锻造新工艺,锻造新工艺新技术

('10.1等温锻造（Isothermalforging）10.2粉末锻造（Powderforging）10.3精密模锻(Precisionforging)10.4半固态模锻(Semi-solidforging)10.5超塑性锻造(Superplasticforging)10.6连铸连锻(Continuouscastingandforging)10.7液态模锻(Liquiddieforging)10.8辊锻（Rollerforging）10.9环轧（Ringrolling）10.10摆动辗压(Swingrolling)10.11横轧与斜轧（Crossrollingandskewrolling）10.12径向锻造（Radialforging）第10章锻造新工艺我们知道，金属加工的最终目的是提供零件，这些件来自于铸造（液态金属凝固）、粉末冶金（金属粉末压实）、（固体金属的）成形和（切除金属的）切削。锻造实际是固体金属成形的一种金属加工方法。锻造与其它方法结合便涌现出一系列新的方法，即锻造新工艺。因此，锻造新工艺是在相关理论和工艺的基础上发展而来的。有的工艺目前处于应用研究阶段，有的处于探索阶段。本章介绍一些新工艺的概念、原理及工艺参数等。10.1等温锻造（Isothermalforging）顾名思义，等温锻造为恒定温度下的锻造，而常规锻造为一定温度区间（始锻温度-终锻温度）内的锻造。前者具有明显的优点，由于等温锻造，必然组织均匀，制品性能均匀。10.2粉末锻造（Powderforging）与铸造相比，粉末锻造之前的铸造过程被粉末处理过程所替代，因此粉末锻造的工艺发生了变化。粉末热锻的工艺流程为：粉末原料→预成形坯→烧结→加热→锻造。由于粉末锻造是在普通粉末冶金和精密模锻工艺基础上发展而来的，因此它具有如下特点：1）粉末预成形坯通过加热锻造的途径，提高了制品的密度，因此使制品的性能接近甚至超过同类熔铸制品的水平；2）保持了粉末冶金工艺制造坯料的特点，因为粉末预成形坯含有80%左右的孔隙，其锻造应力比普通熔铸材料要低很多；3）材料的利用率达80%以上；4）制品的精度高、组织结构均匀、无成分偏析；5）能够锻造难于锻造的金属或合金和各种复杂形状的制品，例如难变形的高温铸造合金。10.3精密模锻（精锻）(Precisionforging)精锻的方法有三种：高温精锻（热精锻）、中温精锻（温精锻）和室温精锻（冷精锻）。高温精锻时坯料在控制气氛中加热，以防止坯料产生氧化和脱碳。通常采用的是少氧化火焰加热炉，炉温1200℃时，CO2/CO≤0.3，H2O/H2≤0.8，便可以实现少氧化加热，此时的空气过剩系数控制在0.5左右。中温精锻是在尚未产生强烈氧化的温度范围内加热坯料并完成精锻的一种加工方法。例如，45号钢的抗拉强度到600℃时为室温时的一半。600℃以上的抗拉强度较低，碳钢在600-850℃范围内无强烈的氧化现象，因此此种条件下锻造可使锻件达到较高的精度和较低的表面粗糙度。室温精锻取消了毛坯锻前加热，不存在坯料氧化问题。但是为了顺利进行冷精锻，常须进行润滑处理改善表面的状态。10.4半固态模锻(Semi-soliddieforging)半固态模锻是将半固态坯料加热至半固态温度后，迅速转移至金属模膛中，在机械静压力作用下，使处于半熔融态的金属产生粘性流动、凝固和塑性变形复合，从而获取毛坯或零件的一种锻造新工艺。