CN117282911A - 一种多规格通用式驱动轴加工用精锻装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴类零件锻造技术领域，具体为一种多规格通用式驱动轴加工用精锻装置,包括锻压底座、锻压组件、牵引机，锻压底座和锻压组件具有多组且一一对应，锻压底座与锻压组件分布在一直线上，锻压底座上放置待加工的工件轴，牵引机拖曳工件轴一端并进行转动，锻压组件与锻压底座对合后锻压区内包络圆直径依次减小，精锻装置采用温锻条件。锻压组件包括壳体、冲头、复位顶柱、施力电板、蓄力电板，壳体内竖直滑动安装冲头，冲头采用电荷斥力加速，冲头还具有蓄力结构，在较短的行程上获得满足使用的墩击力。电加热机台分别设置在工件轴进出锻压底座的位置处，电加热机台为工件轴位于锻压底座范围内的段落施加电流。

Description

一种多规格通用式驱动轴加工用精锻装置

技术领域

本发明涉及轴类零件锻造技术领域，具体为一种多规格通用式驱动轴加工用精锻装置。

背景技术

锻造是金属零部件原胚加工方式的一种，锻造相比于铸造而言，工件内部晶格结构致密均匀，晶粒细致，相同组分的材料可以获得更高的机械强度，适用于高强度复杂零件的生产。

汽车驱动轴长期承受变化扭矩，并且驱动轴的运行稳定直接关系车辆行驶安全，所以，一般采用锻造生产汽车驱动轴。

轴类零件长径比较大，不易通过模锻的形式生产，一般材料自由锻多次矫正成型为接近设计尺寸的轴原料，然后再行通过精加工获得目标尺寸，后续精加工余量越少，则轴锻造过程金相组织保留越多，强度更高。

现有技术中，轴锻压一般采用多个工序，期间需要多次加热，逐渐锻压变细，获得成品轴，工序繁琐，而且热锻误差大，温锻则加热不均匀，加热后开始锻造的位置能够获得相对符合要求的晶格结构，而其余位置则又冷却下来，后续锻压无法与前面锻压在一致的条件下完成，金相组织均匀性提升有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多规格通用式驱动轴加工用精锻装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种多规格通用式驱动轴加工用精锻装置，精锻装置包括锻压底座、锻压组件、牵引机，锻压底座和锻压组件具有多组且一一对应，锻压底座与锻压组件分布在一直线上，锻压底座上放置待加工的工件轴，牵引机拖曳工件轴一端并进行转动，锻压组件与锻压底座对合后锻压区内包络圆直径依次减小，精锻装置温度条件是高于室温而低于工件轴材质的再结晶温度，即温锻温度条件。

工件轴在低于再结晶温度下进行锻造，减少锻造后热缩导致的尺寸变化，也改善工作场合的作业条件，工件轴连续在多个锻压底座上被锻压组件多次锻压，直径逐渐减小至设计尺寸，工件轴的锻压在一个地方一次完成，不需要多次反复加热影响作业效率，适用于细长轴的精锻作业。牵引机牵拉工件轴前进，工件轴在锻造过程也需要不断转动翻滚，也可以通过牵引机完成，牵引机与工件轴之间可以通过绳索连接，以隔离锻压振动。

锻压组件包括壳体、冲头、复位顶柱，壳体内竖直滑动安装冲头，冲头采用电荷斥力加速，冲头还具有蓄力结构，复位顶柱安装在壳体下部，复位顶柱具有升降驱动。

壳体内竖直安装的冲头作为锻压的执行器件，常规的液压驱动锻头执行速度慢，需要较大的行程累积加速度，然后墩击工件完成锻压过程，而轴类零件则相对较小，锻压位置需要更快的墩击频率，使用电驱动，比较难克服的是初始力较小，也会出现冲头下落速度尚未提升明显就已经和工件发生接触而单次锻压完毕，所以，本申请加入蓄力结构，在电荷斥力尚未充分加载时，不让冲头下降，在斥力较大后，冲头再行加速并撞击工件轴完成一次锻压过程，可以在较短的行程范围内获得较大的墩击力度，减小装置尺寸。冲头完成一次锻压过程后，复位顶柱向上顶升冲头使其重新回到最高位置。

