趙升噸，李泳嶧，劉辰，范淑琴，梁錦濤

(西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，西安 710049)

復(fù)雜型面軸類件主要指在軸的外表面帶有鍵槽、齒形、螺紋等結(jié)構(gòu)的軸類零件，該類零件通常作為基礎(chǔ)關(guān)鍵零部件廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)床、航天、航空、兵器裝備等工業(yè)領(lǐng)域中，用于實(shí)現(xiàn)傳遞運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)形式以及聯(lián)接緊固等功能[1—3]。常用的復(fù)雜型面軸類件有:花鍵軸、螺桿、絲杠、蝸桿、行星絲杠滾柱等。

如圖1所示，上述復(fù)雜型面軸類件中的花鍵軸，是一種在軸的外表面有多個(gè)縱向鍵槽的軸類件，通常在機(jī)械系統(tǒng)中用于傳遞軸與輪轂間的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，并與含內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)的輪轂組成具有承載能力強(qiáng)、對(duì)中性和導(dǎo)向性好、可靠性高的花鍵聯(lián)接。滾柱，是一種在軸的外表同時(shí)含有齒形及螺紋結(jié)構(gòu)的軸類件，與絲杠、保持架等組成具有傳遞效率高、承載能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)的行星絲杠[4—5]。

圖1 典型復(fù)雜型面軸類件示意圖Fig.1 Shaft parts with complex shape

隨著現(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展，諸多工業(yè)領(lǐng)域?qū)ι鲜鰪?fù)雜型面軸類件的使用性能和需求量要求不斷提高，而目前針對(duì)上述量大面廣的復(fù)雜型面軸類件的主要生產(chǎn)方式，即切削加工存在機(jī)械性能降低、浪費(fèi)材料、生產(chǎn)效率低、不符合輕量化生產(chǎn)等不足，限制了復(fù)雜型面軸類件使用性能和生產(chǎn)效率的提高[6—7]。

在2010年，國(guó)家自然基金委員會(huì)編寫的《機(jī)械工程學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告(2011～2020)》中指出:“高性能精確成形制造科學(xué)與技術(shù)”將成為今后10年我國(guó)機(jī)械工程學(xué)科的重要發(fā)展方向，該技術(shù)對(duì)于提升國(guó)家制造技術(shù)、工業(yè)發(fā)展水平以及重大、核心關(guān)鍵技術(shù)裝備的自主創(chuàng)新能力具有重要影響。高性能精確成形技術(shù)，是指在力場(chǎng)、溫度場(chǎng)等多場(chǎng)耦合條件下，通過成形過程使零件的宏觀、微觀性能在坯料性能的基礎(chǔ)上，得以顯著提高的一種先進(jìn)成形技術(shù)，該技術(shù)在節(jié)省材料和保證輕量化的同時(shí)，更好地發(fā)揮了零件的使用性能。因此，針對(duì)上述復(fù)雜型面軸類件開展高效高性能精密成形工藝及裝備研究，可為我國(guó)解決基礎(chǔ)關(guān)鍵零部件的龐大需求量提供途徑，掌握成形成性一體化調(diào)控理論和方法，并為探索、推廣高效高性能精確成形制造技術(shù)奠定基礎(chǔ)[8]。

文中對(duì)復(fù)雜型面軸類件的高效高性能精密滾軋成形的基本工藝原理、特點(diǎn)以及典型的工藝方式和裝備應(yīng)用等情況進(jìn)行分析，為推廣、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜型面軸類件的高效高性能精密滾軋成形制造提供參考依據(jù)。

1 高效高性能精密滾軋成形基本工藝原理及特點(diǎn)

1.1 基本工藝原理

復(fù)雜型面軸類件的滾軋成形工藝，以金屬塑性成形理論為基礎(chǔ)，是利用金屬在常溫下具有一定塑性的特點(diǎn)，通過帶有齒形、螺紋等結(jié)構(gòu)的滾軋模具，對(duì)軸類件表層局部區(qū)域的滾軋壓入作用，使該區(qū)域金屬發(fā)生明顯塑性變形而成形齒形、螺紋等復(fù)雜型面的一種無屑、近凈、漸進(jìn)式塑性成形工藝[3，7]。

1.2 工藝特點(diǎn)

復(fù)雜型面軸類件滾軋成形工藝具有以下明顯特點(diǎn):

