本发明涉及一种锻压环件开孔成型装置，尤其是涉及一种辗环锻造开坯穿孔无损装置及其加工方法。
背景技术：
锻压环件是应用在工程机械部件的常用初步加工料坯，在辗环锻造行业，热辗扩用环坯制备方法通常为：下料→加热→镦粗→加热→冲孔；传统的开坯工艺采用敦粗后对坯料进行冲孔，在冲孔过程会产生5-10kg的冲块，所谓开坯穿孔技术；
如cn1442250a《环类零件的加工工艺》采用热轧钢棒料为原材料，经过以下步骤制得零件锻件:下料一用加热设备将料坯加热至900℃一1250℃的温度一压力机制坯，主要经过墩粗成形、冲孔工步一辗环机扩孔一模锻成形。
如cn1491758a《轮圈的生产工艺》将钢材锯成一块块坯料，对坯料进行二次加热并对热坯分别进行冲孔制坯及辗压成形处理，在冲孔制坯和辗压成形过程中对钢材进行不断的锻打和挤压。对辗压成形的轮圈进行切削加工，再后检验入库。
虽然都公开了冲孔的步骤，然而均没有提出本发明所要解决的技术问题，在不产生冲块的情况下，实现坯料的无损开孔，并对坯料进行调质处理，避免二次加热节约能源，避免生产出来产品出现缩孔、裂纹等质量问题。
技术实现要素：
本发明针对现有产品的不足，而提供一种辗环锻造开坯穿孔无损装置及其加工方法。本发明所要解决的技术问题是：避免坯料在开孔的生产过程中出现的冲块，节约生产材料，提高产品的机械性能。
本发明的一种辗环锻造开坯穿孔无损装置，所述装置包括上锻压台、坯料、升降导杆、下锻压台、扩孔轴、斜轧辊，坯料放置在上锻压台和下锻压台之间，所述上锻压台的上端和压机上横梁固定连接，压机上横梁活动套装在运行导轨上，上锻压台的下方对应的位置放置有下锻压台；下锻压台的上表面设置有锻压平台，锻压平台的四周和升降导杆连接，锻压平台的中心位置设置有一个凸形卡槽，凸形卡槽内安装有下顶座，下顶座的上半部为圆锥形，下半部为和凸形卡槽形状相同的凸台，所述下顶座的下端和举升油缸连接，举升油缸安装在下锻压台的内部；上锻压台的下方安装有扩孔轴，所述扩孔轴的上端和上锻压台活动铰接，扩孔轴中间段安装有传动齿轮，传动齿轮和液压马达的驱动齿轮咬合传动连接，液压马达安装在转动臂的左侧下方，转动臂和转动组件通过法兰固定连接，转动组件安装在压机上横梁的运行导轨上，和压机上横梁上下同步运行，扩孔轴的中心线和下顶座的中心线在统一垂直线上，所述坯料的两侧和斜轧辊接触连接。
进一步，所述扩孔轴包括扩孔主轴、上压螺环、内螺环、扩孔套、过渡扩孔环；所述扩孔主轴的下半段设置有三段为螺纹段，分别为上螺纹段a、中间螺纹段b、下螺纹段c，扩孔主轴最下端为圆锥形的开孔锥头，开孔锥头上方安装有过渡扩孔环，过渡扩孔环和扩孔主轴通过下螺纹段c连接，过渡扩孔环的上方为扩孔套，扩孔套和扩孔主轴通过中间螺纹段b连接，扩孔套的上方安装有上压螺环，上压螺环和和扩孔主轴通过螺纹段a连接；所述扩孔套的内部安装有内螺环，内螺环和和扩孔主轴螺纹段a连接。
进一步，所述上螺纹段a、下螺纹段c和中间螺纹段b的螺纹方向相反，且上螺纹段a、下螺纹段c的外径比中间螺纹段b小。
进一步，所述扩孔轴的上端卡装有单向轴承，单向轴承安装在上锻压台下表面的导向安装卡槽内。
进一步，所述转动组件包括导轨滑套、导轨安装座、转动电机安装座、转动电机、滑套安装法兰、润滑油槽；所述导轨安装座通过螺栓和压机上横梁连接，导轨滑套套装在导轨安装座的内部和运行导轨滑动配合；滑套安装法兰安装在导轨安装座的两端面，将导轨滑套锁在导轨安装座内；轨安装座侧面设置有转动电机安装座，转动电机安装座和转动电机连接，所述转动电机通过安装法兰和转动臂连接。
本发明还公开了一种辗环锻造开坯穿孔无损装置的加工方法，包括以下步骤：
a、将坯料放入加热炉内，加热到1200℃后，保持120分钟；
