楔橫軋作為一種高效、節(jié)材、近凈成形的軸類零件先進(jìn)塑性加工技術(shù)，在現(xiàn)代制造業(yè)中應(yīng)用廣泛。為了規(guī)范和指導(dǎo)其工藝設(shè)計(jì)，我國(guó)于2017年發(fā)布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 33878-2017《鋼質(zhì)楔橫軋件 工藝編制原則》。該標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)性地規(guī)定了鋼質(zhì)楔橫軋件工藝編制的基本要求、流程與核心考量，為各類楔橫軋產(chǎn)品的穩(wěn)定、高效生產(chǎn)提供了重要依據(jù)。

一、工藝編制的基本原則與通用要求

標(biāo)準(zhǔn)首先確立了工藝編制需遵循的通用原則：

1. 可行性原則：工藝方案必須基于零件的材料特性、形狀尺寸、精度要求以及現(xiàn)有設(shè)備能力（如軋機(jī)規(guī)格、模具空間、軋制力與扭矩）進(jìn)行綜合評(píng)估，確保工藝切實(shí)可行。
2. 經(jīng)濟(jì)性原則：在保證質(zhì)量的前提下，應(yīng)追求最高的材料利用率、最低的能耗與模具損耗，并通過(guò)合理的工藝簡(jiǎn)化流程、提高生產(chǎn)效率。
3. 質(zhì)量與穩(wěn)定性原則：工藝設(shè)計(jì)的核心目標(biāo)是保證軋件尺寸精度、形狀完整性、表面質(zhì)量以及內(nèi)部組織性能的穩(wěn)定性和一致性。需重點(diǎn)控制缺陷的產(chǎn)生，如中心疏松、扭轉(zhuǎn)變形、表面螺旋痕等。
4. 標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化原則：鼓勵(lì)采用標(biāo)準(zhǔn)化的工藝參數(shù)、模具結(jié)構(gòu)和操作流程，以利于技術(shù)積累、質(zhì)量控制和生產(chǎn)管理。

二、各類典型楔橫軋件的工藝編制要點(diǎn)

盡管零件千變?nèi)f化，但根據(jù)其幾何特征，可歸納為以下幾大類，其工藝編制各有側(cè)重：

1. 階梯軸類零件：

• 工藝核心：合理分配各階梯的變形量。大直徑差階梯成形時(shí)，金屬軸向流動(dòng)劇烈，易產(chǎn)生中心缺陷。工藝上常采用“分段成形”或“雙楔切入”等模具設(shè)計(jì)方案，控制每次軋制的斷面收縮率（通常建議不超過(guò)75%），并保證足夠的成形角與展寬角，使金屬有序流動(dòng)。

• 關(guān)鍵參數(shù)：各臺(tái)階的斷面收縮率、成形角、展寬角及楔的銜接過(guò)渡曲線。

1. 錐形軸類零件：

• 工藝核心：實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的直徑連續(xù)變化。模具楔形面的斜度需與零件錐度良好匹配。工藝設(shè)計(jì)需精確計(jì)算錐形段的展寬長(zhǎng)度，控制金屬在斜面上的滑移，防止出現(xiàn)表面折疊或填充不飽滿。對(duì)于大錐角零件，可能需采用特殊的曲面楔設(shè)計(jì)。

• 關(guān)鍵參數(shù)：楔的斜度（與錐度對(duì)應(yīng)）、錐形段的展寬角、入口與出口的過(guò)渡圓角。

1. 球頭或凹槽類零件：

• 工藝核心：實(shí)現(xiàn)徑向局部聚料成形。這是楔橫軋的難點(diǎn)之一。工藝上通常采用“劈楔”或“閉式成形”結(jié)構(gòu)。需要精確計(jì)算聚料量，設(shè)計(jì)特殊的楔形模塊來(lái)引導(dǎo)金屬向徑向聚集，同時(shí)要避免在球頸或槽根處產(chǎn)生過(guò)大的拉應(yīng)力導(dǎo)致撕裂。

