CN102896160A

CN102896160A - 一种回转体件塑性成形加工的液浸冷却装置及其工艺

Info

Publication number: CN102896160A
Application number: CN2012103883093A
Authority: CN
Inventors: 齐兵; 王锐城; 程伟
Original assignee: Beijing Giraffe Spinning Tech Co ltd
Current assignee: Beijing Giraffe Spinning Tech Co ltd
Priority date: 2012-10-13
Filing date: 2012-10-13
Publication date: 2013-01-30

Abstract

本发明提供一种回转体件，特别是大中型回转体件塑性成形加工的液浸冷却装置及其工艺，该装置包括回转体件塑性成形加工装置、用于回转体件塑性成形加工的腔体和制冷装置，其中腔体内装有冷却液，回转体件塑性成形加工装置和回转体件浸在冷却液中，上述腔体和制冷装置连通。本发明取消了成形过程中的加热工序、简化了后续加工工序，因而有效提高了产品质量并降低了生产成本。本发明提出的大中型环类件冷成形动力一定要高于热成形所需动力，但由于取消了电加热工序，所以冷成形的综合能耗指标要远远低于热成形能耗指标，因而本设计还具有典型的节能减排特征。

Description

一种回转体件塑性成形加工的液浸冷却装置及其工艺

技术领域

本发明属于金属塑性成形领域，涉及一种回转体件塑性成形加工的液浸冷却装置及其工艺，适用于大中型回转体金属件的扩辗、旋压等冷状态（室温）塑性成形加工过程变形热的降温冷却。

背景技术

当对回转体金属件在室温条件下进行回转成形加工时，在外力通过模具的连续约束作用下，工件内部会发生晶格滑移和错位并对外释放热量使工件急剧升温。这种因变形热引起的升温若不及时有效抑制会对工作模具造成损害，而且工件加工后的降温过程也会产生一定程度的变形。当加工变形量较小时，可通过喷洒冷却液对工件进行降温；当加工变当加工变形量加大并使温升达到或超过100C°时，喷洒的冷却液会产生汽化而失去冷却作用。

金属的冷状态塑性加工不仅能改变工件形状、提高工件表面质量和尺寸精度，而且由于保留了完整的纤维组织以及加工硬化作用，还可大幅提高工件的机械性能。同时，其加工特性也决定了这种工艺较之热成形加工或机械加工，具有更显著的节能节材效果。

扩辗､旋压等回转成形工艺技术始于国外。但到目前为止，在成形过程中由于没有有效制冷手段的限制，在室温条件下也仅能对回转体金属件实施小变形量塑性加工。如原材料较簿、变形量小于10mm的中小型轴承内外环冷辗，车用发动机皮带轮旋压等。而对原材料较厚、变形量较大的回转体件，如：截面变形量超过25mm，直径大于250mm的轧钢机或铁路车辆轴承内外环等，则只能继续沿用耗能耗材的热成形加工和机械加工工艺。（如图1所示）

对于大变形量回转体金属件而言，采用冷状态塑性回转成形工艺技术进行加工，具有十分显著的技术和经济效益，并且非常必要。那么，如何有效解决因变形热引起的温升抑制问题，就是发挥这种工艺技术优势的关键所在。

发明内容

本发明的目的是要有效解决大中型回转体金属件塑性成形加工过程因变形热引起的温升抑制问题。

本发明提供一种回转体件塑性成形加工的液浸冷却装置及其工艺，本发明能有效解决回转体件在加工过程中因变形热引起的温升抑制问题，突破了回转体金属件冷塑性成形加工技术应用范围的限制，尤其适合大变形量回转体金属件的冷塑性加工。

本发明采用如下技术方案：

一种回转体件塑性成形加工的液浸冷却装置，包括回转体件塑性成形加工装置和制冷装置，其中回转体件塑性成形加工装置的成形工作区域做成腔体，腔体内装有冷却液，回转体件浸在冷却液中，所述腔体和制冷装置连通。

