李俊峰 陳欣|文

本文通過總結(jié)小規(guī)格、高強度金屬的矯直關(guān)鍵技術(shù)及調(diào)試過程中工藝的優(yōu)化，為設(shè)計、現(xiàn)場調(diào)試及后續(xù)使用提供幫助。

隨著我國汽車行業(yè)的快速發(fā)展，高強度耐磨銅合金逐漸替代普通銅合金而應(yīng)用于該行業(yè)，如同步器齒環(huán)、變速箱滑塊、閥門部件等，通常這些部件是通過擠壓的管、棒材直接加工而成，往往根據(jù)工藝要求需要對高強度銅管、棒材進行矯直等處理。

本文以承接的高強度合金銅棒二輥矯直機生產(chǎn)線這一工程項目為依托，根據(jù)調(diào)試總結(jié)出高強度、小規(guī)格銅棒矯直的關(guān)鍵技術(shù)，并通過調(diào)試試驗對工藝流程進行優(yōu)化。

項目簡介

該項目要求的矯直規(guī)格為φ10～40mm的棒材，材料為高強度耐磨銅合金，屈服極限σs≈600MPa，其中代表規(guī)格及材質(zhì)為φ12.7mm、H5908（不同于標準成分，用戶根據(jù)成品性能要求自己增加了一些微量元素），成品為汽車配件。

根據(jù)待矯料的參數(shù)，確定主機采用立式二輥矯直機方案，上凹下凸。下凸輥帶有液壓負荷控制油缸；上凹輥壓下速度可調(diào)，壓下量數(shù)顯，保證壓下精度；上下輥角度自動調(diào)整，角度數(shù)顯，調(diào)整準確、方便。

高強度、小規(guī)格棒材矯直的關(guān)鍵技術(shù)

矯直機矯直精度實現(xiàn)與否關(guān)鍵在于輥形的正確性，目前輥形設(shè)計比較成熟，加工方法比較多，在已知材料力學性能的前提下，輥形的設(shè)計及加工均能得到保證，除此之外還有其他關(guān)鍵技術(shù)需要注意，下面根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試總結(jié)出以下幾點，供設(shè)計參考。

1.側(cè)導板

側(cè)導板材質(zhì)。對于高強度、小規(guī)格的立式二輥棒材矯直機來說，對側(cè)導板的導向、對中要求特別高。矯直過程中，前后側(cè)導板為兩對角受力，所以側(cè)導板磨損通常從兩對角開始。矯直小規(guī)格棒料時，側(cè)導板厚度本身就很?。ê穸刃∮诖C直的棒材直徑），對于銅材料來講，如果采用尼龍導板，前后側(cè)導板兩對角磨損特別快。對于強度高的材料，矯直1至2根料后側(cè)導板就需要重新修磨、調(diào)整，否則導板的導向性變差，進而影響矯直精度及穩(wěn)定性；其次小規(guī)格尼龍側(cè)導板的剛度差，也會影響矯直精度及穩(wěn)定性，所以針對這種高強度、小規(guī)格的銅棒，建議采用合金鋼側(cè)導板，與棒材接觸的端面淬火、拋光處理，具有剛度好、耐磨等優(yōu)點。鋼導板經(jīng)現(xiàn)場使用證實其導向剛度好，耐磨性大大提高，保證了棒材在矯直過程中的穩(wěn)定性，從而保證了矯直精度。

圖1 二輥反彎輥形工作狀態(tài)

側(cè)導板形狀。矯直中、低強度時，側(cè)導板與棒材接觸的端面一般設(shè)計成等厚度，而對于高強度、小規(guī)格的棒材，如果接觸端面為等厚度式，由于彎曲曲率半徑ρw較小，矯直時，棒材所形成的彎曲低于側(cè)導板兩端的下底面，容易造成導向不穩(wěn)及表面劃傷等。所以高強度、小規(guī)格的棒材的側(cè)導板接觸面為曲面，類似于凸輥形狀。

棒材的彎曲半徑ρw按下式計算：

其中：ρt-彈性曲率半徑，mm；

E-材料彈性模量，MPa；

d-棒材直徑，mm；

σs-屈服強度，MPa；

Cw-反彎曲率比，1.4～1.6

2.入口、出口導衛(wèi)

