专利名称：一种花键四模具超声增量式挤压滚轧复合成形装置及工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于先进材料成形技术领域，具体涉及一种花键四模具超声增量式挤压滚轧复合成形装置及工艺。
背景技术：
花键是机械系统中用来传递轴与轴之间运动和扭矩的零件，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，广泛应用于众多的机械行业，例如航天航空、汽车、拖拉机、船舶、机床、工程机械等。随着汽车工业的快速发展，花键的需求量迅猛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，而塑性成形加工工艺属于无屑加工范畴，具有生产效率高、材料利用率高、产品性能好等诸多优点，逐渐成为了渐开线花键的主流加工工艺。目前花键的塑性成形加工工艺主要有挤压、滚打和滚轧三种，而这三种工艺都存在着明显的不足，首先挤压工艺中花键成形力大，容易产生墩粗现象，模具磨损严重，不适合加工细长轴类花键，加工花键模数齿数较小。其次对于滚打工艺，模具制作困难且通用性差，不能加工阶梯轴类花键零件，需专用花键滚打成形设备。最后，对于滚轧工艺，亦存在模具安装调试困难、成形花键模数和齿数有限的问题。超声振动金属塑性加工最早源于上个世纪50年代奥地利科学家的一次金属拉伸试验，指在金属的塑性成形加工中，辅助施加超声振动，以获得改善工艺效果、提高成形质量的工艺过程。超声振动金属塑性加工相对传统金属塑性成形工艺通常认为具有以下优点降低成形力；降低金属流动应力；减小模具与工件间的摩擦；扩大金属材料塑性成形加工范围，提高金属材料塑性成形能力；可获得较好的产品表面质量和较高的尺寸精度。目前，由于超声振动金属塑性加工的诸多优点，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，例如超声拉拔、超声冲压、超声挤压等，但还没有将超声金属塑性加工技术应用于花键的塑性加工工艺中。
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花键四模具超声增量式挤压滚轧复合成形装置及工艺，花键成形力小，能够加工细长轴类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—种花键四模具超声增量式挤压滚轧复合成形装置，包括前顶尖3和与其配合夹紧工件2的模花键集成顶尖4，沿工件2圆周方向90°等间距阵列的设有四个增量式挤压滚轧复合成形模具1，模花键集成顶尖4上的花键段c与增量式挤压滚轧复合成形模具I相互啮合传动，模花键集成顶尖4的后端部轴向串入超声振动装置5。
一种花键四模具超声增量式挤压滚轧复合成形工艺，包括以下步骤I)、装夹工件2，工件2由前顶尖3及模花键集成顶尖4夹紧，保证工件2的理论分度圆与增量式挤压滚轧复合成形模具I的分度圆相切；II)、对工件2进行轴向超声振动，工件2由轴向串入的超声振动装置5工作实现轴向超声振动，振动频率为20KHz 25KHz，振幅为O. 005mm O. 015mm ；
III)、沿工件2圆周方向90°等间距阵列的四个增量式挤压滚轧复合成形模具I开始同步同向转动，模花键集成顶尖4上的花键段c与增量式挤压滚轧复合成形模具I相互啮合传动，实现工件2与增量式挤压滚轧复合成形模具I接触前具有相对应的啮合线速度，增量式挤压滚轧复合成形模具I的转速范围为40RPM 100RPM ；IV)、工件2由前顶尖3及模花键集成顶尖4夹紧的同时进行轴向进给，由四个增量式挤压滚轧复合成形模具I完成工件2上花键的超声增量式挤压滚轧复合成形，工件2的进给速度为lmm/sec 3mm/sec ；V)、超声振动装置5停止工作，工件2由前顶尖3及模花键集成顶尖4夹紧同时反向退出，卸料。本发明具有以下优点I、采用四个增量式挤压滚轧复合成形模具，四个模具在空间沿工件轴线90°等间距阵列，增量式挤压滚轧复合成形模具上每一个齿分别同步连续径向打击工件，成形效率高，工件齿形由于径向塑性变形累计而产生，花键齿面存在残余压应力且金属组织纤维密集，因而花键抗疲劳强度更高、表面质量和使用性能更好，四个方向对称作用使工件受力更稳定，合力为零，平衡性更好。此外由于花键属于增量式挤压滚轧复合成形，故成形轴向力及滚轧力小，可加工大模数花键，模具使用寿命高。2、在工件轴向进给系统中轴向串入超声振动，实现了工件的增量式挤压滚轧复合成形过程中施加轴向振动，提高工件材料的塑性，改善工件与模具间的摩擦状况，使得成形力更小，表面质量更高。
