CN104001851B - 一种径向锻造成形反向式行星滚柱丝杠副短丝杠的方法 - Google Patents

Abstract

一种径向锻造成形反向式行星滚柱丝杠副短丝杠的方法，采用径向锻造方法成形反向式行星滚柱丝杠副短丝杠；径向锻造模具上同时具有螺纹形状段和齿轮形状段；工件旋转，径向锻造模具打击锻造，径向锻造模具提起，不断重复上述过程，完成指定径向锻造量下的短丝杠径向锻造成形；采用一个道次或多个道次，完成短丝杠成形制造；短丝杠上的螺纹与齿轮同时塑性成形，成形制造的短丝杠上螺纹段和花键段为一整体；成形制造时间少，零件可靠性高、机械强度高；本发明同样可成形具有类似特征的大直径螺纹齿轮同轴零件；本发明和中高频感应加热相结合，可成形采用变形抗力大、硬度高、难变形材料的零件。

Description

一种径向锻造成形反向式行星滚柱丝杠副短丝杠的方法

技术领域

本发明属于先进材料成形技术领域，具体涉及一种径向锻造成形反向式行星滚柱丝杠副短丝杠的方法。

背景技术

行星滚柱丝杠和滚珠丝杠类似，也是一种可将旋转运动和直线运动相互转化的传动装置。同滚珠丝杠相比，行星滚柱丝杠具有承载能力高、寿命长、加速度和速度高、导程可更小等优点，故其适合于高速、重载、精度要求高的场合，在光学仪器、机器人、高精度数控机床具有广泛的应用。

一般的行星滚柱丝杠副有两类：标准型和反向式。标准型行星滚柱丝杠副：长丝杠、短螺母结构，滚柱与螺母之间无轴向相对运动。反向式行星滚柱丝杠副：短丝杠、长螺母结构，滚柱与丝杠之间无轴向相对运动。

反向式行星滚柱丝杠副短丝杠中部为螺纹形状，两端为齿轮形状。目前该短丝杠多采用切削加工成形，或分别成形螺纹段和齿轮段后装配成整体短丝杠。从而导致成生产效率低、生产周期长，螺纹齿轮装配增加重量、降低可靠性，难以满足高性能反向式行星滚柱丝杠的制造要求。

径向锻造成形工艺是一种局部连续渐进成形方法，不仅成形效率远大于切削加工，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201410025820.6的专利中披露了一种径向锻造成形长丝杠的方法，其径向锻造时工件旋转角度θ和所成形长丝杠螺纹头数n应满足：

$\mathrm{\θ}=\frac{2\mathrm{\π}}{n}$

反向式行星滚柱丝杠副短丝杠中部为螺纹形状，两端为齿轮形状。仅满足上述公式可能会出乱齿现象，无法成形出合格的齿轮形状。此外齿轮齿高大，材料流动困难，难以一道次锻造成形。

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成形反向式行星滚柱丝杠副短丝杠的方法，塑性成形具有螺纹和齿轮特征的整体短丝杠，提高生产效率、缩短生产周期，增加零件表面强度，提高零件可靠性。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种径向锻造成形反向式行星滚柱丝杠副短丝杠的方法，包括如下步骤：

步骤1，装夹工件2，工件2一端由机械手3夹紧；

步骤2，工件2轴向送进，机械手3夹持工件2向径向锻造模具1方向送进，进入径向锻造模具1打击范围内，径向锻造模具1上具有螺纹段a与齿轮段b，工件2上成形螺纹段与成形齿轮段分别与径向锻造模具1上的螺纹段a与齿轮段b对齐；径向锻造模具1总径向锻造量为s₁，已完成径向锻造量s₂＝0；

