CN103978147B - 一种径向锻造渐进增量成形大齿高螺纹件的方法 - Google Patents

Abstract

一种径向锻造渐进增量成形大齿高螺纹件的方法，采用径向压缩量逐渐增加锤头，锤头具有螺纹形状段，螺纹形状包括渐进增量变化螺纹形状段和螺纹不变化的螺纹形状段，具有渐进增量变化螺纹形状段的多个锤头同步锻打，工件旋转同时轴向送进，降低成形力，减少锻造缺陷，提高表面精度和强度；等体积锻造，实现近净成形，提高材料利用率，缩短生产周期；能够实现高性能、大直径、大齿高的丝杠、螺杆等螺纹零件的成形制造。

Description

一种径向锻造渐进增量成形大齿高螺纹件的方法

技术领域

本发明属于先进材料成形技术领域，具体涉及一种径向锻造渐进增量成形大齿高螺纹件的方法。

背景技术

诸如丝杠、螺杆之类的大直径、大齿高螺纹类零件是机械工业的重要功能部件。随着我国国民经济的迅速发展，对该类大直径、大齿高螺纹类零件需求量日益增加、性能要求日益苛刻。传统以切削为主的加工方法难以满足该类零件高效、节材、高性能的加工制造。

径向锻造是一种多向局部加载塑性成形技术，相对于切削加工高效、节材，而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。申请号为201410012125.6的专利中披露了一种径向锻造成形丝杠的方法，然而采用该方法成形齿高大的螺纹类零件，径向变形量大，致使成形载荷高、表面质量差、锤头磨损加剧。基于申请号为201410012125.6专利中披露的径向锻造成形丝杠方法，采用多道次径向锻造成形，可减少每道次的变形量，但旋转进给的运动精度要求提高，多次往复的旋转进给运动，两端机械手多次夹持与松开，其误差累积容易导致锻造螺纹齿形错齿、乱齿现象出现。

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径向锻造渐进增量成形大齿高螺纹件的方法，采用径向压缩量逐渐增加锤头，锤头具有螺纹形状段，螺纹形状包括渐进增量变化螺纹形状段和螺纹不变化的螺纹形状段，具有渐进增量变化螺纹形状段的多个锤头同步锻打，坯料连续旋转送进，降低成形力，减少锻造缺陷，提高表面精度和强度；等体积锻造实现近净成形，提高材料利用率，缩短生产周期；能够实现高性能、大直径、大齿高的丝杠、螺杆等螺纹零件的成形制造。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种径向锻造渐进增量成形大齿高螺纹件的方法，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轴向送进，第一机械手1夹持工件2向径向锻造锤头3方向送进，锤头3上具有螺纹形状段，螺纹形状段包括渐进增量变化螺纹形状段和螺纹不变化的螺纹形状段，工件2上成形螺纹段靠近锤头3一端，与锤头3上螺纹形状段靠近工件2的一端对齐；

步骤3，工件2旋转送进；

工件2旋转角度θ，同时轴向送进；锤头3数目为N，N=2～8，旋转角度θ应满足

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 $v=\frac{\mathrm{P\ω}}{2\mathrm{\π}};$

公式中P为工件2上所要成形螺纹的导程；

步骤4，锤头3打击锻造；

步骤5，锤头3提起；

步骤6，重复步骤3至步骤5，工件2不断旋转并送进，锤头3不断打击、提起，使工件2上成形螺纹段2/3～3/4部分成形出螺纹形状；

步骤7，第二机械手4夹持工件2另一端，第一机械手1松开并退出；

步骤8，重复步骤3至步骤5，工件2不断旋转并送进，锤头3不断打击、提起，使工件2上成形螺纹段的未成形部分成形出螺纹形状；

步骤9，工件2由第二机械手4夹紧轴向快速送进，卸料。

所述的锤头3具有渐进增量变化螺纹形状段和螺纹不变化的螺纹形状段；锤头3具有两种结构：第一种锤头3a和第二种锤头3b，其区别在于具有渐进增量变化螺纹形状段不同；

第一种锤头3a具有螺纹形状段a，螺纹形状段a包括渐进增量变化螺纹形状段a₁和螺纹不变化的螺纹形状段a₂；a₁段和a₂段的螺纹中径、小径位置相同，但a₁段螺纹牙型不完整，a₂段为完整螺纹牙型，a₁段螺纹牙型沿a₁段向a₂段方向齿顶高逐渐增加、齿型逐渐完整；a₁段螺纹齿顶高和a₂段螺纹齿顶程α锥度；第一种锤头3a打击锻造时，a₁段的径向锻造量沿a₁段向a₂段方向逐渐增加；a₁段长度为螺纹形状段a总长的3/5，a₂段长度为螺纹形状段a总长的2/5；

