CN103084520B - 一种内台阶筒形件的精密轧制成形方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内台阶筒形件的精密轧制成形方法及装置，其方法包括以下步骤：S1，获得环形的毛坯；S2，将环形的毛坯置于环形的驱动辊内，毛坯的外壁紧贴驱动辊的内壁；S3，将芯辊置于毛坯内，芯辊上设有凹槽；S4，使驱动辊和毛坯一起旋转，芯辊沿毛坯的径向作直线进给运动；S5，当毛坯轴向高度达到预定值时，芯辊停止进给，取出制得的内台阶筒形件；其装置包括驱动辊（1）、芯辊（2）、旋转驱动装置和直线驱动装置，所述驱动辊（1）为环形，所述芯辊（2）为圆柱形。本发明通过连续局部塑性变形一次整体成形内台阶筒形件，具有显著的节能节材、降低生产成本、提高生产率和产品性能效果。

Description

一种内台阶筒形件的精密轧制成形方法及装置

技术领域

本发明涉及筒形件的轧制成形领域，更具体地说，涉及一种内台阶筒形件的精密轧制成形方法及装置。

背景技术

随着工业的迅猛发展，对各种高性能异形截面环件的需求巨大。内台阶筒形件是一种典型的异形截面环件，其主要产品对象有轮毂轴承套圈、水泵轴承套圈等。它不仅精度要求高，而且还要求有较高的服役性能和使用寿命，而满足这些要求的关键就在于内台阶筒形件的成形制造质量。目前，内台阶筒形件主要有两种加工制造方法。一是车削加工，即用管坯直接车削成内台阶筒形件。车削加工不但费时费力，材料利用率低，而且金属纤维被切断，材料组织性能也不好，远远不能满足高性能内台阶筒形件的使用要求。二是环件轧制成形，即用异形截面环件毛坯直接轧制成形内台阶筒形件。虽然这种方法可以制造高性能内台阶筒形件，但制坯过程十分复杂，且轧制成形的内台阶筒形件轴向高度有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种内台阶筒形件的精密轧制成形方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种内台阶筒形件的精密轧制成形方法，包括以下步骤：

S1，获得环形的毛坯；

S2，将环形的毛坯置于环形的驱动辊内，毛坯的外径小于驱动辊的内径，毛坯的外壁局部贴合驱动辊的内壁；

S3，将芯辊置于毛坯内，芯辊包括外工作面和内工作面，内工作面的直径小于外工作面的直径，外工作面和内工作面形成凹槽；

S4，使驱动辊和毛坯一起旋转，芯辊沿毛坯的径向作直线进给运动，毛坯产生壁厚减小、内外直径扩大、轴向拉伸、内台阶填充的连续局部塑性变形；

S5，当毛坯轴向高度达到预定值时，芯辊停止进给，取出制得的内台阶筒形件。

在上述的内台阶筒形件的精密轧制成形方法中，在所述步骤S1中，所述环形的毛坯通过镦粗、冲孔、冲连皮、平端面的方法制得。

在上述的内台阶筒形件的精密轧制成形方法中，在所述步骤S1中，所述毛坯的高度毛坯的外径内径其中D为内台阶筒形件外环的外径，B是内台阶筒形件外环的轴向高度，B_e是内台阶筒形件内环的轴向高度，d_e是内台阶筒形件外环的内径，d_i是内台阶筒形件内环的内径，K₁为轴向轧制比，K₂为径向轧制比。

在上述的内台阶筒形件的精密轧制成形方法中，驱动辊的内径等于内台阶筒形件外环的外径。

在上述的内台阶筒形件的精密轧制成形方法中，芯辊外工作面直径D_x＜d₀，芯辊内工作面直径d_x＝D_x-(d_e-d_i)，芯辊凹槽轴向高度B_x＝B_e。

在上述的内台阶筒形件的精密轧制成形方法中，在所述步骤S4中，毛坯变形分为两个阶段：在第一阶段，毛坯产生壁厚减小，内外直径扩大、轴向高度基本不变、内台阶填充的连续局部塑形变形。在第二阶段，当毛坯的外表面与驱动辊的内表面完全贴合时，毛坯的外径停止增大，毛坯产生壁厚减小，内径扩大，外径不变，轴向伸长、内台阶填充的连续局部塑形变形。

