CN110252842B - 一种搓滚圆形金属坯料的拔长塑性加工工艺及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种搓滚圆形金属坯料的拔长塑性加工工艺及设备，该工艺是：首先，将圆形金属坯料置于搓滚加工台面上，用一搓滚工具压住圆形金属坯料，并使压住圆形金属坯料的搓滚工具与搓滚加工台面产生左右来回的往复运动，靠摩擦力驱动圆形金属坯料在搓滚加工台面上来回的往复滚动，即在搓滚加工台面上搓滚圆形金属坯料，搓滚过程中，使圆形金属坯料产生直径减小、长度增加的拔长塑性变形。本发明工艺步骤简单，稳定可靠，操作方便，实施容易，工艺流程易于实现自动化，生产成本较低，应用领域量大面广，市场应用前景广阔，可以创造重大的经济效益。

Description

一种搓滚圆形金属坯料的拔长塑性加工工艺及设备

技术领域

本发明涉及金属塑性加工的技术领域，尤其是指一种搓滚圆形金属坯料的拔长塑性加工工艺及设备。

背景技术

申请号CN201811536419，发明名称为“自由锻造的拔长方法”邢台德龙机械轧辊有限公司的中国发明专利申请，提供了一种自由锻造的拔长方法，以将直径为初始尺寸的坯料拔长得到直径为目标尺寸的目标锻件，包括以下步骤：下料，以得到直径为初始尺寸的所述坯料；将所述坯料加热至始锻温度1150～1250℃；将所述坯料压扁得到第一中间锻件，所述第一中间锻件因被压扁而具有的两相对平面之间的距离达到中间尺寸，且所述中间尺寸小于所述目标尺寸；将所述第一中间锻件翻转90°，拔方得到边长为目标尺寸的第二中间锻件；将所述第二中间锻件倒棱滚圆得到直径为目标尺寸的目标锻件。申请号-CN201811612999，发明名称为“一种高强度TC钛合金柱件的锻造工艺”天津航天长征技术装备有限公司的中国发明专利申请，钛合金柱件在拔长时，将毛坯棒材的截面设置为六至八边形，这样不会在边角产生过于突出的棱边，降低了毛坯棒材表面不同位置温度梯度，施加载荷时变形更均匀，锻件表面质量更佳。这两个发明专利申请的拔长时需要多次转动坯料、步骤多、拔长效率低。申请号CN201811410369，发明名称为“一种高温合金锻件锻造拔长方法”中国航发南方工业有限公司的中国发明专利申请，一种高温合金锻件锻造拔长方法，其用于锻造直径为D1，长度为L1的圆柱结构锻件，其包括如下步骤：步骤A，截取坯料置于加热炉中加热并保温，坯料直径为D0、长度为L0。步骤B，提供一个模具，所述模具由对称设置的上模和下模组合而成，组合形成的所述模具包括一个棱形型槽和一个圆弧形型槽，将步骤A保温后的坯料利用所述模具进行拔长，首先，在所述棱形型槽内，对坯料首先按90°螺旋翻转进料进行锻压，高度由D0压至然后，在所述棱形型槽内，将坯料按45°螺旋翻转进料进行锻压，高度由压至D1，最后，在圆弧形型槽中将多边形截面滚压成圆形截面，使直径为D1，完成所述锻件的锻造。能显著提高材料变形的均匀性，但需要制造专用的拔长模具，操作复杂，工步较多。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种步骤简单、操作方便、容易实施、生产效率高、成本较低的搓滚圆形金属坯料的拔长塑性加工工艺及设备。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案如下：

一种搓滚圆形金属坯料的拔长塑性加工工艺，首先，将圆形金属坯料置于搓滚加工台面上，用一搓滚工具压住圆形金属坯料，并使压住圆形金属坯料的搓滚工具与搓滚加工台面产生左右来回的往复运动，靠摩擦力驱动圆形金属坯料在搓滚加工台面上来回的往复滚动，即在搓滚加工台面上搓滚圆形金属坯料，搓滚过程中，使圆形金属坯料产生直径减小、长度增加的拔长塑性变形。

