CN103752742B - 一种中高频感应加热径向锻造成形丝杠的方法 - Google Patents

Abstract

一种中高频感应加热径向锻造成形丝杠的方法，装夹工件，工件上成形丝杠段端部区域表面局部加热，工件已加热段向径向锻造锤头方向送进，连续的中高频感应加热，由锤头完成工件上成形丝杠段1/2～2/3部分的螺纹形状成形，第二机械手夹持工件另一端，第一机械手松开并退出，连续的中高频感应加热，由锤头完成工件上成形丝杠段未成形部分的螺纹形状成形，工件由第二机械手夹紧轴向快速送进，卸料，本发明中高频感应加热与径向锻造方法有机结合成形丝杠零件，提高材料利用率、缩短生产周期，成形载荷小、材料流动性能好，成形精度高，表面质量好，能够加工材料变形抗力大、硬度高、直径大的丝杠。

Description

一种中高频感应加热径向锻造成形丝杠的方法

技术领域

本发明属于先进材料成形技术领域，具体涉及一种中高频感应加热径向锻造成形丝杠的方法。

背景技术

滚动功能部件不仅是机床的基本功能部件，也在航空、航天、车辆、医疗器械等领域应用广泛，是机械行业中重要的通用基础部件，而丝杠是滚动功能部件的重要组成部分。随着航空、航天、兵器工业以及装备制造业的迅速发展，越来越需要大推力、高速度、重载荷、高强度的高性能、高寿命的功能部件。特别是采用高强度、难变形材料的高速、重载、高性能大直径的丝杠需求量越来越大。

采用切削加工方法制造丝杠，生产效率低、生产周期长，浪费材料和能源。并且加工过程中切断金属纤维，降低丝杠的力学性能。板式冷搓成形螺纹和轮式滚压成形螺纹是两种常用的塑性成形螺纹件方法。板式冷搓无法成形长螺纹件，轮式滚压成形长螺纹件多采用滚压模具轴线倾斜的成形方法，从而使模具结构复杂、机床调整困难，成形精度难保证。并且，板式冷搓成形螺纹件的加工件最大加工件直径在35mm左右，轮式滚压成形螺纹件的加工件最大加工件直径在120mm左右，加工大直径丝杠比较困难。此外，对室温下变形抗力大的材料，切削刀具磨损快、寿命低，冷塑性成形过程成形载荷大、材料流动困难。

径向锻造是一种多向局部加载渐进成形技术，多向同时加载改善材料塑性，成形效率高、节能、节材，锻件金属纤维沿锻件表面形状分布，并且塑性变形可有效增加零件的表面强度，显著提高产品的机械性能。温成形集中了冷成形和热成形工艺的优点，可有效降低变形抗力，提高金属材料塑性成形能力；能够获得较好的产品表面质量和较高的尺寸精度。在公开号为CN102814436A的专利中披露了一种轮式滚压温成形螺纹件的方法，但还没有将温成形技术应用于径向锻造成形大直径丝杠的塑性加工工艺中。

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中高频感应加热径向锻造成形丝杠的方法，提高材料利用率、缩短生产周期，成形载荷小、材料流动性能好，成形精度高，表面质量好，能够加工材料变形抗力大、硬度高、直径大的丝杠。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种中高频感应加热径向锻造成形丝杠的方法，包括如下步骤：

步骤1，装夹工件2，工件2一端由第一机械手1夹紧；

步骤2，工件2上成形丝杠段端部区域表面局部加热，具体为：

2.1、工件2向径向锻造锤头3方向送进，工件2上成形丝杠段进入中高频感应加热器4内，中高频感应加热器4配置在锤头3和工件2装夹位置之间，工件2上成形丝杠段靠近锤头3一端同中高频感应加热器4靠近锤头3一端对齐，

加热区域长度为中高频感应加热器4加热段a的长度为L_a，中高频感应加热器4靠近锤头3一端同相邻的锤头3端面之间空隙段b的长度为L_b，锤头3上具有螺纹形状段c和不具有螺纹形状段d和e，不具有螺纹形状段d在有螺纹形状段c和中高频感应加热器4之间，不具有螺纹形状段d的长度为L_d，长度L_a、L_b和L_d满足公式L_a≥L_b+L_d；

2.2、中高频感应加热器4开始工作，工件2上成形丝杠段在加热段_a内的表面加热层深度△应满足公式 $\mathrm{\Δ}=\frac{d_Z-d_1+(1.5~2.5)(d-d_1)}{2};$

