冷压模制装置、使用该装置的冷压模制方法及使用该方法制造的汽车交流发电机的转子芯的制作方法
【专利摘要】在对逐渐变细的棒状钢制突起物的冷压成型中，提供一种无需高等级的润滑膜即可减少形成材料与背面工具之间的毛刺的冷压模制装置，尤其是能够延长模制工具的寿命。根据本发明的加工逐渐变细的棒状钢制突起物的冷压模制方法的特征在于，将预成型的被处理材料31a保持在背面工具32上；在压力接触被处理材料时，自由旋转辊41朝向处理材料31a上的顶端部自由旋转；且通过被处理材料的塑性再成型来形成为逐渐变细的形状。
【专利说明】冷压模制装置、使用该装置的冷压模制方法及使用该方法制造的汽车交流发电机的转子芯
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种冷压模制装置和使用该装置的冷压模制方法，并且还涉及一种使用该冷压模制方法制造的汽车交流发电机的转子芯，其中该冷压模制装置特别是在成型逐渐变细的棒状钢制突起物时可以在不需要高等级的润滑膜的情况下减少与背面工具之间产生的毛刺，并且能够延长模制工具的寿命，并且该冷压模制方法使用所述冷压模制装置；并且进一步涉及使用该冷压模制方法制造的汽车交流发电机的转子芯。
【背景技术】
[0002]由于需要高的处理压力，通过直接挤出成型难以处理逐渐变细的棒状钢制突起物。相应地，通常预先通过例如冷锻来制造可使用相对低的处理压力处理的预成型材料，然后通过在轴向上的熨平对材料进行处理以获得逐渐变细状的被处理材料。
[0003]图2示出了汽车交流发电机的转子芯10，在该转子芯中，成型有逐渐变细形状的爪状元件，在图2中，(a)是垂直于转子芯10的轴线的平面的横截面视图；(b)是位于穿过转子芯10的轴线的平面A-A处的竖向横截面视图；(c)是爪状元件11中的一个的侧视图。
[0004]虽然这种逐渐变细形状的材料通常通过热锻、温锻或冷锻来制造，在温锻和热锻中会存在模具严重磨损的问题并且形状的稳定性差。相应地，通常在成型后通过机加工使得形状稳定以便使用。另外，由于需要非常高的成型压力，具有长爪元件或爪状元件的针状端部的物体不能通过采用传统方法来制造。
[0005]另外，使用直接冷压锻造来成型这种长爪元件或爪状元件的针状端部是可能的，但这存在由于需要非常高的压力而造成困难的问题。相应地，通过例如冷锻来使中间坯料预成型，然后对其预成型的材料进行处理以获得所需的形状。
[0006]图3是通过例如冷锻来预成型的预成型材料的视图，在图3中，(a)是垂直于中间材料的轴线的垂直平面的横截面视图；(b)是在穿过中间材料的轴线的平面A-A处的竖向横截面视图；和((3)是等效于中间材料的爪状元件中的一个的侧视图。参照附图，中间材料20通过例如冷锻被预成型，并且预成型的爪状元件的等效物21被加宽到适当的角度，然后执行熨平以获得所需的形状。
[0007]在该熨平处理中，重点在于防止工具和被处理材料之间出现烤焦和磨损，这是因为该处理是其中熨平工具和被处理的钢材在高压下直接接触的滑处理。相应地，必须在被处理材料的表面上制成高等级的润滑膜(例如磷化膜)。
[0008]图4是示出了在传统的滑-压处理中被处理材料与熨平模之间的关系的示意图，在图4中，(a)示出了在熨平成型前被处理材料31a和背面工具(心轴)32以及熨平模33的位置和形状；以及(b)示出了在熨平成型后，被处理材料32b、背面工具(心轴)32、熨平模33以及毛刺34的位置和形状，其中在熨平成型之前和之后上述各部分对称地布置。
[0009]参见附图，31a为在熨平成型前的被处理材料，31b为在熨平成型后的被处理材料，32是背面工具(芯轴)，33是熨平模，以及34为出现在背面工具(心轴)和被处理材料之间的毛刺。
[0010]如上所述，应当在冷压成型中通过滑一压强制地在被处理材料的表面上形成更好的润滑膜，并且品质的变化也应当变小。
[0011]另外，例如如专利文献I所述，需要一种通过在成型工具的表面涂敷硬质膜来降低成型工具表面和被处理材料之间的摩擦系数的装置，以延长成型工具(例如熨平工具)的寿命。
[0012]现有技术专利文献
[0013]专利文献:JP2003-112229号日本公开文献
【发明内容】
[0014]要解决的问题
[0015]然而，传统的冷压成型方法中存在下列问题。(I)如果润滑膜的性质发生变化，作用于背面工具(心轴)上的压力发生改变并且可引起背面形状的变化，相应地，强制需要有均匀的润滑膜。(2)另外，在该方法中，存在由于该性质变化的造成的结果严重依赖于润滑膜性质好坏的问题，并且如果使用了不合适的润滑膜，由于增大的摩擦可能导致的不令人满意的背面成型造成如下后果:由于摩擦力的保持很大程度上会出现被处理材料的塑性流动并且很大可能在背面工具(心轴)和材料之间出现毛刺。(3)因为熨平工具在处于高压下的被处理材料的表面上滑动，在材料与背面工具(心轴)之间在某种程度上不可避免地出现毛刺。另外，因为载荷同样也形成在熨平工具上，存在需要考虑这对工具寿命影响的问题。
