CN104815931B - 一种螺杆压缩机阴转子毛坯轧制成形方法 - Google Patents
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Abstract
一种螺杆压缩机阴转子毛坯轧制成形方法，本发明属于金属塑性成形技术领域。在楔横轧机上的两个轧辊上各装有相同的楔形模具和螺旋形模具并同向旋转。棒料在轧辊带动下反向旋转，首先由楔形模具成形螺杆阴转子两端阶梯轴，随后由螺旋形模具成形中间螺旋体，在轧辊旋转一周的过程中将螺杆阴转子两端阶梯轴和螺旋体成形完毕，轧辊旋转一周可生产一个或多个螺杆压缩机阴转子毛坯。以新型的少切削和无切削的塑性加工工艺成形接近最终形状的带有螺旋槽和阶梯轴的毛坯件，以提高螺杆转子的生产效率、材料利用率和成形质量。
Description
技术领域
本发明属于金属塑性成形技术领域，特别提供一种螺杆压缩机阴转子毛坯轧制成形方法。
背景技术
螺杆压缩机依靠其结构简单、噪音低、可靠性高、动力平衡性好、适应性强和节能高效等一系列独特的优点，成为近年来发展最快的一种压缩机品种，被广泛地应用于空气动力、制冷空调、石油化工等工业领域。但螺杆压缩机的主要零件螺杆阴转子齿形复杂非对称，并且其螺距大、螺旋升角大、齿高半径大，加工难度大。目前螺杆阴转子主要的制造工艺是首先采用铸造工艺制出阶梯圆柱体毛坯件，然后车削毛坯外表面去除硬皮，再用机加工方法粗/精加工螺旋槽成形。现有工艺存在加工工序多、生产效率低、周期长和能耗大等不足。特别是粗加工螺旋槽，切削量大、刀具磨损快、材料利用率低，难以满足绿色制造和资源节约型社会的发展需求。
发明内容
本发明提供一种螺杆压缩机阴转子毛坯轧制成形方法，以新型的少切削和无切削的塑性加工工艺成形接近最终形状的带有螺旋齿槽和阶梯轴的毛坯件，以提高螺杆转子的生产效率、材料利用率和成形质量。
本发明构成为：一种螺杆压缩机阴转子毛坯轧制成形方法，所述阴转子毛坯通过楔横轧机轧制成形，所述楔横轧机具有上、下两个轧辊，所述上下两个轧辊设置有相同楔形模具和螺旋形模具，所述楔形模具用于成形螺杆压缩机阴转子两端阶梯轴，所述螺旋形模具用于成形螺杆压缩机阴转子中间螺旋体，所述上、下辊轧同向转动，对螺杆压缩机阴转子无径向进给运动。
进一步地，所述楔形模具包括一对相互分开的，成形面各自向外的单向楔形模具体组成，楔形模具的成形角取值范围为20°～35°，展宽角取值范围为3°～11°。
进一步地，所述螺旋形模具是由沿轧辊周向布置的多条形状逐渐变化的螺旋凸棱组成，螺旋凸棱包括分齿段、成形段和精整段，螺旋凸棱沿圆周方向总长为150°-250°，齿形的齿高由低到高逐渐升高，齿距由大到小依轧件旋转半径变化，模具螺旋凸棱两侧设有挡台，挡台内侧设有5°～10°度的倾角，挡台高度不超过两端阶梯轴的高度。
进一步地，所述螺旋形模具上的螺旋凸棱的齿面根据轧制过程中轧辊和轧件的螺旋共轭运动关系而确定的共轭包络面，轧辊精整段齿形型线其中一端至另一端依次符合下列方程式：
(1)第一圆弧包络线HI
(2)第二摆线IJ
(3)第三圆弧JK
(4)第四圆弧KL
(5)第五摆线LM
(6)第六圆弧MN