式中：d_Z为成形丝杠区域锻造前坯料直径；d₁为成形丝杠小径；d为成形丝杠大径；

2.3、加热段a内工件的表面加热层深度△内的温度达到预定的成形温度T，其加热时间为t₁，

成形温度T是在变形材料蓝脆区温度以上，充分进行再结晶的温度以下的温成形温度；或是在充分进行再结晶的温度以上的热成形温度；加热时间t₁依据锻造生产中采用电磁感应加热时确定最短加热时间的方法确定，其中加热段a内工件中心温度和表面层温度差△T在200℃～(T-50℃)范围内选择；

步骤3，工件2已加热段向径向锻造锤头3方向送进，工件2上已加热段靠近锤头3一端同锤头3上螺纹形状段c靠近工件2一端对齐；

步骤4，连续的中高频感应加热，由锤头3完成工件2上成形丝杠段1/2～2/3部分的螺纹形状成形，具体为：

4.1、工件2旋转送进；

工件2旋转角度θ，同时轴向送进，旋转送进的时间为t₂；锤头数目为N，N=2～8，旋转角度θ应满足公式

工件2旋转速度为ω，轴向进给速度为v，进给速度v应满足公式 $v=\frac{\mathrm{P\ω}}{2\mathrm{\π}};$

公式中P为工件2上所要成形丝杠的导程；

4.2、锤头3打击锻造，打击锻造的时间为t₃；

4.3、锤头3提起，提起的时间为t₄；

4.4、加热段a内的表面加热层深度△应满足公式 $\mathrm{\Δ}=\frac{d_Z-d_1+(1.5~2.5)(d-d_1)}{2},$ 时间满足公式 $\frac{L_a}{{\mathrm{vt}}_2}(t_2{+t}_3+t_4)\≥t_1;$

4.5、重复步骤4.1至步骤4.3，工件2不断旋转并送进，锤头3不断打击、提起，工件2上成形丝杠段1/2～2/3部分成形出螺纹形状；

步骤5，第二机械手5夹持工件2另一端，第一机械手1松开并退出；

步骤6，连续的中高频感应加热，由锤头3完成工件2上成形丝杠段未成形部分的螺纹形状成形，具体为：

6.1、工件2旋转送进；

工件2旋转角度θ，同时轴向送进，旋转送进的时间为t₂；锤头数目为N，N=2～8，旋转角度θ应满足公式

工件2旋转速度为ω，轴向进给速度为v，进给速度v应满足公式 $v=\frac{\mathrm{P\ω}}{2\mathrm{\π}};$

公式中P为工件2上所要成形丝杠的导程；

6.2、锤头3打击锻造，打击锻造的时间为t₃；

6.3、锤头3提起，提起的时间为t₄；

6.4、加热段a内的表面加热层深度△应满足公式 $\mathrm{\Δ}=\frac{d_Z-d_1+(1.5~2.5)(d-d_1)}{2},$ 时间满足公式 $\frac{L_a}{{\mathrm{vt}}_2}(t_2{+t}_3+t_4)\≥t_1;$

6.5、重复步骤6.1至步骤6.3，工件2不断旋转并送进，锤头3不断打击、提起，使工件2上成形丝杠段未成形部分的螺纹形状成形；

步骤7，工件2由第二机械手5夹紧轴向快速送进，卸料。

本发明中高频感应加热与径向锻造方法有机结合成形丝杠零件，实现高强度、高硬度材料丝杠的成形制造；中高频感应加热器在径向锻造锤头和工件装夹位置之间，仅对即将开始径向锻造变形的部分成形区域进行加热；锤头上具有螺纹形状段；工件旋转同时轴向送进，锤头打击锻造，锤头提起，不断重复上述过程，完成丝杠成形；工件轴向进给运动，进入中高频感应加热器的成形区域连续加热；降低材料变形抗力，缩短成形时间，提高丝杠机械性能，可高效高性能加工材料变形抗力大、硬度高大直径的丝杠。

附图说明

图1为本发明所用装置连接示意图。

图2为本发明的中高频感应加热器和径向锻造锤头区域的前视图。

图3为本发明锤头3轴测图。

图4为本发明已加热区域进入锤头区域示意图。

图5为本发明工件2旋转送进示意图。

图6为本发明锤头打击锻造示意图。

图7为本发明锤头提起示意图。

图8为本发明第二机械手5夹持工件2另一端示意图。

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。

本实例采用四个锤头，四个锤头在空间沿工件轴线等间距阵列，丝杠材料为42CrMo高强度钢。

一种中高频感应加热径向锻造成形丝杠的方法，包括如下步骤：

步骤1，装夹工件2，工件2一端由第一机械手1夹紧；

步骤2，工件2上成形丝杠段端部区域表面局部加热，具体为：

2.1、参照图1，工件2向径向锻造锤头3方向送进，工件2上成形丝杠段进入中高频感应加热器4内，中高频感应加热器4配置在锤头3和工件2装夹位置之间，工件2上成形丝杠段靠近锤头3一端同中高频感应加热器4靠近锤头3一端对齐，

