CN113059098B - 一种内螺纹滚压塑性成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种内螺纹滚压塑性成形装置及方法，涉及先进材料成形技术领域。该装置包括底座和设置在底座上的卡盘组件、驱动电机和内螺纹滚压机构；驱动电机和内螺纹滚压机构均固定在底座上，且驱动电机能够为内螺纹滚压机构提供旋转动力；卡盘组件与底座滑动连接，且卡盘组件能够靠近或远离内螺纹滚压机构；内螺纹滚压机构包括大齿轮和沿周向均布在大齿轮的外侧的多组滚压组件；滚压组件包括同轴设置的小齿轮和滚丝轮，小齿轮连接在底座上且与大齿轮相啮合；小齿轮能够带动滚丝轮转动，滚丝轮的外圆面为成形的螺纹结构，且多个滚丝轮的螺纹结构之间具有相位差。本申请同时公开了一种基于上述内螺纹滚压塑性成形装置的成形方法。

Description

一种内螺纹滚压塑性成形装置及方法

技术领域

本申请涉及先进材料成形技术领域，尤其涉及一种内螺纹滚压塑性成形装置及方法。

背景技术

内螺纹零件是机械设备中重要的部件，其可作为连接、紧固等零件广泛的应用于装备制造业中。目前，公称直径小于24mm的内螺纹，一般采用内螺纹切削攻丝、内螺纹挤压攻丝、内螺纹铣削以及内螺纹振动切削攻丝工艺。而对于大直径内螺纹，即公称直径大于24mm以上的内螺纹无法采用挤压成形的工艺加工，主要原因如下：

1、大直径的内螺纹在挤压成形时，成形的力矩非常大，容易导致挤压丝锥断裂。

2、用于加工内螺纹的挤压丝锥的直径越大，其自身的加工难度越高，自身的尺寸也会急剧增大，导致生产成本过高。

为了解决上述技术问题，现有技术一般采用铣削工艺来加工大直径的内螺纹，但是由于内螺纹铣削工艺容易造成材料的浪费，且切削过程中金属的纤维组织被切断，容易降低材料的性能，因此，大直径内螺纹的高质量、高效制造，已成为亟待解决的问题。

发明内容

本申请的实施例提供一种内螺纹滚压塑性成形装置及方法，不仅能够提升加工效率和质量，而且具有节省材料、减小攻丝扭矩和丝锥磨损的优点。

为达到上述目的，一方面，本申请的实施例提供了一种内螺纹滚压塑性成形装置，包括底座和设置在所述底座上的卡盘组件、驱动电机和内螺纹滚压机构；所述驱动电机和所述内螺纹滚压机构均固定在所述底座上，且所述驱动电机能够为所述内螺纹滚压机构提供旋转动力；所述卡盘组件与所述底座滑动连接，且所述卡盘组件能够靠近或远离所述内螺纹滚压机构；所述内螺纹滚压机构包括大齿轮和沿周向均布在所述大齿轮的外侧的多组滚压组件；所述滚压组件包括同轴设置的小齿轮和滚丝轮，所述小齿轮连接在所述底座上且与所述大齿轮相啮合；所述小齿轮能够带动所述滚丝轮转动，所述滚丝轮的外圆面为成形的螺纹结构，且多个所述滚丝轮的螺纹结构之间具有相位差。

进一步地，所述滚压组件还包括连接螺栓和轴套，所述轴套套设在所述连接螺栓上，所述小齿轮和所述滚丝轮均套设在所述轴套上，且所述轴套能够相对所述连接螺栓转动；所述轴套与所述小齿轮和所述滚丝轮之间分别设有第一限位结构和第二限位结构，所述第一限位结构能够阻止滚丝轮绕所述轴套转动，所述第二限位结构能够阻止所述小齿轮绕所述轴套转动。

进一步地，所述内螺纹滚压机构还包括第一端盖和壳体，所述连接螺栓的一端依次穿过所述第一端盖、所述轴套和所述壳体的第一端后与螺母紧固；所述壳体的第二端连接所述底座。

进一步地，所述内螺纹滚压机构还包括周向振动结构，所述底座上设有第一立板，所述壳体架设在所述第一立板上，所述壳体的第二端连接所述周向振动结构，所述周向振动结构能够带动所述壳体相对所述第一立板周向振动。

进一步地，所述壳体的第二端设有沿径向延伸的第二连接部，所述第二连接部位于所述壳体的外壁面上且与所述壳体的轴线相垂直；所述周向振动结构包括振动电机、偏心轮和连杆；所述振动电机固定在所述第一立板上，所述振动电机的输出轴连接所述偏心轮的输入端，所述偏心轮的输出端连接所述连杆的一端，所述连杆的另一端连接所述第二连接部。

