轧环原理、特点和用途

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一、轧环原理
轧环是借助轧环机使环件连续咬入驱动辊与芯辊构成的轧制孔型， 产生壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的回转塑性加工技术。在工业生产中， 轧环又称为辗环、辗扩或扩孔， 轧环机又称为辗环机、辗扩机或扩孔机。轧环分为径向轧环和径—轴向轧环两类， 其成形原理如下：

（一） 径向轧环
径向轧环原理驱动辊为主动辊， 同时作旋转轧制运动和直线进给运动； 芯辊为被动辊， 作从动旋转轧制运动； 导向辊和信号辊都为可自由转动的从动辊。在驱动辊作用下， 环件通过驱动辊与芯辊构成的轧制孔型产生连续局部塑性变形， 使环件壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形。当环件经过多转轧制变形且直径扩大到预定尺寸时， 环件外圆表面与信号辊接触， 驱动辊停止直线进给运动并返回， 轧制过程结束。轧制过程中， 导向辊的导向运动保证了环件的平稳转动。径向轧环中， 驱动辊旋转轧制运动由电动机提供动力， 直线进给运动由液压或气动装置提供动力， 其他轧辊运动没有外部动力， 而是在环件摩擦力作用下随环件作从动运动。径向轧环设备结构简单， 广泛地用于中小型环件轧制生产。

（二） 径—轴向轧环
为了改善轧制环件的端面质量， 轧制成形复杂截面轮廓的环件， 在径向轧环设备的基础上， 增加一对轴向端面轧辊， 对环件的径向和轴向同时进行轧制，这样使得径向轧制产生的环件端面凹陷再经过轴向端面轧制而得以修复平整。径—轴向轧环原理， 驱动辊作旋转轧制运动， 芯辊作径向直线进给运动， 端面轧辊作旋转端面轧制运动和轴向进给运动。在径—轴向轧制中， 环件产生径向壁厚减小、轴向高度减小、内外直径扩大、截面轮廓成形的连续局部塑性变形， 当环件经反复多转轧制使直径达到预定值时， 芯辊的径向进给运动和端面辊的轴向进给运动停止， 径—轴向轧环变形结束。径—轴向轧环设备结构复杂， 主要用于大型环件轧制生产。

二、轧环特点
轧环是连续局部塑性成形工艺， 是轧制技术与机械零件制造技术的交叉和结合， 与传统的环件自由锻造工艺、模锻工艺、火焰切割工艺等相比， 具有显著的技术经济优点。
（1） 环件精度高、加工余量少、材料利用率高　冷轧成形的环件几何精度可以达到精车加工的精度。热轧成形的环件几何精度与模锻环件相当， 制坯冲孔连皮小， 而且无飞边材料消耗。与环件自由锻工艺和火焰切割工艺相比， 轧制环件精度大为提高、加工余量大为减少， 而且环件表面不存在自由锻与马架扩孔的多棱形和火焰切割的粗糙层。
（2） 环件组织性能好　轧制成形的环件， 内部组织致密、晶粒细小、纤维沿圆周方向排列， 其机械强度、耐磨性和疲劳寿命明显高于其他锻造和机械加工生产的环件。
（3） 设备吨位小、投资少、加工范围大　轧环是通过局部变形的积累而实现环件成形的。与整体模锻变形相比， 轧环变形力大幅度减小， 因而轧制设备吨位大幅度降低， 设备投资大幅度减少。一般的轧环设备加工的环件尺寸范围较大， 所加工的环件最大直径与最小直径相差3 ～ 6 倍， 最大质量与最小质量相差数十倍。
（4） 生产率高　轧环设备的轧制速度通常为1 ～2m/ s， 轧制周期一般为10s 左右， 最小周期已达3. 6s， 最大生产率已达1000 件/ h 以上， 大大高于环件的自由锻造和火焰切割， 也高于模锻生产率。
（5） 生产成本低　轧环具有材料利用率高、机加工工时少、生产能耗低、轧制孔型寿命长等综合优点， 因而生产成本较低。德国制造ϕ3500mm ×110mm ×90mm 的碳钢环件， 自由锻比轧制生产成本高77%， 火焰切割比轧制生产成本高16%。前苏联统计， 轧环与自由锻相比， 材料消耗降低40% ～50%， 生产成本降低75%。

三、轧环应用
轧环适于生产各种形状尺寸、各种材料的环形零件或毛坯， 在机械、汽车、火车、船舶、石油化工、航空航天、能源动力等许多工业领域中日益得到广泛的应用。目前轧制环件的直径为ϕ20 ～ ϕ10000mm，高度为10 ～4000mm， 壁厚为2 ～ 48mm， 环件的质量为0. 1 ～82000kg。环件的材料通常为碳钢、合金钢、铝合金、铜合金、钛合金、钴合金、镍基合金等。常见的轧环产品有轴承环、齿轮环、法兰环、火车车轮及轮箍、燃汽轮机环、集电环、高压开关、风电塔体等， 最大的轧环是直径ϕ10000mm、高度4000mm 核反应堆容器环件。
现在， 轧环技术已经成为环形机械零件生产主要工艺方法之一， 具有高效和先进的特点， 并向着冷精密轧环技术、大型复杂环件轧制技术、柔性环件轧制技术等方向迅速发展。