一種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋複合成形裝置及工藝的製作方法
2023-12-06 13:01:06
專利名稱：一種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋複合成形裝置及工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於先進材料成形技術領域，具體涉及一種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋複合成形裝置及工藝。
背景技術：
花鍵是機械系統中用來傳遞軸與軸之間運動和扭矩的零件，花鍵聯接作為一種聯接強度高、結構緊湊、可靠性高的聯接方式，廣泛應用於眾多的機械行業，例如航天航空、汽車、拖拉機、船舶、工具機、工程機械等。隨著汽車工業的快速發展，花鍵的需求量迅猛增加且使用要求不斷提高，對傳統 花鍵的加工工藝及設備提出了新的挑戰。花鍵的加工工藝主要分為傳統的切削加工和塑性成形加工，傳統的花鍵切削加工工藝存在切削加工強度高、生產率低、機械性能和表面質量差等缺點，而塑性成形加工工藝屬於無屑加工範疇，具有生產效率高、材料利用率高、產品性能好等諸多優點，逐漸成為了漸開線花鍵的主流加工工藝。目前花鍵的塑性成形加工工藝主要有擠壓、滾打和滾軋三種，而這三種工藝都存在著明顯的不足，首先擠壓工藝中花鍵成形力大，容易產生墩粗現象，模具磨損嚴重，不適合加工細長軸類花鍵，加工花鍵模數齒數較小。其次對於滾打工藝，模具製作困難且通用性差，不能加工階梯軸類花鍵零件，需專用花鍵滾打成形設備。最後，對於滾軋工藝，亦存在模具安裝調試困難、成形花鍵模數和齒數有限的問題。超聲振動金屬塑性加工最早源於上個世紀50年代奧地利科學家的一次金屬拉伸試驗，指在金屬的塑性成形加工中，輔助施加超聲振動，以獲得改善工藝效果、提高成形質量的工藝過程。超聲振動金屬塑性加工相對傳統金屬塑性成形工藝通常認為具有以下優點降低成形力；降低金屬流動應力；減小模具與工件間的摩擦；擴大金屬材料塑性成形加工範圍，提高金屬材料塑性成形能力；可獲得較好的產品表面質量和較高的尺寸精度。目前，由於超聲振動金屬塑性加工的諸多優點，眾多學者對該工藝開展了廣泛的研究，應用到很多生產場合併取得了滿意的效果，例如超聲拉拔、超聲衝壓、超聲擠壓等，但還沒有將超聲金屬塑性加工技術應用於花鍵的塑性加工工藝中。
發明內容
為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋複合成形裝置及工藝，花鍵成形力小，能夠加工細長軸類和大模數花鍵類零件，具有成形精度和表面質量高、生產效率高、加工範圍廣、通用性強的優點。為了達到上述目的，本發明採取的技術方案為—種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋複合成形裝置，包括前頂尖3和與其配合夾緊工件2的模花鍵集成頂尖4，沿工件2圓周方向90°等間距陣列的設有四個增量式擠壓滾軋複合成形模具1，模花鍵集成頂尖4上的花鍵段c與增量式擠壓滾軋複合成形模具I相互嚙合傳動，模花鍵集成頂尖4的後端部軸向串入超聲振動裝置5。
一種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋複合成形工藝，包括以下步驟I)、裝夾工件2，工件2由前頂尖3及模花鍵集成頂尖4夾緊，保證工件2的理論分度圓與增量式擠壓滾軋複合成形模具I的分度圓相切；II)、對工件2進行軸向超聲振動，工件2由軸向串入的超聲振動裝置5工作實現軸向超聲振動，振動頻率為20KHz 25KHz，振幅為O. 005mm O. 015mm ；
III)、沿工件2圓周方向90°等間距陣列的四個增量式擠壓滾軋複合成形模具I開始同步同向轉動，模花鍵集成頂尖4上的花鍵段c與增量式擠壓滾軋複合成形模具I相互嚙合傳動，實現工件2與增量式擠壓滾軋複合成形模具I接觸前具有相對應的嚙合線速度，增量式擠壓滾軋複合成形模具I的轉速範圍為40RPM 100RPM ；IV)、工件2由前頂尖3及模花鍵集成頂尖4夾緊的同時進行軸向進給，由四個增量式擠壓滾軋複合成形模具I完成工件2上花鍵的超聲增量式擠壓滾軋複合成形，工件2的進給速度為lmm/sec 3mm/sec ；V)、超聲振動裝置5停止工作，工件2由前頂尖3及模花鍵集成頂尖4夾緊同時反向退出，卸料。本發明具有以下優點I、採用四個增量式擠壓滾軋複合成形模具，四個模具在空間沿工件軸線90°等間距陣列，增量式擠壓滾軋複合成形模具上每一個齒分別同步連續徑向打擊工件，成形效率高，工件齒形由於徑向塑性變形累計而產生，花鍵齒面存在殘餘壓應力且金屬組織纖維密集，因而花鍵抗疲勞強度更高、表面質量和使用性能更好，四個方向對稱作用使工件受力更穩定，合力為零，平衡性更好。此外由於花鍵屬於增量式擠壓滾軋複合成形，故成形軸向力及滾軋力小，可加工大模數花鍵，模具使用壽命高。2、在工件軸向進給系統中軸向串入超聲振動，實現了工件的增量式擠壓滾軋複合成形過程中施加軸向振動，提高工件材料的塑性，改善工件與模具間的摩擦狀況，使得成形力更小，表面質量更高。
