CN102814435B - 一种中高频感应加热滚轧成形花键轴的方法 - Google Patents
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Abstract
一种中高频感应加热滚轧成形花键轴的方法，先装夹工件，对工件一端成形花键段表面进行加热，由滚轧模具完成该段花键的成形，然后工件掉头重新装夹，对工件另一端成形花键段表面进行加热，然后由滚轧模具完成该段花键的成形，最后卸料，中高频感应加热器在滚轧模具和工件装夹位置之间，中高频感应加热器仅对将发生塑性变形的表面局部区域加热，加热后工件可快速送进至滚轧模具工作区域，本发明具有花键成形力小、节省能源、能够加材料变形抗力大和大模数花键类零件、成形精度和表面质量高、生产效率高、加工范围广等优点。
Description
技术领域
本发明属于先进材料成形技术领域，具体涉及一种中高频感应加热滚轧成形花键轴的方法。
背景技术
花键是机械系统中用来传递力和扭矩的关键零件，花键联接作为一种联接强度高、结构紧凑、可靠性高的联接方式，在汽车以及各种车辆和装备制造业中应用非常广泛。
随着汽车工业的快速发展，高强度高精度花键的需求量日益增加且使用要求不断提高，对传统花键的加工工艺及设备提出了新的挑战。花键的加工工艺主要分为传统的切削加工和塑性成形加工，传统的花键切削加工工艺存在切削加工强度高、生产率低、机械性能和表面质量差等缺点，而花键滚轧成形工艺无屑加工范畴，具有生产效率高、材料利用率高、成形载荷小、工件尺寸精度稳定、产品性能好等诸多优点，在渐开线花键加工制造中得到广泛应用。然而室温下的高强度钢变形抗力大，使得高强度钢花键冷滚轧成形载荷大、材料流动困难，并且成形设备传动系统和整体刚度也面临极大的挑战。
温成形集中了冷成形和热成形工艺的优点，不仅可有效降低变形抗力，提高金属材料塑性成形能力；并且避免了热成形能耗大，易产生过热、氧化、脱碳，以及加工余量大等缺点；能够获得较好的产品表面质量和较高的尺寸精度。目前，由于温成形的诸多优点，众多学者对该工艺开展了广泛的研究，应用到很多生产场合并取得了满意的效果，例如温拉深成形、温挤压成形、温锻精密成形等，但还没有将温成形技术应用于花键滚轧的塑性加工工艺中。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种中高频感应加热滚轧成形花键轴的方法，花键成形载荷小，材料流动性能好，能够加工材料变形抗力大和大模数花键类零件，具有成形精度和表面质量高、生产效率高、加工范围广、通用性强的优点。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种中高频感应加热滚轧成形花键轴的方法，包括如下步骤：
步骤1，装夹工件2，工件2由前顶尖1及后顶尖3夹紧，使工件2的轴线同两个滚轧模具5的轴线在同一水平面上，两个滚轧模具5轴线平行，对称分布在工件2两侧，工件2上成形花键段a靠近滚轧模具5；
步骤2，工件2上成形花键段a表面局部加热，具体为：
2.1、工件2向滚轧模具5方向进给，工件2上成形花键段a进入中高频感应加热器4内，中高频感应加热器4配置在挤压滚轧模具5和工件2装夹位置之间，中高频感应加热器4沿轴向的长度不小于花键段a的长度；
2.2、中高频感应加热器4开始工作，工件2上成形花键段a的表面加热层深度Δ应满足公式：Δ＝rZ-rf+(1.5~2.0)h；
式中：rZ为坯料花键区域滚轧前坯料半径；rf为成形花键齿根圆半径；h为成形花键齿全高；
2.3、工件2上成形花键段a的表面加热层深度Δ内的温度达到预定的成形温度T，中高频感应加热器4停止工作，成形温度T是在变形材料蓝脆区温度以上，充分进行再结晶的温度以下的温成形温度；或是在充分进行再结晶的温度以上的热成形温度；
步骤3，工件2上成形花键段a滚轧成形花键，具体为：
工件2向滚轧模具5方向进给，工件2上成形花键段a进入滚轧模具5工作范围，两个滚轧模具5同步同向转动，两个滚轧模具5同时作径向进给或无径向进给，直至完成工件2上成形花键段a的滚轧成形，
