CN105215129B - 一种圆形板料环形外缘的加热旋压增厚方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆形板料环形外缘的加热旋压增厚方法，其包括对圆形板料环形外缘进行加热的步骤和对其进行旋压增厚整体成形的步骤，其中，加热步骤是指在整个成形过程中利用加热喷枪对圆形板料环形外缘加热，使其温度保持在奥氏体转变温度以上；旋压增厚整体成形步骤是指利用具有环形轧槽的旋压轮径向进给挤压圆形板料环形外缘，以实现单道次大增厚比增厚；加热喷枪和旋压轮相互配合以不断增厚被加热的圆形板料环形外缘。本发明利用加热和旋压增厚步骤的相互配合，提高了金属塑性，有利于金属流动，使得圆形板料在加热的同时实现环形边缘的逐步增厚，成形所需旋压机吨位小，旋压轮模具简单，不需要大型压力机及冲锻模具，减少了制造成本。

Description

一种圆形板料环形外缘的加热旋压增厚方法

技术领域

本发明属于圆形板料外缘增厚技术领域，更具体地，涉及一种圆形板料环形外缘的加热旋压增厚方法。

背景技术

随着机械、汽车等传统制造业的发展以及节能减排、轻量化生产的社会需求越来越高，不等厚零件在能满足定制化需求的同时节材节能，得到了越来越广泛的运用。例如薄辐板厚轮缘盘形件，其厚壁化的环形周壁便于铣出具有充分强度和齿厚零件；同时，由于其辐板壁薄，在制造时还能有效节省材料、减轻零件重量，特别适合于制造汽车零部件，如发动机驱动圆盘等。

目前，圆形板料局部增厚的方式主要有两种。一种是板料冲锻复合成形，如李雪松等研究了汽车离合器衬套的冲锻成形工艺，其通过改变模具形状，增加聚料工序，减小最终的冲锻成形载荷，在冲出底部中心孔的同时使孔外侧边缘厚度增大；夏巨谌等开发了一种飞轮盘温冲锻成形技术，其采用正向拉深、然后将底部反向拉深、冲孔并翻孔，最后对反向拉深和翻孔区的金属进行斜面型腔锻造增厚，以期得到增厚的侧壁。另一种是旋压成形，如夏琴香等开发了一种侧壁增厚多楔带轮的旋压成形工艺，其将拉深件通过预成形、腰鼓成形、增厚及整形四个工步旋压成形为多楔带轮；又如CN201010518349.6公开的一种圆形板料环形外缘增厚方法，该方法为圆形板料多道次旋压增厚成形薄辐板厚轮缘盘形件的新工艺。

根据现有的圆形板料局部增厚方法可以看到，冲锻复合成形工艺的模具结构复杂，且往往受到零件结构和模具载荷的限制而难以做到单工序整体成形不等厚零件；而目前的旋压成形虽然减小了所需成形力和设备吨位，但仍需多道次工序才能达到板件局部增厚需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种圆形板料环形外缘的加热旋压增厚方法，其中结合圆形板料环形外缘自身的特点，利用加热以提高金属塑性，利于金属流动成形的优势，解决现有圆形板料局部增厚方法存在的成形力大，成形道次过多的问题，适用于飞轮齿圈制坯，皮带盘制坯等圆盘形或环形零件的外缘增厚。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种圆形板料环形外缘的加热旋压增厚方法，其特征在于，包括对所述圆形板料环形外缘进行加热的步骤和对其进行旋压增厚整体成形的步骤，其中，所述加热步骤是指在整个成形过程中利用加热喷枪对所述圆形板料环形外缘进行加热，使其温度保持在奥氏体转变温度以上；所述旋压增厚整体成形步骤是指利用具有环形轧槽的旋压轮径向进给挤压加热后的所述圆形板料环形外缘，以实现单道次大增厚比增厚成形；所述加热喷枪和旋压轮相互配合以不断增厚被加热的圆形板料环形外缘。

按照本发明的另一方面，提出了一种圆形板料环形外缘的加热旋压增厚方法，其特征在于，具体通过以下步骤实现：

1)将待增厚的圆形板料装卡到旋压机夹具上，保持所述圆形板料的中心线与所述旋压机的主轴中心线重合，将加热喷枪和具有环形轧槽的旋压轮置于旋压起点处，使所述圆形板料的环形外缘位于所述旋压轮的环形轧槽内，所述加热喷枪、圆形板料及旋压轮互不干涉；

2)启动所述旋压机，使所述圆形板料随旋压机主轴旋转，然后利用所述加热喷枪加热所述圆形板料环形外缘的上下端面，同时结合红外线测温仪对所述圆形板料环形外缘进行温度检测，保证环形外缘温度保持在奥氏体转变温度以上；

3)控制所述旋压轮使其沿所述圆形板料径向进给挤压圆形板料的环形外缘，在所述旋压轮进给的同时，所述加热喷枪也沿着所述圆形板料的径向移动，以加热环形外缘增厚区域确保其温度始终高于奥氏体转变温度；