锻压组件还包括施力电板、蓄力电板，冲头包括V形头、中盘、接力柱、电荷块，中盘竖直滑动安装在壳体内，中盘下端固定V形头，中盘上表面安装若干竖直的接力柱，接力柱顶部内设置电荷块，接力柱为绝缘材质，施力电板设置在壳体内的上表面，蓄力电板水平固定在壳体内的上部，蓄力电板表面具有若干通孔被接力柱穿过，蓄力电板位于中盘上方，

蓄力电板连接固定电源的一极并积累单一电荷，施力电板也连接直流电源的一极，施力电板上电荷与蓄力电板上电荷同性，施力电板所连接电压在一次锻压过程中逐渐升高，电荷块也连接直流电源的一极，电荷块所连接的电压在一次锻压完毕后撤除，施力电板、蓄力电板、电荷块各自与其所安装位置之间垫有绝缘层。

考察单次锻压过程，冲头整体处于最高点，施力电板所连接的电源电压逐渐升高时，施力电板上电荷也逐渐增多，同样的，电荷块上也具有相同性质的电荷，而此时电荷块处于施力电板和蓄力电板之间，受到两个斥力，随着施力电板上电荷变多，电荷块只能逐渐向蓄力电板移动，而越接近蓄力电板，蓄力电板给电荷块的作用力也越大，直至施力电板上积累足够的电荷量，能够让电荷块下移穿过蓄力电板，之后，蓄力电板对于电荷块的作用力颠倒朝下，配合施力电板为冲头提供突然大大升高的向下作用力，作用力可以在短时间内提升很高，在瞬间将冲头速度提升，消除施力电板上积累电荷所耗费时间内冲头的向下移动量。

壳体内壁上还设有一道竖直的接电槽，中盘侧面还设有滚刷，滚刷嵌入接电槽内并与槽底面接触，滚刷和接电槽底面电连接，滚刷与电荷块电连接。

电荷块对外接电需要从壳体侧壁走线，冲头是运动部件，需要滚刷与接电槽衔接，或者采用柔性电缆浮空的连接方式，这样可能在冲头升降过程损坏。

精锻装置还包括电加热机台，电加热机台分别设置在工件轴进出锻压底座的位置处，电加热机台为工件轴位于锻压底座范围内的段落施加电流。

电加热机台为工件轴加载电流进行加热保温，维持温锻过程的工件温度，电阻热自工件轴内部产生，相比于通过锻压底座和锻压组件接触式传热保温，电阻热式加热保温可以减少工件轴表皮的氧化程度，工件轴内部温度较高，容易进行锻压变形，引导内部晶格结构变形而获得高强度的轴身。

精锻装置还包括匀热组件，匀热组件位于锻压底座之间，匀热组件对工件轴施加垂直于其轴线的旋转磁场。

工件轴内具有轴向电流，此时如果周围有一磁感线垂直于工件轴轴线的磁场，那么，洛伦茨力会使得工件轴内的电荷发生垂直于运动方向、磁感线方向的偏转，所以，工件轴内用作电加热的电流就会在轴横截面上不断游走，将工件轴内所有位置均加热到位，防止电流只沿特定路径前进，影响整根轴的温度均匀性。

匀热组件包括圆筒、永磁体、转台、转轮，圆筒内壁上面对面设置磁极相对的永磁体，转台上表面设置至少两个转轮，转轮转轴与工件轴轴线平行，圆筒放置在转轮上，至少一个转轮具有主动旋转动力，圆筒中心穿过工件轴。

转轮通过与圆筒外表面的滚动摩擦驱动圆筒转动，圆筒内壁上的永磁体产生的磁场直直穿过工件轴，磁场不断旋转，促使工件轴内电流不断在截面上游走。更进一步的，可以用电磁铁取代永磁体，在工件轴周围营造强弱变化的磁场以及磁性颠倒变化，可以让工件轴内电流游走更加均匀。

圆筒对半分体，圆筒对合时使用紧固件穿设固定。

对半分体的圆筒在设置时，可以是工件轴完全被锻压底座支撑后再行包围工件轴，如果是一体式的圆筒，那么就需要将工件轴依次穿过圆筒，可能由于晃动而让工件轴与永磁体产生触碰，而工件轴是四百多度附近的较高温度，可能影响永磁体磁性甚至失效，对半分体圆筒可以在所有部件都安放平稳后再行安装匀热组件。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过设置多个连续的锻压底座和锻压组件来逐渐将工件轴锻压至合适粗细，在过程中通过电加热机台来对工件轴加载电流以产生电阻热保持温锻温度，匀热组件促使工件轴内电流不断变化过流位置，整轴温度趋向均匀，消除接触式传热导致的温度分布不均匀的情况，锻压组件内电荷斥力为冲头施加向下运动动力，蓄力电板的加入让冲头的下移只在施力电板充分施加作用力之后才进行，在较短的行程上提速较多，冲头对于工件轴的墩击力得以保证。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明整体流程结构示意图；

