CN105689607A - 一种超声辅助齿轮径向轧制成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明设计一种超声辅助齿轮径向轧制成形的装置，主要解决径向轧制力大、轧轮磨损快、轧轮寿命较低等问题。本发明装置由电动机(1)、皮带(2)、皮带轮(3)、传动轴(4)、径向进给液压缸(5)、换能器(6)、波导杆(7)、轧轮(8)、齿坯(9)、电磁感应线圈(10)、顶尖装置(11)、送料液压缸(12)、超声发生器(13)、轧轮支座(14)、蜗杆(15)、电磁加热控制器(16)、主动轴(17)和蜗轮(18)构成，其中，超声振动系统的波导杆(7)与轧轮支座(14)采用螺杆预紧方式连接。根据齿坯材质及不同的成形方式，决定是否对齿坯加热和交变电流大小、超声振动频率与轧轮轧制方式实现齿轮径向超声精密轧制成形，本发明不但能有效减小轧制力，增加轧轮寿命，而且也能减小轮齿表面粗糙度，提高加工效率。

Description

一种超声辅助齿轮径向轧制成形装置

技术领域

本发明属于齿轮加工成形的技术领域，涉及一种超声辅助齿轮径向轧制成形装置。

背景技术

齿轮是机械传动系统的核心部件，是高端机械产品与装备不可缺少的零件，其机械性能直接决定了齿轮的承载能力和服役寿命。对齿轮的生产长期以来都是采用插、滚、铣等机械加工方法，但是这些传统加工方式存在着对材料利用率不高、加工耗时长、齿轮组织流线分布不理想及齿面强度不高等问题。锻造、挤压、摆碾等齿轮塑性成形方法存在变形力过大、成形齿轮齿廓不精确、金属填充性不好、模具寿命低及成形后脱模困难等缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种超声辅助齿轮径向轧制成形装置，可有效减小变形抵抗力、大大提高加工效率和增强轧轮寿命。

本发明是这样实现的：本发明所提出的超声辅助齿轮径向轧制成形装置的结构如图1所示，由动力及传动系统、径向进给系统、送料系统、电感加热系统和超声波振动系统组成。所述的动力及传动系统主要包括电动机1、皮带2、皮带轮3、传动轴4、蜗杆15、主动轴17及蜗轮18。在主动轴17上加工两个滑槽，蜗杆15加工成圆筒状，两者通过滑键连接，如图2所示，使得蜗杆15能沿着主动轴17的轴线来回移动，最终实现径向进给运动。

所述送料系统主要包括顶尖装置11和送料液压缸12两部分。送料液压缸12将顶尖装置11固定好的齿坯9推送至两轧轮8之间的相应位置，以便后续齿轮加热及径向轧制工艺的顺利实现。

所述电感加热系统主要包括电磁感应线圈10和电磁加热控制器16。当送料系统将齿坯9推送至电磁感应线圈10的加热区域，电磁加热控制器16开始通电工作，电磁感应线圈10发出高频磁场，磁场中的高频磁力线使齿坯9自身发热，最终达到加热齿坯表面的目的，如图3所示。

所述超声波振动系统主要包括超声发生器13、换能器6和波导杆7。超声发生器13通过绝缘导线与换能器6的接线柱相连，换能器6与波导杆7采用螺纹连接，而波导杆7与轧轮支座14则通过螺杆预紧来连接。

所述径向进给系统主要包括径向进给液压缸5、换能器6及波导杆7、轧轮8和轧轮支座14。径向进给液压缸5的活塞杆与换能器6固连在一起，通过液压缸活塞杆的伸缩来实现轧轮的径向进给运动。

本发明超声辅助齿轮径向轧制成形装置的工作方法：首先，送料系统将齿坯9推送至两轧轮8之间的电磁感应线圈10的加热区域，电感加热系统开始对旋转的齿坯9进行表面加热。待加热至一定温度后，电动机1通过皮带2带动主动轴17上的皮带轮3旋转，与主动轴17滑键连接的蜗杆15带动蜗轮18转动，使得轧轮8开始旋转。同时，径向进给液压缸5开始工作，实现轧轮8的径向进给运动，而且，超声振动系统对轧轮支座14施加超声机械振动，最终，将电感加热和超声振动辅助成形工艺与齿轮径向轧制成形工艺相结合，实现超声辅助齿轮径向轧制成形的加工方法。