参照图2，加热区域长度为中高频感应加热器4加热段a的长度为L_a，中高频感应加热器4靠近锤头3一端同相邻的锤头3端面之间空隙段b的长度为L_b，参照图3，锤头3上具有螺纹形状段c和不具有螺纹形状段d和e，不具有螺纹形状段d在有螺纹形状段c和中高频感应加热器4之间，不具有螺纹形状段d的长度为L_d，长度L_a、Lb和Ld满足公式L_a≥L_b+L_d；

2.2、中高频感应加热器4开始工作，工件2上成形丝杠段在加热段a内的表面加热层深度△应满足公式 $\mathrm{\Δ}=\frac{d_Z-d_1+(1.5~2.5)(d-d_1)}{2};$

式中：d_Z为成形丝杠区域锻造前坯料直径；d₁为成形丝杠小径；d为成形丝杠大径；

2.3、加热段a内工件的表面加热层深度△内的温度达到预定的成形温度T，其加热时间为t₁，

成形温度T是在变形材料蓝脆区温度以上，充分进行再结晶的温度以下的温成形温度；或是在充分进行再结晶的温度以上的热成形温度；加热时间t₁依据锻造生产中采用电磁感应加热时确定最短加热时间的方法确定，其中加热段a内工件中心温度和表面层温度差△T在200℃～(T-50℃)范围内选择；

步骤3，参照图4，工件2已加热段向径向锻造锤头3方向送进，工件2上已加热段靠近锤头3一端同锤头3上螺纹形状段c靠近工件2一端对齐；

步骤4，连续的中高频感应加热，由锤头3完成工件2上成形丝杠段1/2～2/3部分的螺纹形状成形，具体为：

4.1、参照图5，工件2旋转送进；

工件2旋转角度θ，同时轴向送进，旋转送进的时间为t₂；锤头数目为4，旋转角度θ应满足公式

工件2旋转速度为ω，轴向进给速度为v，进给速度v应满足公式 $v=\frac{\mathrm{P\ω}}{2\mathrm{\π}};$

公式中P为工件2上所要成形丝杠的导程；

4.2、参照图6，锤头3打击锻造，打击锻造的时间为t₃；

4.3、参照图7，锤头3提起，提起的时间为t₄；

4.4、加热段a内的表面加热层深度△应满足公式 $\mathrm{\Δ}=\frac{d_Z-d_1+(1.5~2.5)(d-d_1)}{2},$ 时间满足公式 $\frac{L_a}{{\mathrm{vt}}_2}(t_2{+t}_3+t_4)\≥t_1;$

4.5、重复步骤4.1至步骤4.3，工件2不断旋转并送进，锤头3不断打击、提起，工件2上成形丝杠段1/2～2/3部分成形出螺纹形状；

步骤5，参照图8，第二机械手5夹持工件2另一端，第一机械手1松开并退出；

步骤6，连续的中高频感应加热，由锤头3完成工件2上成形丝杠段未成形部分的螺纹形状成形，具体为：

6.1、工件2旋转送进；

工件2旋转角度θ，同时轴向送进，旋转送进的时间为t₂；锤头数目为4，旋转角度θ应满足公式

工件2旋转速度为ω，轴向进给速度为v，进给速度v应满足公式 $v=\frac{\mathrm{P\ω}}{2\mathrm{\π}};$

公式中P为工件2上所要成形丝杠的导程；

6.2、锤头3打击锻造，打击锻造的时间为t₃；

6.3、锤头3提起，提起的时间为t₄；

6.4、加热段a内的表面加热层深度△应满足公式 $\mathrm{\Δ}=\frac{d_Z-d_1+(1.5~2.5)(d-d_1)}{2},$ 时间满足公式 $\frac{L_a}{{\mathrm{vt}}_2}(t_2{+t}_3+t_4)\≥t_1;$

6.5、重复步骤6.1至步骤6.3，工件2不断旋转并送进，锤头3不断打击、提起，使工件2上成形丝杠段未成形部分的螺纹形状成形；

步骤7，工件2由第二机械手5夹紧轴向快速送进，卸料。

Claims (1)

1.一种中高频感应加热径向锻造成形丝杠的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，装夹工件(2)，工件(2)一端由第一机械手(1)夹紧；

