CN1512921A - 用来成形环形工件的冷滚轧方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用来成形环形工件(10)的冷滚轧方法和设备，所述工件具有给定轮廓的外表面(11)以及给定轮廓的内表面(12)，并从环形坯料开始。可旋转的成形心轴(21)具有工作表面(21a)，它带有与将要成形的内表面(12)轮廓对应的轮廓。成形模具(51)具有空腔(52)，它具有呈回转体表面形式的内工作表面(53a)，所述回转体表面与将要成形的外表面(11)对应。

Description

用来成形环形工件的冷滚轧方法和设备
本发明涉及一种用来成形环形工件，尤其是(而不是唯一地)用来成形轴承外环的方法和设备。更具体地说，本发明可应用于成形滚子轴承或角面接触球轴承的不对称轴承环。
为了更好地了解现有技术及其固有问题，将首先描述如附图中图1所示的传统结构的冷滚轧设备。
参见图1，它以横截面形式示意地表示在该领域中众所周知并具有“开式模具”说法的冷滚轧设备的一部分。
参考编号10表示环形工件，它经受滚轧过程以便形成其外圆周表面11和内表面12。环形工件10径向受压因而在外成形辊13和内成形心轴14之间旋转。外辊13和内心轴14的轮廓分别与环形工件10的内、外表面12、11所需成形的轮廓对应。外成形辊13被驱动旋转并施加径向推力T，从而沿着箭头所指方向旋转工件10、心轴14和反作用辊15。该旋转以及成形辊13和心轴14之间径向推力T的联合作用引起工件10内的所需变形。
工件从其坯料形状(以实线形式表示)塑性变形到最终形状(以虚线表示)。该滚轧步骤造成成品环的最终直径相对于坯料直径有所增加。当工件10达到所需最终直径时具有运动臂17的控制装置16停止该滚轧过程。
如图2所示，在这个实例中滚轧工件10具有筒形圆周外表面11以及用作轴承滚动体(未示出)外圈的径向内表面12。此外，该滚轧操作可按照结构需要形成多个圆形径向区和合理的周向沟槽。
在DE-38 24 856-A1中披露在图1中示意地表示的这类设备的实例。
用滚轧工艺可获得的优点众所周知。由于这种工艺，环形坯料的所有材料被利用来形成成品工件。此外，滚轧步骤使成形辊作用处的环表面金属层紧凑和定向。由于这一效果，轴承环相对于通过涉及去除材料的工艺(例如车床加工工艺)制造的环而言获得一般较长的使用寿命。
上述“开式模具”类型传统滚轧工艺可应用于成形例如图2所示具有基本对称横截面的环形工件，但不能应用于例如图3所示具有不对称横截面的环形工件。事实上，由于心轴轮廓的不对称形状，在滚轧步骤期间它会经受具有轴向分力的反作用，所述分力倾向于使该心轴失衡和/或损坏，并且在任何情况下不可避免地在工件表面内形成不能允许的锥度比。
为此，迄今为止通常通过车削形成具有不对称横截面的环。
本发明的目的是也将冷滚轧技术应用于成形尤其是具有不对称横截面的环形工件，从而提高生产效率并总体降低生产成本。
本发明的另一目的是制造具有高尺寸精度的轴承环。
本发明的又目的是提供一种具有特别稳定、坚固和耐用结构的冷滚轧设备。
下文将会得到更好理解的本发明这些和其它目的和优点通过权利要求限定的设备和冷滚轧方法来达到。
现在参照完全作为非限制性实例提供的附图，描述本发明设备和方法步骤的结构和功能特性，其中：
图1是传统“开式模具”类型滚轧设备一部分的示意剖视图；
图2和3是两种不同轴承外环的示意局部轴向剖视图，这两个外环分别具有对称和非对称断面；
图4是按照本发明的冷滚轧设备的垂直剖视图；
图5是图4设备的平面图；
图6是图4设备成形构件在滚轧操作步骤期间的轴向剖视图；而
图7是局部立剖视图，它表示本发明设备的成形构件、压辊和反作用辊。
图4和图5所示设备的一些部件已为人所知。因此在随后的说明书中只详细描述用来实现本发明的特别重要和感兴趣的构件。至于未详细表示的部件和构件的结构，可参照任何已知设备，例如在DE-38 24856-A1和JP-08281364-A中所描述的设备。
图4和5的滚轧设备包括总体标为20的心轴组件，它装备着可拆卸地锁定在转动体24上的成形心轴21。转动体24通过轴承座23内的轴承22空转地围绕水平轴线X1安装。
