CN105414295A - 滚轮架、自动旋压设备和该设备的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种滚轮架、自动旋压设备和该设备的应用，所述滚轮架为具有两个对称的凸起的“Y”型结构，凸起内分别安装有轴承和滚压轮；所述滚压轮包括滚轴和滚轮；所述轴承安装于滚轮架内，所述滚压轮安装于轴承的内孔中，滚轮伸出滚轮架。所述旋压设备包括弹性衬套、刀座、刀杆和上述的滚轮架；所述刀杆的一端与刀座连接，刀杆的另一端连接有滚轮架；所述滚轮架与刀杆通过连接杆活动连接，刀杆可绕着连接杆水平摆动。本发明创造性地对滚轮架的结构、弹性衬套的物理机械性能或滚压轮的材质进行改进，使得在加工时，滚压轮与工件之间的摩擦阻力远小于弹性衬套对工件的卡持力矩。完全克服了现有技术由于摩擦力大、摩擦热高产生的热源性金属塑性滑移和热源性金属熔焊在挤压轮上形成丘状鼓包的现象。

Description

滚轮架、自动旋压设备和该设备的应用

技术领域

本发明涉及旋压设备技术领域，更具体地，涉及一种滚轮架、自动旋压设备和该设备的应用。

背景技术

旋压系统的工程能力是旋压设备的核心，也是设备是否能成功旋压出合格工件的第一判定标准。当旋压设备的滚压轮的摩擦阻力接近弹性衬套对工件的卡持力矩时，旋压设备的工程能力处于不稳定状态，即弹性衬套对工件的卡持扭矩与旋压时总的摩擦阻力相当或更低时，旋压时工件与弹性衬套之间打滑，使零件受损而报废。

将旋压设备应用于将卡圈旋压在管柱助力式转向器中壳体的齿轮轴上时，若弹性衬套无法有效地抱紧齿轮轴，每次旋压时就会打滑，把齿轮轴划伤而使产品报废；旋压时，若滚压轮摩擦热较高，不仅把卡圈零件烧黑而且自身表面由于热源性金属渗透而产生熔焊生成坑凹不平的斑疤会使旋压更加困难。

弹性衬套安装于旋压设备主轴的锥孔中，弹性衬套抱住被加工工件，主轴向下移动，弹性衬套被压入锥孔中，使弹性衬套的刃瓣闭拢，实现弹性衬套对工件的抱紧。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种滚轮架，本发明科学改进旋压设备中滚轮架的结构和在滚压轮与滚轮架之间设置轴承，大大降低了滚压轮与滚轮架之间的摩擦阻力。

本发明要解决的另一技术问题是提供设置有所述滚轮架的自动旋压设备及应用。

本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种滚轮架，所述滚轮架为具有两个对称的凸起的“Y”型结构，凸起内分别安装有轴承和滚压轮；所述滚压轮包括滚轴和滚轮；所述轴承安装于滚轮架内，所述滚压轮安装于轴承的内孔中，滚轮伸出滚轮架。

进一步地，每个所述凸起内安装有两个轴承。

进一步地，所述轴承为滚动轴承。在接触形式、摩擦角、挤压力都不变的情况下，滚动摩擦系数是0.0015，而滑动摩擦系数是0.01，相差近8倍，而钢与软钢的摩擦系数高达0.15。因此本发明使用摩擦系数较小的滚动轴承更有利于减小摩擦阻力，减少摩擦热。

进行旋压时，两个所述滚压轮相对于工件旋转轴线对称，所述滚轴的轴线偏离所述工件旋转轴线的角度为30°~45°。

进一步地，所述滚压轮采用高速钢材料制得；优选地所述高速钢为M42钢材。本发明的滚压轮采用高速钢，高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，高速钢的特性保证了滚压轮表面不易因为摩擦，使得表面由于热源性金属渗透而产生熔焊生成坑凹不平的斑疤。

本发明的另一个目的是提供一种自动旋压设备，使用上述的滚轮架，滚压轮与滚轮架之间的摩擦阻力小，使旋压设备的滚压轮与工件的摩擦阻力远小于弹性衬套对工件的卡持力矩；摩擦阻力的减小也减少了摩擦热。

