專利名稱：一種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋復(fù)合成形裝置及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于先進(jìn)材料成形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋復(fù)合成形裝置及工藝。
背景技術(shù)：
花鍵是機(jī)械系統(tǒng)中用來傳遞軸與軸之間運(yùn)動和扭矩的零件，花鍵聯(lián)接作為一種聯(lián)接強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的聯(lián)接方式，廣泛應(yīng)用于眾多的機(jī)械行業(yè)，例如航天航空、汽車、拖拉機(jī)、船舶、機(jī)床、工程機(jī)械等。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，花鍵的需求量迅猛增加且使用要求不斷提高，對傳統(tǒng) 花鍵的加工工藝及設(shè)備提出了新的挑戰(zhàn)?；ㄦI的加工工藝主要分為傳統(tǒng)的切削加工和塑性成形加工，傳統(tǒng)的花鍵切削加工工藝存在切削加工強(qiáng)度高、生產(chǎn)率低、機(jī)械性能和表面質(zhì)量差等缺點(diǎn)，而塑性成形加工工藝屬于無屑加工范疇，具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、產(chǎn)品性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為了漸開線花鍵的主流加工工藝。目前花鍵的塑性成形加工工藝主要有擠壓、滾打和滾軋三種，而這三種工藝都存在著明顯的不足，首先擠壓工藝中花鍵成形力大，容易產(chǎn)生墩粗現(xiàn)象，模具磨損嚴(yán)重，不適合加工細(xì)長軸類花鍵，加工花鍵模數(shù)齒數(shù)較小。其次對于滾打工藝，模具制作困難且通用性差，不能加工階梯軸類花鍵零件，需專用花鍵滾打成形設(shè)備。最后，對于滾軋工藝，亦存在模具安裝調(diào)試?yán)щy、成形花鍵模數(shù)和齒數(shù)有限的問題。超聲振動金屬塑性加工最早源于上個世紀(jì)50年代奧地利科學(xué)家的一次金屬拉伸試驗，指在金屬的塑性成形加工中，輔助施加超聲振動，以獲得改善工藝效果、提高成形質(zhì)量的工藝過程。超聲振動金屬塑性加工相對傳統(tǒng)金屬塑性成形工藝通常認(rèn)為具有以下優(yōu)點(diǎn)降低成形力；降低金屬流動應(yīng)力；減小模具與工件間的摩擦；擴(kuò)大金屬材料塑性成形加工范圍，提高金屬材料塑性成形能力；可獲得較好的產(chǎn)品表面質(zhì)量和較高的尺寸精度。目前，由于超聲振動金屬塑性加工的諸多優(yōu)點(diǎn)，眾多學(xué)者對該工藝開展了廣泛的研究，應(yīng)用到很多生產(chǎn)場合并取得了滿意的效果，例如超聲拉拔、超聲沖壓、超聲擠壓等，但還沒有將超聲金屬塑性加工技術(shù)應(yīng)用于花鍵的塑性加工工藝中。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋復(fù)合成形裝置及工藝，花鍵成形力小，能夠加工細(xì)長軸類和大模數(shù)花鍵類零件，具有成形精度和表面質(zhì)量高、生產(chǎn)效率高、加工范圍廣、通用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為—種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋復(fù)合成形裝置，包括前頂尖3和與其配合夾緊工件2的?；ㄦI集成頂尖4，沿工件2圓周方向90°等間距陣列的設(shè)有四個增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具1，?；ㄦI集成頂尖4上的花鍵段c與增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具I相互嚙合傳動，模花鍵集成頂尖4的后端部軸向串入超聲振動裝置5。
一種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋復(fù)合成形工藝，包括以下步驟I)、裝夾工件2，工件2由前頂尖3及?；ㄦI集成頂尖4夾緊，保證工件2的理論分度圓與增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具I的分度圓相切；II)、對工件2進(jìn)行軸向超聲振動，工件2由軸向串入的超聲振動裝置5工作實現(xiàn)軸向超聲振動，振動頻率為20KHz 25KHz，振幅為O. 005mm O. 015mm ；
III)、沿工件2圓周方向90°等間距陣列的四個增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具I開始同步同向轉(zhuǎn)動，?；ㄦI集成頂尖4上的花鍵段c與增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具I相互嚙合傳動，實現(xiàn)工件2與增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具I接觸前具有相對應(yīng)的嚙合線速度，增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具I的轉(zhuǎn)速范圍為40RPM 100RPM ；IV)、工件2由前頂尖3及?；ㄦI集成頂尖4夾緊的同時進(jìn)行軸向進(jìn)給，由四個增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具I完成工件2上花鍵的超聲增量式擠壓滾軋復(fù)合成形，工件2的進(jìn)給速度為lmm/sec 3mm/sec ；V)、超聲振動裝置5停止工作，工件2由前頂尖3及?；ㄦI集成頂尖4夾緊同時反向退出，卸料。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)I、采用四個增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具，四個模具在空間沿工件軸線90°等間距陣列，增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具上每一個齒分別同步連續(xù)徑向打擊工件，成形效率高，工件齒形由于徑向塑性變形累計而產(chǎn)生，花鍵齒面存在殘余壓應(yīng)力且金屬組織纖維密集，因而花鍵抗疲勞強(qiáng)度更高、表面質(zhì)量和使用性能更好，四個方向?qū)ΨQ作用使工件受力更穩(wěn)定，合力為零，平衡性更好。此外由于花鍵屬于增量式擠壓滾軋復(fù)合成形，故成形軸向力及滾軋力小，可加工大模數(shù)花鍵，模具使用壽命高。2、在工件軸向進(jìn)給系統(tǒng)中軸向串入超聲振動，實現(xiàn)了工件的增量式擠壓滾軋復(fù)合成形過程中施加軸向振動，提高工件材料的塑性，改善工件與模具間的摩擦狀況，使得成形力更小，表面質(zhì)量更高。
