CN113894171B - 螺旋杆三辊驱动挤压成形装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属塑性成形工艺与装备技术领域,提供了一种螺旋杆三辊驱动挤压成形装置及工艺,所述装置包括模具、入料筒和三个轧辊;模具内部开设螺旋型腔,将直线型坯料成形为螺旋杆;入料筒用于坯料的上料;三个轧辊用于为坯料提供挤压成形的轴向压力。所述工艺对坯料进行软化处理,对模具进行润滑处理;设定轧辊倾斜角度、轧辊间距及扭矩;将坯料穿进入料筒,使其被轧辊咬入,坯料在轧辊驱动下绕自身轴线匀速旋转并匀速向前进入模具型腔内,挤压成形得到螺旋杆成品。本发明结构简单,易于制造,可连续成形任意长度的螺旋杆,成形精度高,具有广阔应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及金属塑性成形工艺与装备技术领域,特别涉及一种螺旋杆三辊驱动挤压成形装置及工艺。
背景技术
螺旋杆呈空间螺旋杆状结构,其沿轴线方向的每一个垂直截面都是完整的圆形,常用于制造螺杆泵等液体输送设备转子,其与定子相互啮合形成密封腔室推动液体前进,进行液体输送。
螺旋杆加工制造通常采用切削加工成形或挤压成形。采用数控车床对金属棒料切削加工成形会造成大量材料浪费,加工时间长,生产效率低,且传统切削加工会切断原有金属纤维组织,降低力学性能。现阶段挤压成形螺旋杆大多采用封闭型腔挤压成形,所能成形螺旋杆最大尺寸受型腔尺寸限制,且挤压力完全由挤压顶杆单独提供,受力状态较差,对设备要求高。
因此有必要研发新的螺旋杆挤压成形工艺及装置。
发明内容
本发明的目的是至少克服现有技术的不足之一,提供了一种螺旋杆三辊驱动挤压成形装置及工艺,结构简单、易于制造,可连续成形任意长度的螺旋杆(特别适用于实心螺旋杆),成形精度较高。
本发明采用如下技术方案:
一方面,本发明一种螺旋杆三辊驱动挤压成形装置,包括模具、入料筒和三个轧辊;
所述模具内部开设有螺旋型腔,螺旋型腔与螺旋杆外形轮廓一致,用于将直线型坯料成形为螺旋杆;所述入料筒用于坯料的上料;三个所述轧辊用于为坯料提供挤压成形的轴向压力;
所述坯料穿过所述入料筒,在三个所述轧辊的轧制摩擦力驱动下,经过所述模具挤压成形为螺旋杆。
如上所述的任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,三个所述轧辊设置在所述入料筒和模具之间,三个所述轧辊中心点连线构成等边三角形(三个所述轧辊中心点位于等边三角形的顶点处),且三个所述轧辊中心点所在平面与所述坯料轴线垂直相交;三个所述轧辊轴线与坯料轴线之间的夹角均相等;三个所述轧辊旋转方向相同,转动角速度相同。
如上所述的任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述模具、导料筒、入料筒和坯料四者的轴线均重合。
如上所述的任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述轧辊表面进行滚花处理,以增大摩擦系数。
如上所述的任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述轧辊的入料端设置咬入锥角A,咬入锥角A为3°~10°。
如上所述的任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述模具的入料端设置有用于保证所述坯料顺畅进入模具型腔的导向锥角B。
另一方面,本发明还提供了一种螺旋杆三辊驱动挤压成形工艺,包括:
S1、对坯料进行软化处理,对模具进行润滑处理;
S2、设定轧辊的倾斜角度、轧辊间距及轧辊扭矩;轧辊的倾斜角度为轧辊轴线与坯料轴线之间的夹角;
S3、将坯料穿进入料筒,对坯料施加轴向力使其被三个轧辊咬入;坯料在三个轧辊驱动下绕自身轴线匀速旋转并匀速向前进入模具型腔内,挤压成形得到螺旋杆成品。
如上所述的任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,步骤S1中,所述软化处理为对坯料进行退火处理,处理后硬度不高于200HV。
