CN101985155A - 一种大型螺钉压制工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型螺钉压制工艺，包括以下步骤：一)大型螺钉压制前，将其棒料头部加热至设定温度；二)用液压机压制大型螺钉头。本发明采用专用液压机，凹模采用两半组合夹紧结构，实现了高强度螺钉在液压机上的热压多向模锻，锻出的螺钉组织致密，强度高，材料消耗少，螺钉精度高，并且生产效率高，有利于风力发电事业的发展，具有很好的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种压制工艺，特别涉及一种大型螺钉压制工艺。
背景技术
随着世界能源提倡低碳，各种新型的能源形式也不断发展和革新，其中风力发电的发展更是绿色能源中耀眼的新星。在风力发电设备中，风力涡轮与发电机的连接形式一直是困扰风力发电发展的瓶颈，随着高强度螺钉的使用，风力发电逐步走上新的层次。
在风力发电快速发展的今天，提高各部件的规模生产是非常重要的，这将确保整体风力发电机生产效率的提高，生产成本的降低。目前，用于风力发电机的大型螺钉通常是自由锻后再通过机加工除去表面氧化皮、加工螺纹而成。上述方法存在以下问题：1)零件的金属组织改变需要时间较长；2)需要预留较大的加工余量，材料消耗较多；3)零件的精度差；4)生产效率较低。自由锻工艺对于一股工况中使用的螺钉，尚可适用，但是对于高强度螺钉来说，就无法满足批量生产的要求了。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够制造高强度螺钉的大型螺钉压制工艺。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种大型螺钉压制工艺，包括以下步骤：一)大型螺钉压制前，将其棒料头部加热至设定温度；二)用液压机压制大型螺钉头；所述液压机包括下横梁和滑块，所述下横梁上安装有凹模，所述滑块上安装有凸模，其特征在于，在所述下横梁上对应液压机的中心处设有所述大型螺钉螺杆的容纳孔，所述下横梁上还设有与所述容纳孔相通的进出料口；所述凹模是由结构对称的左半凹模和右半凹模组合夹紧形成，所述凹模设有夹紧机构，所述凹模的模膛为阶梯孔状，所述凹模的模膛包括上段孔和下段孔，所述上段孔的横截面与所述大型螺钉头的横截面适配，所述下段孔的横截面与所述大型螺钉杆的横截面适配并与所述容纳孔相通，所述凸模与所述上段孔适配；所述液压机压制大型螺钉头的步骤包括：1)将头部加热后的大型螺钉棒料，从所述进出料口送入所述容纳孔中；2)所述左半凹模和右半凹模组合夹紧，并将大型螺钉棒料夹紧；3)所述凸模下压，在所述凹模的上段孔中成型所述大型螺钉头；4)所述左半凹模和右半凹模分开，释放大型螺钉；5)将大型螺钉从所述进出料口取出。
本发明还可以采用如下技术方案：所述夹紧机构包括分别连接在所述左半凹模和右半凹模外侧的合模机构以及凹模锁紧机构。
所述合模机构包括合模缸，所述合模缸的缸杆上设有与所述凹模的外侧固接的接头，所述合模缸的中心线与所述凹模的模膛中心线垂直。
所述凹模锁紧机构包括分别夹紧在所述左半凹模和右半凹模外侧的夹紧臂，所述夹紧臂与相邻的半凹模之间设有楔铁，两个夹紧臂对称固接在推拉杆的两端，所述推拉杆的中部固接有锁模缸，所述锁模缸中心线与所述凹模的模膛中心线垂直。
所述左半凹模和右半凹模的外侧分别设有楔铁定位凹槽。
所述大型螺钉螺杆的容纳孔为所述下横梁上的通孔；该液压机还包括所述大型螺钉的支撑装置，所述大型螺钉的支撑装置包括顶端支撑所述大型螺钉的丝杠及其驱动机构、安装在丝杠上的固定丝母和支撑所述驱动机构的固定支架，所述驱动机构连接在所述丝杠的下端。
所述驱动机构包括传动机构及其驱动电机；所述传动机构包括与驱动电机连接的蜗杆和与所述蜗杆啮合的蜗轮，所述蜗轮的下端固接有导套，所述导套上沿与所述丝杠平行的方向开设有两道导槽，每道导槽内设有一与所述丝杠的下端固接的导向块。
所述左、右两半凹模的底部分别设有两个向内侧开口的定位凹槽。
所述接头为U形接头，所述U形接头的U形口朝前，所述夹紧臂对应穿装在所述U形接头的U形口内。