10.5超塑性锻造(Superplasticforging)超塑性锻造指在利用材料的超塑性性能进行的锻造。超塑性指材料在一定的组织和热力学条件（温度、应变速率、应变）下获得大于100%拉断延伸率的一种成形方式。不同的材料在不同的条件下可以展现超塑性。经典超塑性材料要求组织为细晶、热稳定、应力小、应变速率低、应变速率敏感性为0.5左右。近年来出现了金属间化合物、陶瓷、复合材料的超塑性，发展和丰富了经典超塑性的内容，出现了溶质拖曳蠕变较高的延伸率和高应变速率超塑性普通锻造是热成形过程，应变速率比较高。为了获得较好的塑性，需要在高温低应变速率下进行锻造。一些先进材料超塑性成形的条件如表1所示表1一些先进材料超塑性成形的条件材料晶粒尺寸温度应变速率m值延伸率µmK1/s%Ti-25Al-10Mo-3V-1Mo12238×10-50.5-0.6887Fe3(Al,Si)100112310-4100Ni3Al10137310-3541TiAl60137310-30.2-0.3>100Ni3Si15135310-30.5650SiCw/212420%vol748-8233×10-30.33300SiCp/202415%vol7534×10-40.434910.6连铸连锻(Continuouscastingandforging)它是先铸造后立即锻造的铸锻联合的先进工艺。实质是铸造与锻造的结合。这一点和连铸连轧、连续铸轧、连续铸挤发生联系，都属于冶金短流程的工艺。短流程的工艺带来能耗的降低、流线缩短、占地面积减少。进一步的情况请见所附文献或相关杂志。10.7液态模锻(Liquiddieforging)液态模锻工艺集热模锻和全液态压铸优点于一身。该工艺将熔融金属液注入开式模膛内,然后合模实现充填成形,在压力作用下凝固并有少量塑性变形。该工艺可获得力学性能接近锻件的制件,可在一个工步内完成较复杂制件的成形。铝合金液态模锻是液态模锻工艺中发展最成熟、应用最广泛的工艺,其典型产品为汽车活塞。10.8辊锻(Rollerforging)辊锻是使毛坯在装有扇形模块的一对旋转的轧辊中通过，借助模槽产生塑性变形，从而获得所需要的锻件或锻坯，如图1所示。辊锻工艺分类及其应用范围如表2所示。图1辊锻示意图1-轧辊2-扇形模块3-锻件表2辊锻工艺分类及其应用范围分类变形过程特点应用制坯辊锻单型槽辊锻在开式型槽内一次或多次辊锻，或用闭式型槽一次辊锻用于毛坯端部拔长或用于模锻前的制坯工序，例如搬手的杆部延伸多型槽辊锻在几个开式型槽中连续辊锻，或在闭式与开式的组合型槽中辊锻主要用于模锻前的制坯工序，例如汽车连杆的制坯辊锻成形辊锻完全成形辊锻在辊锻机上完成锻件的全部成形过程。可在开式型槽、闭式型槽或开式闭式型槽中辊锻适用于小型锻件及叶片类锻件的直接辊锻成形，例如各类叶片的冷、热精密辊锻和医疗器械的冷辊锻预成形辊锻锻件在辊锻机上基本成形，即完成相当于模锻工艺的预锻或超过预锻的成形程度。在辊锻后需要其他设备进行最终整形适用于辊制截面差较大、形状较为复杂的锻件，例如内燃机连杆、拖拉机履带节的预成形部分成形辊锻锻件的一部分形状在辊锻机上成形，而另外部分采用模锻或其他工艺成形适用于辊制具有长杆类或板片类锻件。例如锄头、梨刀、汽车变速器操纵杆、剪刀股等辊锻工艺是轧制、模锻两种工艺的结合，它集中了这两种工艺的优点，所以辊锻工艺具有如下的特点：（1）产品精度高，表面粗糙度小。（2）锻件质量高，具有良好的金属流线。