CN102218491B - 一种旋锻成形设备 - Google Patents

Abstract

一种旋锻成形设备，包括旋锻机构和变径机构，旋锻机构通过左、右滚柱安装盘与旋锻主机座固定，旋锻主轴分别与变径机构连接架、转盘连接，锻锤与转盘中的滑槽配合，锻锤的曲面采用四根对称摆线规律和多点接触设计，并在沿旋锻主轴周向均布的主滚柱间增加了与锻锤曲面配合的辅助滚柱，变径机构中楔形块与楔形块滑盘端部的滑槽配合，变径机构推盘上的左、右凸台与旋锻主机座上的导轨槽配合，变径机构由伺服电机及滚珠丝杠螺母副驱动，锻模的颈缩区、过渡圆角、锻打工作区尺寸的设计了实现对工件的合理锻打，本发明减轻了旋锻时锻锤对设备的冲击，降低了设备的振动和噪声，能够实现高精度实时变径锻打，具有成形精度高，效率高的优点。

Description

一种旋锻成形设备

技术领域

本发明属于材料成形先进技术领域，具体涉及一种旋锻成形设备。

背景技术

旋转锻造(简称旋锻)是一种用于管件、棒料、钢丝绳等零件精密成形的工艺方法，锻锤沿周向均布于被加工零件的周围，锻锤在绕零件转动的同时沿径向方向做高频、小行程的锻打运动，使被加工零件由小变形而累积到较大变形。

旋锻成形是一个高频的小增量变形过程。这种增量成形相对连续成形，材料变形的一致性更好，材料与锻锤的摩擦力小。作为金属塑性加工的一个重要分支，旋锻具有很多优点：(1)、工艺范围广，适用于多种材料；(2)、节省材料，不产生切削加工的切屑；(3)、表面精度高，旋锻成形的工件尺寸公差、形位误差都能达到较高的精度，无需额外的机械加工；(4)、生产效率高，通常旋锻一个工序的加工周期只在12s～30s之间；(5)、产品性能好，旋锻成形的工件材料组织连续、致密度高，表面形成加工硬化层，工件的强度增加。

旋锻成形设备在工件旋锻成形过程中，锻锤的径向高频小行程锻打运动，主要是通过与锻锤在旋转时的离心力和外圈绕旋锻主轴圆周方向均布滚柱的碰撞作用来实现。而目前旋锻成形设备中锻锤的曲面通常是抛物线规律或余弦加速度规律的曲面，锻锤曲面与滚柱之间是单点接触，故在旋锻成形设备工作过程中，锻锤与滚柱接触时加速度连续性差、对滚柱的冲击大，引起设备整机的振动和噪声大，而对工件的冲击加速度小，冲击时间较长，冲击强度小，效率低，成形精度差。

目前的旋锻成形设备，通常不具有变径功能，如有变径功能的也是采用液压驱动的变径机构，此类变径机构结构复杂，实时性差、且操作不方便、控制精度低，从而导致工件成形精度差、废品率高、效率低。

同时，旋锻成形设备中的锻模结构对工件的成形也起着关键作用，如锻模结构中颈缩区和工作区结构不够合理，将会造成工件成形质量差、效率低。因为工作区过长，即锻打长度较大，增大了相应的锻打能量；工作区太短，所需的锻打力和能量小，但工件外表面的直线度和光洁度较差。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种旋锻成形设备，具有设备振动噪声小，可实现工件变径锻打功能，且成形精度高，效率高的优点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种旋锻成形设备，包括旋锻机构和变径机构，旋锻机构、变径机构、旋锻主轴6依次布置在旋锻主机座23上方的通孔内，旋锻主轴6安装在前后布局的两个深沟球轴承5上，并通过大带轮2、皮带3、小带轮26由旋锻主电机24驱动，两个深沟球轴承5安装在旋锻主机座23中的通孔中，旋锻主轴6与变径机构中的变径机构连接架8通过过渡板7连接，变径机构推盘11上的左凸台m、右凸台n分别与旋锻主机座23通孔中的导轨槽配合，变径机构连接架8与旋锻机构中的转盘18连接，旋锻机构中左滚柱安装盘13和右滚柱安装盘19分别与旋锻主机座23固定；

