CN100408223C

CN100408223C - 偏心阶梯轴的辊式楔横轧成形方法

Info

Publication number: CN100408223C
Application number: CNB2006100114281A
Authority: CN
Inventors: 王宝雨; 胡正寰; 张康生; 张巍
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2026-03-03
Also published as: CN1810407A

Abstract

本发明提供了一种偏心阶梯轴的辊式楔横轧成形方法，属于金属塑性成形技术领域。加热后的棒料在楔横轧机上轧制成形，对于辊式楔横轧工艺，2～3带有楔型模具的轧辊同向旋转，加热的金属圆形棒料在模具斜楔侧壁及顶面作用下，实现连续径向压缩、轴向延伸变形，逐渐成形为偏心阶梯轴；成形偏心圆轴段所对应的模具楔工作面由模具斜楔面和模具顶面组成。成形偏心圆轴段所对应的模具顶面为曲面，该曲面是根据轧制过程中轧件偏心圆与模具顶面的所作的相对共扼运动关系确定的共扼运动包络面。优点在于：生产效率高，材料利用率高，生产成本低，尺寸精度高，产品质量好，实现了偏心轴阶梯轴的精密成形。

Description

偏心阶梯轴的辊式楔横轧成形方法

技术领域：

本发明属于金属塑性成形技术领域，特别提供了一种偏心阶梯轴的辊式楔横轧成形方法。

技术背景：

楔横轧是一种轴类零件成形新工艺，它的工作原理为：两个带楔形模具的轧辊，以相同方向旋转，带动圆形轧件反向旋转，轧件在楔形孔型的作用下，轧制成形各种阶梯轴。它的主要变形是径向压缩轴向延伸。该技术主要用于生产批量大的轴类零件，包括：汽车、拖拉机、摩托车、内燃机、五金工具、建筑机械、电力金具等上的轴类零件。该技术具有高效、节材、低耗等特点，是节材节能的先进生产技术。但是传统的楔横轧工艺只能生产各种同心回转体轴类零件，无法成形偏心轴类零件。本发明解决了传统楔横轧工艺的难题，实现了偏心阶梯轴楔横轧工艺生产，扩大了楔横轧技术的使用范围，提高材料利用率，降低成本，进一步实现了楔横轧近净轧制成形。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种偏心阶梯轴的辊式楔横轧成形方法，以高效率、低能耗、高节材率的塑性成形方法生产各种偏心阶梯轴(参见图1)。

本发明的构成为：加热后的棒料在楔横轧机上轧制成形，两个(二辊式楔横轧)或者三个(三辊式楔横轧)带有楔型模具的轧辊同向旋转，加热的金属圆形棒料在模具斜楔侧壁及顶面作用下做回转运动，实现连续径向压缩、轴向延伸变形，逐渐成形包括偏心圆在内的各个台阶(参见图2和图3)。成形各个具有同心圆台阶轴段的方法与传统楔横轧工艺完全相同。成形偏心圆轴段所对应的模具楔工作面由模具成形面和模具顶面组成(参见图4)。模具斜楔面的成形角α＝16°～45°，斜楔面的成形角可以是1个(参见图5)，也可以由2～10个成形角构成(参见图6)，也可由曲面，例如弧形面构成(参见图7)；展宽角β＝1°～15°，斜楔面的展宽角也可由1～10个角度变化的展宽角构成。

成形偏心圆轴段所对应的模具顶面为曲面，该曲面是根据轧制过程中轧件偏心圆与模具顶面的所作相对共扼运动关系所确定的共扼包络面(参见图8)。成形偏心圆轴段所对应的模具顶面为曲面，该曲面是根据轧制过程中轧件偏心圆与模具顶面的所作的相对共扼运动关系确定的共扼运动包络面，其方程确定方法如下：

1)首先确定偏心圆圆心的运动轨迹。

对于二辊式或三辊式楔横轧，轧制时偏心圆圆心的运动轨迹的展开线Г为近似正弦曲线，其方程表示为：

Γ : R = R_{0} + e \cdot \cos \frac{R_{k}}{r_{k}} θ

式中：R₀为轧件中心线对应的轧辊半径；R_k为轧辊轧制滚动半径，r_k为轧件轧制滚动半径，θ为模具上对应的转角。

2)模具顶面方程

一个半径为r(r为偏心圆的半径)的圆，其圆心沿偏心圆圆心的运动轨迹Г运动时，即得到一曲面族{Sc}，模具顶面即为曲面族{Sc}的包络面(参见图8)。值得注意的是，轧制偏心圆时两个模具顶面形状不完全一样，其顶面方程相差半个周期(二辊楔横轧)或三分之一个周期(三辊楔横轧)。因此，当R_k/r_k比值为一常数时，另一个(二辊楔横轧)或两个(三辊楔横轧)模具的顶面方程可表示为：