进一步，所述搓滚工具为平板，压在圆形金属坯料上面。

进一步，所述圆形金属坯料的中心开有直孔，所述搓滚工具为圆杆，该圆杆穿过圆形金属坯料的直孔压在圆形金属坯料的内表面上。

进一步，在搓滚过程中，所述圆形金属坯料的轴线与左右来回的往复运动方向垂直，其中，左右来回往复运动的距离足够使被加工的圆形金属坯料完成一周360度的滚动，搓滚工具单向运动一次，圆形金属坯料的全部外表面都会与搓滚工具的表面接触一次。

进一步，所述圆形金属坯料为烧结而成的多微孔隙金属材料，通过搓滚塑性加工使多微孔隙金属材料实现致密化。

本发明所提供的一种搓滚圆形金属坯料的拔长塑性加工设备，包括基座、大立柱、滑动横梁板、导套、上横梁板、小导柱、上油缸、上搓板工具、挡块、下搓板工具、左右滑动块、动力源、行程开关、滚柱、滚柱支撑块；所述基座通过地脚螺钉孔固定在地面上；所述大立柱有多根，每根大立柱下端通过螺母垂直固定在基座上；所述滑动横梁板通过导套套装在多根大立柱上，能够在大立柱的导向作用下上下自由滑动；所述上横梁板通过螺母固定在多根大立柱的上端；所述小导柱有多根，每根小导柱上端固定在上横梁板上，所述滑动横梁板通过导套套装在多根小导柱上，通过该多根小导柱给滑动横梁板更精确的导向；所述上油缸安装在上横梁板的对称中心处，该上油缸的活塞杆下端固定在滑动横梁板上，能够驱动滑动横梁板上下运动；所述上搓板工具安装在滑动横梁板的底部中间位置；所述滚柱支撑块安装在基座台面的中间位置，其上形成有限位槽，该限位槽中布置有多个滚柱，且每个滚柱的直径大于限位槽的深度；所述左右滑动块置于该多个滚柱上面，其下表面与滚柱接触，能够在滚柱上左右滑动，所述滚柱起到减少滑动摩擦的作用；所述动力源通过支撑座安装在基座上的一侧，所述左右滑动块由该动力源驱动实现左右运动；所述行程开关有两个固定在基座的台面上，并分别位于左右滑动块的左、右极限位置处；所述下搓板工具安装在左右滑动块顶部中间的安装位处，能够随左右滑动块左右来回的往复运动，所述挡块固定在左右滑动块顶部的两侧，用于对夹在上搓板工具和下搓板工具之间的圆形金属坯料进行限位，防止被搓滚的圆形金属坯料滑出下搓板工具。

进一步，所述动力源采用以下三种结构形式之一，分别有：

第一种：所述动力源为驱动油缸，该驱动油缸的活塞杆头部固接在左右滑动块上，能够驱动左右滑动块进行左右来回的往复运动；

第二种：所述动力源为电机驱动齿轮齿条结构，所述齿条的一端固定在左右滑动块上，所述电机通过减速器驱动齿轮，所述齿轮再驱动齿条，所述齿条再驱动左右滑动块左右往复运动；