[0016]相应地，本发明的目的在于提供一种冷压模制装置，该冷压模制装置可以在模制逐渐变细的棒状钢制突起物时，无需高等级的润滑膜即可减少与背面工具之间产生的毛刺，并可以以更好的方式进行背面工具的成型，且能够延长模制工具的寿命；提供一种使用该装置的冷压模制方法；以及使用该冷压模制方法制造的汽车交流发电机的转子芯。
[0017]解决问题的手段
[0018]本发明实现上述目的的用于制造逐渐变细的棒状钢制突起物的冷压模制装置的特征在于包括:预成型的被处理材料；将被处理材料保持其上的背面工具；在通过背面工具所保持的被处理材料上自由旋转的自由旋转辊，其中通过在自由旋转辊压力接触被处理材料的同时将自由旋转辊朝向顶端部滚轧，而将被处理材料塑性再成型为逐渐变细的形状。
[0019]在上述构造中，被处理材料的预成型优选通过冷锻、温锻或热锻来实现。
[0020]本发明实现上述目的的用于制造逐渐变细的棒状钢制突起物的冷压模制方法的特征在于包括:将预成型的被处理材料保持在背面工具上，在自由旋转辊在被处理材料上进行压力接触的同时将自由旋转辊朝向顶端部自由地滚轧，以及通过被处理材料塑性再成型而成型逐渐变细的形状。
[0021]在上述方法中，被处理材料的预成型优选通过冷锻、温锻或热锻来实现。
[0022]另外，实现上述目的的本发明特征在于提供一种利用上述冷压模制方法来制造的转子芯。
[0023]发明效果
[0024]如上所述，根据本发明，如果将预成型的被处理材料保持在背面工具(心轴)上、在自由旋转压力接触被处理材料的同时将自由旋转辊朝向顶端部自由地滚轧、并且通过被处理材料的塑性再成型来形成逐渐变细的形状，因为所生成的处理热被传递到旋转辊，成型可以在低温下进行，从而不需要高等级的润滑剂，并且进一步，润滑剂变化造成的影响可以极小。
[0025]另外，由于成型时最大载荷几乎是线载荷，可以更有效地利用载荷，并且因为通过将热传递到辊而抑制温度升高使得工具的进一步热膨胀减小，从而按压表面上出现的毛刺可以更少并且背面元件的成型可以以足够的精度来实现。另外，由于作用到成型工具上的载荷更小，能够延长成型工具的寿命。
[0026]另外，在使用本发明的冷压模制装置的情况下，因为根据本发明的组成能够容易地进行冷压成型，无需高等级的润滑膜即可冷压成型逐渐变细的棒状钢制突起物，在背面工具与材料之间形成更少的毛刺，并更能获得更好的背面元件的成型，并且还能延长装置本身的寿命。
[0027]另外，对于汽车交流发电机的转子芯(转动体)而言，具有长爪或锐角顶端的结构能够以低成本容易且高效地制造，而该结构难于使用传统的成型方法制造。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1示出了根据本发明实施例的冷压模制装置的示意图，在图1中，(a)示出了在熨平(ironing)之前被处理材料和背面工具(backside tool)(心轴)以及自由旋转棍的位置和形状；和(b)示出了在熨平后被处理材料和背面工具(心轴)以及自由旋转辊的位置和形状。
[0029]图2示出了汽车交流发电机的转子芯，在图2中，(a)是垂直于转子芯的轴线的平面的横截面视图；(b)是位于穿过转子芯的轴线的平面A-A处的竖向横截面视图；和((3)是爪状元件中的一个的侧视图。
[0030]图3是预成型中间材料的视图，在图3中，(a)是垂直于中间材料的轴线的垂直平面的横截面视图；(b)是位于穿过中间材料的轴线的平面A-A处的竖向横截面视图；和((3)是等效于中间材料的爪状元件中的一个的侧视图。
[0031]图4是示出了在传统的滑-压处理中被处理材料与熨平模之间的关系的示意图，在图4中，Ca)示出了在熨平成型前被处理材料和背面工具(心轴)以及熨平模的位置和形状；以及(b)示出了在熨平成型后被处理材料和背面工具(心轴)以及熨平模和毛刺的位置和形状。
【具体实施方式】
[0032]参考附图，根据本发明的具体实施例，发明人阐明了冷压模制装置、使用该装置的冷压模制方法以及使用该冷压模制方法制造的汽车交流发电机的转子芯的细节。
[0033]图1示出了根据本发明实施例的冷压模制装置。由于和图4中相同的元件具有同样的附图标记，重叠的解释在此不再赘述，但根据本实施例，在图3中示出的通过冷锻(cold forging)形成的预成型的被处理材料31 (31a、31b)通过自由旋转棍41滚压而进行冷压成型。
