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1、轴承钢球斜轧机设计说明书与常用成型工艺铸造、锻造、切削相比，轴承钢球斜轧工艺具有如下优点：单机生产效率高。轧辊每旋转一圈就生产一个产品，轧辊转速以500 r/min计，每分钟可生产500个产品（多头孔型则倍增），比锻造、切削的生产效率平均高520倍。材料利用率高。锻造之后进行机加工的轴承钢球，材料利用率一般只有60%左右，斜轧成型的轴承钢球，材料利用率一般可达80%，精密斜轧可达90%以上。产品质量高。轧制成型的轴承钢球金属纤维流线沿产品轴线保持连续，轧后晶粒细化。劳动条件得到改善。与锻造相比，无冲击噪声，劳动条件得到明显改善。轴承钢球的成形、精整、切断在轧辊孔型中连续自动完成，若进出料亦采用
2、自动操作，可极大减轻操作工人的劳动强度。生产成本下降。生产人员、辅助人员、设备台数及厂房面积等都可大幅度降低，生产成本大幅度下降。以上优点在国内外相关轧制成型产品生产中均得到证实，斜轧成型的这些突出优点及社会生产对环保、节能、效率要求的提高，必将使轴承钢球斜轧技术得到广泛的应用。1. 轧机要求为使轧机系统匹配合理，综合考虑规模、效益、节能与复杂性之间的关系，对轴承钢球轧机提出如下设计要求。能轧制直径2040mm的轴承钢球，其中轧辊孔型以钢球为例进行设计；为保证适当的劳动生产率，轧辊需具有较适当的转速，钢球轧制时轧辊转速约为150r/min；为保证在一台轧机上实现多种型号轴承钢球的轧制，轧辊采用
3、分体式结构，并可进行轧辊倾角、相位角、轴向位置、径向距离、导板的调整；轧机有安全保障及急停机构。2. 轧机总体配置从国内外的现有设计情况看，斜轧机总体结构配置上主要有三种类型：一是将电动机、传动装置及工作机座安装在地基基础上，从轧制无缝钢管的斜辊式穿孔机发展来的穿孔机式斜轧机；另一种是将电动机、传动装置、工作机座等配置在一起，从辊式无心磨床发展来的机床式斜轧机；第三种是机架可调整的钳式斜轧机。穿孔机式斜轧机主要优点：机器强度高、刚性大、使用可靠、维护方便。缺点：占地面积与设备重量大。适于轧制尺寸大，精度不高的产品。如大尺寸轴承钢球、球磨钢球等。机床式斜轧机主要优点是轧制精度高。缺点：机架刚性差
4、；传动系结构复杂，传动效率低；设备维护和装配不方便。适用于小尺寸精密热轧产品，如小尺寸轴承钢球。钳式斜轧机具有零部件少、制造容易、设备重量轻、占地面积小等优点；同时由于传动齿轮采用开式或半开式结构，工作时噪声较大，进料或出料易受到传动齿轮影响，更换下导板比较麻烦。适用于生产小尺寸的自行车钢球。皮带减速装置减速器+齿轮座轧辊2万向传动轴2轧辊2万向传动轴1工作机座电动机鉴于本设计产品的主要用户群，拟将本轧机设计成穿孔机式斜轧机。基本结构框图如图2-1所示。图2-1 轴承钢球结构框图3. 主要结构选型与设计分析3.1 传动系统结构与设计轴承钢球轧机传动装置包括：电动机、皮带减速装置、减速分动器、齿
5、轮座及万向节轴等。其主要作用是将电动机转速下降到轧辊的转速（增大输出转矩），将一个旋转运动转换成两个相同方向的旋转运动，并实现轧辊相位的调整。3.1.1电动机与皮带减速装置根据文献1对轴承钢球实测数据，轧辊最大压力为610 kN，所需电机功率为2025kW。绕线式交流电动机具有价格便宜，外形尺寸小，维护方便，过载能力较大。考虑成本与本轧机预期所轧钢球尺寸，轧机电机选用功率为3040kW的电机。考虑可控性与效率，初选交流电机型号为：（电磁调速异步电动机YOT，或变极多速异步电动机YD），同步转速为3000r/min，工作转速约为2980r/min。为实现对轧机的过载保护，采用皮带轮实现一级减速，
6、传动比初定为1.8。3.1.2减速器与齿轮座此处把主要完成降低转速的齿轮装置称为减速器，把主要完成将一个转动变为两个同方向转动的装置成为齿轮座。（1）减速器传动比由轧辊的工作转速和电机的工作转速可知，整个传动系的传动比约为19.87，除去皮带轮的一级传动比（1.8）与齿轮座传动比（1.0），减速器传动比约为11.04。（2）减速器与齿轮座的结构类型减速器与齿轮座采用分体式结构，其具体结构结合工作机座、万向联轴节的结构匹配进行选定。减速器的工作功率为3040 kW，输入转速约为1656 r/min。3.1.3万向联接轴图3-1 万向联接轴的布置图1-导料管 2-棒料 3-轧辊 4-万向联接轴 5
