CN108296400B - 一种齿轮法兰辗环穿孔无损调质装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种齿轮法兰辗环穿孔无损调质装置，所述装置包括上锻压台、坯料、升降导杆、下锻压台、扩孔轴、斜轧辊，坯料放置在上锻压台和下锻压台之间，所述上锻压台的上端和压机上横梁固定连接，压机上横梁活动套装在运行导轨上，上锻压台的下方对应的位置放置有下锻压台；下锻压台的上表面设置有锻压平台，锻压平台的四周和升降导杆连接；本发明的优点是：避免坯料在开孔的生产过程中出现的冲块，节约生产材料，提高产品的机械性能。

Description

一种齿轮法兰辗环穿孔无损调质装置及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种齿轮法兰环件开孔成型装置，尤其是涉及一种齿轮法兰辗环穿孔无损调质装置及其加工方法。

背景技术

齿轮法兰辗环是应用在工程机械部件的常用初步加工料坯，在辗环锻造行业，热辗扩用环坯制备方法通常为：下料→加热→镦粗→加热→冲孔；传统的开坯工艺采用敦粗后对坯料进行冲孔，在冲孔过程会产生5-10Kg的冲块，所谓开坯穿孔技术；

如CN 1442250A《环类零件的加工工艺》采用热轧钢棒料为原材料，经过以下步骤制得零件锻件:下料一用加热设备将料坯加热至900℃一1250℃的温度一压力机制坯，主要经过墩粗成形、冲孔工步一辗环机扩孔一模锻成形。

如CN 1491758A《轮圈的生产工艺》将钢材锯成一块块坯料，对坯料进行二次加热并对热坯分别进行冲孔制坯及辗压成形处理，在冲孔制坯和辗压成形过程中对钢材进行不断的锻打和挤压。对辗压成形的轮圈进行切削加工，再后检验入库。

虽然都公开了冲孔的步骤，然而均没有提出本发明所要解决的技术问题，在不产生冲块的情况下，实现坯料的无损开孔，并对坯料进行调质处理，避免二次加热节约能源，避免生产出来产品出现缩孔、裂纹等质量问题。

发明内容

本发明针对现有产品的不足，而提供一种齿轮法兰辗环穿孔无损调质装置及其加工方法。本发明所要解决的技术问题是：避免坯料在开孔的生产过程中出现的冲块，节约生产材料，提高产品的机械性能。

本发明的一种齿轮法兰辗环穿孔无损调质装置，所述装置包括上锻压台、坯料、升降导杆、下锻压台、扩孔轴、斜轧辊，坯料放置在上锻压台和下锻压台之间，所述上锻压台的上端和压机上横梁固定连接，压机上横梁活动套装在运行导轨上，上锻压台的下方对应的位置放置有下锻压台；下锻压台的上表面设置有锻压平台，锻压平台的四周和升降导杆连接，

锻压平台的中心位置设置有一个凸形卡槽，凸形卡槽内安装有下顶座，下顶座包括圆锥头，下半部为和凸形卡槽形状相同的过渡凸台；圆锥头和过渡凸台固定连接，过渡凸台内部设置有左右对称设置有左内孔道和右内孔道，左内孔道通过法兰接头和高压冷却水接头连接，高压冷却水接头和外冷却水源管道连接，右内孔道通过法兰接头和润滑调质液接头连接，润滑调质液接头和外润滑调质液管道连接；圆锥头的内部为圆锥内孔，圆锥内孔的顶端安装有冲击块，冲击块和圆锥头的内壁之间设置有雾化孔道，圆锥头的前端设置有三个喷嘴孔；

所述扩孔轴包括扩孔主轴、上压螺环、内螺环、扩孔套、过渡扩孔环；所述扩孔主轴的下半段设置有三段为螺纹段，分别为上螺纹段A、中间螺纹段B、下螺纹段C，扩孔主轴最下端为圆锥形的开孔锥头，开孔锥头上方安装有过渡扩孔环，过渡扩孔环和扩孔主轴通过下螺纹段C连接，过渡扩孔环的上方为扩孔套，扩孔套和扩孔主轴通过中间螺纹段B连接，扩孔套的上方安装有上压螺环，上压螺环和和扩孔主轴通过螺纹段A连接；所述扩孔套的内部安装有内螺环，内螺环和和扩孔主轴螺纹段A连接。