（3）生产效率高。这是由于辊锻过程中锻辊是连续转动的，间隙时间短。（4）模具寿命长。（5）所需设备吨位小。（6）工艺过程简单，易于实现机械化自动化，而且劳动条件好。10．9环轧(Ringrolling)10．9．1环轧原理环形件辗轧简称环轧，有称为环形件扩孔。其原理如图2所示。辗压轮1与芯轴辊2旋转中心轴平行，辗环时，电动机通过减速箱驱动辗压轮旋转，辗压轮通过它与环形坯件之间的摩擦力曳入毛坯并连续地施压，环形坯与芯辊之间的摩擦力带动芯辊转动，同时辗压轮与芯辊之间的中心距逐渐缩小，直至变形结束。经辗环变形的工件，截面积和径向厚度都减小，环形件外径和孔径都相应地增加。因此，环轧主要是径向压缩切向延伸的锻造过程。图2环轧原理图10．9．2环形件的分类根据环壁截面形状，环形件可分为矩形、锥形、十字形、沟槽形和法兰形等五类，如图3所示。按直径尺寸分为：超小型（φ50mm以下）、小型（φ50~200mm）、中型（φ200~500mm）、大型（φ500~1500mm）和超大型（φ1500mm以上）。图3环形锻件分类（a）矩形（b）锥形（c）十字形（d）沟槽形(e)法兰形10．9．3环轧工艺特征环形件辗轧工艺，按其受压变形方向不同可分为径向辗轧和径向-轴向辗轧两类。径向辗轧在辗轧过程中，环壁径向受压缩，金属沿切线方向延伸。而轴向即使不受轧辊限制，环壁的宽展量仍然很小。径向辗轧工艺主要适用于矩形截面、沟槽形截面、十字形截面类环件，这种工艺所用的设备简单，如图4所示。径向-轴向辗轧这是在径向辗轧的基础上，加端面轧辊，使其产生轴向变形的环轧工艺。这种工艺主要适用于壁厚较大或截面较复杂的环件，见图5。图4径向辗轧示意图图5径向-轴向辗轧1-芯辊2-主轧辊3-锻件1-芯辊2-主轧辊3-锻件4-端面轧辊10．9．4环轧工艺的特点（1）可轧制接近零件外廓形状的锻件。（2）环壁切向的机械性能好。因为变形均匀，金属流线沿圆周方向分布。（3）生产效率高，环轧工艺生产率比自由锻高10~20倍。（4）环形件尺寸几乎不受限制，直径为25~6000mm，重量为0.4kg~(6~8)t的环形件，均可用环轧工艺制造。（5）设备简单、造价低，对厂房要求不高，劳动条件较好。10．10摆动辗压(Swingrolling)摆动辗压属于热锻与锻造工艺结合的新工艺。属于摆动式精密锻造技术。该工艺节省时间、费用低、制品质量高。10．10．1摆动辗压基本原理摆动辗压（简称摆辗）是指上模的轴线与被辗压工件（放在下模）的轴线（称主轴线）倾斜一个小角度，模具一面绕主轴旋转，一面对坯料连续进行压缩，这种连续累计的成形方法称为摆动辗压。它具有省力、无冲击振动、无噪声、劳动条件好、工件精度高、设备制造费用低等优点，已在世界各国工业生产中得到广泛的应用。锻造所需要的变形力的大小是由模具与工件接触区域内的平均单位压力及接触投影面积之积来确定的。因此减小变形力的一个途径就是减少模具与工件间的接触面积，经若干次的局部连续成形而达到整体成形，摆辗就是基于这种思想产生的，其成形原理如图6所示。图6工作原理示意图1-上模2-毛坯3-滑块4-液压缸10．10．2摆辗特点（1）辗压力小。加工相同的零件，仅为普通锻造方法的1/20~1/5，所以小功率的摆动辗压机可加工较大的锻件。（2）产品尺寸精度高，质量好，不易开裂。这是压缩变形特点决定的。（3）适合于加工薄盘类零件成形。但摆动辗压使用上有其局限性。