CN107552701B - 一种带电塑性装置的辊锻成形设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带电塑性装置的辊锻成形设备，该成形设备包括辊锻机、机械手夹具和电塑性装置，在常规辊锻机上加入了电塑性装置，所述电塑性装置包括第一电极和第二电极，第一电极安装在第一、二机架上，第二电极安装在机械手夹具上，使第一电极、工件和第二电极形成一个电回路。在进行辊锻成形时，电流会通过工件的内部，形成一个回路，这样就可以减少辊锻过程中材料的变形抗力，使所需要的辊锻力减少，提高材料的塑性，在一定程度上改善制品的组织性能。在成形过程中，减少冷加工的软化退火工序，省去加热设备，节能省源，减少工艺，能显著提高生产效率。本发明结构简单合理、操作方便且生产效率高。

Description

一种带电塑性装置的辊锻成形设备

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，尤其是涉及一种带电塑性装置的辊锻成形设备。

背景技术

辊锻技术是应用连续局部变形原理，利用轧制的方法来制造辊锻件的。辊锻机作为一种大型设备，与其它锻压设备一样基本特点是作用力大，和锻造方法相比，辊锻工艺有着生产率高、节约金属材料、锻件质量好和劳动条件好等优点，易于实现自动化和机械化。因而辊锻机已成为锻压行业中的首选设备。现阶段，辊锻机在动力机械、农业机械、工具以及日用制造等工业部门中均越来越受重视，具有非常大的市场前景。现有的辊锻方式分为冷辊锻和热辊锻，从金属学的角度来看，冷辊锻是在金属再结晶温度以下进行成形的工艺，通常成形尺寸较小和变形阻力较小的物料。热辊锻为在金属再结晶温度之上进行成形的辊锻工艺，将需要成形的物料加热，使其具有一定的温度后，进行辊锻成形，这种辊锻方式可以成形尺寸较大和在冷辊锻成形较为困难的物料。

在实际生产应用中，会遇到变形抗力大、尺寸较小的物料，这种物料如果采用热辊锻成形的方式，不仅加工效率低，在热辊锻的过程中，由于物料表面的氧化，还会造成物料的浪费，并且物料表面温度高，会给操作人员带来一定的危险性。除此之外，通常尺寸较小的零件，需要的加工精度就较高，由于成形物料的热胀冷缩，会影响锻件的尺寸精度；在高温下作业，不仅对辊锻机锻辊的材料要求较高，并且对两侧轴承的密封以及工作条件的要求也较高，以及后续的维护费用也会增加，增加生产成本。

电塑性效应是指材料(包括各种金属材料和超导材料等)在运动电子(电流或电场)的作用下，变形抗力急剧下降，塑性明显提高的现象。电塑性加工不仅可以降低普通材料的变形抗力，提高模具寿命，改善产品表面质量，提高成材率，还可大幅度增加材料的成形极限，适用于难变形材料和异形件等产品。在成形过程中，减少冷加工的软化退火工序，省去加热设备，节能省源，减少工艺，能显著提高生产效率。

发明内容

本发明旨在提供一种设备简单、操作方便、结构合理、生产效率高、可以在不用加热的前提下，对变形抗力较高或塑性较低的材料进行辊锻成形的带电塑性装置的辊锻成形设备。本发明是通过改变常规辊锻机的结构，并在其基础上加入了一种使脉冲电流在辊锻过程中通过工件的电塑性装置，且该装置可以最大程度的利用脉冲电流的效能，减少其在非工作部分的耗损。