锻压平台的中心位置设置有一个凸形卡槽，凸形卡槽内安装有下顶座，下顶座的上半部为圆锥形，下半部为和凸形卡槽形状相同的凸台，所述下顶座的下端和举升油缸连接，举升油缸安装在下锻压台的内部；上锻压台的下方安装有扩孔轴，所述扩孔轴的上端和上锻压台活动铰接，扩孔轴中间段安装有传动齿轮，传动齿轮和液压马达的驱动齿轮咬合传动连接，液压马达安装在转动臂的左侧下方，转动臂和转动组件通过法兰固定连接，转动组件安装在压机上横梁的运行导轨上，和压机上横梁上下同步运行，扩孔轴的中心线和下顶座的中心线在统一垂直线上，所述坯料的两侧和斜轧辊接触连接。

进一步，所述上螺纹段A、下螺纹段C和中间螺纹段B的螺纹方向相反，且上螺纹段A、下螺纹段C的外径比中间螺纹段B小。

进一步，所述扩孔轴的上端卡装有单向轴承，单向轴承安装在上锻压台下表面的导向安装卡槽内。

进一步，所述转动组件包括导轨滑套、导轨安装座、转动电机安装座、转动电机、滑套安装法兰、润滑油槽；所述导轨安装座通过螺栓和压机上横梁连接，导轨滑套套装在导轨安装座的内部和运行导轨滑动配合；滑套安装法兰安装在导轨安装座的两端面，将导轨滑套锁在导轨安装座内；轨安装座侧面设置有转动电机安装座，转动电机安装座和转动电机连接，所述转动电机通过安装法兰和转动臂连接。

进一步，所述圆锥内孔的孔壁上设置有螺旋状半圆形凹槽。

本发明还公开了一种齿轮法兰辗环穿孔无损调质装置的加工方法，包括以下步骤：

A、将坯料放入加热炉内，加热到1200℃后，保持120分钟；

B、将加热好的坯料吊移到下锻压台的锻压平台的上，锻压平台通过升降导杆下降，下顶座通过举升油缸上升，共同作用将下顶座卡装在锻压平台的凸形卡槽内；上锻压台下行对坯料进行镦压，镦压后的坯料下半部分会形成和下顶座形状相同的锥形孔；

C、坯料锻压完毕后，转动组件带动转动臂将扩孔轴的上端和上锻压台活动铰接，安装完毕后上锻压台带动扩孔轴一起下行，并且扩孔轴在液压马达的驱动下转动，坯料在下顶座和扩孔轴的共同作用下，将坯料上下对称开孔；

D、坯料对称开孔完毕后，扩孔轴继续下行，开孔锥头将下顶座推入到下锻压台内，坯料经过过渡扩孔环，开孔直径逐渐变大，坯料再经过扩孔套完成无损挤压开孔。

本发明的有益效果是：

1、结构合理，可以实现镦粗、挤压冲孔一次性完成，无需进行二次加热，大大节约了加热所需的能源，提高生产效率；

2、实用性强，安全可靠；由于扩孔轴是易损件，传统扩孔轴表面出现裂纹后必须整体报废，扩孔轴的多级螺纹段设计方便扩孔套的更换，大大降低了使用成本，同时有效防止扩孔套在挤压扩孔的过程中实现防松，避免影响内孔的加工尺寸，确保产品加工质量。

3、热轧穿孔过程中，工件的应变场和温度场分布对金属圆坯的成形质量有很大影响，本工艺采用斜轧工装配合圆坯的穿孔、挤扩孔，能够很好地解决斜轧穿孔过程中的成坯质量问题。避免了二次加热及冲块的产生，而且加工出来的产品，由于金属纤维流线呈仿形性，受到旋转挤压成型，具有良好的微观组织结构，大大的提供高了其机械性能，避免生产出来产品出现缩孔、裂纹等质量问题。

4、下顶座结构设计可以在穿孔的过程中，保护圆锥头同时有效防止出现粘钢的情况，确保穿孔的质量。

附图说明

图1为本发明的镦粗时结构示意图。

图2为本发明的冲孔时结构示意图。

图3为本发明的转动组件的结构示意图。

图4为本发明的扩孔轴的结构示意图。

图5为本发明的扩孔轴安装结构示意图。

图6为本发明的无损挤压开孔工作原理结构示意图。

图7为本发明的下顶座的结构示意图。

图中：上锻压台1、坯料2、 升降导杆3、下锻压台4、扩孔轴5、斜轧辊6、压机上横梁7、下顶座8、转动组件9、转动臂10、液压马达11、导向安装槽12；扩孔主轴51、上压螺环52、内螺环53、扩孔套54、过渡扩孔环55、开孔锥头56；圆锥头81、过渡凸台82、圆锥内孔83、冲击块84、喷嘴孔85、左内孔道86、右内孔道87；导轨滑套91、导轨安装座92、转动电机安装座93、转动电机94、滑套安装法兰95、润滑油槽96。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