7、-齿轮座输出轴轴承钢球斜轧机的齿轮座与轧辊轴不在一条直线上，为将齿轮座的两个输出轴的动力与运动传递给机座的两个轧辊，需用万向联接轴连接。从允许倾角与经济角度考虑拟采用滑块式万向联接轴。但其在强烈的滑动摩擦下，滑块容易磨损，磨损造成的间隙会带来噪声并影响轧辊的相位准确。其参数选型与角度计算略。3.1.4相位调整机构略3.2 工作机座的结构与设计斜轧依靠轧辊对轧件的作用实现成型，依靠导板控制轧件位置。斜轧的工作机座起承受轧辊与导板的固定及安装，承担它们工作时产生的载荷的作用。对工作机座的基本要求是：固定要牢靠；调整要准确、方便；要有足够的强度与刚度；能快速拆卸更换零部件等。轴承钢球螺旋斜轧机工作机
8、座通常包含轧辊辊系、轧辊轴向调整机构、轧辊角度调整机构、轧辊径向调整机构、上下导板装置、机架部件等六大基本组成部分。此外，对轴承钢球螺旋斜轧机的轧辊调整，还有一个对准轧辊转角的要求，即还需进行轧辊相位调整，本轧机将相位调整机构放在齿轮座中完成，此处不再赘述。3.2.1轧辊辊系轧辊辊系由轧辊、轧辊轴、轴承和轴承座等组成，如图3-2所示。通常一台轧机备有几对轧辊辊系，以方便轧辊磨损或变更轧制品种时节省换辊时间。图3-2 轧辊辊系简图（1）轧辊及其孔型设计轧辊材料轴承钢球斜轧轧辊辊形棱角突出，轧制时单位压力大，工作条件相对较差，故轧辊材料选用高温高压工作条件下耐磨损，本轧机拟选用35CrMnSi或5
9、CrNiMo。为避免轧辊与轧件由于相对滑动造成表面粘料并提高轧辊寿命，要求轧辊有较高的表面硬度，通常要求HRC=6068。对采用5CrNiMo材料的轧辊，通过轧辊表面软氮化或表面渗碳可达到要求。热轧钢球及孔型法向剖面尺寸图3-3 孔型法向剖面成品尺寸：轧件尺寸：热轧件尺寸：式中 钢球直径，mm；加工余量，mm；热轧钢球直径，mm；热膨胀系数。轧辊直径轧辊直径与孔型螺旋长度是轧辊孔型设计的两个基本参数，其值是否合适，将直接影响成形工艺的稳定性，并对轧件质量、轧辊寿命、机体大小产生显著影响。轧辊直径主要取决于轧制旋转条件与轧制成形条件，其值可用式3-1确定。 （3-1）式中 D轧辊直径，mm，取D
10、=180；孔型螺旋长度孔型分成成形和精整两个区段，其长度的确定，主要考虑轧件成形及精整的要求、确保轧件质量、简化轧辊加工、提高轧辊寿命等因素。轴承钢球轧辊孔型总长度一般取为10801350，其成形段通常取360630，精整段孔型长度通常取450630。对本轧机轧辊，取孔型总长度为1260，成形段长度630。轧辊长度孔型螺旋长度确定后，轧辊长度可按式3-2确定。 （3-2）表3-1轴承钢球孔型基本参数项 目数据单位孔型半径前连接颈直径后连接颈直径储料槽半径成形终了凸棱高度凸棱起始高度横进刀量精整凸棱宽度孔型基本导程轧件总体积15.02.202.803.2013.601.7417.4644.398
11、34.39814164.2mmmmmmmmmmmmmm/转mmmmmm3式中 L轧辊长度，mm；孔型螺旋长度，；S0孔型螺旋导程，mm；此处，S0=34.398。轧辊咬入长度，mm；通常取=2030，此处取=20。将基本数据代入式3-2，计算可得L140。经验数据的选取轴承钢球孔型基本参数见表3-1。凸棱高度变化任意位置凸棱高度可用式3-3确定，连接颈直径可用式3-4求得。其数值列于表3-2。 （3-3）式中 任意孔型螺旋角度处的凸棱高度，mm；起始位置处的凸棱高度，mm；孔型螺旋角度，；起始位置处的孔型螺旋角度，；Tx横进刀量，mm； （3-4）式中 R孔型半径，mm；成形区任意位置凸棱宽度
12、轴承钢球斜轧孔型成形区凸棱宽度，在参考经验数据选定之后，进行多余金属系数校核、连接颈与凸棱宽度适应性校核，再根据情况进行必要的修正而确定的。其中头一圈凸棱宽度基本不变，以a1表示，其值可由经验公式3-5确定。 （3-5）式中 a0精整区凸棱宽度，mm。孔型封闭之后的270，凸棱宽度每隔90，其值可由经验公式3-6确定。 （3-6）根据大钢球取下限值，小钢球取上限值的经验确定凸棱宽度。当各凸棱宽度初步确定之后，用式3-7计算其多余金属系数进行校核。 （3-7）式中 V0轧制钢球及其连接颈的体积之和，mm3；Va在任意位置孔型型腔内包含的金属体积，mm3；多余金属系数；对于轴承钢球为最佳。在多余金