滚轧模具5作径向进给时，滚轧模具5工作表面都是完全齿形；滚轧模具5无径向进给时，滚轧模具5工作表面由无齿形部分、齿高逐渐增加的不完整齿形部分、完整齿形部分组成，
滚轧模具5最大齿顶圆处圆周速度范围为8~10m/min；工件2每转，滚轧模具5的径向进给量范围为0.05~0.15mm；
步骤4，工件2由前顶尖1及后顶尖3夹紧同时反向退出，若工件2上仅有成形花键段a，则直接卸料；若工件2上另一端具有成形花键段b，则执行步骤5至步骤8；
步骤5，将工件2掉头，重新装夹工件2，
工件2由前顶尖1及后顶尖3夹紧，使工件2的轴线同两个滚轧模具5的轴线在同一水平面上，两个滚轧模具5轴线平行，对称分布在工件2两侧，工件2上成形花键段b靠近滚轧模具5；
步骤6，工件2上成形花键段b表面局部加热，具体为：
6.1、工件2向滚轧模具5方向进给，工件2上成形花键段b进入中高频感应加热器4内，中高频感应加热器4配置在挤压滚轧模具5和工件2装夹位置之间，中高频感应加热器4沿轴向的长度不小于花键段b的长度；
6.2、中高频感应加热器4开始工作，工件2上成形花键段b的表面加热层深度Δ应满足公式Δ＝rZ-rf+(1.5~2.0)h；
6.3、工件上成形花键段b的表面加热层深度Δ内的温度达到预定的成形温度T，中高频感应加热器4停止工作，成形温度T是在变形材料蓝脆区温度以上，充分进行再结晶的温度以下的温成形温度；或是在充分进行再结晶的温度以上的热成形温度；
步骤7，工件2上成形花键段b滚轧成形花键，具体为：
工件2向滚轧模具5方向进给，工件2上成形花键段b进入滚轧模具5工作范围，两个滚轧模具5同步同向转动，两个滚轧模具5同时作径向进给或无径向进给，直至完成工件2上成形花键段b的滚轧成形，
滚轧模具5作径向进给时，滚轧模具5工作表面都是完全齿形；滚轧模具5无径向进给时，滚轧模具5工作表面由无齿形部分、齿高逐渐增加的不完整齿形部分、完整齿形部分组成，
滚轧模具5最大齿顶圆处圆周速度范围为8~10m/min；工件2每转，滚轧模具5的径向进给量范围为0.05~0.15mm；
步骤8，工件2由前顶尖1及后顶尖3夹紧同时反向退出，卸料。
本发明将中高频感应加热与花键滚轧成形有机结合，实现滚轧成形高强度钢花键轴；中高频感应加热器在滚轧模具和工件装夹位置之间，加热后工件可快速送进至滚轧模具工作区域；中高频感应加热器仅对将发生塑性变形的表面局部区域加热，节省能源；可降低材料变形抗力，提高金属塑性变形能力；可加工材料变形抗力大以及大模数花键。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明所用装置连接示意图。
图3为本发明实施例一的工件2和滚轧模具5布局及运动示意。
图4为本发明实施例一的坯料结构示意图。
图5为本发明实施例二的工件2和滚轧模具5布局及运动示意。
图6为本发明实施例二的坯料结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。
实施例一
本实施例所成形的工件2两端都具有成形花键段，工件2材料采用42CrMo高强度钢；两个滚轧模具5同步同向转动，两个滚轧模具5同时作径向进给。
参照图1，一种中高频感应加热滚轧成形花键轴的方法，包括如下步骤：
步骤1，装夹工件2，工件2由前顶尖1及后顶尖3夹紧，使工件2的轴线同两个滚轧模具5的轴线在同一水平面上，两个滚轧模具5轴线平行，对称分布在工件2两侧，工件2上成形花键段a靠近滚轧模具5；
步骤2，工件2上成形花键段a表面局部加热,，具体为：
2.1、工件2向滚轧模具5方向进给，工件2上成形花键段a进入中高频感应加热器4内，参照图2，中高频感应加热器4在挤压滚轧模具5和工件2装夹位置之间，中高频感应加热器4沿轴向的长度不小于花键段a的长度；
2.2、中高频感应加热器4开始工作，工件2上成形花键段a的表面加热层深度Δ应满足公式Δ＝rZ-rf+(1.5~2.0)h；