图2是本发明锻压组件的结构示意图；

图3是图2中的视图A；

图4是本发明施力电板、蓄力电板、电荷块之间的电荷斥力作用示意图；

图5是本发明滚刷、接电槽电连接的截面局部结构示意图；

图6是本发明匀热组件的结构示意图；

图中：1、锻压底座；2、锻压组件；21、壳体；22、冲头；221、V形头；222、中盘；223、接力柱；224、电荷块；225、滚刷；23、施力电板；24、蓄力电板；25、接电槽；26、复位顶柱；3、牵引机；4、绳索；5、电加热机台；6、匀热组件；61、圆筒；62、永磁体；63、转台；64、转轮；9、工件轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

一种多规格通用式驱动轴加工用精锻装置，精锻装置包括锻压底座1、锻压组件2、牵引机3，锻压底座1和锻压组件2具有多组且一一对应，锻压底座1与锻压组件2分布在一直线上，锻压底座1上放置待加工的工件轴9，牵引机3拖曳工件轴9一端并进行转动，锻压组件2与锻压底座1对合后锻压区内包络圆直径依次减小，精锻装置温度条件是高于室温而低于工件轴材质的再结晶温度，即温锻温度条件。

如图1所示，工件轴9在低于再结晶温度下进行锻造，减少锻造后热缩导致的尺寸变化，也改善工作场合的作业条件，工件轴9连续在多个锻压底座1上被锻压组件2多次锻压，直径逐渐减小至设计尺寸，工件轴9的锻压在一个地方一次完成，不需要多次反复加热影响作业效率，适用于细长轴的精锻作业。牵引机3牵拉工件轴9前进，工件轴9在锻造过程也需要不断转动翻滚，也可以通过牵引机3完成，牵引机3与工件轴9之间可以通过绳索4连接，以隔离锻压振动。

锻压组件2包括壳体21、冲头22、复位顶柱26，壳体21内竖直滑动安装冲头22，冲头22采用电荷斥力加速，冲头22还具有蓄力结构，复位顶柱26安装在壳体21下部，复位顶柱26具有升降驱动。

如图2所示，壳体21内竖直安装的冲头22作为锻压的执行器件，常规的液压驱动锻头执行速度慢，需要较大的行程累积加速度，然后墩击工件完成锻压过程，而轴类零件则相对较小，锻压位置需要更快的墩击频率，使用电驱动，比较难克服的是初始力较小，也会出现冲头下落速度尚未提升明显就已经和工件发生接触而单次锻压完毕，所以，本申请加入蓄力结构，在电荷斥力尚未充分加载时，不让冲头下降，在斥力较大后，冲头22再行加速并撞击工件轴9完成一次锻压过程，可以在较短的行程范围内获得较大的墩击力度，减小装置尺寸。冲头22完成一次锻压过程后，复位顶柱26向上顶升冲头22使其重新回到最高位置。

锻压组件2还包括施力电板23、蓄力电板24，冲头22包括V形头221、中盘222、接力柱223、电荷块224，中盘222竖直滑动安装在壳体21内，中盘222下端固定V形头221，中盘222上表面安装若干竖直的接力柱223，接力柱223顶部内设置电荷块224，接力柱223为绝缘材质，施力电板23设置在壳体21内的上表面，蓄力电板24水平固定在壳体21内的上部，蓄力电板24表面具有若干通孔被接力柱223穿过，蓄力电板24位于中盘222上方，

蓄力电板24连接固定电源的一极并积累单一电荷，施力电板23也连接直流电源的一极，施力电板23上电荷与蓄力电板24上电荷同性，施力电板23所连接电压在一次锻压过程中逐渐升高，电荷块224也连接直流电源的一极，电荷块224所连接的电压在一次锻压完毕后撤除，施力电板23、蓄力电板24、电荷块224各自与其所安装位置之间垫有绝缘层。