13、属系数校核过程中，在轧制的前270，计算的体积是型腔内所包含的金属体积，而并非实际的金属体积，此时孔型尚未封闭，钢球棒料直径小于孔型直径，钢球尚未成形，胚料同型腔之间存在着较大间隙。在整个轧制过程中，金属的变形过程比较复杂，在孔型封闭前，金属有后滑趋势，因此允许多余金属系数稍大，但不等大于1.08。若多余金属系数过大，可加大凸棱宽度，相应减小凸棱切削量，从而减小多余金属系数。多余金属系数校核值见表3-2。孔型型腔内其它参数计算孔型型腔内所包含的金属体积计算、凸棱宽度与连接颈宽度的适应性校核、导程计算公式略，其值或调整值见表3-2。储料槽半径储料槽半径用式3-8计算。 （3-8）式中 r0储料槽
14、半径，mm；d0成形终了位置的连接颈直径，mm；a0成形终了位置的凸棱宽度，mm。将表3-2成形终了位置的连接颈直径、凸棱宽度值代入可得，储料槽半径为2.35mm。该值通常可取大一些，此处取为3.2mm。（2）轧辊的装卸考虑到对轧辊与轧辊轴的不同性能要求及材料利用效率，轧辊与轧辊轴采用分体式结构，两者之间采用平键连接，采用或的间隙配合。轧辊轴采用45钢。（键的选择）（3）轴承的选择斜轧轧辊轴颈较大，斜轧轧辊轴承承受着较大的单位压力，轧辊轴承宜选用摩擦系数较小（通常为0.0030.008）的滚动轴承，考虑到轧制负荷较大，滚动轴承外形尺寸受限等因素，选用双列圆锥轴承。（4）轧辊倾斜角斜轧轧辊的青椒
15、、旋转方向、螺旋孔型的旋向三者之间必须保持一定的关系才能实现正常轧制。从入料方向看，对右旋孔型轧辊，右边轧辊入口端往下倾斜，左边轧辊入口端往上倾斜，轧件旋转方向为逆时针；对左旋孔型轧辊，右边轧辊入口端往上倾斜，左边轧辊入口端往下倾斜，轧件旋转方向为顺时针。本轧机采用右螺旋轧辊，右边轧辊入口端往下倾斜，左边轧辊入口端往上倾斜的结构形式。轧辊的倾斜角取决于孔型螺旋升角的大小，可采用式3-9确定。 （3-9）式中 轧辊倾斜角，；经验角度系数，；据经验通常。轧辊的螺旋升角，；其值可用3-10计算。表3-2成形段钢球孔型参数计算表度mmmmmmmm3mmmmmm3mm3mmmm3mmmmmmmmmmmm
16、mm1260117010809909008107206301.4713.375.2037.0698.93510.80112.66713.60013.52911.6639.7977.9316.0654.1992.3331.4006.469.4311.3612.7313.7214.4014.8114.93429257896496687769937052706470662.02.02.02.02.33.44.04.427.05823.32619.59415.86212.1308.3964.6662.800574.80427.20301.40197.60132.9093.9934.1213.52329
17、3155055021.4515.5311.688.946.965.604.7815284.714912.214912.51.0791.0531.0181.422.689.600.880.72-5.6019.45013.5309.6786.9384.6582.1980.778010.71818.99023.43825.27824.55828.71831.28610.30918.52024.38024.38024.38028.82631.26019.68313.6619.6917.1874.6822.1770.78401.771.871.981.752.283.423.994.4注：孔型螺旋位置角
18、度；任意位置处凸棱高度；圆弧水平投影长度；任意位置处的凸棱宽度；任意位置处的连接颈直径；任意位置处平直段长度；成形区的变化导程；成形区的变化导程修正值；任意位置处平直段长度修正值；任意位置处的凸棱宽度修正值；任意位置处前球体的体积；任意位置处前连接颈的体积；任意位置处平直部分体积； （3-10）式中 、轧辊的最大、最小直径，mm；将轧辊的各参数S0=34.398，=193.9、=180代入计算可求得3.35，。为达到本轧机进行多个产品进行轧制的目的，将轧辊倾斜角设计成可调整型倾角，使该角度可在08范围内调整，调整机构设计分析见3.2.3节。（5）锁紧螺母及其旋向为防止轧制过程中轧辊的轴向松动，
19、在轧辊轴的两边各有两个固定轴承内座圈的圆螺母。因轧辊为右旋，故入料端螺母为右旋，出料端螺母为左旋。（6）两轧辊的交叉位置斜轧的两个轧辊在空间交叉，其交叉点位置并不在轧辊辊身长的中间。因轴承钢球轧机的轧辊采用圆柱形原始辊面，两轧辊型腔之间的距离是变化的，交叉点间的距离最小，离交叉点轴向距离越远，型腔距离越大，为了更好的控制产品的尺寸，交叉点应尽量靠近出料端，通常交叉点设计在距出料端0.51个螺距的距离。3.2.2轴向调整机构轧辊轴向调整的基本要求是两个孔型轧辊的凸棱在轴向要对正，不得在轴向产生错位现象。如轴向产生错位，将使钢球产生不对称端切，使轧件形状与尺寸受到影响。严重时会破环钢球的轧制的正常
