专利名称：偏心阶梯轴的板式楔横轧成形方法
技术领域：
本发明属于金属塑性成形技术领域，特别提供了一种偏心阶梯轴的板式楔横轧成形方法。
背景技术：
楔横轧是一种轴类零件成形新工艺，它的工作原理为两个带楔形模具的板式模具，以相反方向移动，带动圆形轧件反向旋转，轧件在楔形孔型的作用下，轧制成形各种阶梯轴。它的主要变形是径向压缩轴向延伸。该技术主要用于生产批量大的轴类零件，包括汽车、拖拉机、摩托车、内燃机、五金工具、建筑机械、电力金具等上的轴类零件。该技术具有高效、节材、低耗等特点，是节材节能的先进生产技术。但是传统的楔横轧工艺只能生产各种同心回转体轴类零件，无法成形偏心轴类零件。本发明解决了传统楔横轧工艺的难题，实现了偏心阶梯轴楔横轧工艺生产，扩大了楔横轧技术的使用范围，提高材料利用率，降低成本，进一步实现了楔横轧近净轧制成形。
发明内容
本发明的目的在于提供一种偏心阶梯轴的板式楔横轧成形方法，以高效率、低能耗、高节材率的塑性成形方法生产各种偏心阶梯轴(参见图1)。
本发明的构成为两个带有楔型模具的板式模具做相向移动运动，加热的金属圆形棒料在模具斜楔侧壁及顶面作用下做回转运动，实现连续径向压缩、轴向延伸变形，逐渐成形包括偏心圆在内的各个台阶(参见图2和图3)。成形各个具有同心圆台阶轴段的方法与传统楔横轧工艺完全相同。成形偏心圆轴段所对应的模具楔工作面由模具斜楔面和模具顶面组成(参见图4)。模具斜楔面的成形角α＝16°～45°，斜楔面的成形角可以是1个(参见图5)，也可以由2～10个成形角构成(参见图6)，也可由曲面，例如弧形面构成(参见图7)；展宽角β＝1°～15°，斜楔面的展宽角也可由1～10个变化角度的展宽角构成。
成形偏心圆轴段所对应的模具顶面为曲面，该曲面是轧制过程中轧件偏心圆与模具顶面所作相对共扼运动关系所确定的共扼包络面(参见图8)。当轧件轧制滚动半径rk为一定值时，其方程确定方法如下
1)首先确定偏心圆圆心的运动轨迹。
轧制时偏心圆圆心的运动轨迹Γ为近似正弦曲线，其方程可表示为Γ:y=e·cosxrk]]>式中e为偏心圆的偏心量；rk为轧件轧制滚动半径。
当轧制滚动半径rk为常数时，模具顶面母线为标准的正弦曲线。实际工艺中，轧制滚动半径rk在较小的一定范围内是有变化的，所以模具顶面母线为近似正弦曲线(参见图8)。
2)模具顶面方程一个半径为r(偏心圆半径)的圆，其圆心沿偏心圆圆心的运动轨迹Γ运动时，即得到一曲面族{Sc}，模具顶面即为曲面族{Sc}的包络面(参见图8)。值得注意的是，轧制偏心圆时两个模具顶面形状不完全一样，其顶面方程相差半个周期。因此，当轧制滚动半径rk为一常数时，其模具顶面方程可表示为Γ2 式中 其中γ＝0和γ＝π本发明所述的偏心阶梯轴的楔横轧成形方法适用于板式楔横轧或链板式楔横轧。
本发明所述的偏心阶梯轴的楔横轧成形方法中所指的偏心阶梯轴可以包含有1～16个偏心轴径段。
本发明的优点在于与锻造成形方式相比本发明具有如下优点1)生产效率高3～10倍；2)工作载荷不到10％，使设备重量大幅度下降，模具寿命大幅度提高；3)成形零件精度高，没有飞边，节材率20％以上，可实现少无切削与零件精确成形；
4)成形的零件纤维流线连续，并可实现形变处理，零件质量好；5)工作时无冲击少噪音，易于实现自动化生产、属于清洁生产等。
与传统楔横轧方法相比本发明具有如下优点1)扩大楔横轧工艺应用范围，实现非回转体的楔横轧零件的生产；2)提高材料利用率。由于可以直接轧制出偏心轴，轧件尺寸更接近最终产品尺寸，实现近净成形，提高了材料利用率；3)降低机械加工费用。由于轧件尺寸更接近最终产品尺寸，机加工量显著减少，甚至直接磨削即可，明显降低机械加工费用。