图I为本发明的装置结构示意图。图2为本发明的增量式挤压滚轧复合成形模具I布局图。图3为本发明的模花键集成顶尖4示意图。图4为本发明增量式挤压滚轧复合成形模具I前视图。图5为本发明增量式挤压滚轧复合成形模具I轴测图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明做详细描述。参照图1，一种花键四模具超声增量式挤压滚轧复合成形装置，包括前顶尖3和与其配合夹紧工件2的模花键集成顶尖4，参照图2，沿工件2圆周方向90°等间距阵列的设有四个增量式挤压滚轧复合成形模具1，参照图3，模花键集成顶尖4上的花键段c与增量式挤压滚轧复合成形模具I相互啮合传动，模花键集成顶尖4的后端部轴向串入超声振动装置5。
一种花键四模具超声增量式挤压滚轧复合成形工艺，包括以下步骤I)、参照图I，装夹工件2，工件2由前顶尖3及模花键集成顶尖4夹紧，保证工件2的理论分度圆与增量式挤压滚轧复合成形模具I的分度圆相切；II)、参照图1，对工件2进行轴向超声振动，工件2由轴向串入的超声振动装置5工作实现轴向超声振动，振动频率为20KHz 25KHz，振幅为O. 005mm O. 015mm ；III)、参照图I、图2和图3，沿工件2圆周方向90°等间距阵列的四个增量式挤压滚轧复合成形模具I开始同步同向转动，模花键集成顶尖4上的花键段c与增量式挤压滚轧复合成形模具I相互啮合传动，实现工件2与增量式挤压滚轧复合成形模具I接触前具有相对应的啮合线速度，增量式挤压滚轧复合成形模具I的转速范围为40RPM 100RPM ；IV)、参照图I、图4和图5，工件2由前顶尖3及模花键集成顶尖4夹紧的同时进行轴向进给，进给速度为lmm/sec 3mm/sec，由四个增量式挤压滚轧复合成形模具I上的 增量式挤压进入角段a首先进行花键的增量式挤压，其中进入角角度范围为6° 9°，再由增量式滚轧校正段b进行工件2上花键的增量式滚轧校正，完成花键的超声增量式挤压滚轧复合成形；V)、超声振动装置5停止工作，工件2由前顶尖3及模花键集成顶尖4夹紧同时反向退出，卸料。
权利要求
1.一种花键四模具超声增量式挤压滚轧复合成形装置，包括前顶尖(3)和与其配合夹紧工件(2)的模花键集成顶尖(4)，其特征在于沿工件(2)圆周方向90°等间距阵列的设有四个增量式挤压滚轧复合成形模具(I)，模花键集成顶尖(4)的后端部轴向串入超声振动装置(5)。
2.采用权利要求I所述的一种花键四模具超声增量式挤压滚轧复合成形装置进行复合成形的工艺，其特征在于，包括以下步骤 I)、装夹工件(2)，工件(2)由前顶尖(3)及模花键集成顶尖(4)夹紧，保证工件(2)的理论分度圆与增量式挤压滚轧复合成形模具(I)的分度圆相切； II)、对工件(2)进行轴向超声振动，工件(2)由轴向串入的超声振动装置(5)工作实现轴向超声振动，振动频率为20KHz 25KHz，振幅为O. 005mm O. 015mm ； III)、沿工件(2)圆周方向90°等间距阵列的四个增量式挤压滚轧复合成形模具(I)开始同步同向转动，模花键集成顶尖(4)上的花键段(c)与增量式挤压滚轧复合成形模具(I)相互啮合传动，实现工件(2)与增量式挤压滚轧复合成形模具(I)接触前具有相对应的啮合线速度，增量式挤压滚轧复合成形模具(I)转速范围为40RPM 100RPM ； IV)、工件(2)由前顶尖(3)及模花键集成顶尖(4)夹紧的同时进行轴向进给，由四个增量式挤压滚轧复合成形模具(I)完成工件(2)上花键的超声增量式挤压滚轧复合成形，工件⑵进给速度为lmm/sec 3mm/sec ； V)、超声振动装置(5)停止工作，工件(2)由前顶尖(3)及模花键集成顶尖(4)夹紧同时反向退出，卸料。
全文摘要
一种花键四模具超声增量式挤压滚轧复合成形装置及工艺，装置包括前顶尖和模花键集成顶尖，前顶尖和模花键集成顶尖将工件夹紧，沿工件圆周方向90°等间距阵列的设有四个增量式挤压滚轧复合成形模具，模花键集成顶尖上的花键段与增量式挤压滚轧复合成形模具相互啮合传动，模花键集成顶尖的后端部轴向串入超声振动装置；工艺是先装夹工件，再对工件进行轴向超声振动，四个增量式挤压滚轧复合成形模具开始同步同向转动，然后工件进行轴向进给，由四个增量式挤压滚轧复合成形模具及轴向串入的超声振动装置完成工件上花键的超声增量式挤压滚轧复合成形，最后卸料，本发明具有花键成形力小、成形精度和表面质量高、生产效率高、加工范围广等优点。
文档编号B21B11/00GK102658319SQ201110434048
公开日2012年9月12日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者孙振宇, 张晨阳, 张超, 李泳峄, 赵升吨 申请人:西安交通大学