b、将加热好的坯料吊移到下锻压台的锻压平台的上，锻压平台通过升降导杆下降，下顶座通过举升油缸上升，共同作用将下顶座卡装在锻压平台的凸形卡槽内；上锻压台下行对坯料进行镦压，镦压后的坯料下半部分会形成和下顶座形状相同的锥形孔；
c、坯料锻压完毕后，转动组件带动转动臂将扩孔轴的上端和上锻压台活动铰接，安装完毕后上锻压台带动扩孔轴一起下行，并且扩孔轴在液压马达的驱动下转动，坯料在下顶座和扩孔轴的共同作用下，将坯料上下对称开孔；
d、坯料对称开孔完毕后，扩孔轴继续下行，开孔锥头将下顶座推入到下锻压台内，坯料经过过渡扩孔环，开孔直径逐渐变大，坯料再经过扩孔套完成无损挤压开孔。
本发明的有益效果是：
1、结构合理，可以实现镦粗、挤压冲孔一次性完成，无需进行二次加热，大大节约了加热所需的能源，提高生产效率；
2、实用性强，安全可靠；由于扩孔轴是易损件，传统扩孔轴表面出现裂纹后必须整体报废，扩孔轴的多级螺纹段设计方便扩孔套的更换，大大降低了使用成本，同时有效防止扩孔套在挤压扩孔的过程中实现防松，避免影响内孔的加工尺寸，确保产品加工质量。
3、热轧穿孔过程中，工件的应变场和温度场分布对金属圆坯的成形质量有很大影响，本工艺采用斜轧工装配合圆坯的穿孔、挤扩孔，能够很好地解决斜轧穿孔过程中的成坯质量问题。避免了二次加热及冲块的产生，而且加工出来的产品，由于金属纤维流线呈仿形性，受到旋转挤压成型，具有良好的微观组织结构，大大的提供高了其机械性能，避免生产出来产品出现缩孔、裂纹等质量问题。
附图说明
图1为本发明的镦粗时结构示意图。
图2为本发明的冲孔时结构示意图。
图3为本发明的转动组件的结构示意图。
图4为本发明的扩孔轴的结构示意图。
图5为本发明的扩孔轴安装结构示意图。
图6为本发明的无损挤压开孔工作原理结构示意图。
图中：上锻压台1、坯料2、升降导杆3、下锻压台4、扩孔轴5、斜轧辊6、压机上横梁7、下顶座8、转动组件9、转动臂10、液压马达11、导向安装槽12；扩孔主轴51、上压螺环52、内螺环53、扩孔套54、过渡扩孔环55、开孔锥头56；导轨滑套91、导轨安装座92、转动电机安装座93、转动电机94、滑套安装法兰95、润滑油槽96。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
本发明的一种辗环锻造开坯穿孔无损装置主要由上锻压台1、坯料2、升降导杆3、下锻压台4、扩孔轴5、斜轧辊6、压机上横梁7、下顶座8、转动组件9、转动臂10、液压马达11、导向安装槽12；扩孔主轴51、上压螺环52、内螺环53、扩孔套54、过渡扩孔环55；导轨滑套91、导轨安装座92、转动电机安装座93、转动电机94、滑套安装法兰95、润滑油槽96组成。
如图1、2所示，本发明的一种辗环锻造开坯穿孔无损装置，所述装置包括上锻压台1、坯料2、升降导杆3、下锻压台4、扩孔轴5、斜轧辊6，坯料2放置在上锻压台1和下锻压台4之间，所述上锻压台1的上端和压机上横梁7固定连接，压机上横梁7活动套装在运行导轨上，上锻压台1的下方对应的位置放置有下锻压台4；下锻压台4的上表面设置有锻压平台，锻压平台的四周和升降导杆3连接，锻压平台的中心位置设置有一个凸形卡槽，凸形卡槽内安装有下顶座8，下顶座8的上半部为圆锥形，下半部为和凸形卡槽形状相同的凸台，所述下顶座8的下端和举升油缸连接，举升油缸安装在下锻压台4的内部；上锻压台1的下方安装有扩孔轴5，所述扩孔轴5的上端和上锻压台1活动铰接，扩孔轴5中间段安装有传动齿轮，传动齿轮和液压马达11的驱动齿轮咬合传动连接，液压马达11安装在转动臂10的左侧下方，转动臂10和转动组件9通过法兰固定连接，转动组件9安装在压机上横梁7的运行导轨上，和压机上横梁7上下同步运行，扩孔轴5的中心线和下顶座8的中心线在统一垂直线上，所述坯料2的两侧和斜轧辊6接触连接。本发明辗环锻造开坯穿孔无损装置，可以实现镦粗、挤压冲孔一次性完成，无需进行二次加热，大大节约了加热所需的能源，提高生产效率。