4)产品质量好，由于偏心轴是轧制成形，偏心轴表层组织致密，纤维组织连续，故机械性能得到提高。
图1为偏心圆轴图示。
图2为本发明的板式楔横轧成形偏心圆原理图的主视图，其中1为下模具，2为轧件。
图3为本发明的板式楔横轧成形偏心圆原理图的侧视图，其中1为下模具，2为上模具，3为模具的顶面，4为模具的基面。
图4为本发明的板式楔横轧成形偏心圆轴模具楔型，其中1为模具顶面，2为模具斜楔面。
图5为单一成形角示意图。
图6为多成形角示意图。
图7为多成形面为弧形示意图。
图8为本发明的板式楔横轧成形偏心圆轴模具顶面轮廓图，其中，上模具顶面轮廓线1，模具顶面轮廓线2，轧件同心圆圆心运动轨迹3，轧件偏心圆圆心运动轨迹4。
图9为本发明成形偏心阶梯轴的示例轴图10为板式楔横轧成形偏心阶梯轴的模具孔型及其成形过程。
具体实施例方式
图10所示的是板式楔横轧成形示例偏心轴(图9)的模具孔型图和偏心轴的轧制成形过程示意图。坯料置于两模具之间，模具运动带动坯料旋转，坯料在模具作用下，径向压缩轴向延伸，坯料逐渐成形为阶梯轴。I段模具在成形偏心轴的中间直径为Φ30mm段；II段模具在成形偏心轴的偏心轴直径为Φ33mm段；该阶段成形有别于传统的楔横轧工艺，是本发明的关键所在，是成形偏心轴的阶段，其纵向剖面土如图10(V-V)所示，该成形该段偏心轴所对应的模具楔型如图4所示。III段模具在成形偏心轴的最外端直径为Φ25mm段；IV段模具为整形和切断料头。
权利要求
1.一种偏心阶梯轴的板式楔横轧成形方法，其特征在于两个带有楔型模具的板式模具相向移动运动，加热的金属圆形棒料在模具斜楔侧壁及顶面作用下，实现连续径向压缩、轴向延伸变形，逐渐成形为偏心阶梯轴；成形偏心圆轴段所对应的模具楔工作面由模具斜楔面和模具顶面组成；成形偏心圆轴段所对应的模具顶面为曲面，该曲面是轧制过程中轧件偏心圆与模具顶面所作相对共扼运动关系所确定的共扼包络面，当轧件轧制滚动半径rk为一定值时，其方程可表示为 式中 其中γ＝0和γ＝π
2.按照权利1所述的方法，其特征在于模具斜楔的成形角为单一固定角度的成形角，或由2～10个变化角度的成形角构成，其成形角取值范围为16°～45°，模具斜楔的成形角为一个切线角度连续变化的弧线构成。
3.按照权利1所述的方法，其特征在于模具斜楔的展宽角为单一固定角度展宽角，或由2～10个甚至更多的变化角度的展宽角构成，其展宽角度取值范围为1°～15°。
4.按照权利1所述的方法，其特征在于所述的偏心阶梯轴的楔横轧成形方法适用于板式楔横轧或链板式楔横轧。
5.按照权利1所述的方法，其特征在于所述的偏心阶梯轴的楔横轧成形方法中所指的偏心阶梯轴包含1～16个偏心轴径段。
全文摘要
本发明提供了一种偏心阶梯轴的板式楔横轧成形方法，属于金属塑性成形技术领域。成形方法为两个带有楔型模具的板式模具相向移动运动，加热的金属圆形棒料在模具斜楔侧壁及顶面作用下，实现连续径向压缩、轴向延伸变形，逐渐成形为偏心阶梯轴。成形偏心圆轴段所对应的模具楔工作面由模具斜楔面和模具顶面组成。成形偏心圆轴段所对应的模具顶面为曲面，该曲面是轧制过程中轧件偏心圆与模具顶面所作相对共扼运动关系所确定的共扼包络面。本发明的优点在于生产效率高，材料利用率高，生产成本低，尺寸精度高，产品质量好，实现了偏心轴阶梯轴的精密成形。
文档编号B21B27/02GK1820871SQ20061001142
公开日2006年8月23日 申请日期2006年3月3日 优先权日2006年3月3日
发明者王宝雨, 胡正寰, 刘晋平, 杨翠苹 申请人:北京科技大学