进一步地，所述内螺纹滚压机构还包括固连在所述第一立板上的第二端盖，所述第二端盖覆盖在所述壳体的外侧，所述第二端盖上设有豁口，所述连接部由所述豁口伸出后与所述连杆连接。

进一步地，所述壳体的第一端设有第一连接部，所述第一连接部为环形板状且位于所述壳体内，所述第一连接部低于所述壳体的第一端的端面；所述第一端盖上设有沿轴向延伸的多个凸起，每个所述凸起均位于相邻的两个所述滚丝轮之间，且所述凸起的外边缘低于所述滚丝轮的外圆面；所述凸起与所述壳体的第一端相低接，所述凸起、所述壳体的第一端和所述第一连接部之间形成齿轮安装腔，多个所述小齿轮均安装在所述齿轮安装腔内。

进一步地，所述卡盘组件包括卡盘和第二立板，所述卡盘通过连接器连接在所述第二立板上，所述连接器可相对所述第二立板转动；所述第二立板滑动连接在所述底座上，所述第二立板的滑动方向与所述驱动电机的轴线重合。

另一方面，本申请的实施例提供了一种基于上述内螺纹滚压塑性成形装置的成形方法，包括以下步骤：S1、将坯料固定在卡盘组件上，并确保坯料的轴线与内螺纹滚压机构的轴线在同一直线上；S2、启动驱动电机，所述驱动电机向第一方向旋转；S3、推动卡盘组件向靠近内螺纹滚压机构的方向运动，并开始加工螺纹，直至坯料内的螺纹成型；S4、控制驱动电机向第二方向旋转，所述第二方向与第一方向相反。

进一步地，所述步骤S2之后还包括启动振动电机；所述步骤S3之后还包括停止振动电机。

本申请相比现有技术具有以下有益效果：

1、本申请通过多个内滚丝轮滚压成形大尺寸内螺纹，在成形的过程中产生加工硬化，相比铣削加工，本申请在提高材料利用率和加工效率的同时，还克服了铣削成形的过程中切断材料纤维以及在加工处产生材料微裂纹导致零件的强度降低的缺点。

2、本申请通过周向振动结构带动多个滚压组件沿周向振动，在成形过程中滚压组件中的滚丝轮与坯料的接触发生周期性的变化，有利于润滑油的进入，进而降低成形过程中的摩擦，并且可提高成形零件的表面质量。

3、本申请通过同一齿轮驱动多个滚丝轮运动以及坯料自行进给的方式，既保证了多个滚丝轮运动的同步性，又简化了成形装置的结构。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例内螺纹滚压塑性成形装置的立体结构示意图1；

图2为本申请实施例内螺纹滚压塑性成形装置的立体结构示意图2；

图3为本申请实施例内螺纹滚压塑性成形装置中内螺纹滚压机构的立体结构示意图1；

图4为本申请实施例内螺纹滚压塑性成形装置中内螺纹滚压机构的立体结构示意图2(去掉壳体)；

图5为本申请实施例内螺纹滚压塑性成形装置中内螺纹滚压机构与第一立板的连接结构示意图；

图6为本申请实施例内螺纹滚压塑性成形装置中滚压组件的分解结构示意图；

图7为本申请实施例内螺纹滚压塑性成形装置中卡盘组件的剖视图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参照图1和图2，本申请实施例提供了一种内螺纹滚压塑性成形装置，该成形装置包括底座1和设置在底座1上的驱动电机4、内螺纹滚压机构2和卡盘组件3。驱动电机4和内螺纹滚压机构2均固定在底座1上，且驱动电机4能够为内螺纹滚压机构2提供旋转动力。卡盘组件3与底座1滑动连接，且卡盘组件3用于夹持工件10，且卡盘组件3能够靠近或远离内螺纹滚压机构2。本申请实施例用于加工直径大于24mm的大尺寸内螺纹。

参照图3至图5，内螺纹滚压机构2包括大齿轮21和沿周向均布在大齿轮21的外侧的多组滚压组件22。在一些实例中，为了使结构更加简单且工件10受力更均匀，滚压组件22的数量为三组。具体的，滚压组件22包括同轴设置的小齿轮221和滚丝轮222，小齿轮221连接在底座1上且与大齿轮21相啮合。大齿轮套设在齿轮轴28上，齿轮轴28与驱动电机4连接。小齿轮221能够带动滚丝轮222转动，滚丝轮222的外圆面为成形的螺纹结构，且三个滚丝轮222的螺纹结构之间具有相位差，由此，当三个小齿轮221分别带动相应的滚丝轮222自转时，三个滚丝轮222能够带动工件10绕轴向转动，并沿轴向进给，从而在工件10的内圈加工出内螺纹。