所述的旋锻机构包括沿旋锻主轴6圆周方向均布的四个锻锤16和锻模17，锻锤16和锻模17分别与转盘18中的滑槽配合，锻锤16的下端面与楔形块14的上端面配合，锻模17的上端面与楔形块14的下端面配合，主滚柱15、辅助滚柱27分别间隔安装在左滚柱安装盘13和右滚柱安装盘19的配合孔中；

所述的变径机构包括变径机构推盘11，变径机构推盘11的底部凸台p与变径机构进给螺母20连接，变径机构进给螺母20从旋锻主机座23底部的槽中穿出，并与变径机构进给丝杠21配合，变径机构进给丝杠21的左端与伺服电机及减速器25的输出轴连接，楔形块滑盘12通过两个推力轴承10和推力轴承挡圈9固定在变径机构推盘11上，楔形块14与楔形块滑盘12端部的滑槽g配合。

所述的锻锤16的曲面为四根对称摆线规律设计，第一摆线a与第四摆线d对称，第二摆线b与第三摆线c对称，各根摆线的最高点与其基圆e的距离h为3～8mm，单根摆线的圆周角度α为15°～20°。

所述的锻模17在轴向方向分为颈缩区I、工作区II和颈缩区与工作区之间的过渡区III，颈缩区I的倾斜角为3°～6°，过渡区III的圆弧半径为45～230mm，工作区II的长度为3.5mm～10.0mm，工作区直径比工件外径大4～15mm，且四个锻模17工作区II的内表面在开模状态时位于同一个圆柱面上。

本发明的工作原理如下：

通过旋锻成形设备底部的旋锻主电机24、小带轮26、皮带3和大带轮2带动旋锻主轴6、变径机构连接架8和转盘18旋转，从而带动在转盘18滑槽中的锻锤16、锻模17旋转，锻锤16在高速旋转的同时由于离心力和外圈滚柱的碰撞作用在径向做高频的往复运动，完成对工件28的锻打成形，主滚柱15对锻锤16的径向运动起着主要的作用，当锻锤16最高点运动到两主滚柱15之间时，辅助滚柱27会与锻锤16有微量接触，在变径机构中，通过伺服电机及减速器25、变径机构进给丝杠21、变径机构进给螺母20驱动，变径机构推盘11推动楔形块滑盘12在绕着变径机构连接架8旋转的同时轴向滑动，从而带动楔形块14轴向运动，同时楔形块14在旋转的同时径向随着锻锤16、锻模17运动，实现旋锻主机在上下料和旋锻过程中的变径。

该旋锻成形设备具有以下优点：

1、旋锻成形设备中锻锤曲面采用四根对称摆线规律设计，且外圈在沿旋锻主轴均布的主滚柱间增加了与锻锤曲面配合的辅助滚柱，锻锤与主滚柱的接触为多点接触，锻锤在主滚柱间过渡时会与辅助滚柱有轻度接触，减轻对主滚柱的冲击和磨损，使得旋锻成形设备在工作时锻锤与滚柱接触时运动加速度连续性好、冲击振动小，旋锻成形设备工作平稳性好、噪声低，而获得对工件的冲击加速度大，冲击强度大，有利于工件的成形。

2、旋锻成形设备中由伺服电机和滚珠丝杠螺母副驱动变径机构结构简单，控制方便，易于实现自动化控制，可以实现对工件的高精度、实时变径锻打，并且在上下料时可以改变锻模开口的大小，便于工件的装卸，提高了生产效率。

