形狀。

研制中較好的解決了這些問題，所設計的彎曲成形模具成功地輥制出了歪頭連桿所需的坯料形狀，這是歪頭連桿在輥鍛機上制坯的關鍵。

四、應用

圖1所示的歪頭連桿輥鍛模具已在D43-630輥鍛機上(圖8)研制成功，其模具如圖9所示，自左至右分別為第1、2、3、4、5道輥鍛模。

圖8D43—630輥鍛機 圖9輥鍛模

根據此項研究成果，1996年建成了一條新型連桿輥鍛生產線，其主要工藝流程是：下料→中頻感應加熱→5道次輥鍛→摩擦壓力機模鍛成形→切邊→校正→余熱淬火。該線平均生產節拍為20s/件，每小時可生產180件。歪頭連桿輥鍛制坯模具的研制成功，為歪頭連桿模鍛生產開辟了一條新途徑。

參考文獻
［1］張承鑒主編.輥鍛技術.北京：機械工業出版社，1986.
［2］付沛福編著.輥鍛理論與工藝.長春：吉林人民出版社，1983.
［3］王仲仁主編.鍛壓手冊(第1卷)鍛造.北京：機械工業出版社，1993. (end)