第三种：所述动力源为电机驱动丝杆结构，所述左右滑动块上开有螺纹孔，所述丝杆连接在左右滑动块的螺纹孔内，通过电机驱动丝杆，再由丝杆驱动左右滑动块左右往复运动。

本发明所提供的另一种搓滚圆形金属坯料的拔长塑性加工设备，包括基座、大立柱、滑动横梁板、导套、上横梁板、小导柱、上油缸、上搓板工具、挡块、下搓板工具、左右滑动块、动力源、行程开关、燕尾槽导轨；所述基座通过地脚螺钉孔固定在地面上；所述大立柱有多根，每根大立柱下端通过螺母垂直固定在基座上；所述滑动横梁板通过导套套装在多根大立柱上，能够在大立柱的导向作用下上下自由滑动；所述上横梁板通过螺母固定在多根大立柱的上端；所述小导柱有多根，每根小导柱上端固定在上横梁板上，所述滑动横梁板通过导套套装在多根小导柱上，通过该多根小导柱给滑动横梁板更精确的导向；所述上油缸安装在上横梁板的对称中心处，该上油缸的活塞杆下端固定在滑动横梁板上，能够驱动滑动横梁板上下运动；所述上搓板工具安装在滑动横梁板的底部中间位置；所述燕尾槽导轨安装在基座台面的中间位置，所述左右滑动块的下部与燕尾槽导轨匹配，使得左右滑动块能够在燕尾槽导轨上左右运动；所述动力源通过支撑座安装在基座上的一侧，所述左右滑动块由该动力源驱动实现左右运动；所述行程开关有两个固定在基座的台面上，并分别位于左右滑动块的左、右极限位置处；所述下搓板工具安装在左右滑动块顶部中间的安装位处，能够随左右滑动块左右来回的往复运动，所述挡块固定在左右滑动块顶部的两侧，用于对夹在上搓板工具和下搓板工具之间的圆形金属坯料进行限位，防止被搓滚的圆形金属坯料滑出下搓板工具。

进一步，所述动力源采用以下三种结构形式之一，分别有：

第一种：所述动力源为驱动油缸，该驱动油缸的活塞杆头部固接在左右滑动块上，能够驱动左右滑动块进行左右来回的往复运动；

第二种：所述动力源为电机驱动齿轮齿条结构，所述齿条的一端固定在左右滑动块上，所述电机通过减速器驱动齿轮，所述齿轮再驱动齿条，所述齿条再驱动左右滑动块左右往复运动；

第三种：所述动力源为电机驱动丝杆结构，所述左右滑动块上开有螺纹孔，所述丝杆连接在左右滑动块的螺纹孔内，通过电机驱动丝杆，再由丝杆驱动左右滑动块左右往复运动。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明可以对金属圆形截面棒料径向进行大比例的收缩、长度方向进行大比例的拔长，使坯料产生大塑性变形，从而大幅度地提高材料的力学性能。

2、本发明可以对金属圆形截面棒料实现大幅度的材料转移，制造出如发动机不同部位径向尺寸相差很大的气门零件毛坯；

3、本发明的拔长塑性加工工艺是一种局部加载连续成形的工艺，材料变形均匀、效率高，而且较小吨位的设备可以加工较大尺寸的零件。

4、与现有的拔长工艺相比，无需外部工具多次转动坯料，进行多次压制，本发明的拔长塑性加工工艺只需一次放置好坯料、一次就可以快速完成搓滚拔长工序。

5、本发明的工具可以是上下相对的平板，可以搓滚不同直径和不同长度的坯料，最终直径可以灵活控制，可以整体搓滚、也可以搓滚局部长度，具有通用性。

6、本发明可以在短时间内完成搓滚圆形截面棒料拔长工艺，减少坯料的温度损失，维持坯料温度的均匀性。

7、与现有的拔长工艺相比，锻件由圆形金属坯料的拔长压制成多边形截面，再整形为带棱的圆截面，本发明的拔长塑性加工工艺整个过程中都维持为圆形截面，锻件的外形尺寸易于控制、外形尺寸更精确。