如图2、3、4所示，考察单次锻压过程，冲头22整体处于最高点，施力电板23所连接的电源电压逐渐升高时，施力电板23上电荷也逐渐增多，同样的，电荷块224上也具有相同性质的电荷，而此时电荷块224处于施力电板23和蓄力电板24之间，受到两个斥力F1/F2，随着施力电板23上电荷变多，电荷块224只能逐渐向蓄力电板移动，而越接近蓄力电板24，蓄力电板24给电荷块224的作用力F2也越大，直至施力电板23上积累足够的电荷量，能够让电荷块224下移穿过蓄力电板24，之后，蓄力电板24对于电荷块224的作用力颠倒朝下，配合施力电板23为冲头22提供突然大大升高的向下作用力，作用力可以在短时间内提升很高，在瞬间将冲头22速度提升，消除施力电板23上积累电荷所耗费时间内冲头22的向下移动量。图4中，蓄力电板24施加电压V1，电荷块224施加电压V2，施力电板23施加电压V3，都是接直流电源的同一极性，大小关系上，V3需要比V1大到足以让电荷块224穿过蓄力电板24，就算V3一下子升高到其最大值，但线路上的电荷流动也无法瞬间完成，还是需要时间才能够在施力电板23上积累足够的电荷量。此外，壳体21、中盘222、接力柱223、蓄力电板24的保持架部分，需要选用绝缘的高强度材料，能够承受锻压作用时的冲击力振动余波不损坏即可。

壳体21内壁上还设有一道竖直的接电槽25，中盘222侧面还设有滚刷225，滚刷225嵌入接电槽25内并与槽底面接触，滚刷225和接电槽25底面电连接，滚刷225与电荷块224电连接。

如图2、5所示，电荷块224对外接电需要从壳体21侧壁走线，冲头22是运动部件，需要滚刷225与接电槽25衔接，或者采用柔性电缆浮空的连接方式，这样可能在冲头22升降过程损坏，图5中黑色加粗样条线为电荷块224对外接电的线缆示意。

精锻装置还包括电加热机台5，电加热机台5分别设置在工件轴9进出锻压底座1的位置处，电加热机台5为工件轴9位于锻压底座1范围内的段落施加电流。

如图1所示，电加热机台5为工件轴9加载电流进行加热保温，维持温锻过程的工件温度，电阻热自工件轴9内部产生，相比于通过锻压底座1和锻压组件2接触式传热保温，电阻热式加热保温可以减少工件轴9表皮的氧化程度，工件轴9内部温度较高，容易进行锻压变形，引导内部晶格结构变形而获得高强度的轴身。

精锻装置还包括匀热组件6，匀热组件6位于锻压底座1之间，匀热组件6对工件轴9施加垂直于其轴线的旋转磁场。

如图1、6所示，工件轴9内具有轴向电流，此时如果周围有一磁感线垂直于工件轴9轴线的磁场，那么，洛伦茨力会使得工件轴9内的电荷发生垂直于运动方向、磁感线方向的偏转，所以，工件轴9内用作电加热的电流就会在轴横截面上不断游走，将工件轴9内所有位置均加热到位，防止电流只沿特定路径前进，影响整根轴的温度均匀性。

匀热组件6包括圆筒61、永磁体62、转台63、转轮64，圆筒61内壁上面对面设置磁极相对的永磁体62，转台63上表面设置至少两个转轮64，转轮64转轴与工件轴9轴线平行，圆筒61放置在转轮64上，至少一个转轮64具有主动旋转动力，圆筒61中心穿过工件轴9。

如图6所示，转轮64通过与圆筒61外表面的滚动摩擦驱动圆筒61转动，圆筒61内壁上的永磁体62产生的磁场直直穿过工件轴9，磁场不断旋转，促使工件轴9内电流不断在截面上游走。更进一步的，可以用电磁铁取代永磁体62，在工件轴9周围营造强弱变化的磁场以及磁性颠倒变化，可以让工件轴9内电流游走更加均匀。

