CN103586301B - 一种轴端带花键类零件的振动冷挤压塑性成型设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轴端带花键类零件的振动冷挤压塑性成型设备，它包括主工作区机构（1），主工作区机构（1）包括主轴油缸（2）、精确定心机构（3）、对中夹持定位架构（4）、工件冷却润滑系统（5）和支架（6），主轴油缸（2）的活塞杆中设置有芯轴定心驱动油缸；精确定心机构（3）包括主轴连接法兰（7）、模具Y向顶紧安装块和模具安装槽（9），主轴连接法兰（7）与主轴油缸（2）的活塞杆连接，工件芯轴连接杆（8）的上端连接芯轴定心驱动油缸的活塞杆。本发明的有益效果是：实现轴端花键的塑性成型，加工效率高，产品一致性好，成型的花键材料流线连贯致密，适用于汽车换挡机构承受交变载荷轴齿类零件花键成型大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及振动冷挤压成型设备技术领域，特别是一种轴端带花键类零件的振动冷挤压塑性成型设备。
背景技术
随着社会的发展，汽车在我国的大面积普及，我国的汽车市场已逐渐成为全球的主要市场，汽车自动变速器中轴端带花键类零件的需求也越来越强烈。我国汽车自动变速器的大部分零件都需要进口，其原因主要是国内加工此类零件的装备还不成熟，从国外进口又非常昂贵，因此，研制此类装备就得到了国内装备制造业的高度关注。
振动冷挤压成型是一种金属塑性成型加工工艺方法。该工艺方法因材料利用率高，挤压后，材料的组织和机械性能都能得到改善，操作简单，生产效率高等工艺特点，较金属切削工艺方法具有节约成本、设备简单和产品成型质量高等优点，因此该工艺方法得到国外各领域的广泛应用。
目前，关于轴端花键的加工，国内通常采用热挤压和滚齿切削成型工艺方法获得。
1、传统的热挤压成型方法将金属毛坯放入模具型腔内，在强大的压力和一定的速度作用下，迫使金属从模腔中挤出，工艺力大设备笨重，且热挤压后零件齿形部分容易发生不规则变形和冷却后冷却收缩变形等问题。
2、滚齿切削工艺国内很成熟，通过切削材料的方法加工零件内外齿形，常用于加工齿轮零件。由于轴端带花键类零件大多壁厚较薄，滚齿后因零件切削应力的存在导致齿形易变形，精度不易控制，且与振动冷挤压成型相比加工成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种加工效率高、产品一致性好、降低制造成本的轴端带花键类零件的振动冷挤压塑性成型设备。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种轴端带花键类零件的振动冷挤压塑性成型设备，它包括主工作区机构，所述的主工作区机构包括主轴油缸、精确定心机构、对中夹持定位架构、工件冷却润滑系统和支架，主轴油缸的活塞杆中设置有芯轴定心驱动油缸；所述的精确定心机构包括沿轴向依次连接的主轴连接法兰、模具Y向顶紧安装块和模具安装槽，主轴连接法兰的内部设置有轴向孔，模具Y向顶紧安装块的中心安装有模具定心压紧套，模具Y向顶紧安装块位于模具定心压紧套的上方设置有凹槽，模具定心压紧套内安装有零件定心杆导向套，零件定心杆导向套由安装于凹槽内、位于模具定心压紧套上方的模具顶紧压块压紧固定，凹槽内还安装有模具Y向顶紧楔块，模具Y向顶紧楔块上设置有其Y向运动时避让工件芯轴连接杆的长圆孔，模具Y向顶紧楔块配合安装于模具顶紧压块上部，工件芯轴连接杆依次贯穿主轴连接法兰的轴向孔、模具Y向顶紧楔块的长圆孔和零件定心杆导向套，并与轴向孔和零件定心杆导向套均滑动配合，模具定心压紧套内设置有挤压冷却润滑油通道，挤压冷却润滑油通道与工件冷却润滑系统连通；主轴连接法兰与主轴油缸的活塞杆连接，工件芯轴连接杆的上端连接芯轴定心驱动油缸的活塞杆，成型模具安装于模具安装槽内，工件芯轴连接杆的下端连接工件芯轴，模具Y向顶紧楔块连接驱动油缸；主轴油缸固定设置于支架的上端，对中夹持定位架构和工件冷却润滑系统安装于支架上，对中夹持定位架构和工件冷却润滑系统依次设置于主轴油缸的下方。