[0034]具体来说，被处理材料31 (31a、31b)由背面工具(心轴)32保持，当与自由旋转的自由旋转辊41进行压力接触时，自由旋转辊41朝向爪状元件11的逐渐变细形状的顶端部滚轧，且如图2所示，通过滚轧将被处理材料31 (31a、31b)塑性再成型为逐渐变细的形状。相应地，通过成型逐渐变细的爪状元件来制成汽车交流发电机的转子芯10。
[0035]根据这种滚压，随着自由旋转辊41在滚轧的同时接触被处理材料31 (31a、31b)的表面，在自由旋转辊41与被处理材料31之间几乎不存在相对滑动，相对摩擦更少并且能通过热传递抑制处理温度。进一步，通过调整例如自由旋转辊41的尺寸和转速以及对辊的冷却来控制处理温度。相应地，无需在被处理材料31 (31a、31b)的表面上设置润滑剂(例如高等级磷化膜)，并且进一步地，减小了由润滑剂的润滑特征变化所带来的影响。
[0036]相应地，由于背面工具(心轴)32上的压力变化变小，更少地出现背面成型的变化，且进一步更少地出现毛刺34。相应地，易于移除毛刺34且出现更少的毛刺34，则降低了材料损失。
[0037]进一步，自由旋转辊41的接触压力载荷小于用于作为成型工具的熨平模的接触压力载荷，使得作为熨平工具的自由旋转辊41的寿命可以长于熨平模。
[0038]如上所述，自由旋转辊41和被处理材料31 (31a、31b)的表面之间的滑动几乎不存在且降低了摩擦，使得无需在其表面上设有高等级的金属硬化层。进一步，相应地，在被处理材料31 (31a、31b)的表面上使用例如机械油是令人满意的。
[0039]如上所述，根据本发明的实施例，在将预成型的被处理材料保持在背面工具(心轴)上、自由旋转辊压力接触被处理材料的同时使自由旋转辊朝向顶端部滚轧、并且通过使被处理材料的塑性再成型来成型逐渐变细的形状的情况下，而不需要高等级的润滑剂，且进一步地，润滑剂变化造成的影响可以极小。进一步，载荷由表面载荷改变为线载荷，从而载荷的传送效率能够得到提高。
[0040]通过使用该方法来生产汽车交流发电机的转子芯变得可能，转子芯具有长爪或锐角顶端的结构，难于使用传统的成型方法进行制造。相应地，在按压表面出现更少的毛刺以使得背面元件的成型能以令人满意的精度进行。进一步，由于作用到成型工具上的载荷减少，从而成型工具的寿命得到延长。
[0041]进一步，根据上述实施例，被处理材料31的预成型基于冷锻的实施例被阐明，但不限于此，还可以使用温锻和热锻。
[0042]发明的【技术领域】
[0043]由于包括上述组成的本发明可以如上所述实施，以使得逐渐变细的棒状钢制突起物能够相对易于被处理，且能够用于生产各种具有复杂结构的机器中，包括电机、发电机、汽车、车辆、内燃机、打印机、造纸机、制纱机和纺织机。
[0044]附图标记
[0045]10转子芯
[0046]11爪状元件
[0047]12中间材料
[0048]13爪形材料的等效物
[0049]14牵引装置
[0050]31，31a，31b 被处理材料
[0051]32背面工具(心轴)[0052]33熨平模
[0053]34 毛刺
[0054]41自由旋转辊
【权利要求】
1.一种用于制造逐渐变细的棒状钢制突起物的冷压模制装置，其特征在于，包括:预成型的被处理材料；将被处理材料保持于其上的背面工具；和自由旋转辊，所述自由旋转辊在由背面工具所保持的被处理材料上自由旋转， 其中所述被处理材料通过在自由旋转辊压力接触所述被处理材料的同时将所述自由旋转辊朝向顶端部滚轧的方式而塑性再成型为逐渐变细的形状。
2.如权利要求1所述的冷压模制装置，其特征在于，所述被处理材料的预成型利用冷锻、温锻或热锻来进行。
3.一种用于制造逐渐变细的棒状钢制突起物的冷压模制方法，其特征在于，将预成型的被处理材料保持在背面工具上；在自由旋转辊压力接触被处理材料的同时，通过使自由旋转辊在被处理材料上朝向顶端部自由旋转而滚轧被处理材料，以将所述被处理材料塑性再成型为逐渐变细的形状。
4.如权利要求3所述的冷压模制方法，其特征在于，通过冷锻、温锻或热锻来进行所述被处理材料的预成型。
5.一种通过如权利要求3或4所述的冷压模制方法制造的转子芯。
【文档编号】B21J5/06GK103781571SQ201380001679
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年8月9日 优先权日:2012年8月9日
【发明者】额素明, 野口隆世, 村松劲 申请人:西格玛及哈特斯有限公司