步骤3，径向锻造模具1首次锻造成形螺纹与齿轮，具体为：

3.1、径向锻造模具1进行打击锻造，径向锻造量为Δ；Δ由总径向锻造量s₁和锻造道次数m确定，具体参照公式(1)确定；

$\mathrm{\Δ}=\frac{s_1}{m}---\left(1\right)$

3.2、径向锻造模具1提起；

步骤4，工件2旋转；

若所成形螺纹的头数为n，齿轮齿数为Z，径向锻造模具1的个数为N，径向锻造时工件旋转角度θ应同时满足公式(2)、公式(3)和公式(4)：

$\mathrm{\θ}=l\frac{2\mathrm{\π}}{n},l=\mathrm{1,2,3}......\left(2\right)$

$\mathrm{\θ}=l\frac{2\mathrm{\π}}{Z},l=\mathrm{1,2,3}......\left(3\right)$

$\mathrm{\θ}\≠l\frac{2\mathrm{\π}}{N},l=\mathrm{1,2,3}......\left(4\right)$

式中l为从1开始的自然数；公式(2)、公式(3)和公式(4)中θ值是相同的，l值可不同；

步骤5，径向锻造模具1进行打击锻造，径向锻造量为Δ；

步骤6，径向锻造模具1提起；

步骤7，重复步骤4至步骤6，工件2不断旋转，径向锻造模具1不断打击、提起，完成径向锻造量Δ下工件2上螺纹和齿轮形状成形；

步骤8，判断总径向锻造量是否完成；具体为：

s′₂＝s₂+Δ(5)

当已完成径向锻造量等于径向锻造模具1总径向锻造量时，转入步骤9；

当s′₂<s₁时，调整锻造模具1的径向锻造进给量，使其径向进给量增加Δ；Δ由总径向锻造量s₁和锻造道次数m确定，具体参照公式(1)确定；令s₂＝s′₂；重复步骤3至步骤8；至已完成径向锻造量等于径向锻造模具(1)总径向锻造量时，转入步骤9；

步骤9，工件2由机械手3夹持轴向退出，卸料。

本发明采用径向锻造方法成形反向式行星滚柱丝杠副短丝杠；径向锻造模具上同时具有螺纹形状段和齿轮形状段；工件旋转，径向锻造模具打击锻造，径向锻造模具提起，不断重复上述过程，完成指定径向锻造量下的短丝杠径向锻造成形；采用一个道次或多个道次，完成短丝杠成形制造；短丝杠上的螺纹与齿轮同时塑性成形，成形制造的短丝杠上螺纹段和花键段为一整体；成形制造时间少，零件可靠性高、机械强度高；本发明同样可成形具有类似特征的大直径螺纹齿轮同轴零件；本发明和中高频感应加热相结合，可成形采用变形抗力大、硬度高、难变形材料的零件。

附图说明

图1为本发明装置装配示意图。

图2为本发明径向锻造模具轴测图。

图3为本发明径向锻造模具打击锻造示意图。

图4为本发明径向锻造模具提起示意图。

图5为本发明工件旋转示意图。

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

本实施例中采用四个径向锻造模具1，径向锻造模具1在空间中沿工件2的轴线等间距阵列。所成形反向式行星滚柱丝杠副短丝杠螺纹段的头数为6，齿轮段的齿数为78，总径向锻造量为1mm，采用2个道次。

一种径向锻造成形反向式行星滚柱丝杠副短丝杠的方法，包括如下步骤：

步骤1，装夹工件2，工件2一端由机械手3夹紧；

步骤2，工件2轴向送进，参照图1，机械手3夹持工件2向径向锻造模具1方向送进，进入径向锻造模具1打击范围内，参照图2，径向锻造模具1上具有螺纹段a与齿轮段b，工件2上成形螺纹段与成形齿轮段分别与径向锻造模具1上的螺纹段a与齿轮段b对齐；径向锻造模具1总径向锻造量为s₁，s₁＝1mm，已完成径向锻造量s₂＝0；