所述凸模和凹模由热作模具钢或锤锻模用钢制成。
本发明具有的优点和积极效果是：采用专用液压机，凹模采用两半组合夹紧结构，实现了高强度螺钉在液压机上的热压多向模锻，锻出的螺钉组织致密，强度高，材料消耗少，螺钉精度高，并且生产效率高，有利于风力发电事业的发展，具有很好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是本发明使用的液压机局部结构示意图；图2是图1的俯视图(凸模未示出)；图3是本发明使用的凹模的仰视图；图4是本发明使用的夹紧机构的结构示意图。
图中：1、凸模，2、右半凹模，2-1、楔铁定位凹槽，2-2、2-3、定位凹槽，3、液压机下横梁，4、丝杠，5、左半凹模，5-1、楔铁定位凹槽，5-2、5-3、定位凹槽，6、大型螺钉，7、进出料口，8、定位块，9、检测装置，10、推拉杆，11、夹紧臂，12、合模缸，13、U形接头，14、楔铁，15、锁模缸，16、固定丝母，17、蜗轮，18、防护罩，19、导套，19-1、19-2、导槽，20、导向块，21、蜗杆，22、驱动电机，23、固定架。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：请参见图1～图3，本发明使用的液压机，包括下横梁3和滑块，所述下横梁3上安装有凹模，所述滑块上安装有凸模1，在所述下横梁上对应液压机的中心处设有所述大型螺钉螺杆的容纳孔；凹模是由结构对称的左半凹模5和右半凹模2组合夹紧形成，所述凹模设有夹紧机构，凹模的模膛为阶梯孔状，包括上段孔和下段孔，上段孔的横截面与大型螺钉头的横截面适配，下段孔的横截面与大型螺钉杆的横截面适配，凸模1与上段孔适配。
为了进一步稳定两半组合凹模的结构，左、右两半凹模5、2的外侧分别设有一个楔铁定位凹槽5-1、2-1，楔铁定位凹槽内用于镶装楔铁，以便于进一步夹紧左、右两半凹模，稳定凹模的结构。
另外，对于两半组合凹模结构，合模精度也是衡量模具优劣的一项重要指数之一。为了保证左、右两半凹模的合模精度，在左、右两半凹模的底部分别设有向内侧开口的两个定位凹槽5-2、5-3、2-2、2-3，当左、右两半凹模在下横梁的垫板上向液压机中心区域移动时，其上的定位凹槽触碰到垫板上的定位块后，定位块镶嵌在凹模底部的定位凹槽中，左、右两半凹模5、2的接触面紧密贴合。镶嵌在凹模底部的定位块使凹模具有良好的接触性与对中性。
上述模具应采用热作模具钢制成，最好是用锤锻模用钢5CrNiMo或5CrMnMo制成。在高温情况下使用仍能保证其具有良好的机械性能，不变形，不会因为多次使用而使同批次的工件在压制之后，产生较大的误差不一致。
请参见图4，图4为上述夹紧机构的结构示意图，左右两半凹模5、2的外侧分别连接有一合模机构，两个合模机构结构相同，每个合模机构包括一个合模缸12，合模缸12的缸杆上设置有U形接头13，U形接头13的开口端与半凹模外侧固接。为防止锻造过程中，左右两半凹模分离，在凹模的后端设夹紧机构，夹紧机构包括锁模缸15，锁模缸15的中心线与凹模的模膛中心线垂直，锁模缸15的缸杆上固接有与其垂直的推拉杆10，推拉杆10的两侧分别固接有夹紧臂11，每个夹紧臂11的内侧固接有楔铁14，锁模缸15伸出，夹紧臂11上的楔铁14与固装在左右两半凹模5、2外侧的楔铁配合将凹模紧固。为了使结构更加合理紧凑，应当使U形接头13的U形口朝前，夹紧臂11穿装在U形接头13的U形口内。
上述夹紧机构的工作原理：假设初始状态为图4所示的锁紧状态，开模的过程为：先是锁模缸15拉动推拉杆10，带动夹紧臂11和连接在夹紧臂11上的楔铁14回退，锁模缸15回退至缸底位置，夹紧臂11离开凹模外侧。此时检测装置9检测到锁模缸15回退到位的信号，合模缸12开始回退，待合模缸12完全退回后，检测装置9检测到合模缸12回退到位的信号，两侧的合模缸12分别带动左半凹模5和右半凹模2分离，凹模打开，取出锻件。只有锁模缸15退回到位后，才允许左右两边的合模缸12注入液压油退回。
