径轴双向立式辗环机

江绍成，李培兴

（1.成都机车车辆工厂，四川 成都 610051；2.无锡大桥轴承机械有限公司，江苏 无锡 214121）

1 前言

辗环机被广泛应用在各种环件的大批量生产中，全世界年产量达数千万吨。目前国内外各种立式辗环机多只具有径向辗压功能，在环件扩孔过程中，环件两侧面的毛刺和端面凹陷是其常见缺陷。为此需加大环件毛坯轴向高度，加上后续的机加工费用，降低了材料利用率，加大了制造成本。此外，为防止辗压时环件轴向窜动以及为保证环件高度需要，在主辗压轮上须设置相应的凹槽，不同的环件其主辗压轮上的槽宽、槽深也不同，企业需备有大量不同槽形的主辗压轮，不仅增加了生产成本，而且频繁更换模具也影响了生产效率。

辗环机主要有立式辗环机和卧式辗环机两大类。前者常用于直径小于400mm的中小型环件的生产，后者用于大型环件生产。现今的卧式辗环机结构复杂并已实现数控化，其装置了体积庞大、结构复杂的轴向辗压部件，上下两个锥形轧辊分别由直流调速电机经变速箱驱动，上轧辊用油缸拖动对环件端面施压，整个部件又借助液压伺服系统随环件直径扩大而沿径向导轨作跟踪运动。它虽较好地解决了大型环件端面凹陷和毛刺等缺陷，但结构复杂庞大、造价高昂，一台卧式辗环机的售价常为普通立式辗环机的十几甚至数十倍。仅其轴向辗压部件的造价就超过了几台立式辗环机的总价，难以广泛应用，使数量巨大的中小型环件的生产缺陷问题长期无法解决。

此前，各种规格的立式辗环机加工环件直径一般都不超过400mm，随着技术发展和环件需求量的增长，如今的立式辗环机已能轧制直径达1200mm的环件，其售价仅是卧式辗环机售价的零头，受到中小企业的普遍欢迎。但目前国内外的立式辗环机因多种原因大都没有设置轴向辗压部件，无法解决环件侧面毛刺和端面凹陷的惯性质量问题；对于辗扩比大于5或直径大于500mm的环件，为克服上述缺陷常需采取多火加热、火间锻平端面等措施，而且生产一种环件就需要有一套专用模具。影响了环件质量，提高了成本，降低了生产效率。

针对立式辗环机的上述不足，研制一种具备同时对环件实施径向和轴向辗压功能的立式辗环机，将具有较大的技术经济意义。

2 径轴双向立式辗环机结构组成

图1 径轴双向立式辗环机结构示意图

图2 轴向辗压部件结构示意图

如图1、图2所示，机床的机械结构主要由床身部件A、信号轮部件B、轴向辗压部件C、径向辗压部件D和推力轮部件E组成。在床身上设置了两条夹角为β的径向导轨，一条供径向辗压部件D进给使用，另一条供轴向辗压部件C进入或退出工作位置使用。径向辗压部件D与原立式辗环机结构和功能类似，它们是由电动机通过减速箱、万向轴带动径向主辗压轮转动（图中未示出），径向主辗压轮12安装在滑块13上，在油缸15推动下沿床身部件A上的一条径向导轨14作下压运动，径向主辗压轮12和芯辊11构成一对轧辊，对环坯10进行周而复始的径向辗压使环坯10扩径，在推力辊部件E和信号辊部件B的协同作用下成形。在径向辗压部件D的导轨14与信号轮部件B之间、与导轨14成一定夹角β的床身部件上的另一条径向导轨17上，安置了一个轴向辗压部件C，借助其上的径向油缸18推动该部件C沿径向导轨17上运动，使其进入或退出工作位置，轴向辗压部件的滑块16的下部固接了一个安装了油马达23的下支承架24，油马达23的前端安装了一个锥形下轧辊22，锥形下轧辊22的上表面（上母线）略高于机器原有的托住环件10下端面的挡板5，滑块16的上部安装了一个轴向导轨19，其上的轴向油缸21推动轴向滑块20沿轴向导轨19作对环件10的轴向运动，该轴向滑块20上也有一个安装了油马达26的上支承架27，油马达26的前端安装了一个锥形上轧辊25，锥形上、下轧辊22、25在油路串联的两个油马达23、26带动下作反向同速旋转，锥形上轧辊25在下压过程中与原地旋转的锥形下轧辊22构成一对轴向轧辊，在径向辗压部件D对环件10进行径向辗压扩径的同时，对环件10的两侧端面实施周而复始的连续地滚动轴向辗压，其终点位置可由电气开关设定，保证了环件10的高度尺寸，并消除了侧面毛刺和端面凹陷。该对锥形辗压轮22和25还起着环坯10轴向定位的作用，防止环坯10因主辗压轮12无槽而轴向窜动，使辗环顺利进行。为了提高工作效率，信号轮部件B的后部设有油缸1，安装着信号轮4的滑枕2在油缸1的推动下可沿滑枕导轨3运动；推力轮部件E的后部也设有油缸6，安装着推力轮9的滑枕7在油缸6的推动下可以沿滑枕导轨8运动，以便调整信号轮和推力轮，适应不同直径的环件，它们的工作位置可以用电气开关来设定（也可以用目前常用的螺杆副手动调整它们的工作位置）。由于该机的各部件均由液压驱动，可以方便地实现半自动化、自动化操作。

