CN1326822A

CN1326822A - 楔横轧精密轧制工艺

Info

Publication number: CN1326822A
Application number: CN 00118401
Authority: CN
Inventors: 李传彬; 吕增亭; 吴修成; 赵传军
Original assignee: 李传彬
Priority date: 2000-06-04
Filing date: 2000-06-04
Publication date: 2001-12-19

Abstract

本发明公开了一种楔横轧精密轧制工艺,它包括模具制作、棒料加热、精轧成型、精整矫直等工序。与现有的楔横轧粗轧技术相比,节材率提高10%以上,零件的综合机械性能提高5%以上,产品的直线度控制在0.2mm－0.4mm以内,产品弯曲率由25%下降到一次矫直后的3%,设计并制造出的特殊轧齐曲线,解决了密集非对称凹档台阶轴的轧制难点,使凸轮轴的凸轮侧面及轴颈不加工即可达到技术要求。

Description

楔横轧精密轧制工艺

本发明涉及内燃机的凸轮轴和各种机械中的阶梯式轴类零件轧制工艺的改进，具体地说是一种用于凸轮轴和阶梯式轴类零件轧制的楔横轧精密轧制工艺。

目前，凸轮轴的制坯方法有四种，一是直接用圆棒料切削，这种方法生产效率低，材料利用率不高，但由于不需要大型设备，工艺简单，至今仍被大多数工厂采用；二是铸造方法，此方法可获得较为满意的外形，但由于产品质量不易保证，成品率不高而难以取得大规模经济效益；三是锻造方法，用此方法生产的产品外形质量均好，材料利用率与切削方法相当，但需要大型锻压设备，目前，只在某些汽车大厂中采用；四是一般楔横轧轧制工艺，与以上技术相比，虽然具有效率高、节材、产品质量好等优点，但用这种粗轧工艺轧制的凸轮轴在凸轮轴和台阶两侧有凸凹不齐的波浪型面且轴颈精度较低，这些部位仍保留加工余量，还需进一步的开档、车轴颈。生产的凸轮轴在产品堆放冷却及在生产过程中都会产生弯曲，采用人工矫直，工艺落后、效率低，极易在产品表面造成创伤，增加废品率。

本发明的目的在于提供一种能在轧制后的凸轮侧面及轴颈不需加工就能使轴颈表面圆滑，使零件在不再加工的状态下，达到技术要求的楔横轧精密轧制工艺。

本发明是这样实现的：楔横轧精密轧制工艺是一种轴类零件成型新工艺，它的成型原理是两个装有楔形模块的轧辊，以相同方向旋转，带动圆形坯料反方向旋转，坯料在楔形模块的作用下，径向压缩轴向延伸，经轧制、精密成型、切断、轧成各种形状和尺寸的阶梯轴，轧辊旋转一周生产一件或多件产品。精密轧制工艺包括模具制作、棒料加热、精轧成型、精整矫直。采用楔横轧精密轧制工艺后，凸轮轴的精加工工序为：下料—加热—精轧成型—精整矫直—铣端面—打中心孔—粗车凸轮。楔横轧精密轧制工艺的关键是模具制作，而模具制作首先要设计制造特殊轧齐曲线，在通常情况下，轧齐曲线提前量S₀的计算公式为：

S_{0} = \frac{1}{{tg}^{α}} (\frac{R_{0}^{3}}{3 R_{1}^{2}} - R_{0} + \frac{2}{3} R_{1}) + \frac{π {tg}^{β}}{4} (\frac{R_{0}^{3}}{R_{1}^{2}} + \frac{R_{0}^{2}}{R_{1}} - R_{0} - R_{1})

轧辊孔型平面上每一点可由下列公式求得：

X = \frac{1}{{tg}^{α}} \times (\frac{R_{0}^{3}}{3 R_{1}^{2}} - \frac{R_{1}}{3}) - X_{1} - \frac{{tg}^{α}}{R_{1}} \times X_{1}^{2} - \frac{{tg}^{2}_{α}}{3 R_{1}^{2}}