所述旋压设备包括弹性衬套、刀座和刀杆；所述弹性衬套包括刃瓣，刃瓣之间设置有弹性槽，刃瓣内开有夹紧孔、弹性腔和连接夹紧孔和弹性腔的过渡区；还包括以上任一项所述的滚轮架；所述刀杆的一端与刀座连接，刀杆的另一端连接有滚轮架；所述滚轮架与刀杆通过连接杆活动连接，滚轮架可绕着连接杆水平摆动。

旋压时，主轴带动弹性衬套转动，弹性衬套带动工件转动，工件的转动带动与之接触的滚轮的转动。现有技术直接将滚压轮安装于滚轮架，滚轴活动安装于滚轮架，滚轴与滚轮架之间摩擦力大，工件与滚轮之间的摩擦力也就大，工件与滚轮产生的摩擦热较高，不仅把工件烧黑而且自身表面由于热源性金属渗透而产生熔焊生成坑凹不平的斑疤会使旋压更加困难。且当摩擦阻力接近弹性衬套对工件的卡持力矩时，旋压时工件与弹性衬套之间会打滑，使零件受损而报废。

本发明科学改进旋压设备中滚轮架的结构，旋压时，滚压轮不是直接与滚轮架接触，而是在滚压轮与滚轮架之间安装有轴承，因而摩擦力较小，使旋压设备的滚压轮的摩擦阻力远小于弹性衬套对工件的卡持力矩；且摩擦力的减小使得产生的摩擦热减少，摩擦热的减少不会使被加工工件烧黑，或使滚压轮本身由于表面由于热源性金属渗透而产生熔焊生成坑凹不平的斑疤。所述滚轮架为具有两个对称的凸起的“Y”型结构，“Y”型滚轮架通过连接杆活动安装于刀杆。设置两个对称的凸起，且滚轮架与刀杆活动连接，旋压时，滚轮架会自动定位使工件正好处于两个滚轮之间，不会使工件加工不均匀，加工出来的工件质量优良。

所述连接杆可为销子，在销子与刀杆之间设置开口挡圈，开口挡圈对销子进行定位。

在所述刀杆上设置卡槽，将所述滚轮架安装于卡槽内，滚轮架旋转到一定角度时，滚轮架安装于卡槽内的一段会与卡槽的内壁接触，从而卡槽对滚轮架进行限位。根据实际工况的需求，可设置卡槽的长度和置入卡槽内的滚轮架的长度，从而控制滚轮架的绕着连接杆摆动的角度范围。

进一步地，所述滚轮架可沿着工件旋转轴线方向上下浮动，所述上下浮动不超过20丝。设置滚轮架可上下浮动，例如在旋压管柱助力式转向器中壳体的齿轮轴上的卡圈零件时，可以帮助滚压轮架（含滚轮）在卡环零件外形坡度的引导下定向抬升旋压。例如滚轮架安装于刀杆上的安装槽内时，滚轮架与安装槽之间在垂直方向具有间隙，从而实现滚轮架可沿着工件旋转轴线方向上下浮动。

进一步地，每个所述轴承在所述滚轮架中可沿着工件旋转轴线方向上下蹿动，设置蹿动间隙小于0.03mm。

进一步地，对所述弹性衬套整体依次进行淬火和回火处理；淬火和回火处理后，对所述弹性衬套除所述夹紧孔和过渡区所对应的弹性衬套的部分外进行退火处理。优选地，所述第淬火处理的温度为1100℃~1200℃，回火温度为600℃~700℃；所述退火温度为750℃~850℃。

夹持工件的夹紧处（夹紧孔所对应的弹性衬套部分）在旋压时，要保证能将工件夹紧，夹紧处的材料要求弹性较高；除夹紧孔和过渡区所对应的部分外，弹性衬套的其他部分与主轴连接，需要具备良好抗压、抗拉、抗弯的性能。因此，弹性衬套根据工况条件，需要具备不同的性能。

进一步地，所述弹性衬套采用弹簧钢。

本发明还提供一种上述旋压设备的应用，所述自动旋压设备用于将卡圈旋压在管柱助力式转向器中壳体的齿轮轴上。使用该旋压设备旋压出来的成品率高，质量优良。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的滚轮架，在滚轮架和滚压轮之间安装轴承，大大降低了滚压轮和滚轮架之间的摩擦阻力。