其中，所述腔体为封闭腔体或顶部设有开口的腔体。根据冷却工艺要求，腔体可采用封闭或开放式结构。

其中，所述腔体为透视结构，以便观察工件成形过程。

工件成形时所释放的热量随液体通过腔体出口循环管路流入制冷装置，经制冷装置制冷的液体再次通过进出口循环管路流入腔体，以此重复循环。

一种回转体件塑性成形加工的液浸冷却工艺，将回转加工设备的成形工作区域做成腔体，并注入循环制冷流动的冷却液，使工件和模具在浸入液体中的状态下进行成形作业；腔体内的冷却液通过进出口循环管路流入制冷装置，经制冷装置制冷的液体再次通过进出口循环管路流入腔体，以此循环。模具由芯轴（即内轮）和旋轮（即外轮）组成。

本发明的原理是：将回转加工设备的成形工作区域做封闭或开放式封闭，并注入循环制冷流动的冷却液，使工件和模具在浸入液体中的状态下进行成形作业。工件在变形一开始释放的热量就通过快速流动的冷却液体吸收并被带出加工区域，流出的高温液体在外部经制冷后再被送回工件加工区。如此循环重复，就可有效抑制大变形量回转体金属件在冷塑性加工过程中的温升，满足成形工艺要求，减少工件的热变形量，也可以有效降低冷却液工作过程中的挥发损耗。根据工件温升情况和降温效果，可以调控冷却液流量，对加工件进行全浸、半浸和微浸作业。

置大变形、高发热量室温成形金属件于封闭区域内实施成形，封闭区域内设置冷却液进出口，封闭区域外配置冷却液循环冷却系统；对于加工区域内的轴承、主轴等旋转部位要做密封；封闭区域采用半包围、透视结构，既要防止冷却液飞溅，又要便于开启上下工件，也要适于操作者观察工件成形过程

本发明的技术效果：

本发明的新颖之处就在于取消了成形过程中的加热工序、简化了后续加工工序，因而有效提高了产品质量并降低了生产成本。本发明提出的大中型环类件冷成形动力一定要高于热成形所需动力，但由于取消了电加热工序，所以冷成形的综合能耗指标要远远低于热成形能耗指标，因而本设计还具有典型的节能减排特征。

本发明的另一个创新点在于解决了冷成形工件在变形过程中的过度受热问题，并不涉及其所需成形设备的动力、结构和控制等方面的设计改动。

附图说明

图1为现有技术中的扩辗成形冷却装置，其中1为芯轴，2为工件，3为旋轮，4为主机；

图2为本发明的扩辗冷却装置，其中1为芯轴，2为工件，3为旋轮，4为主机，5为循环液腔体，7冷却液进口，8高温液出口，9腔体盖， 10透明玻璃；

图3亦为本发明的扩辗冷却装置，其中1为芯轴，2为工件，3为旋轮， 5为循环液腔体，6制冷装置，11冷却液进口管路，12高温液出口管路，9腔体盖。

具体实施方式

以大变形量回转体典型件，SKF铁路车辆轴承内外环的扩辗制坯为例，就本发明提出的液浸式冷却装置及其工艺予以说明：

SKF铁路车辆轴承内外环的扩辗制坯的液浸冷却装置（如图2所示），包括工件、芯轴、旋轮、循环液腔体，其中循环液腔体内装有冷却液，工件、芯轴和旋轮浸在冷却液中，腔体一侧设置液体循环进出口。模具由芯轴（即内轮）和旋轮（即外轮）组成。腔体一侧设置的液体循环进出口（即7冷却液进口和8高温液出口）与制冷装置连接。（制冷装置在图2中未示出）。具体操作步骤如下：在腔体内注入循环制冷流动的冷却液，使工件和芯轴、旋轮在浸入液体中的状态下进行成形作业。成形过程中吸收热量的高温液体通过出口循环管路流出，经制冷装置制冷却后通过进口循环管路再流回腔体。