式中

二辊式楔横轧时γ＝0和γ＝π

三辊式楔横轧时γ＝0，γ＝π/3和γ＝2π/3

本发明所述的偏心阶梯轴的楔横轧成形方法中所指的偏心阶梯轴可以包含有1～16偏心轴径段。

本发明的优点在于：

与锻造成形方式相比本发明具有如下优点：

1)生产效率高3～10倍；

2)工作载荷不到10％，使设备重量大幅度下降，模具寿命大幅度提高；

3)成形零件精度高，没有飞边，节材率20％以上，可实现少无切削与零件精确成形；

4)成形的零件纤维流线连续，并可实现形变处理，零件质量好；

5)工作时无冲击少噪音，易于实现自动化生产、属于清洁生产等。

与传统楔横轧方法相比本发明具有如下优点：

1)扩大楔横轧工艺应用范围，实现非回转体的楔横轧零件的生产；

2)提高材料利用率。由于可以直接轧制出偏心轴，轧件尺寸更接近最终产品尺寸，实现近净成形，提高了材料利用率；

3)降低机械加工费用。由于轧件尺寸更接近最终产品尺寸，机加工量显著减少，甚至直接磨削即可，明显降低机械加工费用。

4)产品质量好，由于偏心轴是轧制成形，偏心轴表层组织致密，纤维组织连续，故机械性能得到提高。

附图说明：

图1偏心圆轴图示。

图2为本发明的辊式楔横轧成形偏心圆原理图的主视图，其中1为上轧辊，2为轧件，3为下轧辊。

图3为本发明的辊式楔横轧成形偏心圆原理图的侧视图，其中1为上轧辊，2为下轧辊，3为轧辊的顶面，4为轧辊的基圆面。

图4为本发明的辊式楔横轧成形偏心圆模具楔型，其中1为模具顶面，2为模具斜楔面。

图5为单一成形角示意图。

图6为多成形角示意图。

图7为多成形面为弧形示意图。

图8为本发明的辊式楔横轧成形偏心圆模具顶面轮廓图，其中，轧件同心圆圆心运动轨迹1，轧件偏心圆圆心运动轨迹2，模具顶面轮廓线3。

图9为本发明成形偏心阶梯轴的示例轴

图10为辊式楔横轧成形偏心阶梯轴的模具孔型展开图及其成形过程。

具体实施方式

图10所示的是辊式楔横轧成形示例偏心轴(图9示)模具孔型的展开图和偏心轴的成形过程。坯料置于两轧辊之间，轧辊运动带动坯料旋转，坯料在模具作用下，径向压缩轴向延伸，坯料逐渐成形为阶梯轴。I段模具在成形偏心轴中间直径为Φ30mm段；II段模具在成形偏心轴的偏心直径为Φ33mm段；该阶段成形有别于传统的楔横轧工艺，是本发明的关键所在，是成形偏心轴的阶段，其纵向剖面土如图10(V-V)所示，该成形该段偏心轴所对应的模具楔型如图4所示。III段模具在成形偏心轴最外端直径为Φ25mm段；IV段模具为整形和切断料头。

Claims

1. 一种偏心阶梯轴的辊式楔横轧成形方法，其特征在于：加热后的棒料在楔横轧机上轧制成形，对于辊式楔横轧工艺，2～3带有楔型模具的轧辊同向旋转，加热的金属圆形棒料在模具斜楔侧壁及顶面作用下，实现连续径向压缩、轴向延伸变形，逐渐成形为偏心阶梯轴；成形偏心圆轴段所对应的模具楔工作面由模具成形面和模具顶面组成；成形偏心圆轴段所对应的模具顶面为曲面，该曲面是根据轧制过程中轧件偏心圆与模具顶面的所作的相对共扼运动关系确定的共扼运动包络面，其方程可表示为：

式中

二辊式楔横轧时γ＝0和γ＝π

三辊式楔横轧时γ＝0，γ＝π/3和γ＝2π/3。

2. 按照权利1所述的方法，其特征在于：模具斜楔的成形角为单一固定角度的成形角，或由2～10个变化角度的成形角构成，其成形角取值范围为16°～45°，或者模具斜楔的成形角为一个切线角度连续变化的弧线构成。

3. 按照权利1所述的方法，其特征在于：模具斜楔的展宽角为单一固定角度展宽角，或由2～10个变化角度的展宽角构成，其展宽角度取值范围为1°～15°。

4. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的偏心阶梯轴的楔横轧成形方法适用于二辊式楔横轧、三辊式楔横轧。

5. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的偏心阶梯轴的楔横轧成形方法中所指的偏心阶梯轴包含1～16个偏心轴径段。