本发明的具体方案如下：

一种带电塑性装置的辊锻成形设备，包括辊锻机、机械手夹具和电塑性装置；所述辊锻机包括第一机架、第二机架、第一上横梁、第二上横梁、第一下横梁、第二下横梁、上锻辊、下锻辊、上锻模、下锻模、第一上轴承座、第二上轴承座、第一下轴承座、第二下轴承座、第一径向调节装置、第二径向调节装置、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第一预应力弹簧和第二预应力弹簧；第一机架和第二机架通过第一上横梁、第二上横梁、第一下横梁和第二下横梁固定连接为一个整体；上锻辊通过第一上轴承座和第二上轴承座安装在第一、第二机架之间，每个轴承座内均有两个圆锥滚子轴承，上锻辊置于轴承内；在上锻辊下部，下锻辊通过第一下轴承座和第二下轴承座安装在第一、第二机架之间；每个轴承座内均有两个圆锥滚子轴承，下锻辊置于轴承内；上锻模和下锻模分别套装在上锻辊和下锻辊的同一相对位置；第一传动齿轮和第二传动齿轮相互啮合分别安装固定在上锻辊和下锻辊的同侧端部；在第一上、下轴承座之间设置有第一预应力弹簧，在第二上、下轴承座之间设置有第二预应力弹簧；在第一上轴承座上部安装有第一径向调节装置，在第二上轴承座上部安装有第二径向调节装置；第一、二下轴承座与第一、二下横梁之间设置有定位块；所述机械手夹具安装在上锻辊和下锻辊的一侧且位于上锻模和下锻模的正对面，所述机械手夹具用于夹持所需要成形的工件，所述机械手夹具能够作旋转、左右和往复进给运动；所述电塑性装置包括第一电极和第二电极，第一电极安装在第一、二机架上，第二电极安装在机械手夹具上，使第一电极、工件和第二电极形成一个电回路。

所述电塑性装置的第一电极包括电极固定架和L型导电棒，其中电极固定架为加工有螺纹孔的圆柱体，其两侧为对称分布的圆柱型支架，支架上端设置了具有螺纹孔的矩形平板，通过螺钉分别连接固定在第一、二机架上；L型导电棒的长部端加工有螺纹配合安装在电极固定架上，L型导电棒的短部端与上锻模设计的凹槽形成滑动摩擦接触配合关系；所述电塑性装置的第二电极包括导电线圈和导电棒，其中导电线圈下端设置有支架固定到机械手夹具平台上，导电棒设置在机械手夹具的夹持部分，其中导电棒端部加工有螺纹，配合安装在夹持部分的螺纹孔中，在机械手夹具旋转的同时，导向棒与导电线圈为滑动摩擦接触配合关系；从第一电极的电极固定架经L型导电棒、上锻模、工件到第二电极的导电棒和第二电极的导电线圈形成一个电回路。将设置在第一、二机架上和机械手夹具上的第一、二电极接通电源后，一方面通过导电线圈和导电棒的作用，使得机械手夹具夹持部分夹持的待辊锻工件经过的电流，另一方面可以通过L型导向棒将电流传入到上锻模上，这样就使工件内部流过电流，从而实现电塑性辊锻功能。

由于采用上述技术方案，本发明提供的一种带电塑性装置的辊锻成形设备，与现有技术相比具有这样的有益效果:

本发明在常规辊锻机上加入了电塑性装置，通过在机架和机械手夹具上设置的电塑性装置，在进行辊锻成形时，电流会通过工件的内部，形成一个回路，这样就可以减少辊锻过程中材料的变形抗力，使所需要的辊锻力减少，提高材料的塑性，在一定程度上改善制品的组织性能，同时也能避免加热和热处理的诸多不足，节约资源，降低生产成本。

本发明在不用加热的前提下，对变形抗力较高或塑性较低的材料以及尺寸较小的物料进行辊锻成形时，通过给工件加入脉冲电流，使工件材料(包括各种金属材料和超导材料等)在运动电子(电流或电场)的作用下，变形抗力急剧下降，塑性明显提高的现象，降低了材料的变形抗力，提高模具寿命，改善产品表面质量，提高成材率，还可大幅度增加材料的成形极限，适用于难变形材料和异形件等产品。在成形过程中，减少冷加工的软化退火工序，省去加热设备，节能省源，减少工艺，能显著提高生产效率。本发明结构简单合理、操作方便且生产效率高。