图3 径轴双向多功能辗环机的机械结构示意图

如图3所示，若在多功能辗环机（详见本刊2009年第2期，P28-30）上设置轴向辗压部件，可实现直径超过1000mm的大型环件的径轴双向辗压，只须将轴向导轨、滑块和上、下锥形辗压轮的组件（30、31）安装到由随动油缸28拖动的左副辗轮（或信号轮）29的绕支铰轴33摆动的左杠杆32上，在径向主辗压轮40和芯辊39对环件37进行径向辗压，左副辗轮（或信号轮）29随着环件37外径的扩大而后退时，一对锥形上下轧辊31与左副辗轮（或信号轮）29一起随着左杠杆32摆动而后退，始终保持着对环件37的两侧端面进行连续的滚动轴向辗压。右侧的右副辗轮（或推力轮）35安装在由油缸34推动的绕支饺轴38摆动的右杠杆36上，信号轮29和推力轮35的工作位置可用电气开关设定并调整，不仅可方便地调整它们的位置，而且在轧制辗扩比很大的环件37时，可不停机地改变推力轮35的位置，一火完成。

图4为51Y-250ES型径轴双向立式辗环机外观图，图5为径轴双向立式辗环机模具相互位置图，图6为成形环件热态照片。

图4 径轴双向立式辗环机外观图

图5 径轴双向立式辗环机模具相互位置图

3 径轴双向立式辗环机的工作特点和优势

（1）解决了立式辗环机生产中的环件侧面毛刺和端面凹陷的惯性质量缺陷，改善了环件质量。

（2）提高了环件精度，节约了原材料，提高了生产效率，扩大了普通立式辗环机的工作范围。

（3）主辗压轮形状简单，无须因环件尺寸相异而开不同宽度和深度的槽形，母线平直、形状简单的主辗压轮可适用于外周为圆柱形的所有环件而实现了通用性，大大减少了模具数量，降低了生产成本，又因不必频繁更换模具而提高了生产效率。

图6 成形环件热态图

（4）轴向辗压部件上的一对锥形辗压轮由油路串联的两个油马达驱动，保证了它们的反向同速，结构紧凑、调节方便，该对锥形辗压轮还起着环坯轴向定位的作用，防止环坯因主辗压轮无槽而轴向窜动，轴向辗压的油马达传动的柔性和可调性，也易于与主辗压轮的径向辗压相互协调，使辗环顺利进行。

4 结束语

针对当今广泛应用于大批量中小环件生产的立式辗环机的不足，设计制造了一种径轴双向立式辗环机。它不同于卧式辗环机的庞大和复杂，其结构紧凑实用、调整操作方便，实现了半自动化生产。在环件径向辗压（扩径）过程中，同时对环件的两端面进行连续地滚动轴向辗压，使用外形简单的通用型模具就能生产不同直径和高度的环件，而且消除了环件侧面毛刺和端面凹陷的缺陷，提高了环件的制造精度和产品质量，明显降低了立式辗环机生产环件的成本。该机床结构简单、可靠实用、安装调整操作方便、造价低，可方便实现半自动化和自动化操作，将是立式辗环机的升级换代产品。

[1] 华 林，黄兴高，朱春东.环件轧制理论和技术[M].北京：机械工业出版社，2001.

[2] 中国机械工程学会锻压分会.锻压手册[M].北京：机械工业出版社，2000.

[3] 胡正寰，华 林.零件轧制成形技术[M].北京：化学工业出版社，2010.

[4] 江绍成，李培兴.中国专利号201310239004.0的专利技术说明书.2013.