图4所示，所述扩孔轴5包括扩孔主轴51、上压螺环52、内螺环53、扩孔套54、过渡扩孔环55；所述扩孔主轴51的下半段设置有三段为螺纹段，分别为上螺纹段a、中间螺纹段b、下螺纹段c，扩孔主轴51最下端为圆锥形的开孔锥头56，开孔锥头56上方安装有过渡扩孔环55，过渡扩孔环55和扩孔主轴51通过下螺纹段c连接，过渡扩孔环55的上方为扩孔套54，扩孔套54和扩孔主轴51通过中间螺纹段b连接，扩孔套54的上方安装有上压螺环52，上压螺环52和和扩孔主轴51通过螺纹段a连接；所述扩孔套54的内部安装有内螺环53，内螺环53和和扩孔主轴51螺纹段a连接。所述上螺纹段a、下螺纹段c和中间螺纹段b的螺纹方向相反，且上螺纹段a、下螺纹段c的外径比中间螺纹段b小。
扩孔轴5的多级螺纹段设计方便扩孔套54的更换同时有效防止扩孔套54在挤压扩孔的过程中实现防松，避免影响内孔的加工尺寸，确保产品加工质量。
开孔锥头56将坯料2中心位置顶压开孔，后圆锥体的过渡扩孔环55将孔挤压扩大到扩孔套54的外直径，扩孔套54的外部表设置有耐磨合金碳粉涂层，耐磨合金碳粉涂层有效保护扩孔套54的外壁，保证内孔加工的精度，扩孔套54将孔在垂直中心扩到所需的孔径，避免了二次加热及冲块的产生，而且加工出来的产品，由于金属纤维流线呈仿形性，受到旋转挤压成型，具有良好的微观组织结构，大大的提供高了其机械性能，加工速度快的同时，比普通的热轧穿孔减少一次镦粗后再次加热的过程。
图3所示、所述转动组件9包括导轨滑套91、导轨安装座92、转动电机安装座93、转动电机94、滑套安装法兰95、润滑油槽96；所述导轨安装座92通过螺栓和压机上横梁7连接，导轨滑套91套装在导轨安装座92的内部和运行导轨滑动配合；滑套安装法兰95安装在导轨安装座92的两端面，将导轨滑套91锁在导轨安装座92内；轨安装座92侧面设置有转动电机安装座93，转动电机安装座93和转动电机94连接，所述转动电机94通过安装法兰和转动臂10连接。
如图6所示、本发明还公开了一种辗环锻造开坯穿孔无损装置的加工方法，包括以下步骤：
a、将坯料2放入加热炉内，加热到1200℃后，保持120分钟；
b、将加热好的坯料2吊移到下锻压台4的锻压平台的上，锻压平台通过升降导杆3下降，下顶座8通过举升油缸上升，共同作用将下顶座8卡装在锻压平台的凸形卡槽内；上锻压台1下行对坯料2进行镦压，镦压后的坯料2下半部分会形成和下顶座8形状相同的锥形孔；
c、坯料2锻压完毕后，转动组件9带动转动臂10将扩孔轴5的上端和上锻压台1活动铰接，安装完毕后上锻压台1带动扩孔轴5一起下行，并且扩孔轴5在液压马达11的驱动下转动，坯料2在下顶座8和扩孔轴5的共同作用下，将坯料2上下对称开孔；
d、坯料2对称开孔完毕后，扩孔轴5继续下行，开孔锥头56将下顶座8推入到下锻压台4内，坯料2经过过渡扩孔环55，开孔直径逐渐变大，坯料2再经过扩孔套54完成无损挤压开孔。
热轧穿孔过程中，工件的应变场和温度场分布对金属圆坯的成形质量有很大影响，本工艺采用斜轧工装配合圆坯的穿孔、挤扩孔，能够很好地解决斜轧穿孔过程中的成坯质量问题。
本发明的一种辗环锻造开坯穿孔无损装置，避免了二次加热及冲块的产生，而且加工出来的产品，由于金属纤维流线呈仿形性，受到旋转挤压成型，具有良好的微观组织结构，大大的提供高了其机械性能。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。