其中R2为轧件齿顶圆半径，rab为圆弧AB的半径，θ2为∠AO2x2的角度，A为轧辊和轧件的中心距，r2t为轧件的滚动半径，a2为∠CpD的角度，lbc为直线BC的长度，r1t为轧辊的滚动半径，r为圆弧CD的半径，θf为∠FO2x2的角度，θ1为∠GO2x2的角度，i为轧辊和轧件的传动比，k＝i+1；O2为轧件旋转中心，O1为轧辊旋转中心，p为轧辊和轧件的啮合节点，A-G点连线为轧件齿形型线。
本发明的有益效果是：
1)材料利用率得到了大幅度提高。采用该工艺方案，可有效地减小毛坯机加工的加工余量，节约材料约35％左右，从而降低了螺杆转子的生产成本，实现产品的近净成形。
2)显著地提高了产品的生产效率。保守计算，粗加工一个螺杆转子耗时约1小时，加工时间较长，而净轧制过程耗时仅约5～8s，显著得缩短了螺杆转子的粗加工耗时，从而有效地缩短螺杆转子的投产时间，利于实现其经济化生产。
3)轧制过后组织晶粒得以细化，金属流线保持连续并沿零件外形分布，轧件内部组织变化均匀，零件的成形精度和组织性能得到很大的改善。
4)现有的螺杆转子毛坯多采用球墨铸铁进行铸造。稀土价格的飙升，使得球墨铸铁材料的价格比较昂贵，生产成本居高不下。采用楔横轧—横轧联合成形的新工艺，可选用成本较低的易切削钢作为原材料，在便于后续机加工的同时提高了产品的表面质量，并进一步降低了材料的成本，有效地提高了螺杆压缩机的市场竞争力。
附图说明
图1为螺杆压缩机阴转子产品示意图
图2为轧制原理示意图。
图3为螺旋形模具螺旋凸棱分段示意图。
图4为螺旋形模具精整段齿形型线，图中O2为轧件旋转中心，O1为轧辊旋转中心，p为轧辊和轧件的啮合节点。其中θ1为∠GO2x2的角度，θ2为∠AO2x2的角度，a2为∠CpD的角度，a1为∠DpE的角度，A-G点连线为轧件齿形型线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。
如图1-4所示，本发明提供一种螺杆压缩机阴转子毛坯轧制成形装置，所述装置为一楔横轧机，该楔横轧机上的两个轧辊各装有相同的楔形模具和螺旋形模具并同向旋转，在轧制阴转子毛坯的过程中，先将截成定尺长度的圆棒料段加热到1050～1200℃，然后放入楔横轧机中棒料在轧辊的带动下反向旋转，首先由楔形模具成形螺杆阴转子两端的阶梯轴，随后由螺旋形模具成形中间螺旋体，在轧辊旋转一周的过程中将螺杆阴转子两端的阶梯轴和螺旋体成形完毕，轧辊旋转一周可生产一个或多个螺杆压缩机阴转子毛坯。
楔形模具由一对相互分开一定距离的，成形面各自向外的单向楔形模具体组成。楔形模具的成形角取值范围为20°～35°，展宽角取值范围为3°～11°。两侧楔形模具分开的距离由成形螺旋体部分坯料体积计算值决定。
螺旋形模具由沿模具周向布置的多条形状逐渐变化的螺旋凸棱组成。轧制过程中两轧辊的轴心线固定不动，即两轧辊无径向进给运动。螺旋凸棱由分齿段、成形段和精整段三个阶段组成。其齿形的齿高由低到高逐渐升高，齿距由大到小与轧件旋转半径的变化规律相关。模具螺旋凸棱两侧设有挡台，挡台内侧设有5°～10°度的倾角，挡台高度不超过两端阶梯轴的高度。
螺旋形模具上的这些螺旋凸棱的齿面是根据轧制过程中轧辊和轧件的螺旋共轭运动关系而确定的共轭包络面。轧辊精整段齿形型线由6段组成曲线构成，方程式分别成：
(1)圆弧包络线HI
(2)摆线IJ
(3)圆弧JK
(4)圆弧KL
(5)摆线LM
(6)圆弧MN