附图说明

图1为本发明的三维结构示意图；

图2为本发明的另一角度的三维结构示意图；

图3为本发明的局部剖视示意图；

图4为本发明的上、下锻辊结构示意图；

图5为本发明的垫块结构示意图；

图6为本发明的定位块结构示意图；

图7为本发明的上、下锻模结构示意图；

图8为本发明的第一、二上横梁结构示意图；

图9为本发明的第一、二下横梁结构示意图；

图10为本发明的上、下轴承盖结构示意图；

图11为本发明的电塑性装置的第二电极结构示意图；

图12为本发明的电塑性装置的第一电极结构示意图；

图13为本发明的机械手夹具示意图。

图中：1-1.第一机架，1-2.第二机架，2-1.第一下横梁，2-2.第二下横梁，3-1.第一上横梁，3-2.第二上横梁，4.垫块，5.定位块，6.平键，7.下锻辊，8-1.第一下轴承座，8-2.第二下轴承座，9.轴承，10.上锻辊，11-1.第一上轴承座，11-2.第二上轴承座，12.上锻模，13-1.第一预应力弹簧，13-2.第二预应力弹簧，14-1.第一径向调节装置，14-2.第二径向调节装置，15.下轴承盖，16.上轴承盖，17.固定板，18.下锻模，19-1.第一传动齿轮，19-2.第二传动齿轮，20.机械手夹具，21.电极固定架，22.L型导电棒，23.导电线圈，24.导电棒。

具体实施方式

以下结合附图对发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明的一种带电塑性装置的辊锻成形设备，图1和图2所示为本发明的电塑性辊锻机的三维示意图，图3所示为本发明的局部剖视示意图；其中两个尺寸结构相同的第一机架1-1和第二机架1-2通过第一、二下横梁2-1、2-2和第一、二上横梁3-1、3-2通过螺栓连接固定使之成为一个整体，其中第一、二下横梁2-1、2-2上均加工有凹槽，图9所示为第一、二下横梁结构示意图，凹槽的尺寸与定位块5的尺寸相对应，如图6所示，定位块5上面设有一个凹槽，凹槽尺寸和在其上面设置的平键6的尺寸相同，除此之外，第一、二下轴承座8-1、8-2下面加工有和定位块5上的尺寸相同的凹槽，通过平键的作用将第一、二下轴承座和其下的定位块5相对固定的位置；上、下锻辊结构示意图如图4所示，下锻辊7通过轴承9和第一、二下轴承座8-1、8-2配合安装，其中在下锻辊7的尺寸和所选用的轴承内径尺寸相同的位置安装轴承9，轴承9的外径和第一、二下轴承座8-1、8-2加工的通孔相等，第一、二下轴承座8-1、8-2外侧分别安装有下轴承盖15，上、下轴承盖结构示意图如图10所示，其中两个下轴承盖的尺寸相同，中间加工有通孔，通孔的尺寸为下锻辊7伸出辊锻机外部阶梯轴的直径，固定板17通过螺栓连接固定到第一、二机架1-1、1-2上，通过固定板17和第一、二下轴承座8-1、8-2的作用下，使得下锻辊7在水平方向上不再移动；在第一、二下轴承座8-1、8-2上表面的两侧加工有两个盲孔，目的是用于安装第一、二预应力弹簧13-1、13-2，预应力弹簧的作用能够提高第一、二机架1-1、1-2整体的刚度；第一、二上轴承座11-1、11-2下表面也加工有配合安装第一、二预应力弹簧13-1、13-2的盲孔，其尺寸和第一、二下轴承座8-1、8-2加工的盲孔尺寸相同，第一、二上轴承座11-1、11-2加工有通孔，通孔的尺寸是根据选用的轴承来确定的，而轴承的型号是根据和轴承配合的上锻辊10的阶梯轴的尺寸决定的，通过轴承9、第一、二上轴承座11-1、11-2、上锻辊10和固定板17的配合作用下，可以使上锻辊10水平方向上不再发生移动；第一、二上轴承座11-1、11-2和第一、二机架1-1、1-2之间设置有第一、二径向调节装置14-1、14-2，所述第一、二径向调节装置14-1、14-2为在第一、二上轴承座11-1、11-2上表面加工的圆柱形凸台上和螺杆固定连接；图8所示为第一、二上横梁结构示意图，第一、二上横梁3-1、3-2加工有和螺杆尺寸相配合的螺纹孔，通过螺杆的旋转运动带动第一、二上轴承座11-1、11-2上下运动，从而能带动上锻辊10上下运动，来调整上锻辊10与下锻辊7之间的距离；上锻模12和下锻模18分别套装在上锻辊10和下锻辊7的同一相对位置，图7所示为上、下锻模结构示意图；第一传动齿轮19-1和第二传动齿轮19-2相互啮合分别安装固定在上锻辊10和下锻辊7的同侧端部。