圆筒61对半分体，圆筒61对合时使用紧固件穿设固定。

对半分体的圆筒61在设置时，可以是工件轴9完全被锻压底座1支撑后再行包围工件轴9，如果是一体式的圆筒61，那么就需要将工件轴9依次穿过圆筒61，可能由于晃动而让工件轴9与永磁体62产生触碰，而工件轴9是四百多度附近的较高温度，可能影响永磁体62磁性甚至失效，对半分体圆筒61可以在所有部件都安放平稳后再行安装匀热组件6。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多规格通用式驱动轴加工用精锻装置，其特征在于：所述精锻装置包括锻压底座（1）、锻压组件（2）、牵引机（3）、电加热机台（5）、匀热组件（6），所述锻压底座（1）和锻压组件（2）具有多组且一一对应，锻压底座（1）与锻压组件（2）分布在一直线上，锻压底座（1）上放置待加工的工件轴（9），所述牵引机（3）拖曳工件轴（9）一端并进行转动，所述锻压组件（2）与锻压底座（1）对合后锻压区内包络圆直径依次减小，所述精锻装置采用温锻条件，所述精锻装置温度条件是高于室温而低于工件轴（9）材质的再结晶温度；

电加热机台（5），所述电加热机台（5）分别设置在工件轴（9）进出锻压底座（1）的位置处，所述电加热机台（5）为工件轴（9）位于锻压底座（1）范围内的段落施加电流；

所述匀热组件（6）位于锻压底座（1）之间，所述匀热组件（6）使工件轴（9）内电加热位置分布均匀。

2.根据权利要求1所述的一种多规格通用式驱动轴加工用精锻装置，其特征在于：所述锻压组件（2）包括壳体（21）、冲头（22）、复位顶柱（26），所述壳体（21）内竖直滑动安装冲头（22），所述冲头（22）采用电荷斥力加速，冲头（22）还具有蓄力结构，所述复位顶柱（26）安装在壳体（21）下部，复位顶柱（26）具有升降驱动。

3.根据权利要求2所述的一种多规格通用式驱动轴加工用精锻装置，其特征在于：所述锻压组件（2）还包括施力电板（23）、蓄力电板（24），所述冲头（22）包括V形头（221）、中盘（222）、接力柱（223）、电荷块（224），所述中盘（222）竖直滑动安装在壳体（21）内，中盘（222）下端固定V形头（221），所述中盘（222）上表面安装若干竖直的接力柱（223），所述接力柱（223）顶部内设置电荷块（224），所述接力柱（223）为绝缘材质，所述施力电板（23）设置在壳体（21）内的上表面，所述蓄力电板（24）水平固定在壳体（21）内的上部，蓄力电板（24）表面具有若干通孔被接力柱（223）穿过，所述蓄力电板（24）位于中盘（222）上方，

所述蓄力电板（24）连接固定电源的一极并积累单一电荷，所述施力电板（23）也连接直流电源的一极，施力电板（23）上电荷与蓄力电板（24）上电荷同性，施力电板（23）所连接电压在一次锻压过程中逐渐升高，所述电荷块（224）也连接直流电源的一极，电荷块（224）所连接的电压在一次锻压完毕后撤除，所述施力电板（23）、蓄力电板（24）、电荷块（224）各自与其所安装位置之间垫有绝缘层。

4.根据权利要求3所述的一种多规格通用式驱动轴加工用精锻装置，其特征在于：所述壳体（21）内壁上还设有一道竖直的接电槽（25），所述中盘（222）侧面还设有滚刷（225），所述滚刷（225）嵌入接电槽（25）内并与槽底面接触，所述滚刷（225）和接电槽（25）底面电连接，所述滚刷（225）与电荷块（224）电连接。

5.根据权利要求1所述的一种多规格通用式驱动轴加工用精锻装置，其特征在于：所述匀热组件（6）对工件轴（9）施加垂直于其轴线的旋转磁场。

6.根据权利要求5所述的一种多规格通用式驱动轴加工用精锻装置，其特征在于：所述匀热组件（6）包括圆筒（61）、永磁体（62）、转台（63）、转轮（64），所述圆筒（61）内壁上面对面设置磁极相对的永磁体（62），所述转台（63）上表面设置至少两个转轮（64），所述转轮（64）转轴与工件轴（9）轴线平行，所述圆筒（61）放置在转轮（64）上，至少一个转轮（64）具有主动旋转动力，圆筒（61）中心穿过工件轴（9）。

7.根据权利要求6所述的一种多规格通用式驱动轴加工用精锻装置，其特征在于：所述圆筒（61）对半分体，圆筒（61）对合时使用紧固件穿设固定。