CN103752738A - 一种复合超声振动增量式滚压成形长螺纹件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种复合超声振动增量式滚压成形长螺纹件的方法，先装夹工件，然后对工件进行轴向超声振动，滚压模具同步同向转动，工件主动旋转并轴向进给，由滚压模具完成工件上螺纹的滚压成形，超声振动装置停止工作，工件由前顶尖及模螺纹集成顶尖夹紧同时反向退出，卸料，本发明将超声振动与增量式滚压成形长螺纹件有机结合，成形力小，材料流动性好，成形精度高、表面质量好，并避免了滚压模具轴线倾斜带来的模具结构复杂、机床调整复杂等问题，能够加工材料变形抗力大、硬度大、螺纹齿高大、变形量大的长螺纹零件。

Description

一种复合超声振动增量式滚压成形长螺纹件的方法
技术领域
本发明属于先进材料成形技术领域，具体涉及一种复合超声振动增量式滚压成形长螺纹件的方法。
背景技术
丝杠、螺杆等螺纹类零件装备制造产业的核心传动部件，传递系统动力，承载复杂扭矩，对装备的正常运行起关键作用。随着我国装备制造业的飞速发展，对该类高性能、高精度长螺纹零件的需求量日益增加，特别是不断出现在高速、大负荷、动载条件下工作的需求，对丝杠、螺杆等螺纹类零件强度、性能、精度都提出了更高的要求。
传统的长螺纹零件加工方法以金属切削方法为主，生产效率低，浪费材料和能源；同时，由于金属纤维被切断而造成制件机械性能和表面质量差。采用轴向进给滚压成形螺纹零件，相比于传统的切削加工工艺，具有生产效率高、材料利用率高、产品性能好等诸多优点。
目前轴向进给滚压螺纹件多采用滚压模具轴线倾斜的成形方法，多采用两个滚压模具成形长螺纹零件，模具齿形有环形齿和螺纹齿两类。由于模具轴线和工件轴线交叉，从而使模具结构复杂、机床调整复杂，并增加滚压设备结构复杂程度，并存在压缩量过大问题。利用滚压模具与所成形螺纹件的螺纹升角不同时工件产生轴向位移可避免模具轴线和工件轴线交叉，但同样存在压缩量过大问题。难以适用于螺纹齿高大、变形量大的长螺纹零件成形。
为减少工件每转压缩量，往往采用滚压模具间断径向进给，并通过改变滚压模具旋转方向使工件来回多次滚压，达到螺纹要求深度。这降低了效率，增加了设备复杂程度。使滚压模具首先接触工件端为锥形，也可减少工件每转压缩量。但成形初期容易产生滑动，使滚压模具和工件转速不协调、螺纹不连接、轴向进给速度不稳定等问题。
此外，目前的螺纹冷滚压方法对成形材料硬度和延伸率有严格的要求，难以滚压成形材料硬度大于HRC37、延伸率小于8%的螺纹件；对于材料延伸率在8%～12%之间的材料，难以滚压成形采用高强度材料的螺纹件。并且对于室温下变形抗力大的材料，其螺纹冷滚压成形过程不仅成形载荷大、材料流动困难，而且成形设备传动系统和整体刚度也面临极大的挑战，特别是对于采用滚压模具轴线倾斜的滚压成形设备要求更高。
超声振动金属塑性加工指在金属的塑性成形加工中，辅助施加超声振动，以获得改善工艺效果、提高成形质量的加工工艺。超声振动金属塑性加工相对传统金属塑性成形工艺通常认为具有以下优点：降低成形力；降低金属流动应力；减小模具与工件间的摩擦；扩大金属材料塑性成形加工范围，提高金属材料塑性成形能力；可获得较好的产品表面质量和较高的尺寸精度。目前，由于超声振动金属塑性加工的诸多优点，应用到很多生产场合并取得了满意的效果，例如超声拉拔、超声冲压、超声挤压、花键轴的超声挤压滚轧复合成形等，但还没有将超声金属塑性加工技术应用于长螺纹件的塑性加工工艺中。