在上述的内台阶筒形件的精密轧制成形方法中，在所述步骤S5中，通过挤出模具将制得的内台阶筒形件挤出。

本发明还提供了一种内台阶筒形件的精密轧制成形装置，包括驱动辊、芯辊、旋转驱动装置和直线驱动装置，所述驱动辊为环形，所述芯辊为圆柱形，所述芯辊包括外工作面和内工作面，所述内工作面的直径小于所述外工作面的直径，所述外工作面和所述内工作面形成凹槽，所述芯辊插入所述驱动辊内，所述旋转驱动装置驱动所述驱动辊转动，所述直线驱动装置驱动所述芯辊沿径向作直线进给运动。

在上述的内台阶筒形件的精密轧制成形装置中，所述成形装置还包括将制得的内台阶筒形件挤出所述驱动辊的挤出模具，挤出模具为圆柱体，其外径等于内台阶筒形件外环的外径，所述直线驱动装置驱动所述挤出模具沿驱动辊中轴线方向作直线挤出运动。

实施本发明的内台阶筒形件的精密轧制成形方法及装置，具有以下有益效果：

（1）轧制成形结束时，内台阶筒形件的外表面与驱动辊的内表面贴合，因此制得的内台阶筒形件几何尺寸容易控制。

（2）本发明利用简单的矩形截面环件毛坯直接轧制成形内台阶筒形件，具有显著的节能节材、降低生产成本、提高生产率的效果。轧制成形的内台阶筒形件表面质量好，几何精度高，而且获得了细密的晶粒组织和完整的金属流线，显著地改善了内台阶筒形件内部组织和力学性能，可使内台阶筒形件的性能和使用寿命得到大幅度的提高。

（3）轧制成形过程中，环件毛坯主要产生壁厚减小、轴向伸长的连续局部塑性变形，因此本方法可以用于成形大高度的内台阶筒形件。

（4）由于本发明内台阶筒形件的精密轧制成形装置的结构简单，没有复杂的传动和定位结构，驱动辊在转动的过程中不会左右晃动，成形精度高，制得的内台阶筒形件质量好。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是用于制造内台阶筒形件的毛坯截面示意图；

图2是内台阶筒形件截面示意图；

图3a-图3d是内台阶筒形件的精密轧制成形装置的轧制过程示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明内台阶筒形件的精密轧制成形方法包括以下步骤：

S1，获得环形的毛坯3，毛坯3为矩形截面环件。可以通过镦粗、冲孔、冲连皮、平端面的方法制得。内台阶筒形件5即为采用本发明方法制得的产品。如图1、图2所示，毛坯3的高度毛坯3的外径内径 $d_0=\sqrt{{\left(\frac{D}{K_2}\right)}^2-\frac{K_1}{B}[(D^2-d_e^2)B+(d_e^2-d_i^2)B_e]},$ 其中D为内台阶筒形件5外环的外径，B是内台阶筒形件5外环的轴向高度，B_e是内台阶筒形件5内环的轴向高度，d_e是内台阶筒形件5外环的内径，d_i是内台阶筒形件5内环的内径，K₁为轴向轧制比，K₂为径向轧制比。

在本发明的一个优选实例中，内台阶筒形件5的尺寸如下：D=80mm，d_e=73mm，d_i=5mm，B=120mm，B_e=10mm，其中轧制比K₁=2，K₂=1.23，因此环件毛坯3的尺寸可计算得：D₀=65mm，d₀=41.2mm，B₀=60mm。

S2，将环形的毛坯3置于环形的驱动辊1内，毛坯3的外径小于驱动辊1的内径，毛坯3的外壁局部贴合驱动辊1的内壁。驱动辊1的内径等于制得的内台阶筒形件5的外径D。

S3，将芯辊2置于毛坯3内，芯辊2包括外工作面和内工作面，内工作面的直径小于外工作面的直径，外工作面和内工作面形成凹槽，凹槽用于成形筒形件5的内台阶。为了保证芯辊2能够放入毛坯3，芯辊2外工作面直径D_x必须小于环件毛坯3内径d₀，本实施例中D_x≤d₀-6mm。芯辊2内工作面直径d_x＝D_x-(d_e-d_i)，芯辊2的凹槽的轴向高度B_x等于内台阶筒形件5内环轴向高度B_e，即B_x＝B_e。

