CN107952810B - 外花键轴冷挤压精确成形装置及成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外花键轴冷挤压精确成形装置及成形方法，其装置包括水平且同轴设置的主轴、花键轴和顶盘，所述花键轴套在主轴上，与主轴固定连接且能随主轴同步旋转；所述花键轴外壁设有一段用于挤压出外花键形状的加工区域，所述外花键在花键轴圆周方向上均匀分布，且每个外花键沿花键轴长度方向设置；所述加工区域两侧对称设有一飞轮，所述飞轮外壁设有滚轮。本发明解决了花键轴类产品花键冷挤压的高效成形问题。本发明在花键冷挤压成形设备上，通过两个分别沿各自特定轴线做回转运动的滚轮，逐点挤压工件，从而逐步挤压出工件的花键外形，成形效率和成形精度高，成形过程中不产生铁屑，成形后齿形已达到使用状态，材料利用率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种外花键成形装置及成形方法，尤其涉及一种外花键轴冷挤压精确成形装置及成形方法。
背景技术
花键在机床、汽车等机械行业的应用非常广泛，是一种重要的机械传动方式。
常见的花键加工方式有常规的拉削加工、铣削加工、滚齿加工、磨削加工等切削加工方式和精密铸造、锻造等加工方式。常规的切削加工方式精度高、但是加工效率低，另外切削加工材料纤维流线被切断，抗疲劳冲击性能较弱；铸造成型需要靠模具精度保证，而且黑色金属的铸造由于铸造本身工艺的限制，易出现材质疏松等缺陷，产品不适用于复杂交变载荷环境；锻造挤压成型对设备吨位要求高，通常需要对坯料进行加热，能耗高。另外锻造挤压成型模具所承受的挤压强度高，使用寿命较短。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，成形效率和成形精度高的外花键轴冷挤压精确成形装置及成形方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种外花键轴冷挤压精确成形装置，包括水平且同轴设置的主轴、花键轴和顶盘，所述花键轴套在主轴上，与主轴固定连接且能随主轴同步旋转；
所述花键轴外壁设有一段用于挤压出外花键形状的加工区域，所述外花键在花键轴圆周方向上均匀分布，且每个外花键沿花键轴长度方向设置；
所述加工区域两侧对称设有一飞轮，所述飞轮水平设置，且其转轴竖直设置，所述飞轮的转轴还连接一个二维平移机构，所述二维平移机构能带动飞轮的转轴在水平面上运动；
所述飞轮外壁中部对称设有数个水平的凹槽，凹槽内分别设有一水平的滚轮，所述滚轮外壁设有与待挤压的外花键形状匹配的外型面，所述滚轮的转轴竖直设置并与飞轮旋转连接，且滚轮的外型面能从飞轮中露出；
还包括一控制器，所述主轴、飞轮和二维平移机构均与控制器连接，由控制器控制其转动。
作为优选：所述凹槽为两个，花键轴与主轴固定连接具体为：主轴上固定有卡盘，花键轴卡盘主轴连接。
一种外花键轴冷挤压精确成形方法，包括以下步骤：
（1）安装外花键轴冷挤压精确成形装置，其中滚轮为两个，外型面与待挤压的外花键形状匹配；设外花键齿数为z，则主轴1转动的角度α=360°/z，二维平移机构沿花键轴长度方向运动为X方向，沿靠近花键轴的方向为Y方向；
（2）控制滚轮运动至初始位置，所述初始位置为：滚轮位于加工区域一端，且当飞轮带动滚轮旋转时，滚轮最外侧能刚好与加工区域接触；
（3）控制器控制上述主轴的转动以及飞轮和滚轮的二维平移运动，工作时在加工区域注入润滑油；其中，设飞轮沿X方向运动的距离与加工区域长度相同，长度均为L；
具体工作流程：
（31）飞轮转到一个滚轮逐渐靠近工件一端，主轴停止转动，飞轮带动滚轮继续转动挤压工件，挤压完成后飞轮带动滚轮远离工件，主轴再次开始转动；