如上所述的任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述坯料的材质为能用于冷塑性成形的金属材料,所述坯料的材料包括不锈钢、铜和其他金属。
如上所述的任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,步骤S2中,轧辊间距设定应保证轧辊与坯料间具有足够的摩擦力,保证轧辊与坯料间不发生相对滑动。
如上所述的任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,步骤S2中,轧辊的扭矩设定应使金属坯料所承受的应力水平高于其屈服强度,使得坯料产生永久塑性变形。
如上所述的任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,步骤S2中,所述螺旋杆相应参数与轧辊倾斜角度满足如下关系式:
式中,α为轧辊倾斜角度,即轧辊轴线与坯料轴线所夹锐角;S为螺旋杆螺距;D为螺旋杆螺旋线水平投影圆直径。
如上所述的任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,步骤S2中,三个所述轧辊的间距应使三个所述轧辊所夹内切圆直径小于坯料外径。
如上所述的任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,轧辊对坯料的压下量范围:0.2mm<压下量<0.8mm。
如上所述的任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,坯料的最大直径Dmax<0.7R,R为轧辊直径。实验证明,当Dmax>0.7R时,轧辊难以提供足够大的摩擦轴向压力。
本发明的有益效果为:
1.本发明可连续成形任意长度的螺旋杆,摆脱了传统螺旋杆挤压成形受挤压腔室空间限制,只能成形一定长度的螺旋杆的问题。
2.本发明成型螺旋杆速度快、效率更高。
3.本发明中挤压成形所需的挤压力由三个轧辊共同承担,受力状态良好,且结构简单、设备研发难度低,易于实现自动化生产。
4.本发明对于操作人员知识水平和个人技能要求不高,简单易学,操作方便。
附图说明
图1所示为本发明实施例一种螺旋杆三辊驱动挤压成形装置的结构示意图。
图2所示为实施例中挤压成形原理示意图。
图3所示为实施例中带滚花的轧辊结构示意图。
图4所示为实施例中模具结构示意图。
图5所示为实施例中模具沿对称面剖开结构示意图。
图中:1.模具;2.轧辊;3.入料筒;4.坯料;A.轧辊咬入锥角;B.模具导向锥角;C.(模具)螺旋型腔。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是,下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的,它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中,各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件,可应用于不同实施例中。
如图1-图5所示,本发明实施例一种螺旋杆三辊驱动挤压成形装置,包括模具1、轧辊 2、坯料4、入料筒3;所述模具1内部开设有螺旋型腔,螺旋型腔与螺旋杆外形轮廓一致,用于将直线型坯料4成形为螺旋杆;所述入料筒3用于坯料4的上料;三个所述轧辊2用于为坯料4提供挤压成形的轴向压力。
在一个具体实施例中,所述模具1轴线、坯料4轴线、入料筒3轴线相重合。
在一个具体实施例中,三个所述轧辊2的倾斜角度,即轧辊2轴线与坯料4轴线夹角相同;三个所述轧辊2旋转方向相同,均为从入料端沿逆时针方向旋转,转动角速度相同。
如图3所示,在一个优选实施例中,所述轧辊2表面进行滚花处理,增大摩擦系数。
在一个具体实施例中,所述轧辊2入料端设置咬入锥角A,咬入锥角A为3°~10°。
如图4所示,在一个具体实施例中,所述模具1入料端设置导向锥角B,保证所述坯料 4顺畅进入模具型腔。
如图5所示,所述模具1内部开有螺旋型腔C,所述螺旋型腔C与所述螺旋杆外形轮廓一致。