1)復(fù)雜型面軸類件上的齒形、螺紋等結(jié)構(gòu)內(nèi)部纖維組織連續(xù)、晶粒細(xì)化，組織密度增加，機(jī)械性能好，并且由于滾軋模具多次滾軋壓入作用產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，抗疲勞強(qiáng)度和硬度明顯提高;

2)滾軋成形過程中，滾軋模具對(duì)軸類件坯料連續(xù)滾軋作用，軸類件上齒形、螺紋等復(fù)雜型面成形效率高，并且由于復(fù)雜型面是通過金屬塑性變形而成形，齒形、螺紋間的材料無需切削去除，材料利用率高，生產(chǎn)成本低;

3)滾軋模具對(duì)坯料的作用方式為局部接觸加載，與其他整體接觸加載形式的成形工藝相比，滾軋模具與坯料間的摩擦狀況由滑動(dòng)摩擦改為滾動(dòng)摩擦，摩擦力明顯下降，并且在滾軋模具作用下軸類件上的復(fù)雜型面漸進(jìn)成形，成形力大幅度降低[3，7，9]。

2 典型滾軋成形工藝研究及裝備應(yīng)用

鑒于滾軋成形工藝生產(chǎn)復(fù)雜型面軸類件所具備的高效率、高性能和高精度優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者及機(jī)構(gòu)持續(xù)對(duì)其開展了系統(tǒng)深入的研究及創(chuàng)新，不斷促進(jìn)了高效高性能精密滾軋成形工藝的發(fā)展以及在實(shí)際生產(chǎn)中的推廣及應(yīng)用。尤其在歐美發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家，例如德國(guó)PROFIROLL公司、法國(guó)Escofier公司、美國(guó)KINEFAC公司等，這些機(jī)構(gòu)在復(fù)雜型面軸類件高效高性能精密滾軋成形工藝及裝備的研究上處于領(lǐng)先地位，并積累了豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，所研發(fā)的滾軋成形裝備也基本代表了目前復(fù)雜型面軸類件滾軋成形裝備的最高水平。在國(guó)內(nèi)，從20世紀(jì)80年代起，不少高校、科研單位也陸續(xù)對(duì)諸如花鍵軸、螺桿等復(fù)雜型面軸類件的滾軋成形工藝及裝備開展了研究，并取得了一定的研究成果。由于高效高性能精密滾軋成形對(duì)設(shè)備的精度和剛度要求高，技術(shù)難度大，基礎(chǔ)理論研究缺乏，并且國(guó)外對(duì)先進(jìn)滾軋成形裝備技術(shù)保密，致使國(guó)內(nèi)在復(fù)雜型面軸類件高效高性能精密滾軋成形工藝及裝備的研究上，與國(guó)外存在差距。

目前，復(fù)雜型面軸類件的滾軋成形工藝根據(jù)模具結(jié)構(gòu)以及工藝特點(diǎn)的不同，大體上可分為平板模具滾軋成形、徑向進(jìn)給式滾軋成形、徑向同步式滾軋成形和軸向進(jìn)給式滾軋成形 4 種[3，7，10]。

2.1 平板模具滾軋成形

復(fù)雜型面軸類件的平板模具滾軋成形原理如圖2所示，平板模具對(duì)稱布局在軸類件坯料兩側(cè)，并且平板模具分為軋入段和校正段兩部分。滾軋成形過程中，坯料由前后頂尖支承，平板模具繞坯料以相同速度作相對(duì)平行交錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，在摩擦力矩的作用下，平板模具帶動(dòng)坯料旋轉(zhuǎn)，模具上軋入段逐漸增高的齒形、螺紋等結(jié)構(gòu)連續(xù)滾軋壓入坯料表層，使?jié)L軋?zhí)幗饘龠B續(xù)發(fā)生塑性變形，逐漸成形軸類件上的齒形、螺紋等結(jié)構(gòu)。通常平板模具滾軋成形工藝可加工階梯軸類的花鍵軸、螺栓等復(fù)雜型面軸類件，生產(chǎn)效率高、表面質(zhì)量好。但該工藝需專用成形設(shè)備，成形力大，模具制作困難，易磨損，滾軋軸類件的尺寸受模具尺寸限制，通常用于小尺寸的復(fù)雜型面軸類件的滾軋成形[11]。