图13所示为机械手夹具20示意图，所述机械手夹具20安装在上锻辊10和下锻辊7的一侧且位于上锻模12和下锻模18的正对面，所述机械手夹具20用于夹持所需要成形的工件，所述机械手夹具20能够作旋转、左右和往复进给运动。

电塑性装置包括第一电极和第二电极两部分，图12所示为电塑性装置的第一电极结构示意图，其中第一电极设置在上锻模12上，第一电极包括电极固定架21和L型导电棒22，L型导电棒22一端伸入上锻模12的凹槽内并保持接触，L型导电棒22通过螺纹连接固定到电极固定架21上，电极固定架21的结构为圆柱体并且在圆柱体对称的两侧设置有圆柱型支架，支架上端设置有两侧对称的矩形平板，其中矩形平板的四个角上加工有螺纹孔，通过螺栓连接固定到第一、二机架1-1、1-2上，圆柱体中心部位加工有螺纹孔，L型导电棒22与圆柱体轴向平行的部分加工有螺纹，用以和圆柱体的螺纹孔相配合，达到固定L型导电棒22的作用；图11所示为电塑性装置的第二电极结构示意图，第二电极设置在机械手夹具20上，第二电极包括导电线圈23和导电棒24；在机械手的夹持部分加工有螺纹孔，在导电棒24的一端加工有一端螺纹，配合安装在机械手夹具夹持部分的螺纹孔内，在机械手夹具的平台上设置有导电线圈23，导电线圈23的一侧设置有接线柱，在导电线圈23的下部设置有对称的两个圆柱型支架，支架下面设置有加工螺纹孔的矩形平板，通过螺纹连接固定到机械手夹具20的平台上。

所述辊锻成形设备主要包括第一机架、第二机架、径向调整机构、辊锻锻辊系、电塑性装置和传动装置等。第一、二机架为结构和尺寸相同的两部分，两部分通过第一上横梁、第二上横梁和第一下横梁、第一下横梁螺栓连接为一个整体，在第一、二下横梁上面配合安装垫块，垫块的作用使可以根据不同的实际情况通过改变垫块的高度，来配合驱动装置的位置，同时还可以起到支撑作用；垫块上面配合安装第一、二下轴承座，其中第一、二下轴承座为中心加工有通孔的长方体，其中通孔的尺寸是根据和下锻辊相配合安装轴承的外径尺寸，将两个尺寸相同、型号一致的轴承置于第一、二下轴承座内，将下锻辊直径尺寸相同的部分安装在轴承内部，下锻辊为阶梯形式，其中直径最大的端面与第二下轴承座的一面重合，第一、二下轴承座外端面和轴承盖为螺纹连接，其中两个下轴承盖上加工有圆形通孔，其目的是将下锻辊需要连接外部零件的部分伸出轴承座，其中一端是为了连接第一传动齿轮，另一端是与驱动装置相连；第一、二下轴承座用固定板螺栓连接到第一、二机架上，这样就可以保证下锻辊不再发生水平移动，在第一、二下轴承座和第一、二上轴承座之间设置有第一、二预应力弹簧，可以增加轴承座的刚度；第一、二上轴承座的结构和第一、二下轴承座相同，其中通孔的尺寸为配合上锻辊的轴承外径的尺寸，上固定板通过螺栓连接使第一、二上轴承座水平方向上不再移动，第一、二上轴承座和第一、二机架顶端设置有第一、二径向调节装置，其作用是可以调整上、下锻辊的平行度以及根据锻件的实际尺寸来调整上、下锻辊之间的距离，第一、二径向调节装置是通过螺杆和加工有螺纹孔的第一、二上轴承座配合作用可以在下锻辊固定之后调整上锻辊可以使上、下锻辊之间的距离达到满足要求的距离。

电塑性装置分为设置在机架上的第一电极和设置在机械手夹具上的第二电极，其中设置在机架上的第一电极为电极固定架和L型导电棒，电极固定架固定到机架上，L型导电棒和电极固定架上的空心圆柱配合安装，L型导电棒的一端和锻模设计的凹槽相配合；设置在机械手夹具上的第二电极为导电棒和导电线圈，导向线圈设置在机械手夹具的平台上，在机械手夹具旋转的同时，导向棒和导电线圈为滑动摩擦接触。将设置在机架上第一电极和设置在机械手夹具上的第二电极接通电源后，一方面通过导电线圈和导电棒的作用，使得机械手夹具夹持部分夹持的待辊锻工件经过的电流，另一方面通过L型导向棒将电流传入到锻模上，这样就使工件内部流过电流，实现电塑性辊锻功能。