它还包括全封闭式抗振动机床架体、全自动上下料系统和高响应大流量伺服液压系统， 支架、全自动上下料系统和高响应大流量伺服液压系统均安装于全封闭式抗振动机床架体内，全自动上下料系统位于支架的一侧。
所述的支架与全封闭式抗振动机床架体之间设置有减振隔振装置。
所述的全自动上下料系统包括机械手和传送带。
本发明具有以下优点：
本发明可实现轴端花键的塑性成型，该设备的成功研制，填补了国内振动冷挤压成型技术研究过程中工程化装备的空白。
轴端带花键类零件是汽车自动变速器的关键部件，汽车自动变速器的质量很大程度上取决于其内部各齿形零件的加工精度，相对于传统工艺装备，本发明为近净成型装备，齿形成型后只需进行去毛刺处理，无需进行齿形加工。
本发明加工效率高，产品一致性好，成型的花键材料流线连贯致密，适用于汽车换挡机构承受交变载荷轴齿类零件花键成型大批量生产。
本发明有利于提升我国装备制造业技术水平，降低国内汽车行业制造成本，具有重要意义。
附图说明
图1 为本发明加工原理示意图
图2 为本发明的结构示意图
图3 为本发明的主工作区机构的结构示意图
图4 为本发明的精确定心机构的结构示意图
图中，1-主工作区机构，2-主轴油缸，3-精确定心机构，4-对中夹持定位架构，5-工件冷却润滑系统，6-支架，7-主轴连接法兰，8-工件芯轴连接杆，9-模具安装槽，10-模具定心压紧套，11-零件定心杆导向套，12-模具顶紧压块，13-模具Y向顶紧楔块，14-全封闭式抗振动机床架体，15-全自动上下料系统，16-高响应大流量伺服液压系统，17-减振隔振装置，18-成型模具，19-工件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
如图3所示，一种轴端带花键类零件的振动冷挤压塑性成型设备，它包括主工作区机构1，所述的主工作区机构1包括主轴油缸2、精确定心机构3、对中夹持定位架构4、工件冷却润滑系统5和支架6，主轴油缸2的活塞杆中设置有芯轴定心驱动油缸，所述的主轴油缸2采用双级非标油缸，芯轴定心驱动油缸采用非标结构设计，配置内置磁致伸缩式数字线性位移传感器；
如图4所示，所述的精确定心机构3包括沿轴向依次连接的主轴连接法兰7、模具Y向顶紧安装块和模具安装槽9，主轴连接法兰7的内部设置有轴向孔，模具Y向顶紧安装块的中心安装有模具定心压紧套10，模具Y向顶紧安装块位于模具定心压紧套10的上方设置有凹槽，模具定心压紧套10内安装有零件定心杆导向套11，零件定心杆导向套11由安装于凹槽内、位于模具定心压紧套10上方的模具顶紧压块12压紧固定，凹槽内还安装有模具Y向顶紧楔块13，模具Y向顶紧楔块13上设置有其Y向运动时避让工件芯轴连接杆8的长圆孔，模具Y向顶紧楔块13配合安装于模具顶紧压块12上部，工件芯轴连接杆8依次贯穿主轴连接法兰7的轴向孔、模具Y向顶紧楔块13的长圆孔和零件定心杆导向套11，并与轴向孔和零件定心杆导向套11均滑动配合，模具定心压紧套10内设置有挤压冷却润滑油通道，挤压冷却润滑油通道与工件冷却润滑系统5连通；
主轴连接法兰7与主轴油缸2的活塞杆连接，工件芯轴连接杆8的上端连接芯轴定心驱动油缸的活塞杆，成型模具18安装于模具安装槽9内并由主轴油缸2驱动，工件芯轴连接杆8的下端连接工件芯轴，模具Y向顶紧楔块13连接驱动油缸，该驱动油缸采用非标油缸，
