專利名稱：偏心階梯軸的板式楔橫軋成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬塑性成形技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種偏心階梯軸的板式楔橫軋成形方法。
背景技術(shù)：
楔橫軋是一種軸類零件成形新工藝，它的工作原理為兩個(gè)帶楔形模具的板式模具，以相反方向移動(dòng)，帶動(dòng)圓形軋件反向旋轉(zhuǎn)，軋件在楔形孔型的作用下，軋制成形各種階梯軸。它的主要變形是徑向壓縮軸向延伸。該技術(shù)主要用于生產(chǎn)批量大的軸類零件，包括汽車、拖拉機(jī)、摩托車、內(nèi)燃機(jī)、五金工具、建筑機(jī)械、電力金具等上的軸類零件。該技術(shù)具有高效、節(jié)材、低耗等特點(diǎn)，是節(jié)材節(jié)能的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)。但是傳統(tǒng)的楔橫軋工藝只能生產(chǎn)各種同心回轉(zhuǎn)體軸類零件，無(wú)法成形偏心軸類零件。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)楔橫軋工藝的難題，實(shí)現(xiàn)了偏心階梯軸楔橫軋工藝生產(chǎn)，擴(kuò)大了楔橫軋技術(shù)的使用范圍，提高材料利用率，降低成本，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了楔橫軋近凈軋制成形。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種偏心階梯軸的板式楔橫軋成形方法，以高效率、低能耗、高節(jié)材率的塑性成形方法生產(chǎn)各種偏心階梯軸(參見圖1)。
本發(fā)明的構(gòu)成為兩個(gè)帶有楔型模具的板式模具做相向移動(dòng)運(yùn)動(dòng)，加熱的金屬圓形棒料在模具斜楔側(cè)壁及頂面作用下做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)徑向壓縮、軸向延伸變形，逐漸成形包括偏心圓在內(nèi)的各個(gè)臺(tái)階(參見圖2和圖3)。成形各個(gè)具有同心圓臺(tái)階軸段的方法與傳統(tǒng)楔橫軋工藝完全相同。成形偏心圓軸段所對(duì)應(yīng)的模具楔工作面由模具斜楔面和模具頂面組成(參見圖4)。模具斜楔面的成形角α＝16°～45°，斜楔面的成形角可以是1個(gè)(參見圖5)，也可以由2～10個(gè)成形角構(gòu)成(參見圖6)，也可由曲面，例如弧形面構(gòu)成(參見圖7)；展寬角β＝1°～15°，斜楔面的展寬角也可由1～10個(gè)變化角度的展寬角構(gòu)成。
成形偏心圓軸段所對(duì)應(yīng)的模具頂面為曲面，該曲面是軋制過(guò)程中軋件偏心圓與模具頂面所作相對(duì)共扼運(yùn)動(dòng)關(guān)系所確定的共扼包絡(luò)面(參見圖8)。當(dāng)軋件軋制滾動(dòng)半徑rk為一定值時(shí)，其方程確定方法如下
1)首先確定偏心圓圓心的運(yùn)動(dòng)軌跡。
軋制時(shí)偏心圓圓心的運(yùn)動(dòng)軌跡Γ為近似正弦曲線，其方程可表示為Γ:y=e·cosxrk]]>式中e為偏心圓的偏心量；rk為軋件軋制滾動(dòng)半徑。
當(dāng)軋制滾動(dòng)半徑rk為常數(shù)時(shí)，模具頂面母線為標(biāo)準(zhǔn)的正弦曲線。實(shí)際工藝中，軋制滾動(dòng)半徑rk在較小的一定范圍內(nèi)是有變化的，所以模具頂面母線為近似正弦曲線(參見圖8)。
2)模具頂面方程一個(gè)半徑為r(偏心圓半徑)的圓，其圓心沿偏心圓圓心的運(yùn)動(dòng)軌跡Γ運(yùn)動(dòng)時(shí)，即得到一曲面族{Sc}，模具頂面即為曲面族{Sc}的包絡(luò)面(參見圖8)。值得注意的是，軋制偏心圓時(shí)兩個(gè)模具頂面形狀不完全一樣，其頂面方程相差半個(gè)周期。因此，當(dāng)軋制滾動(dòng)半徑rk為一常數(shù)時(shí)，其模具頂面方程可表示為Γ2 式中 其中γ＝0和γ＝π本發(fā)明所述的偏心階梯軸的楔橫軋成形方法適用于板式楔橫軋或鏈板式楔橫軋。
本發(fā)明所述的偏心階梯軸的楔橫軋成形方法中所指的偏心階梯軸可以包含有1～16個(gè)偏心軸徑段。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于與鍛造成形方式相比本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1)生產(chǎn)效率高3～10倍；2)工作載荷不到10％，使設(shè)備重量大幅度下降，模具壽命大幅度提高；3)成形零件精度高，沒(méi)有飛邊，節(jié)材率20％以上，可實(shí)現(xiàn)少無(wú)切削與零件精確成形；
4)成形的零件纖維流線連續(xù)，并可實(shí)現(xiàn)形變處理，零件質(zhì)量好；5)工作時(shí)無(wú)沖擊少噪音，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)、屬于清潔生產(chǎn)等。