本发明的辊锻机工作过程大致如下：将需要成形的工件用机械手夹具夹持之后，在上、下锻辊进行速度相同、方向相反的圆周运动时，将工件送入两锻辊之间进行成形，其中机械手夹具可以进行旋转、左右和往复进给运动，可以对工件进行不同角度、不同位置的成形，可以加工复杂零件的成形。在机械手夹持的部分设置有电塑性装置，将导电线圈上设置的接线柱接上电源，通过导电线圈连接的导电棒将电流传递到机械手夹具的夹持部分，机架上设置有电塑性装置，将电源连接到L型导电棒上，电流可以从L型导电棒上传递到锻模上，在工件被送到两个锻辊中间和锻模接触时，就可以使电源、机械手夹具上设置的电塑性装置、工件和机架上设置的电塑性装置形成一个回路，就可以在工件中有电流的情况下，进行辊锻成型。

Claims (1)

1.一种带电塑性装置的辊锻成形设备，所述辊锻成形设备包括辊锻机、机械手夹具；所述辊锻机包括第一机架、第二机架、第一上横梁、第二上横梁、第一下横梁、第二下横梁、上锻辊、下锻辊、上锻模、下锻模、第一上轴承座、第二上轴承座、第一下轴承座、第二下轴承座、第一径向调节装置、第二径向调节装置、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第一预应力弹簧和第二预应力弹簧；第一机架和第二机架通过第一上横梁、第二上横梁、第一下横梁和第二下横梁固定连接为一个整体；上锻辊通过第一上轴承座和第二上轴承座安装在第一、第二机架之间，每个轴承座内均有两个圆锥滚子轴承，上锻辊置于轴承内；在上锻辊下部，下锻辊通过第一下轴承座和第二下轴承座安装在第一、第二机架之间；每个轴承座内均有两个圆锥滚子轴承，下锻辊置于轴承内；上锻模和下锻模分别套装在上锻辊和下锻辊的同一相对位置；第一传动齿轮和第二传动齿轮相互啮合分别安装固定在上锻辊和下锻辊的同侧端部；在第一上、下轴承座之间设置有第一预应力弹簧，在第二上、下轴承座之间设置有第二预应力弹簧；在第一上轴承座上部安装有第一径向调节装置，在第二上轴承座上部安装有第二径向调节装置；第一、二下轴承座与第一、二下横梁之间设置有定位块；所述机械手夹具安装在上锻辊和下锻辊的一侧且位于上锻模和下锻模的正对面，所述机械手夹具用于夹持所需要成形的工件，所述机械手夹具能够作旋转、左右和往复进给运动；其特征在于：所述辊锻成形设备还包括电塑性装置，所述电塑性装置包括第一电极和第二电极，第一电极安装在第一、二机架上，第二电极安装在机械手夹具上，使第一电极、工件和第二电极形成一个电回路；所述电塑性装置的第一电极包括电极固定架和L型导电棒，其中电极固定架为加工有螺纹孔的圆柱体，其两侧为对称分布的圆柱型支架，支架上端设置了具有螺纹孔的矩形平板，通过螺钉分别连接固定到第一、二机架上；L型导电棒的长部端加工有螺纹配合安装在电极固定架上，L型导电棒的短部端与上锻模设计的凹槽形成滑动摩擦接触配合关系；所述L型导电棒的短部端深入到所述上锻模设计的凹槽中，并与其内壁面保持接触；所述电塑性装置的第二电极包括导电线圈和导电棒，其中导电线圈下端设置有支架固定到机械手夹具平台上，导电棒设置在机械手夹具的夹持部分，其中导电棒端部加工有螺纹，配合安装在夹持部分的螺纹孔中，所述导电棒穿过所述导电线圈且与所述导电线圈的内壁面保持接触，在机械手夹具旋转的同时，导向棒与导电线圈为滑动摩擦接触配合关系；从第一电极的电极固定架经L型导电棒、上锻模、工件到第二电极的导电棒和第二电极的导电线圈形成一个电回路。

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