20、进行，影响其表面质量，严重错位时，会引起钢球中心疏松与中空。图3-4 双螺母式轴向调整机构目前斜轧机轧辊的轴向调整装置主要有五种型式，即压板式轴向调整机构、钩子式轴向调整机构、顶丝式轴向调整机构、十字滑块式轴向调整机构、双螺母式轴向调整机构。从造价与结构的简便性考虑，拟采用双螺母式轴向调整机构，如图3-4所示。3.2.3倾角调整机构为满足钢球斜轧生产的工艺要求，本轧机轧辊设计成倾角可调整的机构，倾角调整范围在08，结构形式如图3-5所示。图3-5 倾角调整机构简图;3.2.4径向调整机构为控制钢球的径向尺寸，实现不同型号钢球的轧制，轴承钢球轧机需设置径向调整机构。因径向调整机构比较常用，从方便
21、性考虑要求径向调整机构具有轧辊平行移动，两边的径向压下机构同步的特点。本轧机拟采用螺丝螺母作移动机构的径向调整机构，其形式如图3-6所示。其螺纹拟采用效率高、强度较好的锯齿形螺纹，考虑螺纹的自锁性与调整精度，设计成细牙螺纹。图未画图3-7 导板装置3.2.5导板装置为实现导板形状与轧辊的良好配合，导板装置设计成可上下调整的机构，其基本结构如图3-7所示。成形导板是在螺旋孔型轧制过程中参与使金属变形的重要工具之一，其尺寸和形状的合理性将直接影响到轧制过程的稳定性和钢球质量。导板主要是在一定的轧制位置上，控制钢球的椭圆度，并在入口与出口处对钢球轧制起导向作用。导板有关尺寸如图 所示，一般按如下经验
22、公式确定。L1.5L辊 （3-11） （3-12）式中 L辊轧辊总长度，mm；D最大所轧钢球的最大直径，mm。轧制较大规格的零件，如最大外径大于90mm时，可取R=(1.52.0)R最大=(0.751)D最大型面侧棱宽度b根据导板材料强度允许而定。轧制较小规格的零件，如最大外径小于50mm时，可取R=R最大+5 (mm) （3-13）一般取导板材料可选用3Cr2W8V，并进行淬火热处理。4. 轧机的调整轧机调整是轴承钢球斜轧成型的关键问题之一，它直接影响着产品的形状、尺寸及质量。轧机调整的实质就是使轧辊和导板处在正确的位置，以便轧件顺利地实现塑性变形，轧出合格的产品。因为斜轧机的调整因素较多，
23、并且各因素又相互影响，所以斜轧机的调整比其它类型轧机的调整要复杂得多。轧机调整的内容包括：轧辊的径向调整、倾角调整、轴向调整、相位调整、喇叭口调整、导板相对位置的调整、试轧调整等。从图4-1斜轧机调整内容示意图中可以看出：轧机调整因素的空间几何关系。有五个自由度需要调整。4-1 斜轧机调整内容示意图4.1 轧辊的径向调整轧辊的径向调整是最基本的调整，其目的是控制产品的径向尺寸，同时，轧辊径向调整还直接影响轧制能否正常进行及产品内部质量的好坏。4.1.1怎样进行轧辊的径向调整轧辊的径向调整比较简单，其基本调整如下。首先，根据孔型设计的要求，通过侧压螺丝机构，使轧辊移动，达到合理的辊缝尺寸。然后再
24、用卡钳检验，也有用标准样柱检验的。但是按这种方法调整的轧辊径向孔型，有时仍不能轧出合格的产品来。这是因为轧辊径向孔型尺寸在轧制过程中受到轧机的刚性，轧制线的位置，轧辊自身的热胀冷缩等因素的影响。当轧机的刚性较差，即在轧制过程中辊跳严重时，这时轧辊孔型的径向尺寸应当减去辊跳值。考虑到轧辊热胀的影响，在稳定轧制一定时间后，要适当地放开轧辊孔型的径向尺寸。当轧辊的热传导达到热平衡状态后，轧辊孔型的径向尺寸处于稳定状态。所以，对于精轧产品，往往需要预先对轧辊进行加热，这样就可以在轧制一开始便消除这一因素的影响，保证精轧产品的质量要求。当轧机中心线与轧制中心线（即轧件旋转的轴线）位置重合时，这时应用卡钳
25、测得的孔型径向尺寸，就应等于热轧毛坯直径。而当轧件贴一个导板轧制时，轧辊与轧件的接触点将上移或下移。当贴上导板轧制时，接触点便上移；反之，贴下导板轧制时，接触点便下移。图4-2 测量孔型径向尺寸关系图从图4-2可以看出，用卡钳测得的轧辊孔型径向尺寸只能是图中A、B两点间的距离l，而轧件与轧辊实际接触点应是A、B两点间的距离l。显然ll，如果要使l等于轧件的直径d，则孔型径向尺寸便调大了。由于接触点A、B间的距离用卡钳是测量不出来的，故只能通过测量尺寸l间接地控制尺寸l，l与轧件最大半径r之间有如下的关系。 （4-1）式中 R光型辊孔型底半径，mm；h轧机中心线相对轧制线的偏移量，毫米。4.1.