圖2 平板模具滾軋成形工藝Fig.2 Process of flat dies rolling

平板模具滾軋成形工藝出現(xiàn)最早，技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。在2004年，Pater等人對(duì)平板模具滾軋成形螺紋軸類件開展了數(shù)值分析及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并研制了相應(yīng)的滾軋成形裝置[12]。2008年，Kinoshita等人發(fā)明了一種針對(duì)同時(shí)含螺紋(或蝸輪)、花鍵軸類件滾軋成形的平板模具和方法[13];Kukielka等人建立了螺紋軸類件滾軋成形的數(shù)學(xué)模型并開展了有限元分析，結(jié)果表明摩擦因數(shù)嚴(yán)重影響成形螺紋的材料位移和應(yīng)變分布[14]。2010年，王志奎等人采用反推設(shè)計(jì)方法對(duì)花鍵軸滾軋成形中平板模具的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，分析并修正了模具參數(shù)與花鍵軸齒形成形精度的關(guān)系[15];Pater等人對(duì)螺紋、蝸桿等軸類件的滾軋成形過程進(jìn)行了數(shù)值分析和試驗(yàn)研究，獲得了滾軋溫度、模具結(jié)構(gòu)對(duì)成形過程的影響以及材料流動(dòng)、滾軋力、溫度變化的規(guī)律[16]。2012年，Hettich等人發(fā)明了一種針對(duì)變節(jié)距螺紋軸類件滾軋成形的平板模具及方法[17]。

2.2 徑向進(jìn)給式滾軋成形

復(fù)雜型面軸類件的徑向進(jìn)給式滾軋成形原理如圖3所示，滾軋前，將軸類件坯料置于對(duì)稱安裝的2個(gè)圓形滾軋模具間，滾軋成形過程中，滾軋模具同步、同向、同速旋轉(zhuǎn)，并沿坯料徑向以相同速度逐漸進(jìn)給，在摩擦力矩作用下帶動(dòng)坯料旋轉(zhuǎn)，同時(shí)模具上的齒形、螺紋等結(jié)構(gòu)連續(xù)滾軋壓入坯料表層，使?jié)L軋?zhí)幗饘龠B續(xù)發(fā)生塑性變形，逐漸成形軸類件上的齒形、螺紋等結(jié)構(gòu)。該工藝中滾軋模具需沿坯料徑向進(jìn)給，模具中心距變化[18—19]。

圖3 徑向進(jìn)給式滾軋成形工藝Fig.3 Process of radial infeed rolling

針對(duì)徑向進(jìn)給式滾軋成形工藝，在2007年，Neugebauer等人對(duì)花鍵、齒輪等軸類件的滾軋成形工藝進(jìn)行了系統(tǒng)研究，共同分析了該方式以及平板模具滾軋成形過程中齒距變化的現(xiàn)象及原因，進(jìn)而提出了消除齒距變化的途徑，并分析了滾軋成形設(shè)備結(jié)構(gòu)、CNC運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等因素對(duì)齒形軸類件成形質(zhì)量的影響[20—21]。2010 年，王明福等人通過 DEFORM-3D有限元分析軟件對(duì)花鍵軸滾軋成形進(jìn)行了三維動(dòng)態(tài)分析，獲得了成形力-行程曲線、等效應(yīng)力和等效應(yīng)變的分布情況[22];王素燕等人對(duì)花鍵軸滾軋成形設(shè)備的液壓系統(tǒng)，通過AMESim軟件進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真，引入PID控制提高了液壓系統(tǒng)載荷位移控制的精度[23];黃祖堯?qū)L珠絲杠螺紋高效、低耗、綠色制造技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了深入探討，重點(diǎn)分析了精密滾軋滾珠絲杠工藝的現(xiàn)狀及優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)我國(guó)螺紋制造技術(shù)發(fā)展方向的選擇提出了建議[24—25];宋歡等人對(duì)滾軋成形以及切削加工的螺紋軸類件的金屬組織變形進(jìn)行了研究，結(jié)果表明滾軋成形的螺紋內(nèi)部組織連續(xù)、晶粒細(xì)化，并且螺紋的強(qiáng)度和硬度明顯提高[26];?yczko等人共同分析了徑向進(jìn)給式以及平板模具滾軋成形螺紋軸類件時(shí)工作條件、運(yùn)動(dòng)關(guān)系對(duì)模具結(jié)構(gòu)尺寸的影響[27]。2011年，劉志奇等人對(duì)花鍵軸滾軋成形過程中單位平均壓力、接觸面積、坯料直徑、滾壓力以及滾壓力矩進(jìn)行了求解，試驗(yàn)研究了成形花鍵軸的金屬流動(dòng)規(guī)律、組織成形機(jī)理及塑性變形對(duì)成形性能的影響[28];Ni?u等人對(duì)滾軋成形螺紋軸類件開展了試驗(yàn)和有限元分析，并對(duì)成形螺紋區(qū)的硬度進(jìn)行了測(cè)量比較[29]。2014年，張大偉等人對(duì)行星絲杠中的滾柱(同時(shí)含齒形、螺紋結(jié)構(gòu))滾軋成形過程進(jìn)行了研究和數(shù)值仿真，結(jié)果表明通過合理控制滾軋模具的運(yùn)動(dòng)同步性，可同時(shí)完成齒形、螺紋的滾軋成形[30]。