本发明所述的一种自动旋压设备，由于整个旋压过程不允许水冷、空冷，所以降低摩擦阻力、控制摩擦热是旋压工序的最大难点，为解决上述问题，本发明所述的旋压设备安装有上述的滚轮架，在滚轮架上设置两个相互对称的凸起，凸起内安装有滚压轮，滚压轮和滚轮架之间设置有轴承，设置对称的凸起使得本发明自动旋压设备在进行旋压时，滚轮与工件自动定位，使工件正好处于两个滚轮之间，加工出来的工件质量优良；设置轴承，使得工件与被工件带动旋转的滚轮之间摩擦力大大减小，完全解决了上述摩擦力大、摩擦热高，易产生丘状鼓包的问题。本发明进一步地对弹性衬套和滚压轮进行了改进。对弹性衬套的改进后弹性衬套的弹性刚度、卡持扭矩明显提升，抗拉、抗压强度、屈服强度明显提高，完全满足了旋压所需的旋转力矩。对滚压轮的改进使得滚压轮抗压、抗弯、耐磨性大幅提高，表面粗糙度的提高，大大提高了旋压工件的表面质量，使滚压轮的工作寿命提高了近60倍，且完全克服了现有技术由于摩擦力大、摩擦热高产生的热源性金属塑性滑移和热源性金属熔焊在挤压轮上形成丘状鼓包的现象。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为实施例1和实施例2弹性衬套主视剖视图示意图。

图2为实施例1和实施例2弹性衬套右视图示意图。

图3为实施例1和实施例2刀杆、滚轮架和滚轮主视图安装示意图。

图4为实施例1和实施例2刀杆、滚轮架和滚轮俯视图安装示意图。

图5为实施例1和实施例2滚轮架主视图结构示意图。

图6为中壳体组合结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明，但是以下实施例仅为便于说明本发明思想所例举的示例之一，并不因此限定本发明。基于本发明基本思想所做的简单替换和变化以及不同的实施方式，应视为本发明保护范围。

实施例1

本实施例提供一种滚轮架，如图3和图4所示，所述滚轮架3为具有两个对称的凸起31的“Y”型结构，凸起31内分别安装有角接触轴承5和滚压轮4；所述滚压轮4包括滚轴41和滚轮42；所述角接触轴承5安装于滚轮架3内，所述滚压轮4安装于角接触轴承5的内孔中，滚轮42伸出滚轮架3。

每个所述凸31起内安装有两个角接触轴承5。

每个所述角接触轴承5在所述滚轮架3中可沿着工件旋转轴线方向上下蹿动，设置蹿动间隙小于0.03mm。

进行旋压时，两个所述滚压轮4相对于工件旋转轴线对称，所述滚轴41的轴线偏离所述工件旋转轴线的角度为30°~45°。

所述滚压轮4采用高速钢材料制得；所述高速钢为M42钢材。

实施例2

本实施例提供了一种自动旋压设备，如图1~5所示，所述旋压设备包括弹性衬套1、刀座、刀杆2、实施例1所述的滚轮架3和滚压轮4；所述弹性衬套1包括刃瓣11，刃瓣11之间设置有弹性槽12，刃瓣11内开有夹紧孔111、弹性腔112、连接夹紧孔111和弹性腔112的过渡区113；所述滚压轮4包括滚轴41和滚轮42；所述刀杆2的一端与刀座连接，刀杆2的另一端连接有滚轮架3；所述滚轮架3为具有两个对称的凸起31的“Y”型结构，凸起31内分别安装有角接触轴承5和所述滚压轮4；所述角接触轴承5安装于滚轮架3内，如图2和图5所示，图5中，8为轴承安装孔，9为销子安装孔；所述滚压轮4安装于角接触轴承5的内孔中，滚轮42伸出滚轮架3；所述滚轮架3与刀杆2通过销子6活动连接，滚轮架3可绕着连接杆水平摆动。