成形心轴21具有侧表面21a，它呈给定断面的回转体表面形式以便通过对应轮廓压制环形工件10的径向内表面12，这在此后将作解释。成形心轴21具有带圆周表面的径向凸缘21b，该圆周表面与中间组件30的凸缘辊31的凸缘31b圆周边缘接合。中间组件30包括空转的辊31，它被安装成通过轴承座33内的轴承32围绕水平轴线X3旋转。
组件20和30的轴承座23和33安装在支承板41上，支承板41可在与轴线X1和X3平行并由固定框架38承载的水平纵向导向件42上滑动。板41能在安装在框架38上的液压马达43作用下沿着导向件42纵向移动。马达43旋转与纵向齿条45啮合的小齿轮44，而齿条45与板41固定在一起。
最好是，轴承座23和33可绕枢轴转动地安装在板41上并具有围绕各自水平纵向轴线作受限制摆动的能力，所述水平纵向轴线平行于轴线X1和X3并布置在后者下方。在图4中只表示出轴承座23的摆动轴线X4。这种安排允许组件20和30在横向垂直平面内的有限运动，其理由将在下文中解释。
被标作39(图4)的液压操作闩锁能升高或降低，以便接合和脱离在纵向滑动板41内获得的座40，闩锁39构成机械挡块，它用来在心轴组件20处于推进工作位置(在图4中以左侧虚线表示)时阻止其轴向运动。
模具组件50包括呈环形容器形式的模具51，该环形容器具有基本为圆筒并且面向心轴组件20的空腔52。模具51可拆卸地锁定在转动体54上，而后者通过轴承56在轴承座55内围绕纵向轴线X2空转地安装。
空转的转动体54具有中心纵向孔57，顶出组件60的杆61穿过孔57。杆61的右端部61a接合顶出块63，该顶出块可拆卸地固定在用来与模具51一起旋转的碟状底板62上。顶出组件60用来从模具51中顶出成品工件，它将在下文中作更加清楚的解释。
模具51具有径向内壁53a和径向外壁53b。内壁53a具有带有给定外形的回转体表面形状。作为模具51工作表面的表面53a形状与要在环形工件10内获得的最终圆周或外表面11的形状对应。
模具51由接合该模具外圆筒表面53b的压辊71(图5)驱动，以便围绕其轴线X2旋转。压辊71是包含液压马达72的加压组件70的一部分。
模具组件50和压辊71沿着由固定框架38(图4)承载的横向导向件80、81可滑动地安装。加压组件70和模具组件50沿着导向件80、81的横向或径向推进运动由液压致动器引起，该致动器安装在固定框架上，为了简化起见没有表示。
在图7中标以90的反作用组件90包括一对纵向轴91、92，它们空转地安装在中央支架93上，而支架93围绕纵向轴线X6铰接在固定框架38上。轴91、92各自布置在中间辊31的轴线X3所处水平面的上下方。当该中间辊被横向推进到左方时，它围绕自身轴线X5稍微摆动，而支架93围绕轴线X6进行相应转动，从而获得稳固均衡的配置，借此反作用组件90有效地抵抗由压辊71通过模具51、环形工件10、心轴21和中间辊31传递的径向推力。
本发明设备的工作情况如下。
按照需要给予环形坯料10的最终形状，在心轴组件20和模具组件50上安装具有各自工作表面21a和53a的成形心轴21和模具51，所述工作表面带有所需轮廓。
将环形坯料10自动装载在心轴21上。起动液压马达43以便与心轴组件20和加压组件30一起沿着水平纵向导向件42纵向推进(朝向左方，参见图4和5)板41。在到达图4虚线所示的推进工作位置情况下，通过近程传感器48产生的脉冲使板41的运动自动停止。通过升高闩锁39直至它接合板41的座40来锁定板41，从而锁紧心轴组件20和中间组件30的轴向位置。
起动马达72以便旋转压辊71，于是液压致动器(未示出)推动压辊71横向紧靠模具51。模具51与底板62和旋转体54一起被驱动以便围绕轴线X2旋转。
为了减少磨损，心轴21还最好通过另一液压马达37在模具51的相同转向上旋转，以防心轴工作表面21a在加工第一步骤期间在环形工件10上滑动。在所示实例(图5)中液压马达37作用在中间辊31上，后者再通过接触凸缘31b和21b将旋转运动传递到心轴21上。
由压辊71施加的推力造成工件10在模具内工作表面53a和心轴侧工作表面21a之间径向受压。由于反作用组件90和中间组件30提供的反作用，心轴旋转轴线X1保持在稳定位置。因而环形工件10逐渐变形。在加工期间，心轴21和中间辊31通过旋转压辊71给出的推力而旋转。