步骤3，径向锻造模具1首次锻造成形螺纹与齿轮，具体为：

3.1、参照图3，径向锻造模具1进行打击锻造，径向锻造量为Δ；Δ由总径向锻造量s₁和锻造道次数m确定，m＝2，具体参照公式(1)确定；

$\mathrm{\&Delta;}=\frac{s_1}{m}=0.5\mathrm{mm}---\left(1\right)$

3.2、参照图4，径向锻造模具1提起；

步骤4，参照图5，工件2旋转；

所成形螺纹的头数为n，n＝6，齿轮齿数为Z，Z＝78，径向锻造模具1的个数为N，N＝4，径向锻造时工件旋转角度θ应同时满足公式(2)、公式(3)和公式(4)：

$\mathrm{\&theta;}=l\frac{2\mathrm{\&pi;}}{n},l=\mathrm{1,2,3}......\left(2\right)$

$\mathrm{\&theta;}=l\frac{2\mathrm{\&pi;}}{Z},l=\mathrm{1,2,3}......\left(3\right)$

$\mathrm{\&theta;}\&NotEqual;l\frac{2\mathrm{\&pi;}}{N},l=\mathrm{1,2,3}......\left(4\right)$

式中l为从1开始的自然数；公式(2)、公式(3)和公式(4)中θ值是相同的，l值可不同，公式(2)中l＝1，公式(3)中l＝13；

步骤5，径向锻造模具1进行打击锻造，径向锻造量为Δ＝0.5mm；

步骤6，径向锻造模具1提起；

步骤7，重复步骤4至步骤6，工件2不断旋转，径向锻造模具1不断打击、提起，完成径向锻造量Δ下工件2上螺纹和齿轮形状成形；

步骤8，判断总径向锻造量是否完成；具体为：

s′₂＝s₂+Δ＝0.5mm(5)

s′₂<s₁，调整锻造模具1的径向锻造进给量，使其径向进给量增加Δ；Δ由总径向锻造量s₁和锻造道次数m确定，具体参照公式(1)确定，Δ＝0.5mm；令s₂＝s′₂；重复步骤3至步骤8，至已完成径向锻造量等于径向锻造模具总径向锻造量，转入步骤9；

步骤9，工件2由机械手3夹持轴向退出，卸料。

实施例二

本实施例中采用四个径向锻造模具1，径向锻造模具1在空间中沿工件2的轴线等间距阵列。所成形反向式行星滚柱丝杠副短丝杠螺纹段的头数为6，齿轮段的齿数为78，总径向锻造量为0.75mm，采用1个道次。

一种径向锻造成形反向式行星滚柱丝杠副短丝杠的方法，包括如下步骤：

步骤1，装夹工件2，工件2一端由机械手3夹紧；

步骤2，工件2轴向送进，参照图1，机械手3夹持工件2向径向锻造模具1方向送进，进入径向锻造模具1打击范围内，参照图2，径向锻造模具1上具有螺纹段a与齿轮段b，工件2上成形螺纹段与成形齿轮段分别与径向锻造模具1上的螺纹段a与齿轮段b对齐；径向锻造模具总径向锻造量为s₁，s₁＝0.75mm，已完成径向锻造量s₂＝0；

步骤3，径向锻造模具1首次锻造成形螺纹与齿轮，具体为：

3.1、参照图3，径向锻造模具1进行打击锻造，径向锻造量为Δ；Δ由总径向锻造量s₁和锻造道次数m确定，m＝1，可参照公式(1)确定；

$\mathrm{\&Delta;}=\frac{s_1}{m}=0.75\mathrm{mm}---\left(1\right)$

3.2、参照图4，径向锻造模具1提起；

步骤4，参照图5，工件2旋转；

所成形螺纹的头数为n，n＝6，齿轮齿数为Z，Z＝78，径向锻造模具1的个数为N，N＝4。径向锻造时工件旋转角度θ应同时满足公式(2)、公式(3)和公式(4)：

$\mathrm{\&theta;}=l\frac{2\mathrm{\&pi;}}{n},l=\mathrm{1,2,3}......\left(2\right)$

