[科普中国]-辗压力

碾压力是指机械向加工零件施加的压力，目的常为得到平整表面。常用的加压机械有辗轮式混砂机，碾压力来自于辗轮自身重力和弹簧产生的压力。

工业生产的飞速发展和科学技术的进步，对锻压生产不断提出新的要求。锻压设备正向高效率、高精度、大型化、多工位及计算机控制方向发展，锻压工艺正向精度高、能耗少的连续成形工艺以及少无切削的精密成形工艺发展。新型的锻压技术、锻压工艺不断出现，摆动碾压为其中一种比较成熟的锻压新技术。

摆动碾压是利用一个绕中心轴摆动的圆锥形模具对坯料局部加压的工艺方法，如图1所示。当主轴旋转时，OZ绕OM旋转，使上模产生摆动。同时，滑块3在油缸作用下上升，对坯料2施压。这样上模母线在坯料表面连续不断地滚动，最后达到使坯料整体变形的目的。

图中下部阴影部分为上模与坯料的接触面积。若上模母线为直线，则碾压的工件表面为平面；若母线为曲线，则能碾压出上表面为一形状较复杂的曲面零件。

摆动碾压省力，加工相同的锻件，其碾压力仅为一般锻压工艺变形力的1/20～1/5；可加工出厚度为1mm的薄片类零件；产品质量高，节省原材料；碾压中噪音及震动小，易实现机械化与自动化。主要适于加工回转体饼盘类或带法兰的半轴类锻件。1

碾轮式混砂机使用历史最久，混砂性能好，适应性强。最近一段时期，在主轴转速，碾压机构、刮板形状等方面有了许多改进，因此仍是世界各国应用最多的混砂机。

图2是我国最近设计的S1118型碾轮式混砂机。它的机体由底盘，围圈和支腿组成，传动系统的电动机和减速器装在底盘下面。减速器的垂直输出轴联接混砂机主轴，在主轴的顶端安装着十字头。两个碾轮通过碾轮轴及曲柄装在十字头两侧，在十字头的另外两侧固定着壁刮板、内刮板和外刮板。混砂机加料后，在碾盘上形成一定厚度的砂层。辗轮一方面随主轴公转，另一方面由于与砂层接触，又绕水平碾轮轴自转，在转动过程中将砂层压实。随十字头一起旋转的刮板，接着将压实的砂层翻起，松散，并送入下一个溅轮工作区。内刮板将砂从底盘中部向外送，外刮板将围圈附近的砂向里送，壁刮板用于清除围圈内表面上面的粘砂。混砂机主轴以一定转速带动十字头旋转，碾轮和刮板就不断地碾压和松散型砂，达到混砂目的。

碾轮的碾压和搓研作用，是提高混砂作用的关键。具有一定碾压力的辗轮，在碾压和搓研砂层的过程中，使砂粒产生相对运动，互相摩擦；将干砂压入混砂时形成的粘土团中，使其变脆，易于破碎，挤出粘土团中富集的水分，使干粘土得到润湿；将粘土膜更均匀地包复在砂粒表面。所以碾轮的结构和参数对混砂效果十分重要，一方面需要辗压力使砂层产生最大的变形，而另一方面又不希望砂层过于压实，因为砂层越紧实，刮板所受阻力越大，磨损越严重，功率消耗也增加。碾压力的大小决定于碾盘上的砂层厚度，型砂性能和碾轮宽度。在保证一定碾压力的情况下，应加大碾轮宽度，使碾轮碾压和搓研型砂的数量增多，提高混砂效率。

虽然碾轮式混砂机主轴转速不高，但是对于刮板的混砂作用也不容忽视，因为没有刮板，碾轮就不能发挥作用，而且刮板使型砂愈松散，碾压的作用才愈显著。另外，碾轮的碾压面积仅占照碾盘总面积的40%左右，而刮板则在整个碾盘搅拌和松散型砂。刮板的混砂作用在混砂初期，以及采用矮刮板时最为明显。2

为强化碾轮混砂机的混砂过程，提高生产率，就要增加每次加料量和提高主轴转速，使单位时间内碾压和松散型砂的次数增加。但是这些措施是与碾轮的重量和尺寸互相矛盾的，为解决这一问题，人们设计了碾轮弹簧加压装置，最近又改进成弹簧加减压装置，它的安装情况如图3所示。支架固定在十字头上，而曲柄则铰接在十字头上。在曲柄和支架的上墙铰接着弹簧加减压装置，在曲柄下端的碾轮轴上装着碾轮。弹簧加减压装置(图4)由拉杆活塞、加压弹簧、减压弹簧、套筒等组成。设、、、、、分别表示加压和减压弹簧的弹簧力、弹簧刚度和弹簧变形量，表示碾轮重量，为与曲柄结构尺寸有关的折算系数。

在混砂机空载时，碾轮自重使曲柄沿逆时针方向转动，拉杆活塞左移，压缩减压弹簧，直至碾轮自重与减压弹簧力平衡，即：

混砂时，碾轮在压实砂层时被抬高，曲柄顺时针方向转动，减压弹簧伸长，加压弹簧受到压缩。弹簧力经过曲柄和碾轮对砂层产生一附加载荷，因此这时总的碾压力F为：

随着混砂时间的延长，型砂强度增高，碾轮继续祓抬高。在达到一定高度后，，则此时之总的碾压力为。由此可以看出，当碾轮重量，曲柄尺寸及弹簧刚度确定后，则碾压力与弹簧变形量成正比。而弹簧变形量是随碾轮抬起高度而变化的，亦即与砂层厚度成正比，所以碾压力正比于砂层厚度。

当型砂混制完毕进行卸砂时，碾盘上的砂层厚度很快降低，这时减小而增加，当碾轮自重与减压弹簧力平衡时，则碾压力等于零。2

由以上分析可以看出弹簧加减压装置有下述优点：

1)在减轻碾轮自重的情况下，利用弹簧加减压装置保证一定的碾压力。因此可以适当增加碾轮宽度，扩大碾压面积，也可以提高主轴转速，加快混砂过程。

2)碾压力随砂层厚度自动变化，加砂量多或型砂强度增加，则碾压力增加，加砂量少或在卸砂时，碾压力也随之降低。这不但符合混砂工艺要求，而且可以减少功率消耗和刮板磨损。

S1118型碾轮式混砂机主轴转速为36r/min，外刮板线速度较高，在设计中采用形状简单的短形矮刮板，其高度为70mm。所有刮板的底缘均堆焊硬质合金，提高了使用寿命。在混砂机底盘上铺有辉绿岩铸石板，既耐磨又光滑，型砂不易粘附，可减少刮板阻力，也便于清理。2