8、操作锻工无需频繁转动坯料，大幅降低了操作锻工的体力消耗。

9、本发明工艺步骤简单，稳定可靠，操作方便，实施容易，工艺流程易于实现自动化，生产成本较低，应用领域量大面广，市场应用前景广阔，可以创造重大的经济效益。

附图说明

图1是实施例1中搓滚圆形金属坯料的拔长塑性加工设备结构示意图。

图2是实施例1中上横梁板的俯视图。

具体实施方式

下面结合多个具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，为本实施例所提供的一种搓滚圆形金属坯料的拔长塑性加工设备，图中，1是基座，2是大立柱，3是滑动横梁板，4是导套，5是上横梁板，6是立柱固定螺母，7是小导柱，8是上油缸，9是上油缸的活塞杆，10是上搓板工具，11是被搓滚的圆形金属坯料，12是挡块，13是下搓板工具，14是左右滑动块，15是驱动油缸，16是驱动油缸的活塞杆，17是支撑座，18是行程开关，19是滚柱，20滚柱支撑块。如图2所示，大立柱2和小导柱7各四根，左右前后对称分布，上油缸8安装在上横梁板5的对称中心。基座1通过地脚螺钉孔21固定在地面上；四根大立柱2的下端通过螺母6垂直固定在基座1上；滑动横梁板3通过四个导套4套在四根大立柱2上，可以在四根大立柱2的导向作用下上下自由滑动；上横梁板5通过螺母6固定在四根大立柱2的上端；四根小导柱7的上端固定在上横梁板5上，滑动横梁板3也通过导套4套装在四根小导柱7上，通过该四根小导柱7给滑动横梁板3更精确的导向；上油缸8安装在上横梁板5的对称中心，上油缸的活塞杆9的下端固定在滑动横梁板3上，可以驱动滑动横梁板3上下运动；上搓板工具10安装在滑动横梁板3底部的中间位置；滚柱支撑块20安装在基座1台面的中间位置，其上形成有限位槽，该限位槽中布置有多个滚柱19，且每个滚柱19的直径大于限位槽的深度；左右滑动块14置于该多个滚柱19上面，其下表面与滚柱19接触，可以在滚柱19上面左右滑动，滚柱19起到减小滑动摩擦的作用；驱动油缸15通过支撑座17安装在基座1上的右边位置，其活塞杆16的头部固接在左右滑动块14上，可以驱动滑动块14左右运动；在左右滑动块14左右运动的极限位置，分别设置了行程开关18，行程开关18固定在基座1的台面上；下搓板工具13安装在左右滑动块14顶部中间的安装位处，能够随左右滑动块14左右来回的往复运动；挡块12固定在左右滑动块14顶部的两侧，用于对夹在上搓板工具10和下搓板工具13之间的圆形金属坯料11进行限位，防止被搓滚的圆形金属坯料11滑出下搓板工具13。

在进行搓滚圆形金属坯料的拔长塑性加工工艺时，被搓滚的圆形金属坯料11为加热到1200摄氏度的钢棒料，整体置于下搓板工具13和上搓板工具10之间，下搓板工具13和上搓板工具10采用模具钢制造并热处理，下搓板工具13的上表面为工作台面，圆形金属坯料11的轴线与左右滑动块14左右来回的水平往复运动方向垂直。上油缸8的活塞杆9驱动滑动横梁板3向下运动，带动上搓板工具10压在被搓滚的圆形金属坯料11上，并保持塑性变形所需的压力；驱动油缸15的活塞杆16驱动左右滑动块14左右运动，当左右滑动块14触碰到行程开关18时，驱动油缸15就立即改变活塞杆16的运动方向；通过下搓板工具13和上搓板工具10对圆形金属坯料11进行搓滚，使圆形金属坯料11产生直径减小、长度增加的拔长塑性变形；驱动油缸15的活塞杆16左右来回往复运动的距离大于被加工的圆形金属坯料11完成一周360度的滚动距离，搓滚工具单向运动一次，圆形金属坯料11的全部外表面与搓滚工具的表面接触一次；在圆形金属坯料11直径减小的连续变形过程中，上油缸8的活塞杆9驱动滑动横梁板3向下运动，带着上搓板工具10保持压在圆形金属坯料11上；并在搓滚过程中保持圆形金属坯料11的轴线与左右滑动块14左右来回的水平往复运动方向垂直。当圆形金属坯料11的直径减小到要求的尺寸时，驱动油缸15停止运动，上油缸8的活塞杆9回程，卸下被搓滚的圆形金属坯料11。

实施例2

与实施例1不同之处是本实施例被搓滚的圆形金属坯料11三分之二长度置于下搓板工具13和上搓板工具10之间，三分之一长度伸出下搓板工具13和上搓板工具10的侧边，对圆形金属坯料11三分之二的长度进行局部搓滚拔长塑性加工。

实施例3

与实施例1不同之处是本实施例被搓滚的圆形金属坯料11的中间部分五分之一长度置于下搓板工具13和上搓板工具10之间，两端五分之二长度分别伸出下搓板工具13和上搓板工具10的两侧边，对圆形金属坯料11中间部分五分之一的长度进行局部搓滚拔长塑性加工。