26、2径向调整与轧件旋转的关系棒料送入轧辊后能否旋转，是斜轧的前提条件，而轧辊的径向调整对这个前提条件有直接影响。在轴承钢球斜轧成形过程中，轧件的旋转条件为。其中，a为驱动轧件旋转力矩的力臂，b为阻止轧件旋转力矩的力臂。当轧辊孔型径向尺寸调得过紧时，如图4-3所示，轧辊由原实线位置，调到图中虚线位置，则出现力臂a减少与力臂b增大的情况，这样就会出现不能满足旋转条件的情况，即驱动轧件旋转力矩MT小于阻止轧件旋转的力矩MP，则轧件不旋转。此外，当径向调的过紧，就会造成变形金属轴向流动困难，增加了轧件的横向变形和变形阻力，即增大了轧制压力，造成轧件不易旋转。轴承钢球轧辊孔型的凸棱比较陡，为了便于旋转，在
27、设计轧辊孔型时，在轧辊人口段有一段较长的平直段孔型，在棒料喂入轧辊时就能正常旋转起来。如果孔型径向尺寸调得过松，就会出现轧辊孔型入口的平直段夹不住棒料（孔型底部与轧件不接触），这时轧辊仅靠较陡的孔型凸棱接触轧件，凸棱就象一把刀子一样切入轧件，不利于轧件旋转，所以，轧辊在径向调整时，要力求使轧件与轧辊孔型底部接触。图4-3径向调整与轧件的旋转关系当然，轧件的旋转条件还与其它因素有关，但轧辊孔型径向尺寸是影响轧件旋转的基本工艺因素。4.1.3径向调整与导板位置的关系在轧辊径向调整时，还要考虑与导板的相互位置。实践证明这一点是很重要的，即使轧辊孔型径向尺寸调整得符合孔型设计与工艺的要求，若与导板位置
28、的相互关系不正确，同样也不能实现正常的轧制。轴承钢球轧机的轧辊为双腔孔型轧制，孔型的径向调得与导板位置不正确，有时会造成轧件从轧辊与导板之间的缝隙中钻出，即生产中会发生钻料现象。这样不但破坏了正常轧制，而且还会损坏导板或轧辊孔型凸棱，造成事故。当两个轧辊按逆时针方向旋转时，轧件则按顺时针方向旋转。在轧制过程中，若出现上导板刮轧件现象，必然是上导板的左角造成的；若出现下导板刮轧件现象，必然是下导板的右角造成的。若轧辊旋转方向为顺时针，出现导板刮轧件现象恰好与此相反。在轧制过程中，一旦出现导板刮轧件情况，导板就将受到轧件一个水平推力，以轧辊逆时针旋转为例，上导板将会向右弯曲，下导板则向左弯曲。由于
29、导板薄、刚性差，导板受力后将产生较大的弯曲变形。因此，轧件被导板刮伤得更严重，同时轧件给导板的推力也越大，直到轧件卡在导板上停止旋转为止。不旋转的轧件，将被轧辊螺旋孔型的凸棱拽出。有时不旋转的轧件被一个轧辊带动，轧件从轧辊与导板之间的缝隙中钻出，造成钻料事故。在轧辊径向调整时，若轧辊以逆时针方向旋转，应注意保证上导板与左轧辊的间隙，下导板与右轧辊的间隙，在不相碰的前提下，应越小越好。反之，若两轧辊以顺时针方向旋转，则应保证上导板与右轧辊的间隙，下导板与左轧辊的间隙，在不相碰的前提下，也应越小越好。这就是轧辊孔型径向调整与导板位置相互关系的基本要求。按着上述的要求，轧辊与导板调整顺序如图4-4所
30、示。首先，固定好下导板位置，移动右轧辊，使右轧辊凸棱与下导板的间隙在不相碰的情况下越小越好。在固定好右轧辊位置后，根据4.1.1所述轧辊径向调整的原则，将左轧辊的位置调整好，并固定下来，最后确定上导板的位置，使上导板与左轧辊的凸棱不相碰的情况下，其缝隙越小越好。调整的关键就是保持两处的间隙越小越好。如果在轧制过程中，需要进行轧辊径向调整，原则上只能移动左轧辊与上导板。因为下导板不便移动，若移动了右轧辊，上述的关系就被搞乱了。此外，轧辊径向调整还应注意保证轧制线与导板的轴线平行（图4-5a是正确的位置）。若轧制线与导板轴线不平行（如图4-5b所示，这是不正确的位置）。将破坏上述轧辊和导板相互位置