3、旋锻成形设备中的锻模结构充分实现对管件、棒材旋锻过程中金属流动的控制，保证了金属沿径向和轴向的均匀流动，使得工件成形中轴向力和锻打作用力分配合理。

附图说明

图1为本发明旋锻成形设备示意图。

图2为本发明旋锻成形设备的剖视图。

图3为本发明的旋锻机构示意图。

图4为本发明的变径机构推盘11结构示意图。

图5为本发明变径机构示意图。

图6为本发明的锻锤16曲面示意图。

图7-a为本发明锻模17结构剖视图。

图7-b为锻模17开模状态示意图。

图7-c为锻模17合模状态示意图。

图8-a为传统旋锻机构加速度曲线图。

图8-b为本发明旋锻机构加速度曲线图。

图8-c为传统旋锻机构速度曲线图。

图8-d本发明旋锻机构速度曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做详细描述。

参照图1和图2，一种旋锻成形设备，包括旋锻机构和变径机构，旋锻机构、变径机构、旋锻主轴6依次布置在旋锻主机座23上方的通孔内，旋锻主轴6安装在前后布局的两个深沟球轴承5上，并通过大带轮2、皮带3、小带轮26由旋锻主电机24驱动，两个深沟球轴承5安装在旋锻主机座23中的通孔中，旋锻主电机24安装在旋锻主机座23的底部，旋锻主轴6与变径机构中的变径机构连接架8通过过渡板7连接，变径机构推盘11左凸台m、右凸台n分别与旋锻主机座23通孔中的导轨槽配合，变径机构连接架8与旋锻机构中的转盘18连接，旋锻机构中左滚柱安装盘13的端面x和右滚柱安装盘19的端面y分别与旋锻主机座23配合并用螺钉固定；

参照图2和图3，所述的旋锻机构包括沿旋锻主轴6圆周方向均布的四个锻锤16和锻模17，锻锤16和锻模17分别与转盘18中的滑槽配合，锻锤16的下端面与楔形块14的上端面配合，锻模17的上端面与楔形块14的下端面配合，主滚柱15、辅助滚柱27分别间隔安装在左滚柱安装盘13和右滚柱安装盘19的配合孔中；

参照图2、图4和图5，所述的变径机构包括变径机构推盘11，变径机构推盘11的底部凸台p与变径机构进给螺母20用螺钉固定连接，变径机构进给螺母20从旋锻主机座23底部的槽中穿出，并与变径机构进给丝杠21配合，变径机构进给丝杠21通过角接触球轴承22支承，变径机构进给丝杠21的左端与伺服电机及减速器25的输出轴连接，伺服电机及减速器25安装在旋锻主机座23上，楔形块滑盘12外部的凸台f的左右端面分别与两个推力轴承10配合，并通过推力轴承挡圈9固定在变径机构推盘11上，楔形块14与楔形块滑盘12端部的滑槽g配合。

参照图6，所述的的锻锤16的曲面为四根对称摆线规律设计，第一摆线a与第四摆线d对称，第二摆线b与第三摆线c对称，各根摆线的最高点与其基圆e的距离h为3～8mm，单根摆线的圆周角度α为15°～20°。

参照图7-a、7-b和7-c，锻模17在轴向方向分为颈缩区I、工作区II和颈缩区与工作区之间的过渡区III，颈缩区I的倾斜角为3°～6°，过渡区III的圆弧半径为45～230mm，工作区II的长度为3.5mm～10.0mm，直径比工件外径大4～15mm，且四个锻模17工作区II的内表面在开模状态时位于同一个圆柱面上。

本发明的工作原理：通过旋锻成形设备尾部的旋锻主电机24、小带轮26、皮带3和大带轮2带动旋锻主轴6、变径机构连接架8和转盘18旋转，从而带动在转盘18上滑槽中锻锤16、锻模17旋转，锻锤16在高速旋转的同时由于离心力和外圈滚柱的碰撞作用在径向做高频的往复运动，完成对工件28的锻打成形，主滚柱15对锻锤16的径向运动起着主要的作用，当锻锤16最高点运动到两主滚柱15之间时，辅助滚柱27会与锻锤16有轻度接触，在变径机构中，通过伺服电机及减速器25、变径机构进给丝杠21、变径机构进给螺母20驱动，变径机构推盘11推动楔形块滑盘12在绕着变径机构连接架8旋转的同时轴向滑动，从而带动楔形块14轴向运动，同时楔形块14的端部在楔形块滑盘12端部的滑槽中运动，而楔形块滑盘12会通过其滑槽g侧面与变径机构连接架8配合，并由变径机构连接架8带动同步旋转，故楔形块14在旋转的同时径向随着锻锤16、锻模17运动，实现旋锻主机在上下料和旋锻过程中的变径。