参照图6，滚压组件22还包括连接螺栓223和轴套224，轴套224套设在连接螺栓223上，小齿轮221和滚丝轮222均套设在轴套224上，且轴套224能够相对连接螺栓223转动。轴套224与小齿轮221和滚丝轮222之间分别设有第一限位结构和第二限位结构，第一限位结构能够阻止滚丝轮222绕轴套224转动，第二限位结构能够阻止小齿轮221绕轴套224转动。

具体的，第一限位结构包括设置在轴套224的外圆面上的第三平面2241和设置在小齿轮221上且朝向第三平面2241的第一平面2211，第一平面2211与第三平面2241相抵接。第二限位结构包括设置在轴套224的外圆面上的第四平面2242和设置在滚丝轮222上且朝向第四平面2242的第二平面2221，第二平面2221与第四平面2242相抵接。

参照图3和图5，内螺纹滚压机构2还包括第一端盖23和壳体24，壳体24的第一端设有第一连接部241，第一连接部241为环形板状且位于壳体24内，且第一连接部241低于壳体24的第一端的端面。第一端盖23上设有沿轴向延伸的多个凸起231，每个凸起231均位于相邻的两个滚丝轮222之间，且凸起231的外边缘低于滚丝轮222的外圆面。凸起231与壳体24的第一端相低接，凸起231、壳体24的第一端和第一连接部241之间形成齿轮安装腔25，三个小齿轮221均安装在齿轮安装腔25内，连接螺栓223的一端依次穿过第一端盖23、轴套224和壳体24的第一端后与螺母29紧固，壳体24的第二端连接底座1。由此，既能提高内螺纹滚压机构2的强度，还能防止三个小齿轮221被外物磕碰。

需要说明的是，凸起231的高度与壳体24的第一端高出第一连接部241的部分的高度之和应该大于小齿轮221与滚丝轮222的厚度之和，由此，可以防止滚丝轮222和小齿轮221被夹紧在第一端盖23和第一连接部241之间而无法转动。

参照图1、图2和图5，在一些实施例中，内螺纹滚压机构2还包括周向振动结构26，底座1上设有第一立板11，壳体24架设在第一立板11上，且壳体24的外圆面与第一立板11的内孔之间安装第一轴承6，壳体24的第二端连接周向振动结构26，周向振动结构26能够带动壳体24相对立板周向振动。由此，在成形过程中滚压组件22中的滚丝轮222与坯料10的接触发生周期性的变化，有利于润滑油的进入，进而降低成形过程中的摩擦，并且可提高成形零件的表面质量。

参照图5，具体的，第一立板11上设有台阶孔，壳体24的第二端设有外翻边244，第一轴承6被压紧在外翻边244与台阶孔的端面上。外翻边244上设有沿径向延伸的第二连接部245，第二连接部245位于壳体24的外壁面上且与壳体24的轴线相垂直。

参照图1和图2，周向振动结构26包括振动电机261、偏心轮262和连杆263。振动电机261固定在第一立板11上，振动电机261的输出轴连接偏心轮262的输入端，偏心轮262的输出端连接连杆263的一端，连杆263的另一端连接第二连接部245。

参照图7，内螺纹滚压机构2还包括固连在第一立板11上的第二端盖27，第二端盖27覆盖在壳体24的外侧，并将壳体24压紧在第一立板11上。第二端盖27上设有豁口271，第二连接部245由豁口271伸出后与连杆263连接。为了防止第二连接部245被损坏，第一立板11上还设有凹槽111，第二连接部245位于凹槽111内。

参照图1和图5，在一些实施例中，底座1上设有电机支座12，驱动电机4通过电机支座12固定在底座1上，驱动电机4的输出轴通过联轴器5连接齿轮轴28。在一些实施例中，为了便于加工，齿轮轴28与大齿轮21为一体件。

参照图1和图7，卡盘组件3包括卡盘31和第二立板32，卡盘31通过连接器33连接在第二立板32上，连接器33与第二立板32之间通过第二轴承34连接。第二轴承34的端面上设有第三端盖35。底座1上设有滑轨13，滑轨13的延伸方向与卡盘3的轴线平行，第二立板32上设有与滑轨13相适配的滑槽321。由此，在加工内螺纹时，卡盘3可以自动进给。