2.3 徑向同步式滾軋成形

圖4 徑向同步式滾軋成形工藝Fig.4 Process of radial synchronous rolling

復(fù)雜型面軸類件的徑向同步式滾軋成形原理如圖4所示，其工藝系統(tǒng)組成與徑向進(jìn)給式滾軋成形工藝系統(tǒng)類似，但在模具結(jié)構(gòu)上存在明顯差異。在該方式中，模具上的齒形、螺紋高度沿圓周方向逐漸增加，并形成類似于平板模具中的軋入、校正兩部分，滾軋前，滾軋模具與坯料無接觸，滾軋成形過程中，滾軋模具同步、同向、同速旋轉(zhuǎn)，在摩擦力矩作用下帶動(dòng)坯料旋轉(zhuǎn)，同時(shí)滾軋模具上軋入段逐漸增高的齒形、螺紋等結(jié)構(gòu)連續(xù)滾軋壓入坯料表層，使?jié)L軋?zhí)幗饘龠B續(xù)發(fā)生塑性變形，逐漸成形軸類件上的齒形、螺紋等結(jié)構(gòu)。該工藝方式中滾軋模具無需沿坯料徑向進(jìn)給，模具中心距固定[19]。

針對(duì)徑向同步式滾軋成形工藝，在2012年，趙升噸等人研究了該方式以及平板模具滾軋成形花鍵軸時(shí)齒頂分流方式、溫度效應(yīng)等對(duì)降低成形力和提高齒形成形質(zhì)量的影響特點(diǎn)[31];陳飛等人研究了滾軋成形螺紋軸類件時(shí)滾絲輪轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和精整時(shí)間等滾壓參數(shù)對(duì)螺紋成形質(zhì)量的影響規(guī)律[32]。2013年，趙升噸等人研究了徑向同步式以及平板模具滾軋成形花鍵軸時(shí)，容易出現(xiàn)的分齒不均、亂齒及齒形材料折疊等工藝缺陷，并提出了一種改進(jìn)的動(dòng)力增量式滾軋成形工藝[33]。

上述復(fù)雜型面軸類件的徑向進(jìn)給式和同步式滾軋成形工藝通用性強(qiáng)，生產(chǎn)效率高，模具制作、維護(hù)簡(jiǎn)單，但需專用成形設(shè)備，成形力大，通常適合于滾軋成形中小型尺寸的復(fù)雜型面軸類件。

在復(fù)雜型面軸類件徑向進(jìn)給式、同步式滾軋成形裝備應(yīng)用方面，德國(guó)PROFIROLL公司作為一家長(zhǎng)期從事金屬塑性成形工藝研究的企業(yè)，在花鍵軸、螺紋等軸類件的精密滾軋成形工藝及裝備研究上取得了不少成果。圖5所示為ROLLEX和PR320 INC花鍵軸滾軋成形機(jī)，其中L-HP型號(hào)的花鍵軸滾軋成形機(jī)采用徑向進(jìn)給式滾軋成形方式，最大滾軋模具直徑為320 mm，最大成形花鍵軸坯料直徑和長(zhǎng)度分別為100，500 mm，總機(jī)質(zhì)量11 t，設(shè)備整機(jī)及其滾軋工位如圖5a所示。PR320 INC型號(hào)的花鍵軸滾軋成形機(jī)及滾軋工位如圖5b所示，該滾軋機(jī)中采用徑向同步式滾軋成形方式，因此滾軋成形過程中滾軋模具無需徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并且滾軋機(jī)中采用了智能化的齒形自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，具有快速、自動(dòng)化程度高及精度高的特點(diǎn)[34]。