在销子6与刀杆2之间设置开口挡圈7，开口挡圈7对销子6进行定位。

进行旋压时，两个所述滚压轮4相对于工件旋转轴线对称，所述滚轴41的轴线偏离所述工件旋转轴线的角度为30°~45°。

所述滚压轮4采用高速钢；所述高速钢为M42钢材。

每个所述凸起31内安装有两个角接触轴承5。

每个所述角接触轴承5在所述滚轮架3中可沿着工件旋转轴线方向上下蹿动，设置蹿动间隙小于0.03mm。当每个滚压轮连有两个轴承时，滚压轮的上下蹿动间隙为小于0.06mm。

所述滚轮架3可沿着工件旋转轴线方向上下浮动，所述上下浮动不超过20丝。

对所述弹性衬套1整体依次进行第一次淬火和第一次回火处理；对所述弹性衬套1除所述夹紧孔112和过渡区114所对应的弹性衬套1的部分外依次进行第二次淬火和第二次回火处理。所述第一次淬火处理的温度为1000℃，第一次回火温度为250℃；所述第二次淬火处理的温度为910℃，第二次回火温度为400℃。

对所述弹性衬套1整体依次进行淬火和回火处理；淬火和回火处理后，对所述弹性衬套1除所述夹紧孔112和过渡区114所对应的弹性衬套1的部分外（弹性衬套尾端）进行退火处理。所述第淬火处理的温度为1200℃，回火温度为620℃，可使弹性衬套硬度达到HRC58-62,；所述退火温度为800℃，可使弹性衬套尾端硬度达到HRC45-48。

所述弹性衬套1采用弹簧钢。

在所述刀杆2上设置卡槽，将所述滚轮架3安装于卡槽内，滚轮架3旋转到一定角度时，滚轮架3安装于卡槽内的一段会与卡槽的内壁接触，从而卡槽对滚轮架3进行限位。根据实际工况的需求，可设置卡槽的长度和置入卡槽内的滚轮架的长度，从而控制滚轮架3的绕着销子摆动的角度范围。如图3所示，滚轮架3置于刀杆2的卡槽内。销子6穿过刀杆2和滚轮架3。

本发明科学改进旋压设备中滚轮架的结构，旋压时，滚压轮不是直接与滚轮架接触，而是在滚压轮与滚轮架之间安装有轴承，因而摩擦力较小，产生的摩擦热较少。所述滚轮架为具有两个对称的凸起的“Y”型结构，“Y”型滚轮架通过销子活动安装于刀杆。设置两个对称的凸起，且滚轮架与刀杆活动连接，旋压时，滚轮架会自动定位使工件正好处于两个滚轮之间，不会使工件加工不均匀，加工出来的工件质量优良。本实施例选用四个角接触轴承，滚动摩擦挤压工作温升不超过10°，摩擦总阻力降低了9/10倍，完全解决了上述摩擦力大、摩擦热高，易产生丘状鼓包的问题。

本发明进一步地在现有技术的基础上对弹性衬套材料和物理机械性能进行改进，对滚压轮的材料进行了改进。弹性衬套的改进后，弹性衬套的弹性刚度、卡持扭矩明显提升，抗拉、抗压强度、屈服强度明显提高，完全满足了旋压所需的旋转力矩。对滚压轮的改进使得滚压轮抗压、抗弯、耐磨性大幅提高，表面粗糙度的提高，大大提高了旋压件的表面质量，长期的实验统计总结，本发明的改进使滚压轮的工作寿命提高了近60倍。

本发明通过结构的改进创造性地利用一些间隙使四个滚压轮在旋压时形成一个相互补偿、重复叠加的工作过程：1，滚轮架与刀杆通过销子连接，滚刀架可在水平方向摆动可使滚压轮自动对中被旋压件的中心；2，滚轮架与刀杆槽式间隙联接，滚轮架可沿着工件旋转轴线方向上下浮动，可使滚压轮在滚轮架的上下轻度浮动下进行补偿叠加旋压；3，滚压轮与滚轮架由两个角接触轴承和工件成0.03mm窜动间隙联接，这使单个滚压轮有0.06mm的上下自由滑动的补偿、重复、叠加旋压的机会。本发明所述的自动旋压设备具有2个滚轮架、4个滚压轮、8个角接触轴承，滚压轮可水平移动、上下两个自由度的浮动使相互补偿重复叠加的旋压在有序、无缝中连续完成。本发明所述的装置符合实际应用的需求，使得加工出来的工件质量优良。