实施例4

与实施例1不同之处是本实施例采用电机驱动齿轮齿条结构来带动左右滑动块14左右运动，齿条的一端固定在左右滑动块14上，电机通过减速器驱动齿轮，齿轮再驱动齿条，齿条再驱动左右滑动块14，当左右滑动块14触碰到行程开关18时电机改变转到方向、转变为反方向转动。

实施例5

与实施例1不同之处是本实施例采用电机驱动丝杆结构来带动左右滑动块14左右运动，左右滑动块14上开有螺纹孔，丝杆连接在左右滑动块14的螺纹孔内，通过电机驱动丝杆，丝杆再驱动左右滑动块14运动，通过电机的正反转，实现左右滑动块14的左右运动。

实施例6

与实施例1不同之处是本实施例将滚柱支撑块20换成燕尾槽导轨，同时也不再需要滚柱19，此时，左右滑动块14的下部与燕尾槽导轨匹配，使左右滑动块14能够在燕尾槽导轨上左右运动。

实施例7

与实施例1不同之处是本实施例的圆形金属坯料11的中心开有直孔，使得其横截面为圆环状。

实施例8

与实施例7不同之处是本实施例压住圆形金属坯料的工具为圆杆，该圆杆穿过圆形金属坯料的中心直孔压在圆形金属坯料的内表面上，圆杆的两端通过安装固定在滑动横梁板3上。

实施例9

与实施例1不同之处是本实施例的圆形金属坯料11为烧结而成的多微孔隙金属材料，通过搓滚塑性加工使多微孔隙金属材料实现致密化。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种搓滚圆形金属坯料的拔长塑性加工设备，其特征在于：包括基座、大立柱、滑动横梁板、导套、上横梁板、小导柱、上油缸、圆杆、挡块、左右滑动块、动力源、行程开关、滚柱、滚柱支撑块；所述基座通过地脚螺钉孔固定在地面上；所述大立柱有多根，每根大立柱下端通过螺母垂直固定在基座上；所述滑动横梁板通过导套套装在多根大立柱上，能够在大立柱的导向作用下上下自由滑动；所述上横梁板通过螺母固定在多根大立柱的上端；所述小导柱有多根，每根小导柱上端固定在上横梁板上，所述滑动横梁板通过导套套装在多根小导柱上，通过该多根小导柱给滑动横梁板更精确的导向；所述上油缸安装在上横梁板的对称中心处，该上油缸的活塞杆下端固定在滑动横梁板上，能够驱动滑动横梁板上下运动；所述滚柱支撑块安装在基座台面的中间位置，其上形成有限位槽，该限位槽中布置有多个滚柱，且每个滚柱的直径大于限位槽的深度；所述左右滑动块置于该多个滚柱上面，其下表面与滚柱接触，能够在滚柱上左右滑动，所述滚柱起到减少滑动摩擦的作用；所述动力源通过支撑座安装在基座上的一侧，所述左右滑动块由该动力源驱动实现左右运动；所述行程开关有两个固定在基座的台面上，并分别位于左右滑动块的左、右极限位置处；所述挡块固定在左右滑动块顶部的两侧，用于对圆形金属坯料进行限位，所述圆形金属坯料的中心开有直孔，所述圆杆穿过圆形金属坯料的中心直孔压在圆形金属坯料的内表面上，所述圆杆的两端通过安装固定在滑动横梁板上。

2.根据权利要求1所述的一种搓滚圆形金属坯料的拔长塑性加工设备，其特征在于：所述动力源采用以下三种结构形式之一，分别有：

第一种：所述动力源为驱动油缸，该驱动油缸的活塞杆头部固接在左右滑动块上，能够驱动左右滑动块进行左右来回的往复运动；

第二种：所述动力源为电机驱动齿轮齿条结构，所述齿条的一端固定在左右滑动块上，所述电机通过减速器驱动齿轮，所述齿轮再驱动齿条，所述齿条再驱动左右滑动块左右往复运动；