以往生产薄盘类零件，用普通锻压方法加工时，因摩擦力的影响，则所需要的压力可能超过模具材料的强度极限而造成无法继续加工。锻压时摩擦力的大小取决于模具与被锻压的毛坯间的润滑状态及相对运动情况。采用摆辗方法时，模具与毛坯的接触面积小，工具与毛坯表面间的摩擦可能由滑动摩擦变成滚动摩擦，摩擦系数大大减小，因此作用在毛坯上的变形力减小了。（4）无噪声、无振动、易于实现机械化、自动化，劳动环境好，劳动强度低。（5）投资少，能耗低，设备制造费用低等。（6）缺点是机器结构较为复杂，另外往往要求制坯。10．10．3摆辗产品摆动辗压适合加工各种盘类、环类、法兰类以及带法兰的长轴类等回转体锻件，如齿轮牙嵌离合器、铣刀片、汽车后半轴、碟形弹簧、止推轴承圈等，甚至还可用于提高粉末烧结件的密度或零件表面强化等，如图所示。摆动辗压几乎可加工所有可塑性材料，如铅、铝、铜及其合金、碳素钢、合金钢、不锈钢、轴承钢和高速钢等。10．10．4摆辗典型工艺与应用摆辗典型工艺如图7所示。图7典型工艺(a)镦粗(b)法兰镦粗(c)垂直成形(d)反挤压(e)正挤压(f)正挤压镦粗(g)精冲(h)粉末压实(i)缩口(j)翻边(k)锥端铆接(l)平端铆接(m)半圆铆接(n)翻孔铆接(o)翻边（扩口）铆接(p)卷边铆接（1）锻造摆辗锻造主要用于成形各种饼盘类、环类、带法兰的长轴类锻件。根据成形温度不同，摆辗可分冷辗成形、热辗和温辗。冷辗锻件精度较高，需要力较大，质量好，模具寿命长；热辗省力，但模具寿命低；温辗介于二者之间，目前发展较快。国外冷辗较多，近来发展温辗，国内热辗较多，近年发展冷辗和温辗。我国摆辗成形件的实例有：汽车半轴及汽车后桥被动大齿轮、铣刀片、盘形弹簧片、扬声器导体和铁路车辆销类件等。（2）铆接摆辗铆接无噪声、无振动、与风铆相比非常安静，主要用于汽车、造船、家具、电气、门窗等工业生产部门之中。不同铆头可实现圆头、平面、扩口、卷边等铆接工艺。可铆接的材料有低碳钢、中碳钢、有色金属、塑料及陶瓷。（3）粉末压制粉末烧结体的预制坯经摆辗成形后可提高其致密度。（4）精冲、圆管缩口及翻边摆辗精冲所需设备吨位小，便于制造，它与摆辗翻边一样都处于研究阶段。摆辗缩口可使金属管端部形成抛物面、球面、锥面等各种形状零件。与模压法缩口相比所需变形力小，工件表面质量高，模具简单，成型极限高，可以加工壁厚大的管件。（5）挤压日本在摆辗挤压方面做了大量工作，试验材料有铝、铜及35号钢等。10．10．5摆辗主要工艺参数的确定（1）极限变形度变形度Ф表示变形程度大小，用下式表示。Ф=ln(A1/A0)=ln(R12/R02)式中，A0-毛坯面积（mm2）；A1-工件面积（mm2）；R0-毛坯径向尺寸(mm)；R1-工件径向尺寸(mm)。图8是R0和R1的选取情况。摆辗件毛坯图8毛坯、工件径向尺寸的选取极限变形度ФL是指摆辗件边缘无破裂的最大可能变形程度。ФL=0.7-2.7,随材料的不同而不同。（2）毛坯粗度系数（高径比）毛坯粗度系数C表示高度与直径之比。对于圆形截面毛坯：C=H/d0对于矩形截面毛坯：C=H/1.16a式中H-毛坯高度(mm)；d0-圆形截面毛坯直径（mm）；a-矩形截面毛坯短边长度（mm）。粗度系数超过一定极限值，就会存在毛坯纵向弯曲或偏心的危险，毛坯粗度系数允许值CL=1.4-3.0，随材料的不同而不同。（3）毛坯体积与尺寸的确定1)计算毛坯体积；2)由极限变形度确定圆形截面毛坯直径d0或矩形截面毛坯短边长度a，根据材料规格圆整计算值；3)计算毛坯高度H；4)校核毛坯粗度系数C，如C>CL,增大毛坯直径，重复第3）步以下计算过程，直到C<=CL为止。