（32）控制器控制飞轮旋转180度，主轴转动360度/Z，另一滚轮开始挤压下一个花键；
（33）重复步骤（31）、（32），直至挤压出所需外花键一周；
（34）飞轮沿X方向运动进给，再重复（31）（32）（33），直到沿X方向进给L，加工出外花键全长，滚轮沿X反方向退回到步骤（31）初始位置；
（35）滚轮沿Y方向进给，重复（31）、（32）、（33）、（34），完成花键加深工作，直至挤压出需要的花键轴齿深。
作为优选：所述Y方向的进给量为0.1mm～0.3mm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明解决了花键轴类产品花键冷挤压的高效成形问题。本发明在花键冷挤压成形设备上，通过两个分别沿各自特定轴线做回转运动的滚轮，逐点挤压工件，从而逐步挤压出工件的花键外形，滚轮的外形按照花键的外形设计，该方法成形效率和成形精度高，成形过程中不产生铁屑，成形后齿形已达到使用状态，材料利用率高，是花键轴类产品制造的理想、高效加工工艺。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为发明中花键轴与飞轮的相对位置关系图；
图3为图1俯视图。
图中：1、主轴；2、花键轴；3、滚轮；4、飞轮；5、顶盘。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：参见图1到图3，一种外花键轴2冷挤压精确成形装置，包括水平且同轴设置的主轴1、花键轴2和顶盘5，所述花键轴2套在主轴1上，与主轴1固定连接且能随主轴1同步旋转；
所述花键轴2外壁设有一段用于挤压出外花键形状的加工区域，所述外花键在花键轴2圆周方向上均匀分布，且每个外花键沿花键轴2长度方向设置；
所述加工区域两侧对称设有一飞轮4，所述飞轮4水平设置，且其转轴竖直设置，所述飞轮4的转轴还连接一个二维平移机构，所述二维平移机构能带动飞轮4的转轴在水平面上运动；
所述飞轮4外壁中部对称设有数个水平的凹槽，凹槽内分别设有一水平的滚轮3，所述滚轮3外壁设有与待挤压的外花键形状匹配的外型面，所述滚轮3的转轴竖直设置并与飞轮4旋转连接，且滚轮3的外型面能从飞轮4中露出；
还包括一控制器，所述主轴1、飞轮4和二维平移机构均与控制器连接，由控制器控制其转动。
作为优选：所述凹槽为两个，花键轴2与主轴1固定连接具体为：主轴1上固定有卡盘，花键轴2卡盘主轴1连接。
一种外花键轴2冷挤压精确成形方法，包括以下步骤：
（1）安装外花键轴2冷挤压精确成形装置，其中滚轮3为两个，外型面与待挤压的外花键形状匹配；设外花键齿数为z，则主轴1转动的角度α=360°/z，二维平移机构沿花键轴2长度方向运动为X方向，沿靠近花键轴2的方向为Y方向；
（2）控制滚轮3运动至初始位置，所述初始位置为：滚轮3位于加工区域一端，且当飞轮4带动滚轮3旋转时，滚轮3最外侧能刚好与加工区域接触；
（3）控制器控制上述主轴1的转动以及飞轮4和滚轮3的二维平移运动，工作时在加工区域注入润滑油；其中，设飞轮4沿X方向运动的距离与加工区域长度相同，长度均为L；
具体工作流程：
（31）飞轮4转到一个滚轮3逐渐靠近工件一端，主轴1停止转动，飞轮4带动滚轮3继续转动挤压工件，挤压完成后飞轮4带动滚轮3远离工件，主轴1再次开始转动；
（32）控制器控制飞轮4旋转180度，主轴1转动360度/Z，另一滚轮3开始挤压下一个花键；
（33）重复步骤（31）、（32），直至挤压出所需外花键一周；
（34）飞轮4沿X方向运动进给，再重复（31）（32）（33），直到沿X方向进给L，加工出外花键全长，滚轮3沿X反方向退回到步骤（31）初始位置；