31、的调整要求。图4-4轧辊与导板位置调整顺序图图4-5轧辊与导板轴向位置图4.1.4径向调整对产品质量的影响轧辊径向调整不但影响钢球尺寸形状，而且也影响钢球内部与外表的质量。调整不当在钢球的内部会产生硫松，严重时会中心破裂形成孔腔或在钢球的表面形成环沟以及其它缺陷。造成钢球中心疏松或孔腔的因素很多，其中轧辊径向调整是一个重要的工艺因素。如果轧辊径向尺寸调得过小，就意味着孔型的型腔容积变小了。这时孔型内被封闭的金属体积将大于孔型型腔的容积，这部分多余的金属体积，在轴向受到孔型凸棱限制不能流动变形，只能产生切向流动、横向变形，即钢球变成椭圆形。孔型径向调得越小，椭圆的长短轴之比就越大，即椭圆度就越大
32、。这部分多余金属体积在旋转时受到孔型的反复作用，长短轴反复交替变化，钢球就会受到反复拉、压、切应力的作用。由于这部分金属不易从孔型中流出去，造成拉、压、切应力作用效果的不断地积累，最终在钢球内部出现疏松，严重时产生破裂而形成空腔。另外，轧辊径向调得过紧，钢球中心产生疏松和空腔的另一方面原因。是由于金属在孔型未封闭前，轴向流动后滑困难，结果在孔型封闭后，将造成容纳在孔型中的金属体积过大。在实际生产中，当出现中空的产品时，适当调整轧辊径向孔型尺寸，稍微放大孔型的径向尺寸，将会收到明显的效果。另一种情况，当轧辊径向尺寸调得过松时，这就意味着孔型的型腔容积变大了。这时型腔内被封闭的金属体积将小于孔型型
33、腔的容积，出现孔型未被充满的现象。在钢球表面上出现环沟，尽管沟环有宽有窄，都是由于金属未充满孔型所造成的。只要适当调小轧辊孔型径向尺寸，同样可以收到显著的效果。4.2 轧辊的倾角调整斜轧的特点是轧辊轴线与轧制中心线不平行，而在空间交叉一个角度，这个角度称为轧辊倾角。轧辊倾角的调整，是通过轧机倾角调整机构，变化角度的大小。斜轧倾角调整的理论依据是轧辊的圆周速度在轧制线方向上的分速度等于孔型螺旋前进速度在轧制线方向上的分速度，即（4-2)因此，斜轧倾角调整的实质就是通过角度的变化满足上述的等式，也就是说通过角度的变化，来协调轧件（靠轧辊摩擦力）在轧制线方向的运动和轧辊孔型在轧制线前进方向的运动，并
34、使两种运动匹配。轧辊倾角调整，对产品质量、设备负荷、轧辊的使用寿命等方面都有很大的影响。4.2.1怎样进行轧辊倾角的调整轧辊倾角调整的内容有两点，一点是确定轧辊倾角的方向，另一点是确定轧辊倾角大小。轧辊倾角的方向，就是轧辊轴线的倾斜方向。它与轧辊螺旋孔型左右旋有关。若轧辊孔型为右旋时，从轧辊入口端看，右轧辊入口端应向上，左轧辊入口端应向下。如果轧辊螺旋孔型为左旋时，则与右旋孔型的轧辊倾角方向相反。轧辊倾角的大小可用式4-3来确定。 （4-3）式中S为轧辊螺旋孔型的导程，取孔型封闭处的前一变螺距或后一变螺距为宜。D是指钢球轧辊的孔型平均直径。这样首先确定出的轧辊倾角理论值，在轧制过程中可根据钢球
35、的实际成形情况作适当的微量调整。对于轴承钢球的轧制，左、右轧辊的倾角相等。4.2.2倾角调整对产品质量的影响（1）倾角对产品端面的影响轧件在轧辊孔型中，一边运动，一边连续成形。轧件的变形过程是由于逐渐升高轧辊孔型凸棱的作用，直径方向逐渐压细，轴向逐渐延伸。轧辊凸棱在轧件端表上的运动轨迹是一条阿基米德螺旋线，而正常的端面应是光滑的表面。如果轧辊倾角调整不当，会造成轧件的前端面或后端面被孔型凸棱所切，产品的端面不光滑。当轧辊倾角调得过大，轧件的前端面顶着轧辊孔型凸棱前进，这时前端面被凸棱所切。当轧辊倾角调得过小，轧件的后端面被轧辊孔型凸棱推着前进，这时后端面被凸棱所切。（2）倾角对产品幅长的影响产