圖I為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具I布局圖。圖3為本發(fā)明的?；ㄦI集成頂尖4示意圖。圖4為本發(fā)明增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具I前視圖。圖5為本發(fā)明增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具I軸測圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)描述。參照圖1，一種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋復(fù)合成形裝置，包括前頂尖3和與其配合夾緊工件2的?；ㄦI集成頂尖4，參照圖2，沿工件2圓周方向90°等間距陣列的設(shè)有四個增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具1，參照圖3，?；ㄦI集成頂尖4上的花鍵段c與增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具I相互嚙合傳動，?；ㄦI集成頂尖4的后端部軸向串入超聲振動裝置5。
一種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋復(fù)合成形工藝，包括以下步驟I)、參照圖I，裝夾工件2，工件2由前頂尖3及模花鍵集成頂尖4夾緊，保證工件2的理論分度圓與增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具I的分度圓相切；II)、參照圖1，對工件2進(jìn)行軸向超聲振動，工件2由軸向串入的超聲振動裝置5工作實現(xiàn)軸向超聲振動，振動頻率為20KHz 25KHz，振幅為O. 005mm O. 015mm ；III)、參照圖I、圖2和圖3，沿工件2圓周方向90°等間距陣列的四個增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具I開始同步同向轉(zhuǎn)動，?；ㄦI集成頂尖4上的花鍵段c與增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具I相互嚙合傳動，實現(xiàn)工件2與增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具I接觸前具有相對應(yīng)的嚙合線速度，增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具I的轉(zhuǎn)速范圍為40RPM 100RPM ；IV)、參照圖I、圖4和圖5，工件2由前頂尖3及?；ㄦI集成頂尖4夾緊的同時進(jìn)行軸向進(jìn)給，進(jìn)給速度為lmm/sec 3mm/sec，由四個增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具I上的 增量式擠壓進(jìn)入角段a首先進(jìn)行花鍵的增量式擠壓，其中進(jìn)入角角度范圍為6° 9°，再由增量式滾軋校正段b進(jìn)行工件2上花鍵的增量式滾軋校正，完成花鍵的超聲增量式擠壓滾軋復(fù)合成形；V)、超聲振動裝置5停止工作，工件2由前頂尖3及?；ㄦI集成頂尖4夾緊同時反向退出，卸料。
權(quán)利要求
1.一種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋復(fù)合成形裝置，包括前頂尖(3)和與其配合夾緊工件(2)的?；ㄦI集成頂尖(4)，其特征在于沿工件(2)圓周方向90°等間距陣列的設(shè)有四個增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具(I)，模花鍵集成頂尖(4)的后端部軸向串入超聲振動裝置(5)。
2.采用權(quán)利要求I所述的一種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋復(fù)合成形裝置進(jìn)行復(fù)合成形的工藝，其特征在于，包括以下步驟 I)、裝夾工件(2)，工件(2)由前頂尖(3)及?；ㄦI集成頂尖(4)夾緊，保證工件(2)的理論分度圓與增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具(I)的分度圓相切； II)、對工件(2)進(jìn)行軸向超聲振動，工件(2)由軸向串入的超聲振動裝置(5)工作實現(xiàn)軸向超聲振動，振動頻率為20KHz 25KHz，振幅為O. 005mm O. 015mm ； III)、沿工件(2)圓周方向90°等間距陣列的四個增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具(I)開始同步同向轉(zhuǎn)動，模花鍵集成頂尖(4)上的花鍵段(c)與增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具(I)相互嚙合傳動，實現(xiàn)工件(2)與增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具(I)接觸前具有相對應(yīng)的嚙合線速度，增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具(I)轉(zhuǎn)速范圍為40RPM 100RPM ； IV)、工件(2)由前頂尖(3)及?；ㄦI集成頂尖(4)夾緊的同時進(jìn)行軸向進(jìn)給，由四個增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具(I)完成工件(2)上花鍵的超聲增量式擠壓滾軋復(fù)合成形，工件⑵進(jìn)給速度為lmm/sec 3mm/sec ； V)、超聲振動裝置(5)停止工作，工件(2)由前頂尖(3)及?；ㄦI集成頂尖(4)夾緊同時反向退出，卸料。
全文摘要
一種花鍵四模具超聲增量式擠壓滾軋復(fù)合成形裝置及工藝，裝置包括前頂尖和?；ㄦI集成頂尖，前頂尖和?；ㄦI集成頂尖將工件夾緊，沿工件圓周方向90°等間距陣列的設(shè)有四個增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具，?；ㄦI集成頂尖上的花鍵段與增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具相互嚙合傳動，模花鍵集成頂尖的后端部軸向串入超聲振動裝置；工藝是先裝夾工件，再對工件進(jìn)行軸向超聲振動，四個增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具開始同步同向轉(zhuǎn)動，然后工件進(jìn)行軸向進(jìn)給，由四個增量式擠壓滾軋復(fù)合成形模具及軸向串入的超聲振動裝置完成工件上花鍵的超聲增量式擠壓滾軋復(fù)合成形，最后卸料，本發(fā)明具有花鍵成形力小、成形精度和表面質(zhì)量高、生產(chǎn)效率高、加工范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B21B11/00GK102658319SQ201110434048
公開日2012年9月12日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者孫振宇, 張晨陽, 張超, 李泳嶧, 趙升噸 申請人:西安交通大學(xué)