圖5 德國(guó)PROFIROLL公司花鍵軸滾軋成形機(jī)Fig.5 Spline shaft rolling forming machine of the German company PROFIROLL Technologies

此外，PROFIROLL公司針對(duì)螺栓、絲杠、蝸桿等螺紋軸類件高精度滾軋成形，研發(fā)了2-PR100CNC/AC螺紋滾軋機(jī)，該滾軋機(jī)采用高剛度C型機(jī)身框架設(shè)計(jì)，可采用徑向進(jìn)給式和同步式2種滾軋成形方式，實(shí)現(xiàn)多軸CNC自動(dòng)控制，具備圖形用戶界面、過程可視化、數(shù)據(jù)管理等功能。該滾軋機(jī)所提供的最大徑向滾軋力為100 t，滾軋模具軸直徑為130 mm，最大滾軋模具直徑為300 mm，滾軋螺紋軸類件坯料直徑范圍為20～200 mm，最大滾軋軸類件坯料有效長(zhǎng)度為300 mm，總機(jī)質(zhì)量為13 t。該滾軋機(jī)可開展公制/英制螺紋、梯形螺紋、圓螺紋、滾珠絲杠、蝸桿、滾花等的精密滾軋成形工藝[35]。

法國(guó)的Escofier公司在對(duì)花鍵軸、螺紋等軸類件的滾軋成形裝備設(shè)計(jì)、滾軋模具設(shè)計(jì)制造、滾軋成形過程設(shè)計(jì)等方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。圖6a所示為該公司FLEX40型號(hào)的花鍵軸滾軋成形機(jī)，此外FLEX系列花鍵軸滾軋成形機(jī)包括了徑向進(jìn)給式和同步式2種滾軋成形方式，對(duì)應(yīng)的滾軋工位如圖6b所示。FLEX40滾軋成形機(jī)可提供最大徑向滾軋力約為40 t，最大滾軋模具直徑為300 mm，最大滾軋模具寬度為100 mm，滾軋模具轉(zhuǎn)速范圍為0～30 r/min，最大成形花鍵軸模數(shù)為1.25 mm，最大成形花鍵軸坯料直徑和有效長(zhǎng)度分別為50，90 mm，整機(jī)功率為 40 kW，質(zhì)量為 10 t[19]。

圖6 法國(guó)Escofier公司花鍵軸滾軋成形機(jī)Fig.6 Spline shaft rolling forming machine of the French company Escofier

2.4 軸向進(jìn)給式滾軋成形

復(fù)雜型面軸類件的軸向進(jìn)給式滾軋成形原理如圖7所示，多個(gè)滾軋模具沿軸類件坯料圓周方向均布(以圖中2個(gè)為例)，并且滾軋模具沿軸向分為進(jìn)入刃角段和校正段兩部分。滾軋前，坯料置于滾軋模具前方，滾軋成形過程中，坯料沿軸向以一定速度推進(jìn)，多個(gè)滾軋模具同步、同向、同速旋轉(zhuǎn)，并在摩擦力矩作用下帶動(dòng)坯料旋轉(zhuǎn)，在滾軋模具進(jìn)入刃角段齒形、螺紋等結(jié)構(gòu)的預(yù)滾軋作用下，坯料表層金屬連續(xù)發(fā)生塑性變形，塑性變形區(qū)域較小，成形的齒形、螺紋等結(jié)構(gòu)高度逐漸增加;由于坯料不斷軸向推進(jìn)，預(yù)滾軋成形后的齒形、螺紋等結(jié)構(gòu)在滾軋模具校正段的校正作用下，繼續(xù)提高成形精度和表面質(zhì)量，軸類件坯料上的齒形、螺紋等結(jié)構(gòu)逐漸沿軸向成形。軸向進(jìn)給式滾軋成形相對(duì)前述的3種滾軋成形工藝，漸進(jìn)式成形效果更加明顯，成形力大幅度降低，成形效率更高，所成形的齒形、螺紋等結(jié)構(gòu)由于累積塑性變形帶來的加工硬化效果更加突出，抗疲勞強(qiáng)度和硬度顯著提高[36]。