另一方面，本申请的实施例还提供了一种基于上述内螺纹滚压塑性成形装置的成形方法，包括以下步骤：

步骤一、将坯料固定在卡盘组件上，并确保坯料的轴线与内螺纹滚压机构的轴线在同一直线上；

步骤二、启动驱动电机，驱动电机向第一方向旋转；

步骤三、启动振动电机；

步骤四、推动卡盘组件向靠近内螺纹滚压机构的方向运动，并开始加工螺纹，直至坯料内的螺纹成型；

步骤五、停止振动电机；

步骤六、控制驱动电机向第二方向旋转，第二方向与第一方向相反。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种内螺纹滚压塑性成形装置，其特征在于，

包括底座和设置在所述底座上的卡盘组件、驱动电机和内螺纹滚压机构；

所述驱动电机和所述内螺纹滚压机构均固定在所述底座上，且所述驱动电机能够为所述内螺纹滚压机构提供旋转动力；

所述卡盘组件与所述底座滑动连接，且所述卡盘组件能够靠近或远离所述内螺纹滚压机构；

所述内螺纹滚压机构包括大齿轮、沿周向均布在所述大齿轮的外侧的多组滚压组件、壳体和周向振动结构；所述滚压组件包括连接螺栓、轴套、同轴设置的小齿轮和滚丝轮，所述轴套套设在所述连接螺栓上，所述小齿轮和所述滚丝轮均套设在所述轴套上，且所述轴套能够相对所述连接螺栓转动；所述小齿轮与所述大齿轮相啮合；所述小齿轮能够带动所述滚丝轮转动，所述滚丝轮的外圆面为成形的螺纹结构，且多个所述滚丝轮的螺纹结构之间具有相位差；所述轴套与所述小齿轮和所述滚丝轮之间分别设有第一限位结构和第二限位结构，所述第一限位结构能够阻止滚丝轮绕所述轴套转动，所述第二限位结构能够阻止所述小齿轮绕所述轴套转动；

所述底座上设有第一立板，所述壳体架设在所述第一立板上，所述壳体的第一端设有第一连接部，所述壳体的第二端设有沿径向延伸的第二连接部，所述第二连接部位于所述壳体的外壁面上且与所述壳体的轴线相垂直；所述第二连接部连接所述周向振动结构，所述周向振动结构能够带动所述壳体相对所述第一立板周向振动；

所述周向振动结构包括振动电机、偏心轮和连杆；所述振动电机固定在所述第一立板上，所述振动电机的输出轴连接所述偏心轮的输入端，所述偏心轮的输出端连接所述连杆的一端，所述连杆的另一端连接所述第二连接部。

2.根据权利要求1所述的内螺纹滚压塑性成形装置，其特征在于，所述内螺纹滚压机构还包括第一端盖，所述连接螺栓的一端依次穿过所述第一端盖、所述轴套和所述壳体的第一端后与螺母紧固；所述壳体的第二端连接所述底座。

3.根据权利要求2所述的内螺纹滚压塑性成形装置，其特征在于，所述内螺纹滚压机构还包括固连在所述第一立板上的第二端盖，所述第二端盖覆盖在所述壳体的外侧，所述第二端盖上设有豁口，所述第二连接部由所述豁口伸出后与所述连杆连接。

4.根据权利要求3所述的内螺纹滚压塑性成形装置，其特征在于，所述第一连接部为环形板状且位于所述壳体内，所述第一连接部低于所述壳体的第一端的端面；所述第一端盖上设有沿轴向延伸的多个凸起，每个所述凸起均位于相邻的两个所述滚丝轮之间，且所述凸起的外边缘低于所述滚丝轮的外圆面；所述凸起与所述壳体的第一端相低接，所述凸起、所述壳体的第一端和所述第一连接部之间形成齿轮安装腔，多个所述小齿轮均安装在所述齿轮安装腔内。

5.根据权利要求1～4任一所述的内螺纹滚压塑性成形装置，其特征在于，所述卡盘组件包括卡盘和第二立板，所述卡盘通过连接器连接在所述第二立板上，所述连接器可相对所述第二立板转动；所述第二立板滑动连接在所述底座上，所述第二立板的滑动方向与所述驱动电机的轴线重合。

6.一种基于权利要求1～5任一所述的内螺纹滚压塑性成形装置的成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将坯料固定在卡盘组件上，并确保坯料的轴线与内螺纹滚压机构的轴线在同一直线上；

S2、启动驱动电机，所述驱动电机向第一方向旋转；

S3、启动振动电机，并推动卡盘组件向靠近内螺纹滚压机构的方向运动，并开始加工螺纹，直至坯料内的螺纹成型；

S4、停止振动电机，并控制驱动电机向第二方向旋转，所述第二方向与第一方向相反。

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