第二种锤头3b具有螺纹形状段b，螺纹形状段b包括渐进增量变化螺纹形状段b₁和螺纹不变化的螺纹形状段b₂；b₁段和b₂段的都是完整螺纹牙型，b₁段由按照圆锥形状连续排列的完整螺纹齿形组成，b₁段螺纹中径和b₂段螺纹中径程β锥度；第二种锤头3b打击锻造时，b₁段的径向锻造量沿b₁段向b₂段方向逐渐增加；b₁段长度为螺纹形状段b总长的3/5，b₂段长度为占螺纹形状段b总长的2/5。

本发明采用径向锻造方法渐进增量成形丝杠、螺杆等螺纹零件；锤头具有螺纹形状段，螺纹形状包括渐进增量变化螺纹形状段和螺纹不变化的螺纹形状段；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，逐渐锻造出工件上的螺纹牙型，成形力小，不易产生锻造缺陷，成形精度高，表面质量好；零件金属纤维沿丝杠表面形状连续分布，塑性变形增加丝杠表面强度和硬度；减少成形时间，提高成形质量和性能；能加工制造高性能、大直径、大齿高的螺纹类零件。

附图说明

图1为本发明所用装置连接示意图。

图2为本发明中切削型锤头3a的轴测图。

图3为本发明中切削型锤头3a的剖视图。

图4为本发明中渐进型锤头3b的轴测图。

图5为本发明中渐进型锤头3b的剖视图。

图6为本发明工件2旋转送进示意图。

图7为本发明锤头3打击锻造示意图。

图8为本发明锤头3提起示意图。

图9为本发明第二机械手4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。

实施例一

一种径向锻造渐进增量成形大齿高螺纹件的方法，包括如下步骤：

步骤1，装夹工件2，参照图1，工件2一端由第一机械手1夹紧；

步骤2，工件2轴向送进，第一机械手1夹持工件2向径向锻造锤头3方向送进，锤头3上具有螺纹形状段，螺纹形状段包括渐进增量变化螺纹形状段和螺纹不变化的螺纹形状段，工件2上成形螺纹段靠近锤头3一端，与锤头3上螺纹形状段靠近工件2的一端对齐；

锤头3具有渐进增量变化螺纹形状段和螺纹不变化的螺纹形状段；锤头3具有两种结构，第一种锤头3a和第二种锤头3b，其区别在于具有渐进增量变化螺纹形状段不同；本实施例采用第一种锤头3a；

参照图2、图3，第一种锤头3a具有螺纹形状段a，螺纹形状段a包括渐进增量变化螺纹形状段a₁和螺纹不变化的螺纹形状段a₂；a₁段和a₂段的螺纹中径、小径位置相同，但a₁段螺纹牙型不完整，a₂段为完整螺纹牙型，a₁段螺纹牙型沿a₁段向a₂段方向齿顶高逐渐增加、齿型逐渐完整；a₁段螺纹齿顶高和a₂段螺纹齿顶程α锥度；锤头3a打击锻造时，a₁段的径向锻造量沿a₁段向a₂段方向逐渐增加；a₁段长度约螺纹形状段a总长的3/5，a₂段长度约占螺纹形状段a总长的2/5；

步骤3，参照图6，工件2旋转送进；

工件2旋转角度θ，同时轴向送进；锤头3数目为N，N=2～8，旋转角度θ应满足

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

公式中P为工件2上所要成形螺纹的导程；

步骤4，参照图7，锤头3打击锻造；

步骤5，参照图8，锤头3提起；

步骤6，重复步骤3至步骤5，工件2不断旋转并送进，锤头3不断打击、提起，使工件2上成形螺纹段2/3～3/4部分成形出螺纹形状；

步骤7，参照图9，第二机械手4夹持工件2另一端，第一机械手1松开并退出；

步骤8，重复步骤3至步骤5，工件2不断旋转并送进，锤头3不断打击、提起，使工件2上成形螺纹段的未成形部分成形出螺纹形状；

步骤9，工件2由第二机械手4夹紧轴向快速送进，卸料。

实施例二

一种径向锻造渐进增量成形大齿高螺纹的方法，包括如下步骤：

步骤1，装夹工件2，参照图1，工件2一端由第一机械手1夹紧；

步骤2，工件2轴向送进，第一机械手1夹持工件2向径向锻造锤头3方向送进，锤头3上具有螺纹形状段，螺纹形状段包括渐进增量变化螺纹形状段和螺纹不变化的螺纹形状段，工件2上成形螺纹段靠近锤头3一端，与锤头3上螺纹形状段靠近工件2的一端对齐；

锤头3具有渐进增量变化螺纹形状段和螺纹不变化的螺纹形状段；锤头3具有两种结构，第一种锤头3a和第二种锤头3b，其区别在于具有渐进增量变化螺纹形状段不同；本实施例采用第二种锤头3b；