式中：rZ为坯料花键区域滚轧前坯料半径；rf为成形花键齿根圆半径；h为成形花键齿全高；
2.3、工件2上成形花键段a的表面加热层深度Δ内的温度达到预定的成形温度T，中高频感应加热器4停止工作，成形温度T是在变形材料蓝脆区温度以上，充分进行再结晶的温度以下的温成形温度，具体为700℃；
步骤3，工件2上成形花键段a滚轧成形花键，具体为：
工件2向滚轧模具5方向进给，工件2上成形花键段a进入滚轧模具5工作范围，两个滚轧模具5同步同向转动，两个滚轧模具5同时作径向进给，参照图3，直至完成工件2上成形花键段a的滚轧成形，
滚轧模具5最大齿顶圆处圆周速度为8.5m/min；工件2每转，滚轧模具5的径向进给量为0.05mm；
步骤4，工件2由前顶尖1及后顶尖3夹紧同时反向退出，工件2上另一端具有成形花键段b，参照图4，执行步骤5至步骤8；
步骤5，将工件2掉头，重新装夹工件2，
工件2由前顶尖1及后顶尖3夹紧，保证工件2的轴线同两个滚轧模具5的轴线在同一水平面上，两个滚轧模具5轴线平行，对称分布在工件2两侧，工件2上成形花键段b靠近滚轧模具5；
步骤6，工件2上成形花键段b表面局部加热，具体为：
6.1、工件2向滚轧模具5方向进给，工件2上成形花键段b进入中高频感应加热器4内，中高频感应加热器4配置在挤压滚轧模具5和工件2装夹位置之间，中高频感应加热器4沿轴向的长度不小于花键段b的长度；
6.2、中高频感应加热器4开始工作，工件2上成形花键段b的表面加热层深度Δ应满足公式Δ＝rZ-rf+(1.5~2.0)h；
6.3、工件上成形花键段b的表面加热层深度Δ内的温度达到预定的成形温度T，中高频感应加热器4停止工作，成形温度T是在变形材料蓝脆区温度以上，充分进行再结晶的温度以下的温成形温度，具体为700℃；
步骤7，工件2上成形花键段b滚轧成形花键，具体为：
工件2向滚轧模具5方向进给，工件2上成形花键段b进入滚轧模具5工作范围；两个滚轧模具5同步同向转动，两个滚轧模具5同时作径向进给，直至完成工件2上成形花键段b的滚轧成形，
滚轧模具5最大齿顶圆处圆周速度为8.5m/min；工件2每转，滚轧模具5的径向进给量为0.05mm/r；
步骤8，工件2由前顶尖1及后顶尖3夹紧同时反向退出，卸料。
实施例二：
本实施例所成形的工件2仅一端都具有成形花键段，工件2材料采用42CrMo高强度钢，两个滚轧模具5同步同向转动，两个滚轧模具5无径向进给。
参照图1，一种中高频感应加热滚轧成形花键轴的方法，包括如下步骤：
步骤1，装夹工件2，
工件2由前顶尖1及后顶尖3夹紧，保证工件2的轴线同两个滚轧模具5的轴线在同一水平面上，两个滚轧模具5轴线平行，对称分布在工件2两侧，工件2上成形花键段a靠近滚轧模具5；
步骤2，工件2上成形花键段a表面局部加热，具体为：
2.1、工件2向滚轧模具5方向进给，工件2上成形花键段a进入中高频感应加热器4内，参照图2，中高频感应加热器4在挤压滚轧模具5和工件2装夹位置之间，中高频感应加热器4沿轴向的长度不小于花键段a的长度；
2.2、中高频感应加热器4开始工作，工件2上成形花键段a的表面加热层深度Δ应满足公式Δ＝rZ-rf+(1.5~2.0)h；
式中：rZ为坯料花键区域滚轧前坯料半径；rf为成形花键齿根圆半径；h为成形花键齿全高；
2.3、工件2上成形花键段a的表面加热层深度Δ内的温度达到预定的成形温度T，中高频感应加热器4停止工作，成形温度T是在变形材料蓝脆区温度以上，充分进行再结晶的温度以下的温成形温度，具体为700℃；
步骤3，工件2上成形花键段a滚轧成形花键，具体为：
工件2向滚轧模具5方向进给，工件2上成形花键段a进入滚轧模具5工作范围，两个滚轧模具5同步同向转动，两个滚轧模具5无径向进给，参照图5，直至完成工件2上成形花键段a的滚轧成形，
滚轧模具5最大齿顶圆处圆周速度为9m/min；
步骤4，工件2由前顶尖1及后顶尖3夹紧同时反向退出，工件2上仅有成形花键段a，参照图6，卸料。
Claims (1)