36、品的幅长是指其回转轴线方向上的长度。产品产生幅短现象，除轧辊孔型轴向错位以外，还与倾角的调整有关。当轧辊倾角调得小于孔型螺旋升角时，则轧件的前进速度小于轧辊螺旋孔型在轧制线上的前进分速度，这时轧件相对轧辊要产生向后滑动。由于轧件的后滑，轧件在孔型未封闭前会渐渐脱离与孔型的轴向侧面接触，造成孔型前部充不满。当轧辊孔型封闭后，轧件继续变形。由于孔型前部空隙，还会在轧件本身变形力的推动下向前滑动，造成孔型凸棱两侧均不与轧件接触，形成产品短幅现象。当轧辊倾角调得大于孔型螺旋升角时，也会造成钢球短幅。在这种情况下，则会出现一个产品不短幅，而另一个产品短幅的现象，并且是间隔地出现。之所以出现上述现象，是由
37、于轧辊倾角调得过大，金属在轴向难于后滑，孔型中金属过满。这部分过充满的金属，由于轧辊孔型凸棱的限制，难于向前变形。金属便向切向流动，产生横向变形，使轧件变成椭圆。当孔型封闭后，这部分多余的金属在孔型中继续变形，在其本身变形力的推动下，还会推动后一个未封闭孔型中的金属向后滑动，从而造成钢球短幅。当这个短幅的钢球被孔型封闭后。多余金属可以向前滑动，不会推后一个钢球向后滑，这样后一个产品就不会短幅。充满孔型不短幅的产品，由于孔型的限制，多余金属变形力只能推动后一个未被孔型封闭的金属向后滑，又会出现产品短幅现象。这样就会周期性地出现一个钢球短幅，一个钢球不短幅的情况。4.2.2倾角对钢球疏松的影响倾角
38、调得过小是不会发生产品疏松的，只是当倾角调得过大时才会发生产品疏松。当倾角调整过大时，孔型封闭的金属过多，这部分多余金属，轴向变形受到孔型凸棱的限制，迫使金属切向流动，产生横向变形。轧件在孔型中受到反复拉、压、切应力的作用。而造成钢球中心断裂，形成疏松或孔腔。4.2.3倾角调整对轧制压力与力矩的影响轧辊倾角对轧制压力和力矩的影响是十分显著的。从相关文献提供的实测数据可知，当轧制坯料为65Mn，轧制温度为1000，其它条件不变时，只要改变轧辊倾角，如由2增加到230，轧制压力和转矩均要增加1.5倍左右。4.3 轧辊的相位调整所谓相位，是指两个轧辊型腔在圆周方向要对正。如图4-6所示，相位对正是指
39、两轧辊作用于轧件的型腔圆周方向角度一致（如图4-6a）。图4-6b为两个轧辊作用于轧件的型腔圆周方向角度不一致的情况，图4-6b所示为两轧辊相差一个角。图4-6 轧辊相位调整示意图a)相位对正 b）相位未对正图4-7为斜轧钢球时两个轧辊型腔相位不正的情形。这样造成两个轧辊给轧件的压入值（图4-7中的影线部分）不一致。此时两个轧辊给轧件每半圈的瞬时展宽量不一样。相位滞后的轧辊其展宽量减小，而相位超前的轧辊其展宽量增大。这种非对称轧制会带来下述问题：因为上轧辊比下轧辊对轧件的摩擦力要大，所以造成轧件紧贴一个导板的情形。这样既加重导板磨损，又容易划伤轧件的表面（当然，若相位相羞不多，贴导板的力不大，
40、这对稳定轧制是有一定的好处的）。若上轧辊与下轧辊作用在轧件上的力不在一条线上，轧件未变形部分产生弯曲，造成轧制不稳定。由于沿圆周的变形量不同，上轧辊作用于轧件的轴向力大于下轧辊作用于轧件的轴向力，轧件表面容易产生螺旋痕。图4-7斜轧钢球相位错位图为了保证相位对正，解决办法有两种：第一是在加工轧辊与安装轧辊时应严格要求保证安装相位准确。4.4 轧辊的轴向调整轧辊轴向调整也是基本调整之一。它的基本要求是两个轧辊型腔凸棱轴向要对正。生产中检验孔型轴向错位的方法如下：4.4.1斜轧孔型轴向错位的判断从产品形状判断孔型轴向是否错位若轧辊孔型轴向发生错位，那么可以从轧出产品的头尾形状来判断，如图4-8所示