参照图4、图5，第二种锤头3b具有螺纹形状段b，螺纹形状段b包括渐进增量变化螺纹形状段b₁和螺纹不变化的螺纹形状段b₂；b₁段和b₂段的都是完整螺纹牙型，b₁段由按照圆锥形状连续排列的完整螺纹齿形组成，b₁段螺纹中径和b₂段螺纹中径程β锥度；锤头3b打击锻造时，b₁段的径向锻造量沿b₁段向b₂段方向逐渐增加；b₁段长度约螺纹形状段b总长的3/5，b₂段长度约占螺纹形状段b总长的2/5；

步骤3，参照图6，工件2旋转送进；

工件2旋转角度θ，同时轴向送进；锤头3数目为N，N=2～8，旋转角度θ应满足

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

公式中P为工件2上所要成形螺纹的导程；

步骤4，参照图7，锤头3打击锻造；

步骤5，参照图8，锤头3提起；

步骤6，重复步骤3至步骤5，工件2不断旋转并送进，锤头3不断打击、提起，使工件2上成形螺纹段2/3～3/4部分成形出螺纹形状；

步骤7，参照图9，第二机械手4夹持工件2另一端，第一机械手1松开并退出；

步骤8，重复步骤3至步骤5，工件2不断旋转并送进，锤头3不断打击、提起，使工件2上成形螺纹段的未成形部分成形出螺纹形状；

步骤9，工件2由第二机械手4夹紧轴向快速送进，卸料。

Claims (2)

1.一种径向锻造渐进增量成形大齿高螺纹件的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，装夹工件（2），工件（2）一端由第一机械手（1）夹紧；

步骤2，工件（2）轴向送进，第一机械手（1）夹持工件（2）向径向锻造锤头（3）方向送进，锤头（3）上具有螺纹形状段，螺纹形状段包括渐进增量变化螺纹形状段和螺纹不变化的螺纹形状段，工件（2）上要成形螺纹段靠近锤头（3）一端，与锤头（3）上螺纹形状段靠近工件（2）的一端对齐；

步骤3，工件（2）旋转送进；

工件（2）旋转角度θ，同时轴向送进；锤头（3）数目为N，N=2～8，旋转角度θ应满足

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 $v=\frac{P\mathrm{\ω}}{2\mathrm{\π}};$

公式中P为工件（2）上所要成形螺纹的导程；

步骤4，锤头（3）打击锻造；

步骤5，锤头（3）提起；

步骤6，重复步骤3至步骤5，工件（2）不断旋转并送进，锤头（3）不断打击、提起，使工件（2）上成形螺纹段2/3～3/4部分成形出螺纹形状；

步骤7，第二机械手（4）夹持工件（2）另一端，第一机械手（1）松开并退出；

步骤8，重复步骤3至步骤5，工件（2）不断旋转并送进，锤头（3）不断打击、提起，使工件（2）上成形螺纹段的未成形部分成形出螺纹形状；

步骤9，工件（2）由第二机械手（4）夹紧轴向快速送进，卸料。

2.根据权利要求1所述的一种径向锻造渐进增量成形大齿高螺纹件的方法，其特征在于：所述的锤头（3）具有渐进增量变化螺纹形状段和螺纹不变化的螺纹形状段；锤头（3）具有两种结构：第一种锤头（3a）和第二种锤头（3b），其区别在于具有渐进增量变化螺纹形状段不同，共同作用的多个锤头的结构形式是相同的，为第一种锤头和第二种锤头中的一种；

第一种锤头（3a）具有螺纹形状段a，螺纹形状段a包括渐进增量变化螺纹形状段a₁和螺纹不变化的螺纹形状段a₂；a₁段和a₂段的螺纹中径、小径位置相同，但a₁段螺纹牙型不完整，a₂段为完整螺纹牙型，a₁段螺纹牙型沿a₁段向a₂段方向齿顶高逐渐增加、齿型逐渐完整；a₁段螺纹齿顶和a₂段螺纹齿顶呈α锥度；第一种锤头（3a）打击锻造时，a₁段的径向锻造量沿a₁段向a₂段方向逐渐增加；a₁段长度为螺纹形状段a总长的3/5，a₂段长度为螺纹形状段a总长的2/5；

第二种锤头（3b）具有螺纹形状段b，螺纹形状段b包括渐进增量变化螺纹形状段b₁和螺纹不变化的螺纹形状段b₂；b₁段和b₂段的螺纹都是完整螺纹牙型，b₁段由按照圆锥形状连续排列的完整螺纹齿形组成，b₁段螺纹中径和b₂段螺纹中径呈β锥度；第二种锤头（3b）打击锻造时，b₁段的径向锻造量沿b₁段向b₂段方向逐渐增加；b₁段长度为螺纹形状段b总长的3/5，b₂段长度为螺纹形状段b总长的2/5。