工件10的外部或圆周表面11准确地复制模具51的工作表面53a的形状，而工件内表面12表现出与心轴工作表面21a(图6)轮廓对应的轮廓。
一旦工件10加工完毕，加压组件70和模具组件50沿着横向导向件80、81滑动，离开反作用组件90。闩锁39向下缩回，脱离板41的座40。再起动液压马达43使板41与心轴组件20和中间组件30一起纵向移动离开模具组件50。由近程传感器49产生的脉中自动停止板41的缩回。
接着起动顶出组件60：成品环10通过杆61、块63和底板62从模具51中顶出，并落入下方容器59。最好是模具内表面53a稍呈按心轴组件20方向发散的圆锥形，从而有利于从模具顶出工件。
本发明允许获得滚轧工艺通常说得的优点，但是将理解到，它还能应用于成形具有不对称横截面的环形工件。事实上，由于模具51的闭合环形结构以及由反作用组件90和中间组件30给予心轴的稳定性，由于将要成形轮廓的不对称而产生的不均衡力被有效地抵消。其结果是，获得具有高尺寸精度的最终产品以及该设备成形构件的较长使用寿命。
与传统回转加工工艺比较，本发明允许减少约10-15％的生产成本。而且，可以取消在图1中标为16的用于控制滚轧工件最终尺寸的控制装置。
十分明显，选择将模具51可旋转地安装在横向运动轴线周围并将成形心轴21安置在滚轧操作期间静止的部件上可以是优选的，但出于实现本发明目的无疑不是主要的。更具体地说，本设备可按照这样的方式实现，以便在不超越用下述权利要求限定的本发明范围的情况下使得成形构件以不同于所述的方式相对运动。

Claims (19)

1.一种用来成形环形工件(10)的冷滚轧设备，所述工件具有给定轮廓的外表面(11)以及给定轮廓的内表面(12)并从环形坯料开始，所述设备包括：
可围绕第一轴线(X1)旋转的成形心轴(21)，所述心轴具有工作表面(21a)，所述工作表面带有与将要成形的所述内表面(12)轮廓对应的轮廓；
可围绕与所述第一轴线(X1)平行的第二轴线(X2)旋转的成形模具(51)，所述模具具有空腔(52)，所述空腔带有呈回转体表面形式的内工作表面(53a)，所述回转体表面与将要成形的所述外表面(11)对应；
第一马达装置(70，72)，它用来迫使所述心轴(21)和所述模具(51)围绕各自轴线(X1，X2)旋转；以及
第二马达装置，它用来以受控方式改变在所述第一(X1)和第二(X2)轴线之间的距离，从而在所述心轴(21)和所述模具(51)工作表面(21a，53a)之间径向压迫工件(10)。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述成形模具(51)具有朝所述心轴(21)敞开的环形容器形状。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述模具(51)安装在模具组件(50)上，模具组件可沿着相对于所述模具旋转轴线(X2)横切的导向装置(80，81)滑动。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，用来迫使所述心轴(21)和所述模具(51)旋转的所述第一马达装置(70-72)包括压辊(71)，所述压辊被驱动以便旋转所述模具(51)并与模具可操作地连接，从而驱动所述模具(51)围绕所述第二轴线(X2)旋转。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述压辊(71)安装在加压组件(70)上，加压组件可沿着所述横向导向装置(80，81)滑动推进，以便引起所述心轴和所述模具的旋转轴线(X1，X2)相互接近，从而在所述心轴(21)和所述模具(51)工作表面(21a，53a)之间径向压迫工件(10)。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述压辊(71)被推进紧靠所述模具(51)的圆筒形外表面(53b)。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其还包括第三马达装置(43)，它用来改变在所述心轴(21)和所述模具(51)之间的相对轴向距离。