入口導衛(wèi)基本為固定喇叭狀或可開合式，對于高強度、小規(guī)格的棒材矯直而言，無論采用何種導衛(wèi)形式，關(guān)鍵要求入口導衛(wèi)內(nèi)孔要?。―導衛(wèi)內(nèi)孔=D棒材+5，mm），同時入口導衛(wèi)要盡可能靠近矯直輥，這樣不但保證棒材好咬入，同時可使棒材的抖動減小。

目前的二輥矯直機凸凹輥形大都采用單向單曲率反彎的空間曲線，其輥縫形態(tài)如圖1所示。

對于高強度、小規(guī)格棒材的彎曲曲率半徑ρw較小，在二輥輥縫中形成的壓彎量δ非常大，入口側(cè)和出口側(cè)棒材明顯傾斜，所以要求導衛(wèi)孔為傾斜狀；同時為適應(yīng)不同材質(zhì)要求，導衛(wèi)傾斜角度可調(diào)。

生產(chǎn)線工藝流程優(yōu)化

1.優(yōu)化前的工藝流程

最初，該產(chǎn)品的工藝流程為：擠壓—冷拉—矯直—退火—高速車床加工成品。該工藝流程缺陷有以下幾點：

冷拉料矯直精度不穩(wěn)定，矯直缺陷多。矯直前一道工序為液壓拉拔，調(diào)試時，對于φ12.7mm、H5908的冷拉料，要求的矯直精度為0.5mm/m，經(jīng)過現(xiàn)場反復試驗發(fā)現(xiàn)：一部分直度能達到要求，一部分出現(xiàn)矯裂、矯斷，一部分直度在0.5～1mm/m之間，且對于矯直過的棒材經(jīng)過探傷，內(nèi)部缺陷較多。分析得出該材料冷拉后矯直所需的壓彎量已進入材料的破壞區(qū)域，所以不能直接進行矯直，這一點從后續(xù)材料性能實驗數(shù)據(jù)得以驗證（見表1），可以看出，冷拉后材料的屈服強度與抗拉強度很接近，對于矯直來說要使工件超過彈性變形到彈塑性變形，從而達到矯直目地。但此冷拉材料一旦超過彈性極限就接近破壞邊緣，這也是矯直后探傷時內(nèi)部缺陷多的原因所在。

退火后直度破壞。初始確定的工藝為表1中的工藝2，按此工藝即使矯直合格，由于冷拉料內(nèi)應(yīng)力很大，退火，應(yīng)力釋放，直度被破壞，表2為矯直料退火前后所測的直度數(shù)據(jù)。后一道工序為無心車床加工成品，無心車床要求：料長≤2m，來料直度≤0.5mm/m，所以退火放在成品加工前一道不合理，無法實現(xiàn)車床加工工序。

表1 不同工藝下的材料拉伸性能實驗數(shù)據(jù)

表2 矯直料退火前后直度數(shù)據(jù)

2.優(yōu)化后的工藝流程

針對上述問題提出退火后增加一道工序：矯直，即表1中的工藝3，通過拉伸試驗測量，得工藝2和工藝3的性能數(shù)據(jù)基本相同，直度達到0.1～0.3mm/m，所以矯直工序放在最終工序前是可行的、合理的。

根據(jù)以上工藝過程試驗可得出：冷拉料特性決定不能直接進行矯直（表1的工藝1），所以需要改變材料狀態(tài)進行試驗，即矯直前增加退火（表1中的工藝2、3），矯直后材料的性能及直度滿足要求，于是確定最終的工藝流程，即表1中的工藝4。退火料由于強度降低，矯直精度容易保證，且不會出現(xiàn)矯裂、矯斷及內(nèi)部產(chǎn)生裂紋等缺陷，并通過拉伸試驗測量其性能數(shù)據(jù)也滿足要求。

所以，優(yōu)化后的工藝流程為：擠壓—冷拉—退火—矯直—車床加工成品，目前用戶已按此工藝流程投產(chǎn)使用，效果良好。

結(jié)語

本文主要通過總結(jié)高強度、小規(guī)格銅合金矯直的關(guān)鍵技術(shù)，得出以下結(jié)論：

（1）側(cè)導板剛性及耐磨性要高，且做成曲面形狀，保證接觸、導向良好；

（2）入口導衛(wèi)內(nèi)孔設(shè)計參考公式：D導衛(wèi)內(nèi)孔=D棒材+5，mm ；

（3）出、入口導衛(wèi)內(nèi)孔成傾斜狀。