其中R2为轧件齿顶圆半径，rab为圆弧AB的半径，θ2为∠AO2x2的角度，A为轧辊和轧件的中心距，r2t为轧件的滚动半径，a2为∠CpD的角度，lbc为直线BC的长度，r1t为轧辊的滚动半径，r为圆弧CD的半径，θf为∠FO2x2的角度，θ1为∠GO2x2的角度，i为轧辊和轧件的传动比，k＝i+1。
具体实例：中小型螺杆压缩机阴转子产品毛坯如图1所示，其毛坯齿顶圆直径95mm，齿根圆直径51mm，螺距270.8mm，节圆螺旋升角45°，螺旋体长193mm，总长277mm。
将直径69mm,长度245mm的圆棒料加热到1050～1150℃，送入H1000楔横轧机中进行轧制。H1000楔横轧机轧辊直径1000mm，其两个轧辊上各装有相同的楔形模具和螺旋形模具并同向旋转。棒料在轧辊带动下反向旋转，首先由楔形模具成形螺杆阴转子两端阶梯轴，楔形模具的成形角取值范围为20°～25°，展宽角取值范围为3°～8°。随后由螺旋形模具成形中间螺旋体，其齿形的齿高由低到高逐渐升高，齿距由大到小依轧件旋转半径变化，精整段齿形由公式(1)～(6)确定，模具螺旋凸棱两侧设有挡台，挡台内侧设有10°度的倾角，挡台高度不超过两端阶梯轴的高度。轧辊旋转一周将螺杆阴转子两端阶梯轴和螺旋体成形完毕，轧辊旋转一周生产一个螺杆压缩机阴转子毛坯。轧制毛坯比直接机加工节省金属4.8kg，节材率39％，生产效率提高30倍。
Claims (3)
1.一种螺杆压缩机阴转子毛坯轧制成形方法，其特征在于，所述阴转子毛坯通过楔横轧机轧制成形，所述楔横轧机具有上、下两个轧辊，所述上下两个轧辊设置有相同楔形模具和螺旋形模具，所述楔形模具用于成形螺杆压缩机阴转子两端阶梯轴，所述螺旋形模具用于成形螺杆压缩机阴转子中间螺旋体，所述上、下辊轧同向转动，对螺杆压缩机阴转子无径向进给运动，所述螺旋形模具是由沿轧辊周向布置的多条形状逐渐变化的螺旋凸棱组成，螺旋凸棱包括分齿段、成形段和精整段，螺旋凸棱沿圆周方向总长为150°-250°，齿形的齿高由低到高逐渐升高，齿距由大到小依轧件旋转半径变化，模具螺旋凸棱两侧设有挡台，挡台内侧设有5°～10°的倾角，挡台高度不超过两端阶梯轴的高度。
2.根据权利要求1所述的螺杆压缩机阴转子毛坯轧制成形方法，其特征在于，所述楔形模具由一对相互分开的，成形面各自向外的单向楔形模具体所组成，楔形模具的成形角取值范围为20°～35°，展宽角取值范围为3°～11°。
3.根据权利要求1所述的螺杆压缩机阴转子毛坯轧制成形方法，其特征在于，所述螺旋形模具上的螺旋凸棱的齿面是根据轧制过程中轧辊和轧件的螺旋共主轭运动关系而确定的共轭包络面，轧辊精整段齿形型线其中一端至另一端依次符合下列方程式：
(1)第一圆弧包络线HI
(2)第二摆线IJ
(3)第三圆弧JK
(4)第四圆弧KL
(5)第五摆线LM
(6)第六圆弧MN
其中R2为轧件齿顶圆半径，rab为圆弧AB的半径，θ2为∠AO2x2的角度，A为轧辊和轧件的中心距，r2t为轧件的滚动半径，a2为∠CpD的角度，l为直线BC的长度，r1t为轧辊的滚动半径，r为圆弧CD的半径，θf为∠FO2x2的角度，θ1为∠GO2x2的角度，i为轧辊和轧件的传动比，k＝i+1；O2为轧件旋转中心，O1为轧辊旋转中心，p为轧辊和轧件的啮合节点，A-G点连线为轧件齿形型线，H-N点连线为轧辊螺旋形模具上的辊型曲线。
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