凹模的锁紧过程：大型螺钉6在压制前，其棒状胚料上端已经加热，加热后的棒状胚料从液压机下横梁3上的进出料口7处放入下横梁3上设置的大型螺钉螺杆容纳孔中，棒状胚料与下横梁3垂直，棒状胚料的底端由丝杠4支撑。左右两半凹模5、2外侧的合模缸12伸出，左右两半凹模5、2在定位块8的配合下合模，凹模将螺钉棒状胚料夹紧。当合模压力达到设定值后，锁模缸15伸出，带动夹紧臂11通过其内侧的楔铁14将凹模夹紧。此时与锁模缸15相连接的油路一直加压注油，保证锁模缸15有足够的油压，并保证锁模缸15所输出的压力是恒定不变的。当锁模缸15的输出压力达到设定值后，主机滑块带动凸模1下压，开始压制大型螺钉的螺钉头，外六方型的螺钉头就在上下前后左右的压力作用下形成在模膛中。
综上所述，液压机采用在左半凹模和右半凹模外侧设置合模机构，凹模设置锁紧机构，能够使凹模顺利合模、锁紧，在锻造过程中稳定在合模状态，锻造完成后方便地开模。
请参见图1，所述大型螺钉螺杆的容纳孔为所述下横梁上的通孔；该液压机还包括所述大型螺钉的支撑装置，该支撑装置包括设置在上述通孔内的丝杠4及其驱动机构和安装在丝杠4上的固定丝母16，丝杠4的顶端支撑大型螺钉6，丝杠4上连接有驱动机构和固定丝母16，驱动机构连接在丝杠4的下端。驱动机构包括与丝杠4连接的传动机构及其驱动电机22，传动机构及其驱动电机22安装在固定架23上。为了使结构紧凑、传动平稳，在本实施例中，传动机构包括与驱动电机22连接的蜗杆21和与蜗杆21啮合的蜗轮17，蜗轮17的下端固接有导套19，导套19上沿与丝杠4平行的方向开设有两道导槽19-1、19-2，每道导槽内设有一固接在丝杠4下端的导向块20。
为了保证传动安全，上述蜗杆21和蜗轮17安装在防护罩18内，防护罩18固接在固定架23上。
综上所述，在液压机下横梁3上，对应液压机的中心处设有大型螺钉螺杆的容纳孔，上述容纳孔在下横梁3上为一通孔，丝杠4设置在上述通孔内，下端为驱动端，上端为支撑端，固定丝母16固接在下横梁3上，显而易见的是，固定丝母16也可固接在固定架23上。固定架23固接在下横梁3的底部。驱动电机22通过传动机构驱动丝杠4转动，丝杠4转动的同时还做沿其轴线的移动，从而调整其顶端的高度，使通孔的上部能容纳不同长度的大型螺钉6。
上述液压机为压制大型螺钉的专用液压机，可用于常规六角头螺钉头的镦挤成型，机身采用四柱组合结构。由于机器采用了楔式合模机构，大大减小了侧向力，减小了合模缸的吨位和压力，合模缸只起合模和分模作用，从而减化了结构；上述液压机带有可调式大型螺钉支撑装置，可用于不同长度的大型螺钉压制。
本发明一种大型螺钉压制工艺，包括以下步骤：一)大型螺钉压制前，将其棒料头部加热至设定温度；例如：大型螺钉棒料直径为Φ20～Φ70mm，大型螺钉棒料镦挤时的温度为950℃～1200℃，镦挤温度随直径增加。
1)采用中频加热炉加热的工艺参数：加热棒料直径：Φ20～Φ70mm；Φ20～Φ50mm长度100mm～600mm，Φ50～Φ70mm长度200mm～1000mm；加热长度应≥1.5倍料径≤2倍料径；压制温度不低于950℃，最高加热温度1200℃；通常Φ70×140的大型螺钉棒料头部加热节拍≤90s/件。加热坯料心表温差≤20℃。
中频加热炉感应器型式：缝隙式(即U型)。
感应器按料径Φ20～Φ30mm、Φ30～Φ48mm、Φ48～Φ70mm的范围分三套，三套感应器分别对应三种频率：2500Hz、4000Hz、8000Hz，电源总功率为100kW，标称频率为8000Hz。
2)红外测温：红外测温仪型号：美国雷泰红外测温仪。
二)用上述液压机压制大型螺钉头的步骤包括：1)按照大型螺钉的长度，调整上述大型螺钉的支撑装置，使螺杆的顶端处于设定位置，将头部加热后的大型螺钉棒料，从所述进出料口送入所述容纳孔中；2)所述左半凹模和右半凹模组合夹紧，并将大型螺钉棒料夹紧定位；3)所述凸模下压，在所述凹模的上段孔中成型所述大型螺钉头；大型螺钉棒料直径Φ20～Φ70mm，其中，Φ20～Φ50mm，长度100mm～600mm；Φ50～Φ70mm长度200mm～1000mm；材质为：2Cr12NiMo1W1V、42CrMo或35CrMoA，镦挤六角头螺钉头，挤镦速度5～28mm/s，挤压成型后保压时间Φ20mm为4S，Φ30mm为6S，Φ40mm为10S，Φ50mm为15S，Φ60mm为22S，Φ70mm为30S；4)所述左半凹模和右半凹模分开，释放大型螺钉；5)将大型螺钉从所述进出料口取出。采用现有技术加工螺杆部分。