（35）滚轮3沿Y方向进给，重复（31）、（32）、（33）、（34），完成花键加深工作，直至挤压出需要的花键轴2齿深。
本实施例中：所述Y方向的进给量为0.1mm～0.3mm。
本发明的核心为两个特殊型面的滚轮3，对称安装在飞轮4的固定位置，分别随飞轮4做回转运动，当飞轮4转动使滚轮3靠近工件时，滚轮3逐步挤压工件，从而挤压出工件的花键的外形。工件通过卡盘等联接部件与主轴1联接，随主轴1进行转动，滚轮3的外形按照花键的外形设计。
为保持挤压时花键轴2受力均衡，通常飞轮4的数量为2个，并且对称布置，滚轮3的数量可以为1、2、3等，依据不同的产品取最优数。在挤压过程中，在工作区注入大量润滑油，一方面起到润滑作用，另一方面及时带走挤压时产生的大量热量。
以我厂特定花键轴2为例，L=105mm，模数3，齿数32的花键，采用滚齿加工约2小时，而才用本方法后加工时间可以控制在15分钟以内，效率大幅提高。
Claims (3)
1.一种外花键轴冷挤压精确成形方法，包括外花键轴冷挤压精确成形装置，所述外花键轴冷挤压精确成形装置包括水平且同轴设置的主轴、花键轴和顶盘，所述花键轴套在主轴上，与主轴固定连接且能随主轴同步旋转；所述花键轴外壁设有一段用于挤压出外花键形状的加工区域，所述外花键在花键轴圆周方向上均匀分布，且每个外花键沿花键轴长度方向设置；
所述加工区域两侧对称设有一飞轮，所述飞轮水平设置，且其转轴竖直设置，所述飞轮的转轴还连接一个二维平移机构，所述二维平移机构能带动飞轮的转轴在水平面上运动；
所述飞轮外壁中部对称设有数个水平的凹槽，凹槽内分别设有一水平的滚轮，所述滚轮外壁设有与待挤压的外花键形状匹配的外型面，所述滚轮的转轴竖直设置并与飞轮旋转连接，且滚轮的外型面能从飞轮中露出；
还包括一控制器，所述主轴、飞轮和二维平移机构均与控制器连接，由控制器控制主轴、飞轮转动，控制二维平移机构移动；其特征在于：包括以下步骤：
(1)安装外花键轴冷挤压精确成形装置，其中滚轮为两个，外型面与待挤压的外花键形状匹配；设外花键齿数为z，则主轴转动的角度α=360°/z，二维平移机构沿花键轴长度方向运动为X方向，沿靠近花键轴的方向为Y方向；
(2)控制滚轮运动至初始位置，所述初始位置为：滚轮位于加工区域一端，且当飞轮带动滚轮旋转时，滚轮最外侧能刚好与加工区域接触；
(3)控制器控制上述主轴的转动以及飞轮和滚轮的二维平移运动，工作时在加工区域注入润滑油；其中，设飞轮沿X方向运动的距离与加工区域长度相同，长度均为L；
具体工作流程：
(31)飞轮转到一个滚轮逐渐靠近工件一端，主轴停止转动，飞轮带动滚轮继续转动挤压工件，挤压完成后飞轮带动滚轮远离工件，主轴再次开始转动；
(32)控制器控制飞轮旋转180度，主轴转动360度/z，另一滚轮开始挤压下一个花键；
(33)重复步骤(31)、(32)，直至挤压出所需外花键一周；
(34)飞轮沿X方向运动进给，再重复(31)(32)(33)，直到沿X方向进给L，加工出外花键全长，滚轮沿X反方向退回到步骤(31)初始位置；
(35)滚轮沿Y方向进给，重复(31)、(32)、(33)、(34)，完成花键加深工作，直至挤压出需要的花键轴齿深。
2.根据权利要求1所述的外花键轴冷挤压精确成形方法，其特征在于：所述凹槽为两个，花键轴与主轴固定连接具体为：主轴上固定有卡盘，花键轴卡盘主轴连接。
3.根据权利要求1所述的外花键轴冷挤压精确成形方法，其特征在于：所述Y方向的进给量为0.1mm～0.3mm。
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