由于超声波加工主要通过带有超声频小振幅振动的轧轮对加工齿坯表面形成冲击作用，使得表面材料所承受的宏观力较小，同时，热成形能有效降低轧制变形的抵抗力，因此，本发明的优点及积极效果如下：

1.轧轮承受的轧制力较小，轮齿与齿坯之间的摩擦力也较小；

2.轧制后的齿坯轮齿表面粗糙度减小；

3.加工效率提高，轧轮寿命增加。

说明附图

图1是超声辅助齿轮径向轧制成形装置结构图

其中，1—电动机，2—皮带，3—皮带轮，4—传动轴，5—径向进给液压缸，6—换能器，7—波导杆，8—轧轮，9—齿坯，10—电磁感应线圈，11—顶尖装置，12—送料液压缸，13—超声发生器，14—轧轮支座，15—蜗杆，16—电磁加热控制器17—主动轴，18—蜗轮

图2是蜗杆与主动轴滑键连接示意图

其中，1—键，2—主动轴，3—蜗杆

图3是电磁感应线圈布置图

其中，1—轧轮，2—齿坯，3—电磁感应线圈

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更清楚表达，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

本发明所提出的超声辅助齿轮径向轧制成形装置如图1所示，主要由动力及传动系统、径向进给系统、送料系统、电感加热系统和超声波振动系统组成。所述动力及传动系统主要包括电动机1、皮带2、皮带轮3、传动轴4、蜗杆15、主动轴17和蜗轮18。电动机1通过皮带2带动皮带轮3转动，接着，主动轴17带动蜗杆15和蜗轮18旋转，进而带动传动轴4上的轧轮8实现转动轧制过程。在轧轮8需要径向进给时，与主动轴17滑键连接的蜗杆15则沿着主动轴轴线方向来回移动，如图2所示，使得径向进给运动顺利完成。

所述送料系统主要包括和顶尖装置11和送料液压缸12两个部分。当齿坯9被夹持在顶尖装置11上后，送料液压缸12开始工作，活塞杆推动顶尖装置11，使得齿坯9被送至轧轮8之间的相应位置等待加热及轧制。

所述电感加热系统主要包括感应线圈10和电磁加热控制器16。当送料系统将齿坯9推送至两轧轮8之间的电磁感应线圈10的加热区域，电磁加热控制器16开始通电工作，电磁感应线圈10发出高频磁场，磁场中的高频磁力线使齿坯9自身发热，最终达到加热齿坯表面的目的。

所述超声波振动系统主要包括超声发生器13、换能器6和波导杆7。超声发生器13通过绝缘导线与换能器6的接线柱相连，换能器6与波导杆7采用螺纹连接，而波导杆7与轧轮支座14则通过螺杆预紧来连接。

所述径向进给系统主要包括进给液压缸5、换能器6、波导杆7、轧轮8和轧轮支座14。当径向进给液压缸5开始工作时，活塞杆外伸推动换能器6、波导杆7、轧轮支座14和轧轮8靠近齿坯9，给齿坯9施加径向载荷，使得齿坯9发生塑形变形，最终轧制成形为齿轮。

其实施过程如下：首先，齿坯9通过顶尖装置11夹持固定，再在送料液压缸12作用下被推到相应的加热及轧制位置，电感加热系统开始对齿坯9进行加热；待齿坯9表面加热到一定温度后，电动机1通过皮带2带动皮带轮3转动，接着，主动轴17带动蜗杆15和蜗轮18旋转，进而带动传动轴4上的轧轮8实现转动；同时，径向进给液压缸5开始工作，活塞杆外伸推动换能器6、波导杆7、轧轮支座14和轧轮8靠近齿坯9，给齿坯9施加径向载荷，使得齿坯9发生塑形变形，而且，超声发生器13给换能器6发出超声信号，换能器6将得到的超声信号转换为一定频率的超声机械振动，进而传递给波导杆7，最终传到齿坯9的齿面。齿坯9在旋转的同时，还做超声机械振动及电感加热，再经轧轮8的啮合轧制、进给组合运动完成齿轮加热及超声径向轧制加工。