实施例3

本实施例提供本发明所述自动旋压设备的一种优选的应用，本实施例使用实施例所述的自动旋压设备将卡圈旋压在管柱助力式转向器中壳体的齿轮轴上，如图6所示的中壳体组合结构示意图。图6中，中壳体组合包括中壳体100、轴承101、卡圈102和齿轮轴103，使用本发明旋压设备可以很好地解决中壳体组合后，轴承101将齿轮轴103紧紧地卡住在中壳体100的安装端面上，使齿轮轴组合在工作状态下，与中壳体100之间没有任何轴向串动和脱位，避免产生异响和管柱助力失效。本发明旋压设备通过旋压的方式将一个环形的卡圈102旋压到齿轮轴的卡圈槽内并延伸，由于本发明科学改进旋压设备中滚轮架的结构，旋压时，滚压轮不是直接与滚轮架接触，而是在滚压轮与滚轮架之间安装有轴承，因而摩擦力较小，产生的摩擦热较少，而且，本发明对弹性衬套材料和物理机械性能以及滚压轮的材料进行改进后，弹性衬套完全满足旋压所需的旋转力矩，滚压轮抗压、抗弯、耐磨性、表面粗糙度的显著提高，大大提高了旋压件的表面质量，结构上的进一步改进保障了本发明设备在完成旋压工作时可以良好地形成一个相互补偿、重复叠加机制，保障卡圈102不仅紧紧抱住齿轮轴103而且从轴向的两端由延伸的体积将输入轴齿轮轴组合及轴承101、中壳体100端面有力地撑紧，达到即到位又固定还锁紧的目的。大量实际应用的实验证明，使用本发明旋压设备旋压出来的成品率高，质量优良。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的包含范围之内。

Claims (10)

1.一种滚轮架，其特征在于，所述滚轮架为具有两个对称的凸起的“Y”型结构，凸起内分别安装有轴承和滚压轮；所述滚压轮包括滚轴和滚轮；所述轴承安装于滚轮架内，所述滚压轮安装于轴承的内孔中，滚轮伸出滚轮架。

2.根据权利要求1所述滚轮架，其特征在于，每个所述凸起内安装有两个轴承。

3.根据权利要求1所述滚轮架，其特征在于，所述轴承为滚动轴承。

4.根据权利要求1所述滚轮架，其特征在于，所述滚压轮采用高速钢材料制得；优选所述高速钢为M42钢材。

5.一种自动旋压设备，所述旋压设备包括弹性衬套、刀座和刀杆；所述弹性衬套包括刃瓣，刃瓣之间设置有弹性槽，刃瓣内开有夹紧孔、弹性腔和连接夹紧孔和弹性腔的过渡区；其特征在于，还包括权利要求1~4任一项所述的滚轮架；所述刀杆的一端与刀座连接，刀杆的另一端连接有滚轮架；所述滚轮架与刀杆通过连接杆活动连接，滚轮架可绕着连接杆水平摆动。

6.根据权利要求5所述自动旋压设备，其特征在于，所述滚轮架可沿着工件旋转轴线方向上下浮动，所述上下浮动不超过20丝。

7.根据权利要求5所述自动旋压设备，其特征在于，每个所述轴承在所述滚轮架中可沿着工件旋转轴线方向上下蹿动，设置蹿动间隙小于0.03mm。

8.根据权利要求5所述自动旋压设备，其特征在于，对所述弹性衬套整体依次进行淬火和回火处理；淬火和回火处理后，对所述弹性衬套除所述夹紧孔和过渡区所对应的弹性衬套的部分外进行退火处理。

9.根据权利要求8所述自动旋压设备，其特征在于，所述淬火温度为1100℃~1200℃，回火温度为600℃~700℃；所述退火温度为750℃~850℃。

10.权利要求5至9任一项所述自动旋压设备的应用，其特征在于，所述自动旋压设备用于将卡圈旋压在管柱助力式转向器中壳体的齿轮轴上。