所述的对中夹持定位架构4包括工件夹紧用径向对称布置的两个油缸和轴向顶紧用径向对称布置的两个油缸；工件夹持在对中夹持定位架构上实现零件的径向精确定位，对中夹持定位架构固定在工作台上，可实现工装定位及更换；工件夹持采用径向对称布置的双油缸同步夹持方式实现，工件轴向顶紧同样采用径向对称布置的双油缸同步驱动，通过1：20的楔块式增力机构实现轴向顶紧动作。
主轴油缸2固定设置于支架6的上端，对中夹持定位架构4和工件冷却润滑系统5安装于支架6上，对中夹持定位架构4和工件冷却润滑系统5依次设置于主轴油缸2的下方，工件冷却润滑系统5包括工件循环冷却润滑油过滤回收装置和冷却空调，其安装于支架6的下部，对工件成形过程中的冷却润滑油进行集中过滤回收，并配备独立介质冷却空调，冷却空调根据油温设定值自动控制油温，控制加工过程中模具及工件产生的热能及因此产生的热变形，在实现工件、模具冷却与润滑的同时，有效保证工装模具的使用寿命和工件批生产的一致性。
如图2所示，它还包括全封闭式抗振动机床架体14、全自动上下料系统15和高响应大流量伺服液压系统16。
支架6采用立式四柱封闭式螺纹联接结构，所有联接部位均采取可靠的防松措施，具有良好的刚性，保证在生产使用过程中良好的吸振性、精度保持性和高可靠性；全封闭式抗振动机床架体14采用全封闭式防护罩，可实现对产品加工过程、冷却润滑介质、液压管路及电气线缆的封闭保护，并有效屏蔽机床工作噪音，为操作者在工作状态下的人身安全提供保障，防止机床介质对工作环境的污染。
支架6、全自动上下料系统15和高响应大流量伺服液压系统16均安装于全封闭式抗振动机床架体14内，全自动上下料系统15位于支架6的一侧，支架6、高响应大流量伺服液压系统16由高强度螺钉外加可靠的防松机构安装在全封闭式抗振动机床架体14中。
所述的支架6与全封闭式抗振动机床架体14之间设置有减振隔振装置17，有效衰减和防止加工过程中的振动传递至工作区外，并由安全防护系统进行全封闭式防护，工作区有可视窗口方便操作者对加工区域进行实时监控。
全自动上下料系统15包括机械手和传送带，全自动上下料系统15由机械手实现上下料动作，工件夹持器采用专用卡爪，并配备传送带。
本发明的工作原理是主轴油缸2带动加固硬质合金成型模具18沿着工件19轴向高频振动进给，工件19外缘材料受到模具振动挤压，过程为进X mm退Y mm(X、Y为进给工艺参数，X＞Y)的往复高频振动进给，其成型机理如图1所示，成型模具18沿X方向工件轴向高频振动进给，工件19外缘材料受到模具X方向振动挤压径向流动填充齿形，过程为进X mm退Y mm(X、Y为进给工艺参数，X＞Y )的往复高频振动进给，逐步挤压出花键。该成型装备主要包括双级非标主轴油缸2、全封闭式抗振动机床架体14、精确定心机构3、对中夹持定位架构、工件冷却润滑系统5、高响应大流量伺服液压系统16、数控系统、自动上下料系统和安全防护系统等部件组成，装备为全封闭式结构。
本发明加工单循环动作顺序：安装成型模具18→精确定心机构3将模具顶紧开机持续工作→全自动上下料系统15上料→对中夹持定位架构工件夹持、工件顶紧→主轴油缸2驱动主轴快进、芯轴快进→工件冷却润滑系统5工件润滑开→主轴油缸2驱动芯轴定心→主轴油缸2驱动主轴工进→主轴油缸2驱动主轴回退→主轴油缸2驱动芯轴脱模→主轴油缸2驱动主轴快退、芯轴快退→对中夹持定位架构工件夹持张开→对中夹持定位架构工件顶紧松开→全自动上下料系统15卸料→全自动上下料系统15上料，完成零件的全自动加工循环。
本发明最大加工齿形长度80mm，齿顶圆最大直径100mm，最大齿高3mm，此范围内零件加工节拍约20s。