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述心轴(21)和中间辊(31)安装在板(41)上，所述板可沿着轴向导向装置(42)在第一轴向缩回加载位置和已朝所述模具(51)轴向推进的第二工作位置之间滑动，而且在所述第二位置所述中间辊(31)横向介入所述心轴(21)和反作用组件(90)之间并在一侧与所述心轴(21)接触，所述反作用组件(90)在另一侧装备着至少一空转辊(91，92)。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述反作用组件(90)包括一对轴向反作用辊(91，92)，它们各自安置在所述中间辊(31)的轴线(X3)所处水平平面的上方(91)和下方(92)。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述轴向反作用辊(91，92)空转安装在中央支架(93)上，所述支架铰接在在纵向轴线(X6)周围的固定支承结构(38)上，而所述轴线(X6)安置在所述轴向反作用辊(91，92)之间的中间高度处。
11.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述心轴(21)和所述中间辊(31)安装在固定到所述板(41)上的各自轴承座(23，33)内以便围绕各自纵向轴线(X4，X5)摆动。
12.如权利要求8所述的设备，其特征在于，包括适于接合所述可纵向滑动板(41)对应座(40)的闩锁装置(39)，以便将所述板(41)锁紧在所述第二推进或工作位置。
13.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述模具(51)与顶出组件(60)相关联，所述顶出组件相对于所述模具同轴并且适于从所述模具(51)内顶出成品工件(10)。
14.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述心轴(21)与第四马达装置(37)可操作地相关联，所述第四马达装置用来迫使所述心轴在操作期间所述心轴的相同旋转方向上转动。
15.一种用来成形环形工件(10)的冷滚轧方法，所述工件具有给定轮廓的外表面(11)以及给定轮廓的内表面(12)，所述方法包括下述步骤：
(a)提供环形坯料(10)；
(b)提供可围绕第一轴线(X1)旋转的成形心轴(21)，所述心轴具有工作表面(21a)，所述工作表面带有与将要成形的所述内表面(12)轮廓对应的轮廓；
(c)提供可围绕与所述第一轴线(X1)平行的第二轴线(X2)旋转的成形模具(51)，所述模具具有空腔(52)，所述空腔带有呈回转体表面形式的内工作表面(53a)，所述回转体表面与将要成形的所述外表面(11)对应；
(d)使所述心轴(21)和所述模具(51)围绕各自轴线(X1，X2)旋转；以及
(e)以受控方式改变在所述第一(X1)和第二(X2)轴线之间的距离，与此同时在所述心轴(21)和所述模具(51)的工作表面(21a，53a)之间径向压迫工件(10)。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述步骤(e)还包括以下步骤：在滚轧期间保持所述心轴(21)的旋转几何轴线(X1)并使所述模具(51)的旋转几何轴线(X2)接近这一轴线(X1)。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)和(e)还包括以下步骤：用旋转压辊(71)驱动所述模具(51)旋转，通过所述压辊(71)紧靠所述模具(51)施加的压力以及由所述心轴(21)与介于所述心轴和模具之间的所述工件(10)一起提供的反作用驱动所述心轴(21)旋转。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，其还包括以下步骤：通过与驱动压辊(71)旋转的装置(72)不同的旋转装置(37)，沿着至少在第一滚轧步骤中在所述压辊(71)作用下被驱动旋转的相同旋转方向上驱动所述心轴(21)转动。
19.一种通过权利要求15至18任一项所述的方法获得的滚轧环形工件。
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