41、。图中可见：当孔型轴向错位时，轧出的产品幅短，而且两端均带有圆柱形的凸台。当采用深浅孔型轧制时（即一个轧辊型腔凸棱高于轧制中心线，另一个轧辊型腔凸棱低于轧制中心线）轧辊型腔错位后，就会使轧件的前端或后端出现小凸台，并且轧件的幅短。从图可以明显看出孔型轴向错位轧出带小尾巴的产品情形。当右轧辊超前时（图4-9a)，圆柱形小凸台在钢球的头部三当右轧辊滞后时（图4-9b），圆柱形小凸台在钢球的尾部。图4-8 钢球在轴向错位孔型中的示意图图4-9深浅孔型轴向错位示意图a）右轧辊轴向超前，b）右轧辊轴向滞后从轧件运动状态判断孔型轴向是否错位轧制钢球轧辊孔型产生轴向错位时，如图4-10所示，右轧辊型腔较左轧
42、辊型腔错向出口，这样就会使轧件与右轧辊型腔的后部接触，而与左轧辊型腔的前部接触，出现左轧辊型腔的后半部与右轧辊型腔的前半部与轧件接触不上的状态。轧件与轧辊孔型在这种状态下接触，在轧件的斜对角线方向上，右轧辊将轧件往下带动，左轧辊将轧件往上带动，在轧件最后出孔型时，就会向斜后方向翻转。同理，当轧制的钢球向斜前方翻转，就可以判断为左轧辊型腔相对右轧辊型腔错向出口。4.4.2轧辊孔型轴向错位与轴向力正常稳定状态轧制时，如果轧辊孔型没有轴向错位，并且忽略轧件与导板的摩擦力，则轧辊两端的轴承基本不承受轴向力。因为轧件变形产生对轧辊的轴向力与轧辊型腔本身自相平衡。但是，当轧辊孔型轴向发生错位时，产生有轴向
43、力，其作用力状态如图4-11所示。作用于轧辊轴向力的方向与错位方向相反。图4-10 轧辊孔型轴向错位图4-11 轧辊孔型轴向错位产生的轴向力在轧辊孔型调整中，可利用轧辊孔型轴向错位产生的轴向力，来调整轧辊孔型轴向对正。具体办法就是在轧制中使一个轧辊相对机座固定，而使另一个轧辊相对机座轴向浮动。若轧辊孔型轴向错位，就会靠产生的轴向力自动找正。4.5 导板的调整导板是斜轧成型工艺的重要工具之一，它与轧辊孔型一起构成轧件变形的空间。导板的设计、制造、调整对产品的成型起着重要的作用。尤其是轧制尺寸精度比较高的产品时，导板的材质、制造、调整要求更高，因此，合理设计导板是很重要的。导板的调整主要是上导板与
44、下导板之间位置的确定，导板与轧机中心线间相互位置的确定，导板与轧辊孔型之间相互位置的确定。总之，通过导板上下、左右位置的变动，可使轧件处于合理的塑性变形状态。导板与轧辊孔型相互位置及调整原则前述已经说明。4.5.1导板相互位置的确定轧件在轧辊孔型中进行塑性变形的三维空间中，由轧辊孔型本身控制了轧辊径向与轧辊轴向的二维空间，而导板则控制其另一维空间，因此导板工作面之间的间距对产品形状有着直接的影响。从图4-12可以看出轧辊、轧件、导板三者相互关系。图中的h为导板工作面的间距，d0为轧件的最大外径，为导板与轧件之间的间隙，它们的关系为h=d0+即根据不同产品的最大外径确定间隙，就可确定导板的间距。
45、为稳定轧件变形状态，减小轧件在导板间上下摆动；控制钢球尺寸，降低轧件内部产生中心疏松或空腔的可能；控制轧辊孔型封闭时的金属体积，采用尽可能小的间隙值。其选取可参考下表，表中的值都是给出一个范围，当棒料尺寸公差小、曲率小、精轧产品时，则选取下限值，否则选取上限值，并且还应注意在实际轧制过程中进行调整。产品直径，mm1015152525404060608080120间隙值，mm0.41.20.72.01.03.01.53.5242.85图4-12 轧辊、轧件、导板三者相互关系4.5.2导板相对轧机中心线位置的确定斜轧机的中心线是指过两轧辊轴线水平面上轧辊中心距的中心线。它是由轧机设计与安装所决定的。除轧机中心线外，还有一条轧制中心线，这两条中心线是不相同的。轧制中心线（简称轧制线）是指轧件作螺旋运动的回转轴线。它是由上下导板位置确定的。再加上两条轧辊轴线，共有四条中心线，将它们之间的关系示于图4-13。在一般情况下，轧机中心线与轧制线不重合。只有通过调整上下导板位置才能使轧制线与