S4，如图3a-图3c所示，使驱动辊1和毛坯3一起旋转，芯辊2沿毛坯3的径向作直线进给运动，图3a中的n表示驱动辊1的旋转方向，v表示芯辊2的运动方向。驱动辊1在电机的驱动下绕自身轴线以转速n作匀速旋转运动，芯辊2沿径向以一定的速度v作直线进给运动。在驱动辊1和芯辊2的共同作用下，环件毛坯3产生壁厚减小，内外直径扩大、轴向拉伸、内台阶填充的连续局部塑性变形。

毛坯3的变形分为两个阶段：在第一阶段，毛坯3产生壁厚减小，内外直径扩大、轴向高度基本不变、内台阶填充的连续局部塑形变形。在第二阶段，当毛坯3的外表面与驱动辊1的内表面完全贴合时，毛坯3的外径停止增大，毛坯3产生壁厚减小，内径扩大，外径不变，轴向伸长、内台阶填充的连续局部塑形变形。

通过连续局部塑性变形一次整体成形内台阶筒形件5，具有显著的节能节材、降低生产成本、提高生产率效果。轧制成形的内台阶筒形件5的表面质量好，几何精度高，而且获得了细密的晶粒组织和完整的金属流线，显著地改善了内台阶筒形件5内部组织和力学性能，可使内台阶筒形件5的性能和使用寿命得到大幅度的提高。轧制成形结束时，内台阶筒形件5的外表面与驱动辊1的内表面贴合，因此制得的内台阶筒形件5几何尺寸容易控制。

S5，当毛坯3轴向高度达到内台阶筒形件5的高度B的预定值时，芯辊2停止进给，并往中轴线方向移动脱离毛坯3，驱动辊1也停止转动，取出制得的内台阶筒形件5。如图3d所示，在本实施例中通过挤压模具4挤出制得的内台阶筒形件5。

如图3a-图3d所示，本发明还提供了一种内台阶筒形件5的精密轧制成形装置，包括驱动辊1、芯辊2、旋转驱动装置和直线驱动装置。驱动辊1为环形，芯辊2为圆柱形，芯辊2插入驱动辊1内。芯辊2包括外工作面和内工作面，内工作面的直径小于外工作面的直径，外工作面和内工作面形成凹槽。成形内台阶筒形件5时，将环形的毛坯3放入驱动辊1内，毛坯3的外壁紧贴驱动辊1的内壁。旋转驱动装置驱动驱动辊1转动，毛坯3随驱动辊1一起转动，直线驱动装置驱动芯辊2沿径向作直线进给运动，芯辊2在移动的过程中与毛坯3的内壁接触并挤压毛坯3。在芯辊2和驱动辊1的共同作用下，毛坯3产生壁厚减小、内外直径扩大、轴向伸长、内台阶填充的连续局部塑性变形。本发明的成形装置通过连续局部塑性变形一次整体成形内台阶筒形件5，具有显著的节能节材、降低生产成本、提高生产率的效果。

本发明内台阶筒形件5的精密轧制成形装置的结构简单，驱动辊1可以通过电机、马达等旋转驱动装置直接驱动。例如可以将驱动辊1固定在平台上，然后通过电机带动平台转动。由于成形装置的结构简单，没有复杂的传动和定位结构，驱动辊1在转动的过程中不会左右晃动，成形精度高，并且制得的内台阶筒形件5质量好。可以理解的是，旋转驱动装置的驱动方式有多种，例如还可以通过转轴带动驱动辊1转动，本实施例中的平台只是一种优选的实施方式。

为了进一步方便将制得的内台阶筒形件5挤出，上述成形装置还包括挤出模具4，通过挤出模具4动作将内台阶筒形件5挤出，简单方便。挤出模具4为圆柱体，其外径等于内台阶筒形件5外环的外径，直线驱动装置驱动挤出模具4沿驱动辊1的中轴线方向作直线挤出运动。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，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，而不是限制性的，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，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种内台阶筒形件的精密轧制成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，获得环形的毛坯；