4)当所述旋压轮外缘与所述旋压机夹具的外缘接触时，完成整个旋压增厚过程。

作为进一步优选的，所述旋压轮的进给速度与所述加热喷枪的移动速度为180mm/min～300mm/min。

作为进一步优选的，所述旋压机主轴的转速为250rpm～500rpm。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明利用加热和旋压增厚步骤的相互配合，使得圆形板料在加热的同时实现环形边缘的逐步增厚，提高了金属塑性，有利于金属流动，成形力小，可以将单道次增厚比提高到2.5以上，且成品强度高，质量好，解决了现有圆形板料局部增厚方法存在的成形力大，成形道次过多的问题，可用于飞轮齿圈制坯，皮带盘制坯等圆盘形或环形零件的外缘增厚。

2.采用本发明制造飞轮盘时可将齿圈坯料与连接盘整体成形，然后通过机械加工或者轧齿成形齿圈，相比齿圈和连接盘的焊接成形而言产品强度高，质量稳定；此外，本发明所需旋压机吨位小，旋压轮模具简单，不需要大型压力机及冲锻模具，减少了制造成本和模具摆放空间。

附图说明

图1是圆形板料示意图；

图2是本发明的成形原理图；

图3(a)～3(b)是本发明圆形板料外径为D₁时的实施例图；

图4(a)～4(b)是本发明圆形板料外径为D₂时的实施例图；

图5(a)～5(b)是本发明圆形板料外径为D₃时的实施例图。

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说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的一种圆形板料环形外缘的加热旋压增厚方法，其主要包括对圆形板料环形外缘进行加热的步骤和对圆形板料环形外缘进行旋压增厚整体成形的步骤，其中，加热步骤是指在整个成形过程中利用加热喷枪对圆形板料环形外缘加热，使其温度保持在奥氏体转变温度以上；旋压增厚整体成形步骤是指利用具有环形轧槽的旋压轮径向进给挤压圆形板料环形外缘，以实现单道次大增厚比增厚；加热喷枪和旋压轮相互配合以不断增厚被加热的圆形板料环形外缘。

下面将具体解释本发明的圆形板料环形外缘的加热旋压增厚方法的实现过程。

一种圆形板料环形外缘的加热旋压增厚方法，其具体通过以下步骤实现(本实施例采用的圆形板料如图1所示，厚度t₀＝2～3mm，外径D<500mm，内径d<100mm)：

1)将待增厚的圆形板料2置于旋压机的下主轴3上，上主轴1下行，与下主轴3一起将圆形板料2夹紧，该上主轴1和下主轴3即为旋压机夹具，保持圆形板料2的中心线与上主轴1和下主轴3的中心线重合，将加热喷枪4和具有环形轧槽的旋压轮6置于旋压起点处，圆形板料2的环形外缘位于旋压轮6的环形轧槽内，加热喷枪4、圆形板料2及旋压轮6互不干涉；

2)启动旋压机，使圆形板料2随旋压机的上主轴1和下主轴3旋转，然后利用一对加热喷枪4同时加热圆形板料2环形外缘的上下端面，同时结合红外线测温仪对圆形板料2环形外缘进行温度检测，保证环形外缘温度保持在奥氏体转变温度Ac₃以上；

3)随后控制具有环形轧槽的旋压轮6使其沿旋转的圆形板料2径向进给挤压圆形板料的环形外缘使其充填环形轧槽实现增厚，旋压轮在摩擦力作用下绕自身主轴被动旋转；与此同时，加热喷枪4也沿着圆形板料2径向移动，加热不断增厚的圆形板料环形外缘，保证其温度始终在奥氏体转变温度Ac₃以上，进而便于旋压增厚过程的稳定进行；

4)当旋压轮6的外缘与旋压机夹具(即上主轴1和下主轴3)的外缘接触时，旋压轮6退出，上主轴1和下主轴3停止转动，加热喷枪停止加热，完成整个旋压增厚过程。

具体的，旋压轮的进给速度与加热喷枪的移动速度为180mm/min～300mm/min，旋压机主轴的转速为250rpm～500rpm，采用上述移动速度及转速既可以在保证变形区域加热温度始终高于奥氏体转变温度的前提下提高成形效率，又避免了转动电机高负载可能带来的不稳定因素。

通过上述具体步骤可以看出，圆板外缘的增厚形状和尺寸由旋压轮环形轧槽形状控制，轧槽与板料的接触面为圆弧面，这样可以避免旋压时旋压轮对锻件表面造成啃伤，有利于提高工件表面的光洁程度；轧槽开口宽度由中心向边缘增大，随着旋压轮的进给，圆形板料外缘会不断增厚，直至增厚至该条件下的极限厚度。

下面以如图3(a)～图5(b)所示圆形板料环形外缘加热旋压增厚过程为例，说明本发明的参数设计。

本实施例的圆形板料2材料为35号钢，原始厚度t₀＝2.5mm，内径d＝64mm，外径有大小不同的三种，分别为D₁＝392mm，D₂＝402mm和D₃＝412mm；旋压轮6环形轧槽圆角半径R＝2.5mm，下表面与水平方向夹角a＝3°。