（4）摆角γ摆角γ大小直接影响到面积接触率λ大小，影响到机器的轴向压力和功率的大小，进而影响到机器效率和工件质量。冷辗时，通常摆角γ=1º-2º。热辗时一般取γ=3º-5º。铆接时为了加快金属径向流动，γ常取4º-5º。（5）面积接触率λ摆辗面积接触率λ是摆辗模具与毛坯接触面积Ac和毛坯上表面积A的比值。λ=Ac/A（6）摆辗力P=pAc式中P-摆辗力；p-平均单位压力。10．11横轧与斜轧（Crossrollingandskewrolling）10．11．1横轧与斜轧的特点、分类及用途10．11．1．1运动特点10．11．1．1．1横轧的运动特点如图9所示，其特点是：1）两个轧辊轴心线平行，其旋转方向相同；2）轧件作平行于轧辊轴心线与轧辊旋转方向相反的旋转运动。图9横轧齿轮原理图1-轧辊2-轧件圆形坯料（又称轧件）旋转时，在轧辊孔型的作用下，局部连续成形零件，进出料设有专门的装置。轧件的转速n2与轧辊转速n1的关系为：n2=(Rkn1)/rk式中Rk–轧辊的轧制半径；rk-轧件的轧制半径。k点为轧辊与轧件作无滑动的滚动点。Rk与rk按轧件力矩平衡条件确定。10．11．1．1．2斜轧的运动特点如图10所示，其特点是：1）两个轧辊轴心线交叉一个不大的角度，其旋转方向相同；2）轧件在两个轧辊的交叉中心线上作与轧辊旋转方向相反的旋转运动外，还作前进直线运动，所以斜轧又称螺旋轧制。图10斜轧钢球原理图圆形坯料旋转前进时，在轧辊孔型的作用下，局部连续成形零件。进出料靠轧辊自动完成。轧件的转速n2与轧辊转速n1的关系为：n2=(Rkcosα·n1)/rk轧辊带动轧件前进速度为：V=(πRkn1sinα)/3010．11．1．2基本类型10．11．1．2．1横轧的基本类型1齿轮横轧如图9所示，带齿形轧辊1与圆形坯料2在对滚中，实现局部连续成形，轧制成齿轮。这种横轧的变形主要在径向进行，轴向变形很小。既有热轧也有冷轧，此方法还可以轧制链轮、花键轴等。横轧齿轮有两种方式，一种是单件轧制（图11），齿轮轧辊边转动边径向进给；一种是多件轧制（图12），齿轮轧辊只转动，径向不动，毛坯轴向进给。图11横轧齿轮（单件）原理图图12横轧齿轮（多件）原理图图13横轧螺纹原理图2螺纹横轧螺纹横轧又称螺纹滚压。如图13所示，两个带螺纹的轧辊（滚轮），以相同的方向旋转，带动圆形坯料旋转，其中一个轧辊径向进给，将坯料轧制成螺纹，这种横轧的变形主要在径向进行。这种方法主要用于冷轧直径3~20mm的紧固件螺纹，其精度可达7级。螺纹表面的粗糙度Ra可达0.4μm。3楔横轧如图14所示，两个带楔形模的轧辊，以相同的方向旋转，带动圆形坯料旋转，坯料在楔形孔型的作用下，轧制成各种形状的台阶轴。楔横轧的变形主要为径向压缩和轴向延伸。图14楔横轧原理图1-带楔形模具的轧辊2-坯料3-导板与传统锻造比较，楔横轧具有生产率高、节材、节能、产品精度高等优点，并已广泛应用于汽车、拖拉机、摩托车、内燃机等轴类零件毛坯的生产，还可以为模锻件精确制坯，例如连杆、曲柄轴等，得到广泛应用。10．11．1．2．2斜轧的基本类型1穿孔斜轧如图15所示，两个带正反锥的轧辊，其轴心线相互交叉一个角度，轧辊以相同方向旋转带动圆形坯料既旋转又向前移动，在正锥的压缩作用下，坯料的中心发生疏松与空腔，坯料继续旋转前进到轧辊的反锥部分，坯料中心疏松与空腔在顶头的作用下，轧制成空心管坯。