第三种：所述动力源为电机驱动丝杆结构，所述左右滑动块上开有螺纹孔，所述丝杆连接在左右滑动块的螺纹孔内，通过电机驱动丝杆，再由丝杆驱动左右滑动块左右往复运动。

3.一种搓滚圆形金属坯料的拔长塑性加工工艺，该工艺使用权利要求1所述的拔长塑性加工设备，其特征在于：首先，将圆形金属坯料置于搓滚加工台面上，用一搓滚工具压住圆形金属坯料，并使压住圆形金属坯料的搓滚工具与搓滚加工台面产生左右来回的往复运动，靠摩擦力驱动圆形金属坯料在搓滚加工台面上来回的往复滚动，即在搓滚加工台面上搓滚圆形金属坯料，搓滚过程中，使圆形金属坯料产生直径减小、长度增加的拔长塑性变形；所述圆形金属坯料的中心开有直孔，所述搓滚工具为圆杆，该圆杆穿过圆形金属坯料的直孔压在圆形金属坯料的内表面上。

4.根据权利要求3所述的一种搓滚圆形金属坯料的拔长塑性加工工艺，其特征在于：在搓滚过程中，所述圆形金属坯料的轴线与左右来回的往复运动方向垂直，其中，左右来回往复运动的距离足够使被加工的圆形金属坯料完成一周360度的滚动，搓滚工具单向运动一次，圆形金属坯料的全部外表面都会与搓滚工具的表面接触一次。

5.根据权利要求3所述的一种搓滚圆形金属坯料的拔长塑性加工工艺，其特征在于：所述圆形金属坯料为烧结而成的多微孔隙金属材料，通过搓滚塑性加工使多微孔隙金属材料实现致密化。

6.一种搓滚圆形金属坯料的拔长塑性加工设备，其特征在于：包括基座、大立柱、滑动横梁板、导套、上横梁板、小导柱、上油缸、圆杆、挡块、左右滑动块、动力源、行程开关、燕尾槽导轨；所述基座通过地脚螺钉孔固定在地面上；所述大立柱有多根，每根大立柱下端通过螺母垂直固定在基座上；所述滑动横梁板通过导套套装在多根大立柱上，能够在大立柱的导向作用下上下自由滑动；所述上横梁板通过螺母固定在多根大立柱的上端；所述小导柱有多根，每根小导柱上端固定在上横梁板上，所述滑动横梁板通过导套套装在多根小导柱上，通过该多根小导柱给滑动横梁板更精确的导向；所述上油缸安装在上横梁板的对称中心处，该上油缸的活塞杆下端固定在滑动横梁板上，能够驱动滑动横梁板上下运动；所述燕尾槽导轨安装在基座台面的中间位置，所述左右滑动块的下部与燕尾槽导轨匹配，使得左右滑动块能够在燕尾槽导轨上左右运动；所述动力源通过支撑座安装在基座上的一侧，所述左右滑动块由该动力源驱动实现左右运动；所述行程开关有两个固定在基座的台面上，并分别位于左右滑动块的左、右极限位置处；所述挡块固定在左右滑动块顶部的两侧，用于对圆形金属坯料进行限位，所述圆形金属坯料的中心开有直孔，所述圆杆穿过圆形金属坯料的中心直孔压在圆形金属坯料的内表面上，所述圆杆的两端通过安装固定在滑动横梁板上。

7.根据权利要求6所述的一种搓滚圆形金属坯料的拔长塑性加工设备，其特征在于：所述动力源采用以下三种结构形式之一，分别有：

第一种：所述动力源为驱动油缸，该驱动油缸的活塞杆头部固接在左右滑动块上，能够驱动左右滑动块进行左右来回的往复运动；

第二种：所述动力源为电机驱动齿轮齿条结构，所述齿条的一端固定在左右滑动块上，所述电机通过减速器驱动齿轮，所述齿轮再驱动齿条，所述齿条再驱动左右滑动块左右往复运动；

第三种：所述动力源为电机驱动丝杆结构，所述左右滑动块上开有螺纹孔，所述丝杆连接在左右滑动块的螺纹孔内，通过电机驱动丝杆，再由丝杆驱动左右滑动块左右往复运动。

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