×X₁ ³

y = \frac{X}{{tg}^{β}}

其中：R₀为轧件原始半径 R₁为轧件轧后半径

α为成型角 β为展宽角

要对有着密集多凹档台阶的多缸凸轮轴实现精轧，上述公式就不能适用了，这是因为在特定工艺参数下，当凸棱宽度小于一特定值时，按常规计算出的轧齐曲线提前量S₀大于凸棱宽度，这是不合理的。本发明提出了新的轧齐曲线模型，这个模型推导出了新的轧齐曲线上各点提前量的计算公式，就是要根据所轧零件的不同，在原计算公式前增加系数1.2—1.5，即轧齐曲线提前量的计算公式为：

S_{0} = (1.2 - 1.5) \times \frac{1}{{tg}^{α}} (\frac{R_{0}^{3}}{3 R_{1}^{2}} - R_{0} + \frac{2 R_{1}}{3}) + \frac{{πtg}^{β}}{4} \times (\frac{R_{0}^{3}}{R_{1}^{2}} + \frac{R_{0}^{2}}{R_{1}}

－R₀－R₁)轧齐曲线方程的计算公式为：

X = (1.2 - 1.5) \times \frac{1}{{tg}^{α}} (\frac{{R_{0}}^{3}}{3 {R_{1}}^{2}} - \frac{R_{1}}{3}) - X_{1} - \frac{{tg}^{α}}{R_{1}} \times {X_{1}}^{2} -

\frac{{tg}^{2} α}{3 R_{1}^{2}} \times X_{1}^{3}

y = \frac{X}{{tg}^{β}}

按以上公式就可以设计出合理的精轧模具孔型，根据模具孔型即可加工制作模具，加工后的模具，经试轧合格后，然后进行激光强化模具的楔入带部分。楔入带是另复合上的耐热合金材料，用激光电熔淬硬，使模具在经常受力和受热的情况下，不至于磨损或塌陷，延长模具的使用寿命，使精轧的零件尺寸保持一致。据产品对比检测表明：凸轮侧面及根颈的精度由粗轧工艺的1.5mm提高到0.4mm，完全符合成品凸轮轴尺寸，同时，还避免了多缸凸轮轴轧制过程中出现的轴颈拉细和压痕缺陷。

棒料加热是采用中频感应透热电炉加热，PC机控制温度，使加热温度控制在1000℃±10左右。使轧制的零件表面光滑均匀，氧化少，各台阶梯面平行度好，误差小。轧制时在模具辊面两端楔入段安装上定位筋条，棒料通过定位筋条楔入模具孔型，使棒料在模具孔型的中心位置，毛坯不至于向一端倾斜。精轧出的零件在800℃—850℃范围内进入三辊精整矫直机进行二次辊压、精整矫直，然后利用余热，放在料箱内保温，使其达到正火的目的。最后铣端面、打上中心孔、粗车凸轮即可完成凸轮轴的精轧过程。

本发明的优点：楔横轧精密轧制工艺是楔横轧技术的新发展，采用此项工艺将使楔横轧工艺更加节材。与切削、锻造工艺相比，节材率达到45％以上，材料利用可达到75％以上。与楔横轧粗轧工艺相比，节材率可提高10％以上，凸轮轴的凸轮侧面及轴颈不加工，零件外形的金属纤维沿轴向保持连续分布，零件的综合机械性能提高5％以上。产品的直线度控制在0.2mm—0.4mm以内，产品弯曲率由25％下降到一次矫直后的3％，保证了产品直线度，降低了工人劳动强度。

Claims

1、一种楔横轧精密轧制工艺，包括模具制作、棒料加热、精轧成型、精整矫直，其特征在于模具(孔型)设计制作时，提前量S₀和轧齐曲线X的计算是在原计算公式前增加了1.2—1.5的系数。

2、根据权利要求1所述的楔横轧精密轧制工艺，其特征在于棒料加热采用中频感应透热电炉加热，加热温度控制在1000℃±10℃。

3、根据权利要求1所述的楔横轧精密轧制工艺，其特征在于模具辊面两端楔入段安装上定位筋条。

4、根据权利要求1所述的楔横轧精密轧制工艺，其特征在于精轧出的零件在800℃—850℃范围内进入三辊精整矫直机进行辊压、精整、矫直。