发明内容
为了克服上述现有技术缺点，本发明的目的在于提供一种复合超声振动增量式滚压成形长螺纹件的方法，成形力小，材料流动性好，成形精度高、表面质量好，并避免了滚压模具轴线倾斜带来的模具结构复杂、机床调整复杂等问题，能够加工材料变形抗力大、硬度大、螺纹齿高大、变形量大的长螺纹零件。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种复合超声振动增量式滚压成形长螺纹件的方法，包括如下步骤：
步骤1，装夹工件2，工件2由前顶尖1及模螺纹集成顶尖3夹紧，保证工件2同三个滚压模具4的轴线平行；
步骤2，对工件2进行轴向超声振动，模螺纹集成顶尖3的后端部轴向串入超声振动装置5，工件2由超声振动装置5工作实现轴向超声振动，振动频率为20KHz～25KHz，振幅为0.005mm～0.015mm；
步骤3，滚压模具4同步同向转动，三个滚压模具4的轴线相互平行，沿工件2圆周方向120°等间距阵列；滚压模具4由增量径向压入刃角段a和滚压校正段b组成，两段长度分别为La、Lb，并满足La<Lb；增量径向压入刃角段a先进行螺纹的增量式滚压成形，再由滚压校正段b进行滚压校正；其中，增量径向压入刃角角度范围为1°～10°；
步骤4，工件2主动旋转并轴向进给，由滚压模具4完成工件2上螺纹的滚压成形：
模螺纹集成顶尖3上的螺纹段c与滚压模具4滚压校正段b相互啮合传动，实现工件2与滚压模具4接触前具有相匹配的旋转速度；模螺纹集成顶尖3上的螺纹段c和待成形螺纹具有相同的尺寸结构，模螺纹集成顶尖3上的螺纹段c的长度为Lc，，并满足Lc>La；
滚压模具4滚压校正段b的螺纹升角与模螺纹集成顶尖3螺纹段c的螺纹升角不同，当彼此啮合传动时，模螺纹集成顶尖3产生轴向位移，从而实现工件2轴向进给；工件2上已成形的螺纹与滚压模具4滚压校正段b啮合，实现工件2轴向进给；
步骤5，超声振动装置5停止工作，工件2由前顶尖1及模螺纹集成顶尖3夹紧同时反向退出，卸料。
本发明将超声振动与增量式滚压成形长螺纹件有机结合，实现滚压成形材料变形抗力大、硬度大、螺纹齿高大、变形量大的长螺纹零件；采用三个具有增量径向压入刃角段的滚压模具成形长螺纹零件，工件螺纹由于径向塑性变形累计而产生，可成形螺纹齿高大、变形量大的长螺纹零件；采用滚压模具螺纹升角和工件螺纹升角不同实现工件轴向进给，避免了滚压模具轴线倾斜；模螺纹集成顶尖上的螺纹段与滚压模具滚压校正段相互啮合传动，实现工件与滚压模具接触前具有相匹配的旋转速度，并实现滚压成形初期工件的轴向进给，保证工件旋转速度和轴向进给速度稳定；将超声振动系统串入工件轴向，在工件的增量式滚压成形长螺纹件过程中施加了轴向振动，能够提高工件材料的塑性，改善工件与模具间的摩擦状况，使得螺纹件的成形力更小，表面质量更高。
附图说明
图1为本发明所用装置连接示意图。
图2为本发明的工件2和滚压模具4布局及运动示意图。
图3为本发明挤压滚压成形模具4轴测图。
图4为本发明挤压滚压成形模具4前视图。
图5为本发明模螺纹集成顶尖3示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。
本实施例采用工件2的材料为42CrMo高强度钢，室温25℃下的屈服强度为1320MPa，抗拉强度为1510MPa。具体实施过程如下：
一种复合超声振动增量式滚压成形长螺纹件的方法，包括如下步骤：