S2，将环形的毛坯置于环形的驱动辊内，毛坯的外径小于驱动辊的内径，毛坯的外壁局部贴合驱动辊的内壁；

S3，将芯辊置于毛坯内，芯辊包括外工作面和内工作面，内工作面的直径小于外工作面的直径，外工作面和内工作面形成凹槽；

S4，使驱动辊和毛坯一起旋转，芯辊沿毛坯的径向作直线进给运动，毛坯产生壁厚减小、内外直径扩大、轴向拉伸、内台阶填充的连续局部塑性变形；毛坯变形分为两个阶段：在第一阶段，毛坯产生壁厚减小，内外直径扩大、轴向高度基本不变、内台阶填充的连续局部塑形变形；在第二阶段，当毛坯的外表面与驱动辊的内表面完全贴合时，毛坯的外径停止增大，毛坯产生壁厚减小，内径扩大，外径不变，轴向伸长、内台阶填充的连续局部塑形变形；

S5，当毛坯轴向高度达到预定值时，芯辊停止进给，取出制得的内台阶筒形件。

2.根据权利要求1所述的内台阶筒形件的精密轧制成形方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述环形的毛坯通过镦粗、冲孔、冲连皮、平端面的方法制得。

3.根据权利要求1所述的内台阶筒形件的精密轧制成形方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述毛坯的高度毛坯的外径内径其中D为内台阶筒形件外环的外径，B是内台阶筒形件外环的轴向高度，B_e是内台阶筒形件内环的轴向高度，d_e是内台阶筒形件外环的内径，d_i是内台阶筒形件内环的内径，K₁为轴向轧制比，K₂为径向轧制比。

4.根据权利要求1所述的内台阶筒形件的精密轧制成形方法，其特征在于，驱动辊的内径等于内台阶筒形件外环的外径。

5.根据权利要求1所述的内台阶筒形件的精密轧制成形方法，其特征在于，芯辊外工作面直径D_x＜d₀，芯辊内工作面直径d_x＝D_x-(d_e-d_i)，芯辊凹槽轴向高度B_x＝B_e，其中d₀为毛坯的内径，B_e是内台阶筒形件内环的轴向高度，d_e是内台阶筒形件外环的内径，d_i是内台阶筒形件内环的内径。

6.根据权利要求1所述的内台阶筒形件的精密轧制成形方法，其特征在于，在所述步骤S5中，通过挤出模具将制得的内台阶筒形件挤出。

7.一种内台阶筒形件的精密轧制成形装置，其特征在于，包括驱动辊(1)、芯辊(2)、旋转驱动装置和直线驱动装置，所述驱动辊(1)为环形，所述芯辊(2)为圆柱形，所述芯辊(2)包括外工作面和内工作面，所述内工作面的直径小于所述外工作面的直径，所述外工作面和所述内工作面形成凹槽，所述芯辊(2)插入所述驱动辊(1)内，所述旋转驱动装置驱动所述驱动辊(1)转动，所述直线驱动装置驱动所述芯辊(2)沿径向作直线进给运动；

驱动辊(1)和毛坯一起旋转，芯辊(2)沿毛坯的径向作直线进给运动，毛坯产生壁厚减小、内外直径扩大、轴向拉伸、内台阶填充的连续局部塑性变形；毛坯变形分为两个阶段：在第一阶段，毛坯产生壁厚减小，内外直径扩大、轴向高度基本不变、内台阶填充的连续局部塑形变形；在第二阶段，当毛坯的外表面与驱动辊的内表面完全贴合时，毛坯的外径停止增大，毛坯产生壁厚减小，内径扩大，外径不变，轴向伸长、内台阶填充的连续局部塑形变形。

8.根据权利要求7所述的内台阶筒形件的精密轧制成形装置，其特征在于，所述成形装置还包括将制得的内台阶筒形件(5)挤出所述驱动辊(1)的挤出模具(4)，挤出模具(4)为圆柱体，其外径等于内台阶筒形件(5)外环的外径，所述直线驱动装置驱动所述挤出模具(4)沿驱动辊(1)中轴线方向作直线挤出运动。