• 關(guān)鍵參數(shù)：聚料量、劈楔角度、精整段長(zhǎng)度與形狀。

1. 空心軸類零件（預(yù)制孔坯軋制）：

• 工藝核心：控制壁厚均勻性與內(nèi)孔質(zhì)量。與實(shí)心坯相比，空心坯軋制時(shí)金屬流動(dòng)規(guī)律不同，更易出現(xiàn)壁厚不均、內(nèi)孔畸變甚至內(nèi)壁折疊。工藝設(shè)計(jì)需選用合適的芯棒（固定或隨動(dòng)），優(yōu)化楔形設(shè)計(jì)以平衡內(nèi)外層金屬的流動(dòng)速度，并嚴(yán)格控制軋制溫度，防止溫降過(guò)快。

• 關(guān)鍵參數(shù)：坯料內(nèi)孔尺寸與質(zhì)量、芯棒類型與尺寸、模具的斷面收縮率（需考慮壁厚變化）。

1. 復(fù)雜多臺(tái)階軸類零件：

• 工藝核心：工藝順序與楔的布局規(guī)劃。對(duì)于具有多個(gè)正反臺(tái)階、錐面、槽的復(fù)雜件，往往需要多個(gè)楔按特定順序協(xié)同工作。工藝編制時(shí)需進(jìn)行詳細(xì)的“軋制過(guò)程模擬”（可通過(guò)專業(yè)軟件或經(jīng)驗(yàn)圖表），確定最優(yōu)的楔入順序、銜接位置和精整區(qū)域，避免各變形區(qū)相互干擾，確保最終形狀同時(shí)成形。

• 關(guān)鍵參數(shù)：楔的布局圖、軋制過(guò)程相位關(guān)系、精整區(qū)統(tǒng)一規(guī)劃。

三、工藝編制的一般流程

GB/T 33878-2017也隱含或明確了工藝編制的邏輯流程：

1. 零件圖分析：明確材料、全部尺寸公差、形位公差、技術(shù)條件及批量要求。
2. 工藝性評(píng)估：判斷零件是否適合楔橫軋，確定主要成形難點(diǎn)（如上述分類中的核心問(wèn)題）。
3. 毛坯設(shè)計(jì)：計(jì)算毛坯直徑、長(zhǎng)度，確定下料精度要求。對(duì)于階梯軸，常采用“體積相等”原則；對(duì)于需要聚料的部位，需額外增加坯料局部體積。
4. 模具工藝參數(shù)設(shè)計(jì)：這是核心步驟，包括確定軋制方案（單件軋、成對(duì)軋、階梯軋等）、選取模具類型（平板楔、弧形楔）、計(jì)算并分配各特征部位的斷面收縮率、設(shè)計(jì)成形角、展寬角、楔頂高、過(guò)渡圓弧等所有模具幾何參數(shù)。
5. 軋制參數(shù)確定：根據(jù)設(shè)備與材料，確定軋制溫度、軋輥轉(zhuǎn)速、送進(jìn)速度等工藝參數(shù)。
6. 工藝驗(yàn)證與優(yōu)化：通過(guò)試軋、檢測(cè)，修正工藝參數(shù)，直至軋件合格。現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，常優(yōu)先采用有限元數(shù)值模擬進(jìn)行虛擬驗(yàn)證與優(yōu)化。
7. 編制工藝文件：將確定的工藝方案、參數(shù)、操作要點(diǎn)等形成規(guī)范的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)。

GB/T 33878-2017為鋼質(zhì)楔橫軋件的工藝編制提供了一個(gè)科學(xué)、系統(tǒng)的框架。成功的工藝源于對(duì)通用原則的遵循，并結(jié)合具體零件類型的特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。隨著數(shù)字化仿真技術(shù)的普及，標(biāo)準(zhǔn)中的原則與參數(shù)體系正與CAE工具深度結(jié)合，推動(dòng)楔橫軋工藝設(shè)計(jì)向更精準(zhǔn)、更高效的方向發(fā)展。