圖7 軸向進(jìn)給式滾軋成形工藝Fig.7 Process of axial infeed rolling

美國(guó)KINEFAC公司是全世界金屬冷滾軋成形技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，長(zhǎng)期致力于花鍵軸、螺紋、絲杠、蝸桿等軸類件精密滾軋成形工藝及裝備的研究，針對(duì)花鍵軸零件研發(fā)了三模具軸向推進(jìn)滾軋成形工藝及對(duì)應(yīng)的MC-9臥式圓形模具滾軋機(jī)，滾軋機(jī)及滾軋工位如圖8所示，3個(gè)滾軋模具在空間呈120°分布，滾軋成形過程中3個(gè)滾軋模具同步、同向、同速旋轉(zhuǎn)，由集成驅(qū)動(dòng)式頂尖帶動(dòng)花鍵軸坯料旋轉(zhuǎn)，同時(shí)坯料由前后頂尖夾緊并軸向推進(jìn)，在滾軋模具的作用下沿軸向逐漸成形花鍵軸。該滾軋機(jī)提供的最大徑向滾軋力為44.4 t，滾軋模具直徑范圍為107～152 mm，最大成形花鍵軸模數(shù)為1.5 mm，最大成形花鍵軸坯料直徑和有效長(zhǎng)度分別為80，300 mm，加工效率大于1.5 mm/s，整機(jī)功率23 kW，滾軋成形花鍵軸精度為6h級(jí)。該軸向推進(jìn)三模具增量式花鍵滾軋成形工藝及裝備代表了目前花鍵軸零件滾軋成形的最高水平[36]。

圖8 美國(guó)KINEFAC公司花鍵軸滾軋成形機(jī)Fig.8 Spline shaft rolling forming machine of the American company KINEFAC

同時(shí)，KINEFAC公司針對(duì)航天、航空、潛艇、軍工和核電等工業(yè)領(lǐng)域?qū)Υ蟪叽?、高?qiáng)度和高精度螺紋軸類件的需求，研發(fā)了MC系列螺紋滾軋成形機(jī)，其中的MC-200螺紋滾軋成形機(jī)如圖9a所示，該設(shè)備采用2個(gè)圓形模具和箱式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，滾軋成形螺紋軸類件時(shí)，可采用徑向進(jìn)給式和軸向推進(jìn)式兩種滾軋成形方式，所提供的最大徑向滾軋力為177.9 t，最大滾軋模具轉(zhuǎn)矩為4745 Nm，模具軸直徑為152 mm，模具直徑范圍為254～381 mm，最大滾軋成形螺紋軸類件直徑達(dá)177 mm。目前，通過該滾軋機(jī)可完成壓力容器螺柱、缸蓋螺栓、渦輪殼螺栓、風(fēng)機(jī)軸、管法蘭螺栓等螺紋軸類件的高效高性能精密滾軋成形[37]。此外，MC系列中300型號(hào)的螺紋滾軋機(jī)徑向成形力更是高達(dá)293.6 t，滾軋模具轉(zhuǎn)矩達(dá)13558 N·m，其滾軋工位及所滾軋成形用于核電裝備中的高強(qiáng)度、高精度螺柱，如圖9b所示，該設(shè)備也代表了目前螺紋軸類件滾軋成形的最高水平。

圖9 美國(guó)KINEFAC公司螺紋滾軋成形機(jī)Fig.9 Thread rolling forming machine of the American company KINEFAC

3 結(jié)論

1)滾軋成形工藝具有成形件機(jī)械性能好、節(jié)省材料、生產(chǎn)效率高、成形力小、成形精度高、表面質(zhì)量好等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)花鍵軸、螺紋、絲杠、蝸桿等復(fù)雜型面軸類件的高效高性能精確成形制造。

2)復(fù)雜型面軸類件的滾軋成形工藝根據(jù)模具結(jié)構(gòu)以及工藝特點(diǎn)的不同，可分為平板模具滾軋成形、徑向進(jìn)給式滾軋成形、徑向同步式滾軋成形以及軸向進(jìn)給式滾軋成形4種，其中平板模具滾軋成形方式出現(xiàn)較早，工藝較為成熟，所成形的軸類件尺寸受模具尺寸限制，成形力相對(duì)較大;徑向進(jìn)給式和同步式滾軋成形方式通用性強(qiáng)，模具制作、維護(hù)簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，成形力較大;軸向推進(jìn)式滾軋成形方式漸進(jìn)成形效果最為明顯，成形力大幅度下降，成形質(zhì)量顯著提高。

3)在國(guó)內(nèi)開展復(fù)雜型面軸類零件高效高性能精密滾軋成形工藝及裝備的研究，可解決諸多工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ω咝阅軓?fù)雜型面軸類件的龐大需求量，同時(shí)可為推廣高效高性能精確成形制造技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

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