如图1、2所示，本发明的一种齿轮法兰辗环穿孔无损调质装置，所述装置包括上锻压台1、坯料2、 升降导杆3、下锻压台4、扩孔轴5、斜轧辊6，坯料2放置在上锻压台1和下锻压台4之间，所述上锻压台1的上端和压机上横梁7固定连接，压机上横梁7活动套装在运行导轨上，上锻压台1的下方对应的位置放置有下锻压台4；下锻压台4的上表面设置有锻压平台，锻压平台的四周和升降导杆3连接，

锻压平台的中心位置设置有一个凸形卡槽，凸形卡槽内安装有下顶座8，下顶座8包括圆锥头81，所述下顶座8的下端和举升油缸连接，举升油缸安装在下锻压台4的内部；上锻压台1的下方安装有扩孔轴5，所述扩孔轴5的上端和上锻压台1活动铰接，扩孔轴5中间段安装有传动齿轮，传动齿轮和液压马达11的驱动齿轮咬合传动连接，液压马达11安装在转动臂10的左侧下方，转动臂10和转动组件9通过法兰固定连接，转动组件9安装在压机上横梁7的运行导轨上，和压机上横梁7上下同步运行，扩孔轴5的中心线和下顶座8的中心线在统一垂直线上，所述坯料2的两侧和斜轧辊6接触连接。本发明辗环锻造开坯穿孔无损装置，可以实现镦粗、挤压冲孔一次性完成，无需进行二次加热，大大节约了加热所需的能源，提高生产效率。

图4所示，所述扩孔轴5包括扩孔主轴51、上压螺环52、内螺环53、扩孔套54、过渡扩孔环55；所述扩孔主轴51的下半段设置有三段为螺纹段，分别为上螺纹段A、中间螺纹段B、下螺纹段C，扩孔主轴51最下端为圆锥形的开孔锥头56，开孔锥头56上方安装有过渡扩孔环55，过渡扩孔环55和扩孔主轴51通过下螺纹段C连接，过渡扩孔环55的上方为扩孔套54，扩孔套54和扩孔主轴51通过中间螺纹段B连接，扩孔套54的上方安装有上压螺环52，上压螺环52和和扩孔主轴51通过螺纹段A连接；所述扩孔套54的内部安装有内螺环53，内螺环53和和扩孔主轴51螺纹段A连接。所述上螺纹段A、下螺纹段C和中间螺纹段B的螺纹方向相反，且上螺纹段A、下螺纹段C的外径比中间螺纹段B小。

扩孔轴5的多级螺纹段设计方便扩孔套54的更换同时有效防止扩孔套54在挤压扩孔的过程中实现防松，避免影响内孔的加工尺寸，确保产品加工质量。

开孔锥头56将坯料2中心位置顶压开孔，后圆锥体的过渡扩孔环55将孔挤压扩大到扩孔套54的外直径，扩孔套54的外部表设置有耐磨合金碳粉涂层，耐磨合金碳粉涂层有效保护扩孔套54的外壁，保证内孔加工的精度，扩孔套54将孔在垂直中心扩到所需的孔径，避免了二次加热及冲块的产生，而且加工出来的产品，由于金属纤维流线呈仿形性，受到旋转挤压成型，具有良好的微观组织结构，大大的提供高了其机械性能，加工速度快的同时，比普通的热轧穿孔减少一次镦粗后再次加热的过程。

图3所示、所述转动组件9包括导轨滑套91、导轨安装座92、转动电机安装座93、转动电机94、滑套安装法兰95、润滑油槽96；所述导轨安装座92通过螺栓和压机上横梁7连接，导轨滑套91套装在导轨安装座92的内部和运行导轨滑动配合；滑套安装法兰95安装在导轨安装座92的两端面，将导轨滑套91锁在导轨安装座92内；轨安装座92侧面设置有转动电机安装座93，转动电机安装座93和转动电机94连接，所述转动电机94通过安装法兰和转动臂10连接。