$\mathrm{\&theta;}=l\frac{2\mathrm{\&pi;}}{Z},l=\mathrm{1,2,3}......\left(3\right)$

$\mathrm{\&theta;}\&NotEqual;l\frac{2\mathrm{\&pi;}}{N},l=\mathrm{1,2,3}......\left(4\right)$

式中l为从1开始的自然数；公式(2)、公式(3)和公式(4)中θ值是相同的，l值可不同，公式(2)中l＝1，公式(3)中l＝13；

步骤5，径向锻造模具1进行打击锻造，径向锻造量为Δ＝0.75mm；

步骤6，径向锻造模具1提起；

步骤7，重复步骤4至步骤6，工件2不断旋转，径向锻造模具1不断打击、提起，完成径向锻造量Δ下工件2上螺纹和齿轮形状成形；

步骤8，判断总径向锻造量是否完成；具体为：

s′₂＝s₂+Δ＝0.75mm(5)

已完成径向锻造量等于径向锻造模具总径向锻造量，转入步骤9；

步骤9，工件2由机械手3夹持快速轴向退出，卸料。

Claims (1)

1.一种径向锻造成形反向式行星滚柱丝杠副短丝杠的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，装夹工件（2），工件（2）一端由机械手（3）夹紧；

步骤2，工件（2）轴向送进，机械手（3）夹持工件（2）向径向锻造模具（1）方向送进，进入径向锻造模具（1）打击范围内，径向锻造模具（1）上具有螺纹段（a）与齿轮段（b），工件（2）上成形螺纹段与成形齿轮段分别与径向锻造模具（1）上的螺纹段（a）与齿轮段（b）对齐；径向锻造模具（1）总径向锻造量为s₁，已完成径向锻造量s₂＝0；

步骤3，径向锻造模具（1）首次锻造成形螺纹与齿轮，具体为：

3.1、径向锻造模具（1）进行打击锻造，径向锻造量为Δ；Δ由总径向锻造量s₁和锻造道次数m确定，具体参照公式（1）确定；

$\mathrm{\&Delta;}=\frac{s_1}{m}---\left(1\right)$

3.2、径向锻造模具（1）提起；

步骤4，工件（2）旋转；

若所成形螺纹的头数为n，齿轮齿数为Z，径向锻造模具（1）的个数为N，径向锻造时工件旋转角度θ应同时满足公式（2）、公式（3）和公式（4）：

$\mathrm{\&theta;}=l\frac{2\mathrm{\&pi;}}{n},l=1,2,\mathrm{3......}\left(2\right)$

$\mathrm{\&theta;}=l\frac{2\mathrm{\&pi;}}{Z},l=1,2,\mathrm{3......}\left(3\right)$

$\mathrm{\&theta;}\&NotEqual;l\frac{2\mathrm{\&pi;}}{N},l=1,2,\mathrm{3......}\left(4\right)$

式中l为从1开始的自然数；公式（2）、公式（3）和公式（4）中θ值是相同的，l值可不同；

步骤5，径向锻造模具（1）进行打击锻造，径向锻造量为Δ；

步骤6，径向锻造模具（1）提起；

步骤7，重复步骤4至步骤6，工件（2）不断旋转，径向锻造模具（1）不断打击、提起，完成径向锻造量Δ下工件（2）上螺纹和齿轮形状成形；

步骤8，判断总径向锻造量是否完成；具体为：

s′₂＝s₂+Δ（5）

当已完成径向锻造量等于径向锻造模具（1）总径向锻造量时，转入步骤9；

当s′₂<s₁时，调整锻造模具（1）的径向锻造进给量，使其径向进给量增加Δ；Δ由总径向锻造量s₁和锻造道次数m确定，具体参照公式（1）确定；令s₂＝s′₂；重复步骤3至步骤8；至已完成径向锻造量等于径向锻造模具（1）总径向锻造量时，转入步骤9；

步骤9，工件（2）由机械手（3）夹持轴向退出，卸料。