其中芯轴为主动旋转轴、工件和旋轮被动旋转；在旋轮的径向施力进给作用下，工件直径和高度逐步加大、壁厚相应减薄。主机为工件的成型加工提供动力。透过透明玻璃在盖上腔体盖时，也能观察到工件的加工进程。

图3中：SKF铁路车辆轴承内外环的扩辗制坯的液浸冷却装置（如图2所示），包括工件、芯轴、旋轮、循环液腔体，其中循环液腔体内装有冷却液，工件、芯轴和旋轮浸在冷却液中，腔体一侧设置液体循环进出口。模具由芯轴（即内轮）和旋轮（即外轮）组成。循环液腔体经液体循环进出口，通过进出口循环管路（即11冷却液进口循环管路和12高温液出口循环管路）与制冷装置连接。经制冷装置制冷的液体通过进出口循环管路流入循环液腔体。

其中，冷却池可以为封闭腔体，也可以为顶部设有开口的腔体。

具体操作步骤如下：在腔体内注入循环制冷流动的冷却液，使工件和芯轴、旋轮在浸入液体中的状态下进行成形作业。成形过程中吸收热量的高温液体通过出口循环管路流出，经制冷装置制冷却后通过进口循环管路再流回腔体。

针对大中型环类件而言，现行工艺普遍采用加热工序，以降低变形抗力。但负面作用是材料消耗大、工序多、能耗高、内在质量不易控制。本发明的新颖之处就在于取消了成形过程中的加热工序、简化了后续加工工序，因而有效提高了产品质量并降低了生产成本。本发明提出的大中型环类件冷成形动力一定要高于热成形所需动力，但由于取消了电加热工序，所以冷成形的综合能耗指标要远远低于热成形能耗指标，因而本设计还具有典型的节能减排特征。

目前中小型环类件已经广泛采用冷成形工艺，大中型环类件之所以还在沿用传统的热成形工艺的主要原因是工件因变形而产生的热量不能及时释放（并不是因为设备能力达不到），因而会导致工件表面出现粘连并降低模具表面硬度。而将工件成形区域至于不断通过外部制冷的循环水中，就可以使工件得到有效冷却，从而避免工件和模具因温度过高而产生的质量缺陷。本发明的另一个创新点在于解决了冷成形工件在变形过程中的过度受热问题，并不涉及其所需成形设备的动力、结构和控制等方面的设计改动。

内轮为主动旋转轴、工件和外轮被动旋转；在外轮的径向施力进给作用下，工件直径和高度逐步加大、壁厚相应减薄。

显然，本发明上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种回转体件塑性成形加工的液浸冷却装置，其特征在于：包括回转体件塑性成形加工装置和制冷装置，其中回转体件塑性成形加工装置的成形工作区域做成腔体，腔体内装有冷却液，回转体件和模具浸在冷却液中，所述腔体和制冷装置连通。

2.如权利要求1所述的一种回转体件塑性成形加工的液浸冷却装置，其特征在于：所述模具包括芯轴和旋轮。

3.如权利要求1所述的一种回转体件塑性成形加工的液浸冷却装置，其特征在于：所述腔体为封闭腔体或顶部设有开口的腔体。

4.如权利要求1所述的一种回转体件塑性成形加工的液浸冷却装置，其特征在于：所述腔体为透视结构。

5.如权利要求1所述的一种回转体件塑性成形加工的液浸冷却装置，其特征在于：所述回转体件塑性成形加工包括扩辗、旋压等。

6.如权利要求1所述的一种回转体件塑性成形加工的液浸冷却装置，其特征在于：所述回转体件可以为全浸、半浸或微浸作业。

7.一种回转体件塑性成形加工的液浸冷却工艺，其特征在于：回转体件塑性成形加工装置的成形工作区域做成腔体，并注入循环制冷流动的冷却液，使回转体件和模具在浸入液体中的状态下进行成形作业；腔体内的冷却液通过进出口循环管路流入制冷装置，经制冷装置制冷的液体通过进出口循环管路流入腔体。