如图7所示，锻压平台的中心位置设置有一个凸形卡槽，凸形卡槽内安装有下顶座8，下顶座8包括圆锥头81、与凸形卡槽形状相同的过渡凸台82，圆锥头81和过渡凸台82固定连接，过渡凸台82内部设置有左右对称设置有左内孔道86和右内孔道87，左内孔道86通过法兰接头和高压冷却水接头连接，高压冷却水接头和外冷却水源管道连接，右内孔道87通过法兰接头和润滑调质液接头连接，润滑调质液接头和外润滑调质液管道连接；圆锥头81的内部为圆锥内孔83，圆锥内孔83的顶端安装有冲击块84，冲击块84和圆锥头81的内壁之间设置有雾化孔道，圆锥头81的前端设置有三个喷嘴孔85；所述圆锥内孔83的孔壁上设置有螺旋状半圆形凹槽。冲击块84的表面设置有数个半圆凹槽，在高压水冲击到冲击块84表面之后，时高压水反向顺着孔壁上的螺旋状半圆形凹槽形成乱流状态，有利于减少水流的阻力，进而加快圆锥头81的冷却速度，保护圆锥头81；同时水流经过雾化孔道是液态水转化成雾化水，雾化水在圆锥头81表面形成四氧化铁高温润滑剂，使得冷却水再冷却同时具有润滑作用，保护圆锥头81，有效防止出现粘钢的情况，确保穿孔的质量。

如图6所示、本发明还公开了一种齿轮法兰辗环穿孔无损调质装置的加工方法，包括以下步骤：

A、将坯料2放入加热炉内，加热到1200℃后，保持120分钟；

B、将加热好的坯料2吊移到下锻压台4的锻压平台的上，锻压平台通过升降导杆3下降，下顶座8通过举升油缸上升，共同作用将下顶座8卡装在锻压平台的凸形卡槽内；上锻压台1下行对坯料2进行镦压，镦压的过程中过渡凸台82的高压水接头接通外冷却水源管道，嘴孔85喷射高压水，高压水经过雾化孔道在高温高压的作用下，液体水裂解成气体，在圆锥头81表面形成四氧化铁高温润滑剂，避免圆锥头81出现粘钢情况，镦压后的坯料2下半部分会形成和下顶座8形状相同的锥形孔；

C、坯料2锻压完毕后，转动组件9带动转动臂10将扩孔轴5的上端和上锻压台1活动铰接，安装完毕后上锻压台1带动扩孔轴5一起下行，并且扩孔轴5在液压马达11的驱动下转动，坯料2在下顶座8和扩孔轴5的共同作用下，将坯料2上下对称开孔；

D、坯料2对称开孔完毕后，扩孔轴5继续下行，开孔锥头56将下顶座8推入到下锻压台4内，坯料2经过过渡扩孔环55，开孔直径逐渐变大，坯料2再经过扩孔套54完成无损挤压开孔，在孔径变大的同时过渡凸台82的高压水接头接通外润滑调质液管道，润滑调质液将扩孔轴5进行润滑冷却调质。

热轧穿孔过程中，工件的应变场和温度场分布对金属圆坯的成形质量有很大影响，本工艺采用斜轧工装配合圆坯的穿孔、挤扩孔，能够很好地解决斜轧穿孔过程中的成坯质量问题。

本发明的一种齿轮法兰辗环穿孔无损调质装置，避免了二次加热及冲块的产生，而且加工出来的产品，由于金属纤维流线呈仿形性，受到旋转挤压成型，具有良好的微观组织结构，大大的提供高了其机械性能。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种齿轮法兰辗环穿孔无损调质装置，所述装置包括上锻压台（1）、坯料（2）、 升降导杆（3）、下锻压台（4）、扩孔轴（5）、斜轧辊（6），坯料（2）放置在上锻压台（1）和下锻压台（4）之间，其特征是，所述上锻压台（1）的上端和压机上横梁（7）固定连接，压机上横梁（7）活动套装在运行导轨上，上锻压台（1）的下方对应的位置放置有下锻压台（4）；下锻压台（4）的上表面设置有锻压平台，锻压平台的四周和升降导杆（3）连接；

锻压平台的中心位置设置有一个凸形卡槽，凸形卡槽内安装有下顶座（8），下顶座（8）包括圆锥头（81），下半部为和凸形卡槽形状相同的过渡凸台（82）；圆锥头（81）和过渡凸台（82）固定连接，过渡凸台（82）内部设置有左右对称的左内孔道（86）和右内孔道（87），左内孔道（86）通过法兰接头和高压冷却水接头连接，高压冷却水接头和外冷却水源管道连接，右内孔道（87）通过法兰接头和润滑调质液接头连接，润滑调质液接头和外润滑调质液管道连接；圆锥头（81）的内部为圆锥内孔（83），圆锥内孔（83）的顶端安装有冲击块（84），冲击块（84）和圆锥头（81）的内壁之间设置有雾化孔道，圆锥头（81）的前端设置有三个喷嘴孔（85）；