参照图8-a、8-b、8-c和8-d，通过用ADAMS虚拟样机仿真对比分析，可以看出本发明旋锻机构的优点，从图8-a和图8-b的对比可以看出，负值表示锻锤对滚柱的冲击大小，本发明旋锻机构的加速度仅为传统旋锻机构下加速度的40％左右，因而冲击小，过渡光滑。从图8-c和图8-d可以看出，正值表示锻锤对滚柱的冲击大小，本发明旋锻机构相对传统旋锻机构的旋锻速度过渡更为光滑，而且冲击速度减少了约10％。

附图中：1为大带轮固定螺母；2为大带轮；3为皮带；4为轴承端盖；5为深沟球轴承；6为旋锻主轴；7为过渡板；8为变径机构连接架；9为推力轴承挡圈；10为推力轴承；11为变径机构推盘；12为楔形块滑盘；13为左滚柱安装盘；14为楔形块；15为主滚柱；16为锻锤；17为锻模；18为转盘；19为右滚柱安装盘；20为变径机构进给螺母；21为变径机构进给丝杠；22为角接触球轴承；23为旋锻主机座；24为旋锻主电机；25为伺服电机及减速器；26为小带轮；27为辅助滚柱；28为工件；f为楔形块滑盘12外部的凸台；g为楔形块滑盘12端部的滑槽；m、n为变径机构推盘11左、右凸台；p为变径机构推盘11底部凸台；x为左滚柱安装盘13端面；y为右滚柱安装盘19端面；I为颈缩区；II为工作区；III为过渡区。

Claims (2)

1.一种旋锻成形设备，包括旋锻机构和变径机构，旋锻机构、变径机构、旋锻主轴（6）依次布置在旋锻主机座（23）上方的通孔内，旋锻主轴（6）安装在前后布局的两个深沟球轴承（5）上，并通过大带轮（2）、皮带（3）、小带轮（26）由旋锻主电机（24）驱动，两个深沟球轴承（5）安装在旋锻主机座（23）中的通孔中，其特征在于：旋锻主轴（6）与变径机构中的变径机构连接架（8）通过过渡板（7）连接，变径机构推盘（11）上的左凸台（m）、右凸台（n）分别与旋锻主机座（23）中的导轨槽配合，变径机构连接架（8）与旋锻机构中的转盘（18）连接，旋锻机构左滚柱安装盘（13）和右滚柱安装盘（19）分别与旋锻主机座（23）固定；

所述的旋锻机构包括沿旋锻主轴（6）圆周方向均布的四个锻锤（16）和四个锻模（17），锻锤（16）和锻模（17）分别与转盘（18）中的滑槽配合，锻锤（16）的下端面与楔形块（14）的上端面配合，锻模（17）的上端面与楔形块（14）的下端面配合，主滚柱（15）、辅助滚柱（27）分别间隔安装在左滚柱安装盘（13）和右滚柱安装盘（19）的配合孔中；

所述的变径机构包括变径机构推盘（11），变径机构推盘（11）的底部凸台（p）与变径机构进给螺母（20）配合连接，变径机构进给螺母（20）从旋锻主机座（23）底部的槽中穿出，并与变径机构进给丝杠（21）配合，变径机构进给丝杠（21）的左端与伺服电机及减速器（25）的输出轴连接，楔形块滑盘（12）通过两个推力轴承（10）和推力轴承挡圈（9）固定在变径机构推盘（11）上，楔形块（14）与楔形块滑盘（12）端部的滑槽（g）配合；

所述的锻锤（16）的曲面为四根对称摆线规律设计，第一摆线（a）与第四摆线（d）对称，第二摆线（b）与第三摆线（c）对称，各根摆线的最高点与其基圆（e）的距离h为3～8mm，单根摆线的圆周角度α为15°～20°。

2.根据权利要求1所述的一种旋锻成形设备，其特征在于：所述的锻模（17）在轴向方向分为颈缩区（Ⅰ）、工作区（Ⅱ）和颈缩区与工作区之间的过渡区（Ⅲ），颈缩区（Ⅰ）的倾斜角为3°～6°，过渡区（Ⅲ）的圆弧半径为45～230mm，工作区（Ⅱ）的长度为3.5mm～10.0mm，工作区直径比工件外径大4～15mm，且四个锻模（17）工作区（Ⅱ）的内表面在开模状态时位于同一个圆柱面上。

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