圖I為本發明的裝置結構示意圖。圖2為本發明的增量式擠壓滾軋複合成形模具I布局圖。圖3為本發明的模花鍵集成頂尖4示意圖。圖4為本發明增量式擠壓滾軋複合成形模具I前視圖。圖5為本發明增量式擠壓滾軋複合成形模具I軸測圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明做詳細描述。參照圖1，一種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋複合成形裝置，包括前頂尖3和與其配合夾緊工件2的模花鍵集成頂尖4，參照圖2，沿工件2圓周方向90°等間距陣列的設有四個增量式擠壓滾軋複合成形模具1，參照圖3，模花鍵集成頂尖4上的花鍵段c與增量式擠壓滾軋複合成形模具I相互嚙合傳動，模花鍵集成頂尖4的後端部軸向串入超聲振動裝置5。
一種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋複合成形工藝，包括以下步驟I)、參照圖I，裝夾工件2，工件2由前頂尖3及模花鍵集成頂尖4夾緊，保證工件2的理論分度圓與增量式擠壓滾軋複合成形模具I的分度圓相切；II)、參照圖1，對工件2進行軸向超聲振動，工件2由軸向串入的超聲振動裝置5工作實現軸向超聲振動，振動頻率為20KHz 25KHz，振幅為O. 005mm O. 015mm ；III)、參照圖I、圖2和圖3，沿工件2圓周方向90°等間距陣列的四個增量式擠壓滾軋複合成形模具I開始同步同向轉動，模花鍵集成頂尖4上的花鍵段c與增量式擠壓滾軋複合成形模具I相互嚙合傳動，實現工件2與增量式擠壓滾軋複合成形模具I接觸前具有相對應的嚙合線速度，增量式擠壓滾軋複合成形模具I的轉速範圍為40RPM 100RPM ；IV)、參照圖I、圖4和圖5，工件2由前頂尖3及模花鍵集成頂尖4夾緊的同時進行軸向進給，進給速度為lmm/sec 3mm/sec，由四個增量式擠壓滾軋複合成形模具I上的 增量式擠壓進入角段a首先進行花鍵的增量式擠壓，其中進入角角度範圍為6° 9°，再由增量式滾軋校正段b進行工件2上花鍵的增量式滾軋校正，完成花鍵的超聲增量式擠壓滾軋複合成形；V)、超聲振動裝置5停止工作，工件2由前頂尖3及模花鍵集成頂尖4夾緊同時反向退出，卸料。
權利要求
1.一種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋複合成形裝置，包括前頂尖(3)和與其配合夾緊工件(2)的模花鍵集成頂尖(4)，其特徵在於沿工件(2)圓周方向90°等間距陣列的設有四個增量式擠壓滾軋複合成形模具(I)，模花鍵集成頂尖(4)的後端部軸向串入超聲振動裝置(5)。
2.採用權利要求I所述的一種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋複合成形裝置進行複合成形的工藝，其特徵在於，包括以下步驟 I)、裝夾工件(2)，工件(2)由前頂尖(3)及模花鍵集成頂尖(4)夾緊，保證工件(2)的理論分度圓與增量式擠壓滾軋複合成形模具(I)的分度圓相切； II)、對工件(2)進行軸向超聲振動，工件(2)由軸向串入的超聲振動裝置(5)工作實現軸向超聲振動，振動頻率為20KHz 25KHz，振幅為O. 005mm O. 015mm ； III)、沿工件(2)圓周方向90°等間距陣列的四個增量式擠壓滾軋複合成形模具(I)開始同步同向轉動，模花鍵集成頂尖(4)上的花鍵段(c)與增量式擠壓滾軋複合成形模具(I)相互嚙合傳動，實現工件(2)與增量式擠壓滾軋複合成形模具(I)接觸前具有相對應的嚙合線速度，增量式擠壓滾軋複合成形模具(I)轉速範圍為40RPM 100RPM ； IV)、工件(2)由前頂尖(3)及模花鍵集成頂尖(4)夾緊的同時進行軸向進給，由四個增量式擠壓滾軋複合成形模具(I)完成工件(2)上花鍵的超聲增量式擠壓滾軋複合成形，工件⑵進給速度為lmm/sec 3mm/sec ； V)、超聲振動裝置(5)停止工作，工件(2)由前頂尖(3)及模花鍵集成頂尖(4)夾緊同時反向退出，卸料。
全文摘要
一種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋複合成形裝置及工藝，裝置包括前頂尖和模花鍵集成頂尖，前頂尖和模花鍵集成頂尖將工件夾緊，沿工件圓周方向90°等間距陣列的設有四個增量式擠壓滾軋複合成形模具，模花鍵集成頂尖上的花鍵段與增量式擠壓滾軋複合成形模具相互嚙合傳動，模花鍵集成頂尖的後端部軸向串入超聲振動裝置；工藝是先裝夾工件，再對工件進行軸向超聲振動，四個增量式擠壓滾軋複合成形模具開始同步同向轉動，然後工件進行軸向進給，由四個增量式擠壓滾軋複合成形模具及軸向串入的超聲振動裝置完成工件上花鍵的超聲增量式擠壓滾軋複合成形，最後卸料，本發明具有花鍵成形力小、成形精度和表面質量高、生產效率高、加工範圍廣等優點。
文檔編號B21B11/00GK102658319SQ201110434048
公開日2012年9月12日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者孫振宇, 張晨陽, 張超, 李泳嶧, 趙升噸 申請人:西安交通大學