本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。
Claims (4)
1.一种轴端带花键类零件的振动冷挤压塑性成型设备，其特征在于：它包括主工作区机构（1），所述的主工作区机构（1）包括主轴油缸（2）、精确定心机构（3）、对中夹持定位架构（4）、工件冷却润滑系统（5）和支架（6），主轴油缸（2）的活塞杆中设置有芯轴定心驱动油缸；所述的精确定心机构（3）包括沿轴向依次连接的主轴连接法兰（7）、模具Y向顶紧安装块和模具安装槽（9），主轴连接法兰（7）的内部设置有轴向孔，模具Y向顶紧安装块的中心安装有模具定心压紧套（10），模具Y向顶紧安装块上设置有凹槽，所述的凹槽位于模具定位压紧套（10）的上方，模具定心压紧套（10）内安装有零件定心杆导向套（11），零件定心杆导向套（11）由安装于凹槽内、位于模具定心压紧套（10）上方的模具顶紧压块（12）压紧固定，凹槽内还安装有模具Y向顶紧楔块（13），模具Y向顶紧楔块（13）上设置有其Y向运动时避让工件芯轴连接杆(8)的长圆孔，模具Y向顶紧楔块（13）配合安装于模具顶紧压块（12）上部，工件芯轴连接杆（8）依次贯穿主轴连接法兰（7）的轴向孔、模具Y向顶紧楔块（13）的长圆孔和零件定心杆导向套（11），工件芯轴连接杆（8）与轴向孔和零件定心杆导向套（11）均滑动配合，模具定心压紧套（10）内设置有挤压冷却润滑油通道，挤压冷却润滑油通道与工件冷却润滑系统（5）连通；主轴连接法兰（7）与主轴油缸（2）的活塞杆连接，工件芯轴连接杆（8）的上端连接芯轴定心驱动油缸的活塞杆，成型模具（18）安装于模具安装槽（9）内，工件芯轴连接杆（8）的下端连接工件芯轴，模具Y向顶紧楔块（13）连接驱动油缸；所述的对中夹持定位架构（4）包括工件夹紧用径向对称布置的两个油缸和轴向顶紧用径向对称布置的两个油缸；工件夹持在对中夹持定位架构（4）上实现零件的径向精确定位，对中夹持定位架构（4）固定在工作台上，可实现工装定位及更换；工件夹持采用径向对称布置的双油缸同步夹持方式实现，工件轴向顶紧同样采用径向对称布置的双油缸同步驱动，通过1：20的楔块式增力机构实现轴向顶紧动作；工件冷却润滑系统（5）包括工件循环冷却润滑油过滤回收装置和冷却空调，工件冷却润滑系统（5）安装于支架（6）的下部，对工件成形过程中的冷却润滑油进行集中过滤回收，并配备独立介质冷却空调，冷却空调根据油温设定值自动控制油温，控制加工过程中模具及工件产生的热能及因此产生的热变形；主轴油缸（2）固定设置于支架（6）的上端，对中夹持定位架构（4）和工件冷却润滑系统（5）安装于支架（6）上，对中夹持定位架构（4）和工件冷却润滑系统（5）依次设置于主轴油缸（2）的下方。
2.根据权利要求1所述的一种轴端带花键类零件的振动冷挤压塑性成型设备，其特征在于：它还包括全封闭式抗振动机床架体（14）、全自动上下料系统（15）和高响应大流量伺服液压系统（16）， 支架（6）、全自动上下料系统（15）和高响应大流量伺服液压系统（16）均安装于全封闭式抗振动机床架体（14）内，全自动上下料系统（15）位于支架（6）的一侧。
3.根据权利要求2所述的一种轴端带花键类零件的振动冷挤压塑性成型设备，其特征在于：所述的支架（6）与全封闭式抗振动机床架体（14）之间设置有减振隔振装置（17）。
4.根据权利要求2所述的一种轴端带花键类零件的振动冷挤压塑性成型设备，其特征在于：所述的全自动上下料系统（15）包括机械手和传送带。
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