需要进一步说明的是，本发明实例提供的超声辅助齿轮径向轧制成形装置不局限于具体尺寸、结构形式，可以根据理论研究和实际生产需要进行改变和冷热成形方式的转变。以上所述，仅是本发明的一个实例而已，不是对本发明作任何限制。任何熟悉本领域的技术人员，可以根据上述原理，对本发明进行修改、修饰或者结构变化产生等效实例；因此，任何未脱离本发明所采用的原理和技术方案的结构，均属于本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种超声辅助齿轮径向轧制成形装置，其特征是：由动力及传动系统、径向进给系统、送料系统、电感加热系统和超声波振动系统组成。所述动力及传动系统主要包括电动机(1)、皮带(2)、皮带轮(3)、传动轴(4)、蜗杆(15)、主动轴(17)和蜗轮(18)。电动机(1)通过皮带(2)带动皮带轮(3)转动，接着，主动轴(17)带动蜗杆(15)和蜗轮(18)旋转，进而带动传动轴(4)上的轧轮(8)实现转动轧制功能。在轧轮(8)需要径向进给时，与主动轴(17)滑键连接的蜗杆(15)则沿着主动轴轴线方向来回移动，使得径向进给运动顺利完成。

所述送料系统主要包括顶尖装置(11)和送料液压缸(12)两个部分。当齿坯(9)被夹持在顶尖装置(11)上后，送料液压缸(12)开始工作，活塞杆推动顶尖装置(11)，使得齿坯(9)被送至轧轮(8)之间相应的加热区域，等待被加热及轧制。

所述电感加热系统主要由电磁感应线圈(10)及其电磁加热控制器(16)构成。当送料系统将齿坯(9)推送至两轧轮(8)之间的加热位置，电磁加热控制器(16)开始通电工作，电磁感应线圈(10)发出高频磁场，磁场中的高频磁力线使齿坯(9)自身发热，最终达到加热齿坯表面的目的。

所述超声波振动系统主要包括超声发生器(13)、换能器(6)和波导杆(7)。超声发生器(13)通过绝缘导线与换能器(6)的接线柱相连，换能器(6)与波导杆(7)采用螺纹连接，而波导杆(7)与轧轮支座(14)则通过螺杆预紧来连接。

所述径向进给系统主要包括径向进给液压缸(5)、换能器(6)、波导杆(7)、轧轮(8)和轧轮支座(14)。当径向进给液压缸(5)开始工作时，活塞杆外伸推动换能器(6)、波导杆(7)、轧轮支座(14)和轧轮(8)靠近齿坯(9)，给齿坯(9)施加径向载荷，使得齿坯(9)发生塑形变形，最终轧制成形为齿轮。

2.根据权利要求1所述的一种超声辅助齿轮径向轧制成形装置，其特征是：所述齿坯形式可以为中厚圆盘齿坯或者短粗圆柱齿坯。

3.根据权利要求1所述的一种超声辅助齿轮径向轧制成形装置，其特征是：所述蜗杆(15)与主动轴(17)采用滑键连接方式。

4.权利要求1所述超声辅助齿轮径向轧制成形装置的工作方法，其特征是：齿坯(9)先通过顶尖装置(11)夹持固定，再在送料液压缸(12)作用下被推到相应的加热及轧制位置，电磁感应线圈(10)开始对齿坯(9)进行加热；待齿坯表面加热到一定温度后，电动机(1)通过皮带(2)带动皮带轮(3)转动，接着，主动轴(17)带动蜗杆(15)和蜗轮(18)旋转，进而带动传动轴(4)上的轧轮(8)实现转动；同时，径向进给液压缸(5)开始工作，活塞杆外伸推动换能器(6)、波导杆(7)、轧轮支座(14)和轧轮(8)靠近齿坯(9)，给齿坯(9)施加径向载荷，使得齿坯(9)发生塑形变形，而且，超声发生器(13)给换能器(6)发出超声信号，换能器(6)将得到的超声信号转换为一定频率的超声机械振动，进而传递给波导杆(7)，最终传到齿坯(9)的齿面。齿坯(9)在旋转的同时，还做超声机械振动和电感加热，再经轧轮(8)的啮合轧制、进给组合运动完成齿轮加热及超声径向轧制加工。