S1.下纯铜管料,进行退火软化处理,软化处理后管料硬度降至200HV以下;采用石墨、二硫化钼等润滑剂对模具1内部螺旋型腔C进行充分润滑处理;
S2.根据螺旋杆外径D=15mm,螺距S=40mm,计算得到轧辊2倾斜角度α=52.6°,设定轧辊倾斜角度、轧辊扭矩、轧辊间距;轧辊2设定的扭矩应保证坯料4顺利转动;轧辊2设定的间距应保证轧辊2与坯料4之间具备足够的摩擦力,保证轧辊2与坯料4之间不发生相对滑动;轧辊扭矩、轧辊间距的大小一般可通过实验或计算确定。
S3.将软化处理过的纯铜坯料4穿进入料筒3,对坯料4施加轴向力使其被轧辊2咬入,坯料4在受轧辊2挤压产生的摩擦力驱动作用下,绕自身轴线匀速旋转并匀速向前进入模具 1的螺旋型腔C内,挤压成形得到螺旋杆成品。
关于轧辊倾斜角度确定的进一步说明:
根据所需要成形的螺旋杆的螺距S,螺旋杆投影圆直径D,再结合公式(1)推导出来的,推导过程如下:
原则:等体积原则(推进模具的体积V进=挤出体积V出)
V进=v轴×T×S截
其中:v轴轴向进料速度;T时间;S截坯料截面面积;
ω:坯料旋转角速度;S:螺距;D:坯料直径;
V进=V出,即:
现有技术一般通过模具转动来控制ω,通过顶杆推动速度来控制v轴。通过两个装置运动来保证运动协调,较麻烦。
本申请中,通过调节轧辊倾斜角度来协调控制ω和v轴,简单便捷。
v轴=V sina
其中V为轧辊线速度;带入到上述公式(2)中,得到公式(1),即:
其中α为轧辊倾斜角度,即轧辊轴线与坯料轴线所夹锐角;S为螺旋杆螺距;D为螺旋杆螺旋线水平投影圆直径。
轧辊的倾斜角度协调满足了螺旋杆的轴向进给速度和旋转速度。倘若不满足公式(1),会造成所成形的螺旋杆进出料不平衡,造成螺距S不达标,螺旋杆截面不是圆形等成形问题。
本发明结构简单,易于制造,可连续成形任意长度的螺旋杆,成形精度较高,具有广阔的应用前景。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例,但是本领域的技术人员应当理解,在不脱离本发明精神的情况下,可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的,不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
Claims (9)
2.如权利要求1所述的螺旋杆三辊驱动挤压成形装置,其特征在于,三个所述轧辊设置在所述入料筒和模具之间,三个所述轧辊中心点连线构成等边三角形,且三个所述轧辊中心点所在平面与所述坯料轴线垂直相交;三个所述轧辊轴线与坯料轴线之间的夹角均相等;三个所述轧辊旋转方向相同,转动角速度相同。
3.如权利要求1所述的螺旋杆三辊驱动挤压成形装置,其特征在于,所述模具、入料筒和坯料三者的轴线均重合。
4.如权利要求1所述的螺旋杆三辊驱动挤压成形装置,其特征在于,所述轧辊表面进行滚花处理。
5.如权利要求1所述的螺旋杆三辊驱动挤压成形装置,其特征在于,所述轧辊的入料端设置咬入锥角A,咬入锥角A为3°~10°。
6.如权利要求1所述的螺旋杆三辊驱动挤压成形装置,其特征在于,所述模具的入料端设置有用于保证所述坯料顺畅进入模具型腔的导向锥角B。
7.一种螺旋杆三辊驱动挤压成形工艺,其特征在于,使用如权利要求1-6任一项所述的装置,所述工艺包括:
S1、对坯料进行软化处理,对模具进行润滑处理;
S2、设定轧辊的倾斜角度、轧辊间距及轧辊扭矩;轧辊的倾斜角度为轧辊轴线与坯料轴线之间的夹角;
S3、将坯料穿进入料筒,对坯料施加轴向力使其被三个轧辊咬入;坯料在三个轧辊驱动下绕自身轴线匀速旋转并匀速向前进入模具型腔内,挤压成形得到螺旋杆成品。
8.如权利要求7所述的螺旋杆三辊驱动挤压成形工艺,其特征在于,步骤S1中,所述软化处理为对坯料进行退火处理,处理后硬度不高于200HV。
9.如权利要求7所述的螺旋杆三辊驱动挤压成形工艺,其特征在于,所述坯料的材质为能用于冷塑性成形的金属材料,所述坯料的材料包括不锈钢和铜。
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