这种斜轧已有上百年历史，是冶金工厂生产无缝钢管的主要方法之一。图15穿孔斜轧原理图2螺旋孔型斜轧两个带螺旋孔型的轧辊，其轴心线相互交叉一个不大的角度，轧辊以相同方向旋转，带动圆形坯料既旋转又向前移动，坯料在螺旋孔型的作用下，成形回转体零件。这种斜轧的变形主要表现为直径压缩和轴向延伸。由于螺旋孔型斜轧与传统锻造比较，生产某些零件，如钢球、球头挂环等，具有很高的生产效率，今后将有较大的发展。3仿形斜轧如图16所示，三个带锥形的轧辊1带动圆形坯料2旋转，由于轧辊轴心线与圆形坯料轴线有一倾斜角，故坯料除旋转外还向前移动。三个轧辊借助于仿形板改变距坯料中心线的径向距离，实现变截面轴的轧制。这种斜轧的变形主要为直径压缩和轴向延伸。为了保持一定的拉力和支承轧件，在出口端设有夹持拉力装置。图16仿形斜轧原理图1-轧辊2-轧件3-仿形板10．11．1．3楔横轧、螺旋孔型斜轧及仿形斜轧的比较楔横轧、螺旋孔型斜轧及仿形斜轧都是用来零件成形的方法。它们与一般锻造工艺比较，均具有效率高、节约材料、无冲击少噪音等优点。但三者之间又有差异，这些差异决定了它们各自的应用范围。其主要差别列于表3中。表3对螺旋孔型斜轧、楔横轧及仿形斜轧的工艺特点比较后，可以得出它们应用范围的下述结论：螺旋孔型斜轧具有生产率高，材料利用率高，产品表面质量好及进出料方便等优点，但轧辊复杂，工艺调整困难，故它一般适合于轧制长度小于200mm，年批量大于5~10万件的轴类零件。楔横轧具有生产率较高，材料利用率较高，产品表面质量好等优点，由于轧辊大并且比较复杂，故它一般适合于轧制长度小于800mm，年批量大于3~5万件的轴类零件。仿形斜轧具有轧辊直径小，形状简单等优点，但由于生产率较低，产品表面质量较差，料头损失大以及工艺调整困难等缺点，故总体上不如螺旋孔型斜轧与楔横轧，仅适用于长度大于800mm，年批量大于3~5万件的某些轴类零件。表3楔横轧、螺旋孔型斜轧及仿形斜轧的比较楔横轧螺旋孔型斜轧仿形斜轧生产率/（件/min）工件直径50mm的公差/mm表面粗糙度/μm平均材料利用率（%）轴台阶过渡形状模具复杂程度轧辊直径6~300.86.3~10090任意形状较复杂大40~30000.63.2~5094任意形状复杂较大0.5~6225~30085较大锥角过渡简单小10．11．2楔横轧与孔型斜轧的主要工艺参数10．11．2．1楔横轧工艺参数的确定楔横轧有三个主要工艺参数，断面减缩率Ф，轧辊孔型的成形角α及展宽角β（见图17）。图17典型楔横轧展宽图10．11．2．1．1断面减缩率Ф断面减缩率又称断面收缩率。断面减缩率Ф为坯料轧前面积F0减去轧后面积F1与轧前面积之比，即：Ф=（F0-F1）/F0=1-(d1/d0)2式中d0-坯料轧前直径；d1-坯料轧后直径。楔横轧一次的断面减缩率Ф一般小于75%，否则容易产生轧件的不旋转、螺旋缩颈甚至拉断等问题。当轴类零件直径尺寸相差很大时，即断面减缩率Ф超过75%时，可采用在同一轧辊模具上两次楔入轧制，即每次楔入轧制的断面减缩率Ф小于75%，两次断面减缩率Ф大于75%的方法。在个别情况下，也可采用局部堆积轧制（将毛坯直径轧大），解决断面减缩率Ф大于75%的方法。需要指出的是，当断面减缩率Ф小于35%时，若某些工艺参数选择不当，不但轧件直径尺寸精度不易保证，而且容易出现轧件中心疏松等缺陷。