上述压制工艺的优点，一)合金钢的利用率大大提高，降低了生产成本，使得生产过程中所产生的边角废料减少；二)压制而成的大型螺钉，将普通棒料按照工艺要求截断后，加热后就可以通过压制得到所要螺钉头样式无需二次加工；三、压制成型大型螺钉提高了生产效率，减少了生产工艺链的总体长度，缩短了生产一件螺钉的生产周期，降低了生产成本，将以前复杂化的生产过程简单化，提高了其整体生产工艺的技术含量；四、压制成型大型螺钉工艺链简单，从加热后到压制完成使用的时间很短，合金钢在重压下瞬间成型，提高了合金钢的强度和致密程度，从而提高了压制螺钉的强度。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大型螺钉压制工艺，其特征在于，包括以下步骤：
一)大型螺钉压制前，将其棒料头部加热至设定温度；
二)用液压机压制大型螺钉头；
所述液压机包括下横梁和滑块，所述下横梁上安装有凹模，所述滑块上安装有凸模，其特征在于，在所述下横梁上对应液压机的中心处设有所述大型螺钉螺杆的容纳孔，所述下横梁上还设有与所述容纳孔相通的进出料口；所述凹模是由结构对称的左半凹模和右半凹模组合夹紧形成，所述凹模设有夹紧机构，所述凹模的模膛为阶梯孔状，所述凹模的模膛包括上段孔和下段孔，所述上段孔的横截面与所述大型螺钉头的横截面适配，所述下段孔的横截面与所述大型螺钉杆的横截面适配并与所述容纳孔相通，所述凸模与所述上段孔适配；
所述液压机压制大型螺钉头的步骤包括：
1)将头部加热后的大型螺钉棒料，从所述进出料口送入所述容纳孔中；
2)所述左半凹模和右半凹模组合夹紧，并将大型螺钉棒料夹紧；
3)所述凸模下压，在所述凹模的上段孔中成型所述大型螺钉头；
4)所述左半凹模和右半凹模分开，释放大型螺钉；
5)将大型螺钉从所述进出料口取出。
2.根据权利要求1所述的大型螺钉压制工艺，其特征在于，所述夹紧机构包括分别连接在所述左半凹模和右半凹模外侧的合模机构以及凹模锁紧机构。
3.根据权利要求2所述的大型螺钉压制工艺，其特征在于，所述合模机构包括合模缸，所述合模缸的缸杆上设有与所述凹模的外侧固接的接头，所述合模缸的中心线与所述凹模的模膛中心线垂直。
4.根据权利要求2所述的大型螺钉压制工艺，其特征在于，所述凹模锁紧机构包括分别夹紧在所述左半凹模和右半凹模外侧的夹紧臂，所述夹紧臂与相邻的半凹模之间设有楔铁，两个夹紧臂对称固接在推拉杆的两端，所述推拉杆的中部固接有锁模缸，所述锁模缸中心线与所述凹模的模膛中心线垂直。
5.根据权利要求4所述的大型螺钉压制工艺，其特征是：所述左半凹模和右半凹模的外侧分别设有楔铁定位凹槽。
6.根据权利要求1所述的大型螺钉压制工艺，其特征在于，所述大型螺钉螺杆的容纳孔为所述下横梁上的通孔；该液压机还包括所述大型螺钉的支撑装置，所述大型螺钉的支撑装置包括顶端支撑所述大型螺钉的丝杠及其驱动机构、安装在丝杠上的固定丝母和支撑所述驱动机构的固定支架，所述驱动机构连接在所述丝杠的下端。
7.根据权利要求6所述的大型螺钉压制工艺，其特征在于，所述驱动机构包括传动机构及其驱动电机；所述传动机构包括与驱动电机连接的蜗杆和与所述蜗杆啮合的蜗轮，所述蜗轮的下端固接有导套，所述导套上沿与所述丝杠平行的方向开设有两道导槽，每道导槽内设有一与所述丝杠的下端固接的导向块。
8.根据权利要求1所述的大型螺钉压制工艺，其特征在于，所述左、右两半凹模的底部分别设有两个向内侧开口的定位凹槽。
9.根据权利要求4所述的大型螺钉压制工艺，其特征在于，所述接头为U形接头，所述U形接头的U形口朝前，所述夹紧臂对应穿装在所述U形接头的U形口内。
10.根据权利要求1所述的大型螺钉压制工艺，其特征在于，所述凸模和凹模由热作模具钢或锤锻模用钢制成。
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