與傳統(tǒng)楔橫軋方法相比本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1)擴(kuò)大楔橫軋工藝應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)非回轉(zhuǎn)體的楔橫軋零件的生產(chǎn)；2)提高材料利用率。由于可以直接軋制出偏心軸，軋件尺寸更接近最終產(chǎn)品尺寸，實(shí)現(xiàn)近凈成形，提高了材料利用率；3)降低機(jī)械加工費(fèi)用。由于軋件尺寸更接近最終產(chǎn)品尺寸，機(jī)加工量顯著減少，甚至直接磨削即可，明顯降低機(jī)械加工費(fèi)用。
4)產(chǎn)品質(zhì)量好，由于偏心軸是軋制成形，偏心軸表層組織致密，纖維組織連續(xù)，故機(jī)械性能得到提高。
圖1為偏心圓軸圖示。
圖2為本發(fā)明的板式楔橫軋成形偏心圓原理圖的主視圖，其中1為下模具，2為軋件。
圖3為本發(fā)明的板式楔橫軋成形偏心圓原理圖的側(cè)視圖，其中1為下模具，2為上模具，3為模具的頂面，4為模具的基面。
圖4為本發(fā)明的板式楔橫軋成形偏心圓軸模具楔型，其中1為模具頂面，2為模具斜楔面。
圖5為單一成形角示意圖。
圖6為多成形角示意圖。
圖7為多成形面為弧形示意圖。
圖8為本發(fā)明的板式楔橫軋成形偏心圓軸模具頂面輪廓圖，其中，上模具頂面輪廓線1，模具頂面輪廓線2，軋件同心圓圓心運(yùn)動(dòng)軌跡3，軋件偏心圓圓心運(yùn)動(dòng)軌跡4。
圖9為本發(fā)明成形偏心階梯軸的示例軸圖10為板式楔橫軋成形偏心階梯軸的模具孔型及其成形過(guò)程。
具體實(shí)施例方式
圖10所示的是板式楔橫軋成形示例偏心軸(圖9)的模具孔型圖和偏心軸的軋制成形過(guò)程示意圖。坯料置于兩模具之間，模具運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)坯料旋轉(zhuǎn)，坯料在模具作用下，徑向壓縮軸向延伸，坯料逐漸成形為階梯軸。I段模具在成形偏心軸的中間直徑為Φ30mm段；II段模具在成形偏心軸的偏心軸直徑為Φ33mm段；該階段成形有別于傳統(tǒng)的楔橫軋工藝，是本發(fā)明的關(guān)鍵所在，是成形偏心軸的階段，其縱向剖面土如圖10(V-V)所示，該成形該段偏心軸所對(duì)應(yīng)的模具楔型如圖4所示。III段模具在成形偏心軸的最外端直徑為Φ25mm段；IV段模具為整形和切斷料頭。
權(quán)利要求
1.一種偏心階梯軸的板式楔橫軋成形方法，其特征在于兩個(gè)帶有楔型模具的板式模具相向移動(dòng)運(yùn)動(dòng)，加熱的金屬圓形棒料在模具斜楔側(cè)壁及頂面作用下，實(shí)現(xiàn)連續(xù)徑向壓縮、軸向延伸變形，逐漸成形為偏心階梯軸；成形偏心圓軸段所對(duì)應(yīng)的模具楔工作面由模具斜楔面和模具頂面組成；成形偏心圓軸段所對(duì)應(yīng)的模具頂面為曲面，該曲面是軋制過(guò)程中軋件偏心圓與模具頂面所作相對(duì)共扼運(yùn)動(dòng)關(guān)系所確定的共扼包絡(luò)面，當(dāng)軋件軋制滾動(dòng)半徑rk為一定值時(shí)，其方程可表示為 式中 其中γ＝0和γ＝π
2.按照權(quán)利1所述的方法，其特征在于模具斜楔的成形角為單一固定角度的成形角，或由2～10個(gè)變化角度的成形角構(gòu)成，其成形角取值范圍為16°～45°，模具斜楔的成形角為一個(gè)切線角度連續(xù)變化的弧線構(gòu)成。
3.按照權(quán)利1所述的方法，其特征在于模具斜楔的展寬角為單一固定角度展寬角，或由2～10個(gè)甚至更多的變化角度的展寬角構(gòu)成，其展寬角度取值范圍為1°～15°。
4.按照權(quán)利1所述的方法，其特征在于所述的偏心階梯軸的楔橫軋成形方法適用于板式楔橫軋或鏈板式楔橫軋。
5.按照權(quán)利1所述的方法，其特征在于所述的偏心階梯軸的楔橫軋成形方法中所指的偏心階梯軸包含1～16個(gè)偏心軸徑段。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種偏心階梯軸的板式楔橫軋成形方法，屬于金屬塑性成形技術(shù)領(lǐng)域。成形方法為兩個(gè)帶有楔型模具的板式模具相向移動(dòng)運(yùn)動(dòng)，加熱的金屬圓形棒料在模具斜楔側(cè)壁及頂面作用下，實(shí)現(xiàn)連續(xù)徑向壓縮、軸向延伸變形，逐漸成形為偏心階梯軸。成形偏心圓軸段所對(duì)應(yīng)的模具楔工作面由模具斜楔面和模具頂面組成。成形偏心圓軸段所對(duì)應(yīng)的模具頂面為曲面，該曲面是軋制過(guò)程中軋件偏心圓與模具頂面所作相對(duì)共扼運(yùn)動(dòng)關(guān)系所確定的共扼包絡(luò)面。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)效率高，材料利用率高，生產(chǎn)成本低，尺寸精度高，產(chǎn)品質(zhì)量好，實(shí)現(xiàn)了偏心軸階梯軸的精密成形。
文檔編號(hào)B21B27/02GK1820871SQ20061001142
公開日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者王寶雨, 胡正寰, 劉晉平, 楊翠蘋 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)