所述下顶座（8）的下端和举升油缸连接，举升油缸安装在下锻压台（4）的内部；上锻压台（1）的下方安装有扩孔轴（5），所述扩孔轴（5）的上端和上锻压台（1）活动铰接，扩孔轴（5）中间段安装有传动齿轮，传动齿轮和液压马达（11）的驱动齿轮咬合传动连接，液压马达（11）安装在转动臂（10）的左侧下方，转动臂（10）和转动组件（9）通过法兰固定连接，转动组件（9）安装在压机上横梁（7）的运行导轨上，和压机上横梁（7）上下同步运行，扩孔轴（5）的中心线和下顶座（8）的中心线在一条垂直线上，所述坯料（2）的两侧和斜轧辊（6）接触连接；

所述扩孔轴（5）包括扩孔主轴（51）、上压螺环（52）、内螺环（53）、扩孔套（54）、过渡扩孔环（55）；所述扩孔主轴（51）的下半段设置有三段螺纹段，分别为上螺纹段A、中间螺纹段B、下螺纹段C，扩孔主轴（51）最下端为圆锥形的开孔锥头（56），开孔锥头（56）上方安装有过渡扩孔环（55），过渡扩孔环（55）和扩孔主轴（51）通过下螺纹段C连接，过渡扩孔环（55）的上方为扩孔套（54），扩孔套（54）和扩孔主轴（51）通过中间螺纹段B连接，扩孔套（54）的上方安装有上压螺环（52），上压螺环（52）和扩孔主轴（51）通过螺纹段A连接；所述扩孔套（54）的内部安装有内螺环（53），内螺环（53）和扩孔主轴（51）通过螺纹段A连接。

2.根据权利要求1所述的一种齿轮法兰辗环穿孔无损调质装置，其特征是，所述上螺纹段A、下螺纹段C和中间螺纹段B的螺纹方向相反，且上螺纹段A、下螺纹段C的外径比中间螺纹段B小。

3.根据权利要求2所述的一种齿轮法兰辗环穿孔无损调质装置，其特征是，所述扩孔轴（5）的上端卡装有单向轴承，单向轴承安装在上锻压台（1）下表面的导向安装卡槽内。

4.根据权利要求1所述的一种齿轮法兰辗环穿孔无损调质装置，其特征是，所述转动组件（9）包括导轨滑套（91）、导轨安装座（92）、转动电机安装座（93）、转动电机（94）、滑套安装法兰（95）、润滑油槽（96）；所述导轨安装座（92）通过螺栓和压机上横梁（7）连接，导轨滑套（91）套装在导轨安装座（92）的内部和运行导轨滑动配合；滑套安装法兰（95）安装在导轨安装座（92）的两端面，将导轨滑套（91）锁在导轨安装座（92）内；导轨安装座（92）侧面设置有转动电机安装座（93），转动电机安装座（93）和转动电机（94）连接，所述转动电机（94）通过安装法兰和转动臂（10）连接。

5.根据权利要求1所述的一种齿轮法兰辗环穿孔无损调质装置，其特征是，所述圆锥内孔（83）的孔壁上设置有螺旋状半圆形凹槽。

6.根据权利要求1所述的一种齿轮法兰辗环穿孔无损调质装置的加工方法，其特征是，包括以下步骤：

A、将坯料（2）放入加热炉内，加热到1200℃后，保持120分钟；

B、将加热好的坯料（2）吊移到下锻压台（4）的锻压平台上，锻压平台通过升降导杆（3）下降，下顶座（8）通过举升油缸上升，共同作用将下顶座（8）卡装在锻压平台的凸形卡槽内；上锻压台（1）下行对坯料（2）进行镦压，镦压后的坯料（2）下半部分会形成和下顶座（8）形状相同的锥形孔；

C、坯料（2）锻压完毕后，转动组件（9）带动转动臂（10）将扩孔轴（5）的上端和上锻压台（1）活动铰接，安装完毕后上锻压台（1）带动扩孔轴（5）一起下行，并且扩孔轴（5）在液压马达（11）的驱动下转动，坯料（2）在下顶座（8）和扩孔轴（5）的共同作用下，将坯料（2）上下对称开孔；

D、坯料（2）对称开孔完毕后，扩孔轴（5）继续下行，开孔锥头（56）将下顶座（8）推入到下锻压台（4）内，坯料（2）经过过渡扩孔环（55），开孔直径逐渐变大，坯料（2）再经过扩孔套（54）完成无损挤压开孔。

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