加热参数：一对加热喷枪4对旋转的圆形板料2外缘的上下端面进行加热，为了获得较高塑性，同时得到理想的显微组织，用红外线测温仪进行温度检测确保加热区域温度控制在850℃左右。

旋压增厚参数：加热旋压增厚时，旋压轮6和加热喷枪4的径向进给速度为240mm/min，旋压机主轴转速为480rpm。

成形结束后，如图3(b)所示,当圆形板料外径D₁＝392mm时，材料稳定增厚但并未充满旋压轮轧槽，最大增厚厚度为t₁＝6.76mm；如图4(b)所示,当圆形板料外径D₂＝402mm时，材料稳定增厚且基本充满旋压轮轧槽，最大增厚厚度为t₂＝7.03mm；如图5(b)所示,当圆形板料外径D₃＝412mm时，材料出现了堆积，增厚部位产生了折叠，不符合工件要求。故本例中圆形板料外缘最大增厚厚度为7.03mm，增厚比为2.8。

上述实施例仅列举了一组旋轮轧槽参数下的圆形板料外缘增厚极限，对于其他旋轮轧槽参数下的圆板外缘增厚极限值也可由相同的实验方法获得。因此，本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种圆形板料环形外缘的加热旋压增厚方法，其特征在于，包括对所述圆形板料环形外缘进行加热的步骤和对其进行旋压增厚整体成形的步骤，其中，所述加热步骤是指在整个成形过程中利用加热喷枪对所述圆形板料环形外缘的上下端面进行加热，使其温度保持在奥氏体转变温度以上；所述旋压增厚整体成形步骤是指利用具有环形轧槽的旋压轮径向进给挤压加热后的所述圆形板料环形外缘，以实现单道次大增厚比增厚成形，并将单道次增厚比提高到2.5以上，其中所述旋压轮的环形轧槽由上表面、下表面以及平滑连接该上表面和下表面的圆角构成，所述环形轧槽的开口宽度由其中心向边缘增大，所述环形轧槽的上表面为水平表面，所述环形轧槽的下表面为倾斜表面；所述加热喷枪和旋压轮相互配合以不断增厚被加热的圆形板料环形外缘，在加热旋压增厚过程中，所述环形轧槽的上表面始终与所述圆形板料环形外缘的上端面接触，而在加热旋压增厚过程中，所述圆角与所述圆形板料环形外缘的侧面逐渐接触，所述环形轧槽的下表面与所述圆形板料环形外缘的下端面也逐渐接触，加热旋压增厚之后，所述圆形板料环形外缘充满所述旋压轮的环形轧槽。

2.一种圆形板料环形外缘的加热旋压增厚方法，其特征在于，具体通过以下步骤实现：

1)将待增厚的圆形板料装卡到旋压机夹具上，保持所述圆形板料的中心线与所述旋压机的主轴中心线重合，将加热喷枪和具有环形轧槽的旋压轮置于旋压起点处，使所述圆形板料的环形外缘位于所述旋压轮的环形轧槽内，所述加热喷枪、圆形板料及旋压轮互不干涉；

2)启动所述旋压机，使所述圆形板料随旋压机主轴旋转，然后利用所述加热喷枪加热所述圆形板料环形外缘的上下端面，同时结合红外线测温仪对所述圆形板料环形外缘进行温度检测，保证环形外缘温度保持在奥氏体转变温度以上；

3)控制所述旋压轮使其沿所述圆形板料径向进给挤压圆形板料的环形外缘，在所述旋压轮进给的同时，所述加热喷枪也沿着所述圆形板料的径向移动，以加热环形外缘增厚区域确保其温度始终高于奥氏体转变温度；

4)当所述旋压轮外缘与所述旋压机夹具的外缘接触时，完成整个旋压增厚过程，实现单道次大增厚比增厚成形，并将单道次增厚比提高到2.5以上，其中所述旋压轮的环形轧槽由上表面、下表面以及平滑连接该上表面和下表面的圆角构成，所述环形轧槽的开口宽度由其中心向边缘增大，所述环形轧槽的上表面为水平表面，所述环形轧槽的下表面为倾斜表面，在加热旋压增厚过程中，所述环形轧槽的上表面始终与所述圆形板料环形外缘的上端面接触，而在加热旋压增厚过程中，所述圆角与所述圆形板料环形外缘的侧面逐渐接触，所述环形轧槽的下表面与所述圆形板料环形外缘的下端面也逐渐接触，加热旋压增厚之后，所述圆形板料环形外缘充满所述旋压轮的环形轧槽。

3.如权利要求1或2所述的圆形板料环形外缘的加热旋压增厚方法，其特征在于，所述旋压轮的进给速度与所述加热喷枪的移动速度为180mm/min～300mm/min。

4.如权利要求2所述的圆形板料环形外缘的加热旋压增厚方法，所述旋压机主轴的转速为250rpm～500rpm。