1.一种中高频感应加热滚轧成形花键轴的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，装夹工件（2），工件（2）由前顶尖（1）及后顶尖（3）夹紧，使工件（2）的轴线同两个滚轧模具（5）的轴线在同一水平面上，两个滚轧模具（5）轴线平行，对称分布在工件（2）两侧，工件（2）上成形花键段a靠近滚轧模具（5）；
步骤2，工件（2）上成形花键段a表面局部加热，具体为：
2.1、工件（2）向滚轧模具（5）方向进给，工件（2）上成形花键段a进入中高频感应加热器（4）内，中高频感应加热器（4）配置在挤压滚轧模具（5）和工件（2）装夹位置之间，中高频感应加热器（4）沿轴向的长度不小于花键段a的长度；
2.2、中高频感应加热器（4）开始工作，工件（2）上成形花键段a的表面加热层深度Δ应满足公式Δ＝rZ-rf+(1.5~2.0)h；
式中：rZ为坯料花键区域滚轧前坯料半径；rf为成形花键齿根圆半径；h为成形花键齿全高；
2.3、工件（2）上成形花键段a的表面加热层深度Δ内的温度达到预定的成形温度T，中高频感应加热器（4）停止工作，成形温度T是在变形材料蓝脆区温度以上，充分进行再结晶的温度以下的温成形温度；或是在充分进行再结晶的温度以上的热成形温度；
步骤3，工件（2）上成形花键段a滚轧成形花键，具体为：
工件（2）向滚轧模具（5）方向进给，工件2上成形花键段a进入滚轧模具（5）工作范围，两个滚轧模具（5）同步同向转动，两个滚轧模具（5）同时作径向进给或无径向进给，直至完成工件（2）上成形花键段a的滚轧成形，
滚轧模具（5）作径向进给时，滚轧模具（5）工作表面都是完全齿形；滚轧模具（5）无径向进给时，滚轧模具（5）工作表面由无齿形部分、齿高逐渐增加的不完整齿形部分、完整齿形部分组成，
滚轧模具（5）最大齿顶圆处圆周速度范围为8~10m/min；工件（2）每转，滚轧模具（5）的径向进给量范围为0.05~0.15mm；
步骤4，工件（2）由前顶尖（1）及后顶尖（3）夹紧同时反向退出，若工件（2）上仅有成形花键段a，则直接卸料；若工件（2）上另一端具有成形花键段b，则执行步骤5至步骤8；
步骤5，将工件（2）掉头，重新装夹工件（2），
工件（2）由前顶尖（1）及后顶尖（3）夹紧，使工件（2）的轴线同两个滚轧模具（5）的轴线在同一水平面上，两个滚轧模具（5）轴线平行，对称分布在工件（2）两侧，工件（2）上成形花键段b靠近滚轧模具（5）；
步骤6，工件（2）上成形花键段b表面局部加热，具体为：
6.1、工件（2）向滚轧模具（5）方向进给，工件（2）上成形花键段b进入中高频感应加热器（4）内，中高频感应加热器（4）配置在挤压滚轧模具（5）和工件（2）装夹位置之间，中高频感应加热器（4）沿轴向的长度不小于花键段b的长度；
6.2、中高频感应加热器（4）开始工作，工件（2）上成形花键段b的表面加热层深度Δ应满足公式Δ＝rZ-rf+(1.5~2.0)h；
6.3、工件上成形花键段b的表面加热层深度Δ内的温度达到预定的成形温度T，中高频感应加热器（4）停止工作，成形温度T是在变形材料蓝脆区温度以上，充分进行再结晶的温度以下的温成形温度；或是在充分进行再结晶的温度以上的热成形温度；
步骤7，工件（2）上成形花键段b滚轧成形花键，具体为：
工件（2）向滚轧模具（5）方向进给，工件（2）上成形花键段b进入滚轧模具（5）工作范围，两个滚轧模具（5）同步同向转动，两个滚轧模具（5）同时作径向进给或无径向进给，直至完成工件（2）上成形花键段b的滚轧成形，
滚轧模具（5）作径向进给时，滚轧模具（5）工作表面都是完全齿形；滚轧模具（5）无径向进给时，滚轧模具（5）工作表面由无齿形部分、齿高逐渐增加的不完整齿形部分、完整齿形部分组成，
滚轧模具（5）最大齿顶圆处圆周速度范围为8~10m/min；工件（2）每转，滚轧模具（5）的径向进给量范围为0.05~0.15mm；
步骤8，工件（2）由前顶尖（1）及后顶尖（3）夹紧同时反向退出，卸料。
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