步骤2，工件(2)上成形丝杠段端部区域表面局部加热，具体为：

2.1、工件(2)向径向锻造锤头(3)方向送进，工件(2)上成形丝杠段进入中高频感应加热器(4)内，中高频感应加热器(4)配置在锤头(3)和工件(2)装夹位置之间，工件(2)上成形丝杠段靠近锤头(3)一端同中高频感应加热器(4)靠近锤头(3)一端对齐，

加热区域长度为中高频感应加热器(4)加热段(a)的长度为L_a，中高频感应加热器(4)靠近锤头(3)一端同相邻的锤头(3)端面之间空隙段(b)的长度为L_b，锤头(3)上具有螺纹形状段(c)和第一不具有螺纹形状段(d)、第二不具有螺纹形状段(e)，第一不具有螺纹形状段(d)在有螺纹形状段(c)和中高频感应加热器(4)之间，第一不具有螺纹形状段(d)的长度为L_d，长度L_a、L_b和L_d满足公式L_a≥L_b+L_d；

2.2、中高频感应加热器(4)开始工作，工件(2)上成形丝杠段在加热段(a)内的表面加热层深度Δ应满足公式 $\mathrm{\Δ}=\frac{d_Z-d_1+(1.5~2.5)(d-d_1)}{2};$

式中：d_Z为成形丝杠区域锻造前坯料直径；d₁为成形丝杠小径；d为成形丝杠大径；

2.3、加热段(a)内工件的表面加热层深度Δ内的温度达到预定的成形温度T，其加热时间为t₁，

成形温度T是在变形材料蓝脆区温度以上，充分进行再结晶的温度以下的温成形温度；或是在充分进行再结晶的温度以上的热成形温度；加热时间t₁依据锻造生产中采用电磁感应加热时确定最短加热时间的方法确定，其中加热段(a)内工件中心温度和表面层温度差ΔT在200℃～(T-50℃)范围内选择；

步骤3，工件(2)已加热段向径向锻造锤头(3)方向送进，工件(2)上已加热段靠近锤头(3)一端同锤头(3)上螺纹形状段(c)靠近工件(2)一端对齐；

步骤4，连续的中高频感应加热，由锤头(3)完成工件(2)上成形丝杠段1/2～2/3部分的螺纹形状成形，具体为：

4.1、工件(2)旋转送进；

工件(2)旋转角度θ，同时轴向送进，旋转送进的时间为t₂；锤头数目为N，N＝2～8，旋转角度θ应满足公式

工件(2)旋转速度为ω，轴向进给速度为v，进给速度v应满足公式 $v=\frac{\mathrm{P\ω}}{2\mathrm{\π}}$

公式中P为工件(2)上所要成形丝杠的导程；

4.2、锤头(3)打击锻造，打击锻造的时间为t₃；

4.3、锤头(3)提起，提起的时间为t₄；

4.4、加热段(a)内的表面加热层深度Δ应满足公式 $\mathrm{\Δ}=\frac{d_Z-d_1+(1.5~2.5)(d-d_1)}{2},$ 时间满足公式 $\frac{L_a}{v{t}_2}(t_2+t_3+t_4)\≥t_1;$

4.5、重复步骤4.1至步骤4.3，工件(2)不断旋转并送进，锤头(3)不断打击、提起，工件(2)上成形丝杠段1/2～2/3部分成形出螺纹形状；

步骤5，第二机械手(5)夹持工件(2)另一端，第一机械手(1)松开并退出；

步骤6，连续的中高频感应加热，由锤头(3)完成工件(2)上成形丝杠段未成形部分的螺纹形状成形，具体为：

6.1、工件(2)旋转送进；

工件(2)旋转角度θ，同时轴向送进，旋转送进的时间为t₂；锤头数目为N，N＝2～8，旋转角度θ应满足公式

工件(2)旋转速度为ω，轴向进给速度为v，进给速度v应满足公式 $v=\frac{\mathrm{P\ω}}{2\mathrm{\π}};$

公式中P为工件(2)上所要成形丝杠的导程；

6.2、锤头(3)打击锻造，打击锻造的时间为t₃；

6.3、锤头(3)提起，提起的时间为t₄；

6.4、加热段(a)内的表面加热层深度Δ应满足公式 $\mathrm{\Δ}=\frac{d_Z-d_1+(1.5~2.5)(d-d_1)}{2},$ 时间满足公式 $\frac{L_a}{v{t}_2}(t_2+t_3+t_4)\≥t_1;$

6.5、重复步骤6.1至步骤6.3，工件(2)不断旋转并送进，锤头(3)不断打击、提起，使工件(2)上成形丝杠段未成形部分的螺纹形状成形；

步骤7，工件(2)由第二机械手(5)夹紧轴向快速送进，卸料。