因此过小时，变形未能渗透到轧件中心，主要变形发生在轴的表面，多余金属在模具间反复揉搓，使轧件轴心产生拉应力与反复剪切应力的作用，致使中心出现疏松甚至空腔缺陷。为避免小Ф产生的疏松缺陷，应选择较小的展宽角与较大的成形角。所以，楔横轧比较有利的断面减缩率为：Ф=40%-65%10．11．2．1．2成形角成形角α是楔横轧工艺设计中两个最主要最基本的参数之一。理论与实践表明，在楔横轧正常展宽部分（图6-2-11）的成形角α，一般在下列范围内选用：18º<=α<=32º。成形角α对轧件的旋转条件、疏松条件、缩颈条件以及轧制压力与力矩都有显著的影响。一般情况下，α角越大，旋转条件越差，容易产生缩颈，但中心疏松条件改善。成形角α与断面减缩率Ф的关系较大。一般情况下，Ф越大，越容易发生缩颈和轧件不旋转的问题，而不容易发生中心疏松，故α选择较小值。10．11．2．1．3展宽角β展宽角β是楔横轧工艺设计中两个最主要最基本的参数之一。理论与实践表明，在楔横轧正常展宽部分（图6-2-11）的展宽角β，一般在下列范围内选用：4<=β<=12º。展宽角β对轧件的旋转条件、疏松条件、缩颈条件以及轧制压力与力矩也都有显著的影响，一般情况下，β角越大，旋转条件越差，容易产生螺旋缩颈，轧制压力与力矩增加，但中心不容易产生疏松。为了减少模具的周长度，在模具设计时应尽可能选取较大的β角。断面减缩率Ф对展宽角β的影响比较复杂，一般情况是：当Ф>70%时，应该选择较小的β值，否则容易产生缩颈；当Ф<40%时，也应该选择较小的β值，否则容易产生疏松。10．11．2．2螺旋孔型斜轧工艺参数的确定10．11．2．2．1极限压缩量Z’螺旋孔型斜轧的必要条件之一是：轧制中要建立稳定的旋转条件，否则既不能正常轧制，也出不了合格产品，并且容易损坏模具与设备。由于螺旋孔型斜轧的旋转条件比较复杂，一般用简单横轧的旋转条件进行近似的分析。简单横轧的旋转条件为摩擦力T组成的力矩MT应大于或等于正压力P组成的力矩MP,即:MT>=MP或Z/d>=μ2/(1+d/D)式中Z-轧件每半圈的压缩量；D-轧辊直径；d-轧件直径；μ-摩擦系数。将上式写成等式，此时，轧件每半圈的压缩量Z就成为满足旋转条件下的极限压缩量，用Z’表示，写成：Z’/d>=μ2/(1+d/D)Z’/d称为极限相对压缩量。极限压缩量Z’是设计或者校核孔型凸棱高度变化曲线的重要依据。10．11．2．2．2轧辊倾角α螺旋孔型斜轧轧件的轴向前进运动有两方面的因素起作用。一是轧辊孔型圆周速度在轴向的分速度带动轧件的前进速度（无整体打滑），用vc表示为：vc=(πDn1)/60。二是轧辊孔型的螺旋带动轧件的前进速度，用uc表示为：uc=(n1Scosα)/60。实现理想平稳的轧制，应该是以上两个速度相等。这样就不会出现孔型前后挤压或者切割轧件前后端面的不良现象。10．12径向锻造（Radialforging）10．12．1`径向锻造的特点、分类及用途10．12．1．1特点径向锻造是在坯料周围对称分布锤头，对坯料沿径向进行高频率同步锻打，坯料通常边旋转边作轴向送进，使坯料断面尺寸减小，轴向延伸，同时加压方向绕轴回转，使断面成对称状，其使用的设备为径向锻机。图18径向锻造的各种形式a)二锤头回转式b)二锤头坯料回转式c)三锤头坯料回转式d)四锤头非回转式10．12．1．2分类径向锻机的工作部分有二锤头、三锤头及四锤头之分，如图18所示。对于某些专用棒材生产的径向锻机则有6锤头或8锤头的。