步骤1，装夹工件2，参照图1，工件2由前顶尖1及模螺纹集成顶尖3夹紧，保证工件2同三个滚压模具4的轴线平行；
步骤2，对工件2进行轴向超声振动，参照图1，模螺纹集成顶尖3的后端部轴向串入超声振动装置5，工件2由超声振动装置5工作实现轴向超声振动，振动频率为20KHz～25KHz，振幅为0.005mm～0.015mm；
步骤3，三个滚压模具4同步同向转动；
参照图2，三个滚压模具4的轴线相互平行，沿工件2圆周方向120°等间距阵列；参照图3，滚压模具4由增量径向压入刃角段a和滚压校正段b组成，两段长度分别为La、Lb，并满足La<Lb；增量径向压入刃角段a先进行螺纹的增量式滚压成形，再由滚压校正段b进行滚压校正；其中，参照图4，增量径向压入刃角角度范围为1°～10°，本实施例中为3°；
步骤4，工件2主动旋转并轴向进给，由滚压模具4完成工件2上螺纹的滚压成形；
参照图5，模螺纹集成顶尖3上的螺纹段c，螺纹段c与滚压模具4滚压校正段b相互啮合传动，实现工件2与滚压模具4接触前具有相匹配的旋转速度；模螺纹集成顶尖3上的螺纹段c和待成形螺纹具有相同的尺寸结构，模螺纹集成顶尖3上的螺纹段c的长度为Lc，，并满足Lc>La；
滚压模具4滚压校正段b的螺纹升角与模螺纹集成顶尖3螺纹段c的螺纹升角不同，当彼此啮合传动时，模螺纹集成顶尖3产生轴向位移，从而实现工件2轴向进给；工件2上已成形的螺纹与滚压模具4滚压校正段b啮合，实现工件2轴向进给；
步骤5，超声振动装置5停止工作，工件2由前顶尖1及模螺纹集成顶尖3夹紧同时反向退出，卸料。

Claims (1)

1.一种复合超声振动增量式滚压成形长螺纹件的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，装夹工件（2），工件（2）由前顶尖（1）及模螺纹集成顶尖（3）夹紧，保证工件（2）同三个滚压模具（4）的轴线平行；
步骤2，对工件（2）进行轴向超声振动：模螺纹集成顶尖（3）的后端部轴向串入超声振动装置（5），工件（2）由超声振动装置（5）工作实现轴向超声振动，振动频率为20KHz～25KHz，振幅为0.005mm～0.015mm；
步骤3，滚压模具（4）同步同向转动，三个滚压模具（4）的轴线相互平行，沿工件（2）圆周方向120°等间距阵列；滚压模具（4）由增量径向压入刃角段a和滚压校正段b组成，两段长度分别为La、Lb，并满足La<Lb；增量径向压入刃角段a先进行螺纹的增量式滚压成形，再由滚压校正段b进行滚压校正；其中，增量径向压入刃角角度范围为1°～10°；
步骤4，工件（2）主动旋转并轴向进给，由滚压模具（4）完成工件（2）上螺纹的滚压成形：
模螺纹集成顶尖（3）上的螺纹段c与滚压模具（4）滚压校正段b相互啮合传动，实现工件（2）与滚压模具（4）接触前具有相匹配的旋转速度；模螺纹集成顶尖（3）上的螺纹段c和待成形螺纹具有相同的尺寸结构，模螺纹集成顶尖（3）上的螺纹段c的长度为Lc，，并满足Lc>La；
滚压模具（4）滚压校正段b的螺纹升角与模螺纹集成顶尖（3）螺纹段c的螺纹升角不同，当彼此啮合传动时，模螺纹集成顶尖（3）产生轴向位移，从而实现工件（2）轴向进给；工件（2）上已成形的螺纹与滚压模具（4）滚压校正段b啮合，实现工件（2）轴向进给；
步骤5，超声振动装置（5）停止工作，工件（2）由前顶尖（1）及模螺纹集成顶尖（3）夹紧同时反向退出，卸料。
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