有坯料不转，锤头每次打击都要绕坯料旋转的锤头回转式；有锤头只作打击，坯料旋转的坯料回转式；以及锤头和坯料都不旋转的非回转式三种形式。10．12．1．2用途目前国内径向锻机上可锻直径达400mm的实心轴及直径600mm的空心轴。图19所示为应用范围：圆棒或圆筒的减径件（图19a）；带锥度的件（图19c）；带台阶的件（图19b,d）；内、外表面异形件（图19g,h）；缩口件（图19e）；和其他物体固定件（图19i）；弯曲轴的矫正及钢锭的开坯等。图19径向锻造的应用举例a)全部断面减缩b)一部分断面减缩c)锻锥度d)锻外部台阶e)缩口f)锻内台阶g)锻外异形断面h)锻内异形断面i)锻接因此，径向锻造广泛地用于锻造各种机床、汽车、拖拉机、机车、飞机、坦克和其他机械上的实心台阶轴、锥度轴和空心轴，以及这几种形状兼有的轴类锻件。还可以专门用于各种气瓶、炮弹壳的收口，航空用氧气瓶，火箭上喷管的缩颈，锻造枪观管、炮管和深孔螺母、内花键以及方形、矩形、六边形、八边形和十二边形的棒材。10．12．2径向锻造工艺参数的确定径向锻造的主要工艺参数有锻件转数、轴向送进速度、径向压入量和径向送进（进锤）速度以及毛坯的加热温度。10．12．2．1锻件转数径向锻机上锻出的锻件外圆，实际上呈多边形，只不过是因为采用圆形工作表面锤头，多边形已不明显。工件转数只影响边数多少，而与工件直径无关。多边形边数越多，锻件也就越圆滑。锤头的打击次数是不变的，一般夹头的转数是可调的，一般为25-46r/min。10．12．2．2轴向送进速度轴向送进速度越大，生产率越高，但是锻件外表质量也就越不好。热锻时一般选用1.5-2.5m/min;温锻时选0.3-0.5m/min;冷锻时选0.06-0.2m/min10．12．2．3进锤速度进锤速度对锻件表面质量影响不大，一般选200-300mm/min。10．12．2．4径向压入量在机器力量允许的情况下，选用较大的径向压入量可减少工步，提高生产率。但是径向压入量大，横向变形也大；在轴向送进速度较大时，锻件表面会出现螺旋形脊椎纹，尤其在锻小直径时更明显。一般若选用较大的径向压入量，则配之以较低的轴向送进速度。10．12．2．5锻造温度径向锻造的机动时间较短，锤头与锻件接触时间极短，锤头带走的热量很少，所以一般锻件的终锻温度较高，故毛坯加热温度可比一般锻造低100-200℃。参考文献付传锋、张钰成、赖周艺、胡亚民，中国机械工程，2006，17（supp）,135王允禧，锻造与冲压工艺学，北京，冶金工业出版社，1994，罗守靖，机械工人.热加工，2004，6，74陈炳光、陈昆，连铸连锻技术，北京，机械工业出版社，2004罗守靖、姜巨福、孙锐,中国机械工程，2005，16（7）胡正寰、夏巨谌，中国材料工程大典（第20卷上），北京，化学工业出版社，2006邓明，材料成形新技术及模具，北京，化学工业出版社，2005蒋鹏、曹飞、罗守靖，锻压技术，2004，29（6），27-29马锡良，铝带坯连续铸轧生产，湖南，中南工业大学出版社，1992钟毅，连续挤压技术及其应用，北京，冶金工业出版社，2004海锦涛、王仲仁、杨永春、张立斌，全国超塑性第五届会议，1992ReinhardBuhrer,现代金属加工，2006，3，42锻压技术手册编委会编，锻压技术手册，北京，国防工业出版社，1989中国机械工程学会锻压学会编，锻压手册，北京，机械工业出版社，2004',)