冷壓模制裝置、使用該裝置的冷壓模制方法及使用該方法制造的汽車交流發電機的轉子芯的制作方法
【專利摘要】在對逐漸變細的棒狀鋼制突起物的冷壓成型中，提供一種無需高等級的潤滑膜即可減少形成材料與背面工具之間的毛刺的冷壓模制裝置，尤其是能夠延長模制工具的壽命。根據本發明的加工逐漸變細的棒狀鋼制突起物的冷壓模制方法的特征在于，將預成型的被處理材料31a保持在背面工具32上；在壓力接觸被處理材料時，自由旋轉輥41朝向處理材料31a上的頂端部自由旋轉；且通過被處理材料的塑性再成型來形成為逐漸變細的形狀。
【專利說明】冷壓模制裝置、使用該裝置的冷壓模制方法及使用該方法制造的汽車交流發電機的轉子芯
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種冷壓模制裝置和使用該裝置的冷壓模制方法，并且還涉及一種使用該冷壓模制方法制造的汽車交流發電機的轉子芯，其中該冷壓模制裝置特別是在成型逐漸變細的棒狀鋼制突起物時可以在不需要高等級的潤滑膜的情況下減少與背面工具之間產生的毛刺，并且能夠延長模制工具的壽命，并且該冷壓模制方法使用所述冷壓模制裝置；并且進一步涉及使用該冷壓模制方法制造的汽車交流發電機的轉子芯。
【背景技術】
[0002]由于需要高的處理壓力，通過直接擠出成型難以處理逐漸變細的棒狀鋼制突起物。相應地，通常預先通過例如冷鍛來制造可使用相對低的處理壓力處理的預成型材料，然后通過在軸向上的熨平對材料進行處理以獲得逐漸變細狀的被處理材料。
[0003]圖2示出了汽車交流發電機的轉子芯10，在該轉子芯中，成型有逐漸變細形狀的爪狀元件，在圖2中，(a)是垂直于轉子芯10的軸線的平面的橫截面視圖；(b)是位于穿過轉子芯10的軸線的平面A-A處的豎向橫截面視圖；(c)是爪狀元件11中的一個的側視圖。
[0004]雖然這種逐漸變細形狀的材料通常通過熱鍛、溫鍛或冷鍛來制造，在溫鍛和熱鍛中會存在模具嚴重磨損的問題并且形狀的穩定性差。相應地，通常在成型后通過機加工使得形狀穩定以便使用。另外，由于需要非常高的成型壓力，具有長爪元件或爪狀元件的針狀端部的物體不能通過采用傳統方法來制造。
[0005]另外，使用直接冷壓鍛造來成型這種長爪元件或爪狀元件的針狀端部是可能的，但這存在由于需要非常高的壓力而造成困難的問題。相應地，通過例如冷鍛來使中間坯料預成型，然后對其預成型的材料進行處理以獲得所需的形狀。
[0006]圖3是通過例如冷鍛來預成型的預成型材料的視圖，在圖3中，(a)是垂直于中間材料的軸線的垂直平面的橫截面視圖；(b)是在穿過中間材料的軸線的平面A-A處的豎向橫截面視圖；和((3)是等效于中間材料的爪狀元件中的一個的側視圖。參照附圖，中間材料20通過例如冷鍛被預成型，并且預成型的爪狀元件的等效物21被加寬到適當的角度，然后執行熨平以獲得所需的形狀。
[0007]在該熨平處理中，重點在于防止工具和被處理材料之間出現烤焦和磨損，這是因為該處理是其中熨平工具和被處理的鋼材在高壓下直接接觸的滑處理。相應地，必須在被處理材料的表面上制成高等級的潤滑膜(例如磷化膜)。
[0008]圖4是示出了在傳統的滑-壓處理中被處理材料與熨平模之間的關系的示意圖，在圖4中，(a)示出了在熨平成型前被處理材料31a和背面工具(心軸)32以及熨平模33的位置和形狀；以及(b)示出了在熨平成型后，被處理材料32b、背面工具(心軸)32、熨平模33以及毛刺34的位置和形狀，其中在熨平成型之前和之后上述各部分對稱地布置。
[0009]參見附圖，31a為在熨平成型前的被處理材料，31b為在熨平成型后的被處理材料，32是背面工具(芯軸)，33是熨平模，以及34為出現在背面工具(心軸)和被處理材料之間的毛刺。
[0010]如上所述，應當在冷壓成型中通過滑一壓強制地在被處理材料的表面上形成更好的潤滑膜，并且品質的變化也應當變小。
[0011]另外，例如如專利文獻I所述，需要一種通過在成型工具的表面涂敷硬質膜來降低成型工具表面和被處理材料之間的摩擦系數的裝置，以延長成型工具(例如熨平工具)的壽命。
[0012]現有技術專利文獻
[0013]專利文獻:JP2003-112229號日本公開文獻
【發明內容】
[0014]要解決的問題
[0015]然而，傳統的冷壓成型方法中存在下列問題。(I)如果潤滑膜的性質發生變化，作用于背面工具(心軸)上的壓力發生改變并且可引起背面形狀的變化，相應地，強制需要有均勻的潤滑膜。(2)另外，在該方法中，存在由于該性質變化的造成的結果嚴重依賴于潤滑膜性質好壞的問題，并且如果使用了不合適的潤滑膜，由于增大的摩擦可能導致的不令人滿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會出現被處理材料的塑性流動并且很大可能在背面工具(心軸)和材料之間出現毛刺。(3)因為熨平工具在處于高壓下的被處理材料的表面上滑動，在材料與背面工具(心軸)之間在某種程度上不可避免地出現毛刺。另外，因為載荷同樣也形成在熨平工具上，存在需要考慮這對工具壽命影響的問題。
[0016]相應地，本發明的目的在于提供一種冷壓模制裝置，該冷壓模制裝置可以在模制逐漸變細的棒狀鋼制突起物時，無需高等級的潤滑膜即可減少與背面工具之間產生的毛刺，并可以以更好的方式進行背面工具的成型，且能夠延長模制工具的壽命；提供一種使用該裝置的冷壓模制方法；以及使用該冷壓模制方法制造的汽車交流發電機的轉子芯。
[0017]解決問題的手段
[0018]本發明實現上述目的的用于制造逐漸變細的棒狀鋼制突起物的冷壓模制裝置的特征在于包括:預成型的被處理材料；將被處理材料保持其上的背面工具；在通過背面工具所保持的被處理材料上自由旋轉的自由旋轉輥，其中通過在自由旋轉輥壓力接觸被處理材料的同時將自由旋轉輥朝向頂端部滾軋，而將被處理材料塑性再成型為逐漸變細的形狀。
[0019]在上述構造中，被處理材料的預成型優選通過冷鍛、溫鍛或熱鍛來實現。
[0020]本發明實現上述目的的用于制造逐漸變細的棒狀鋼制突起物的冷壓模制方法的特征在于包括:將預成型的被處理材料保持在背面工具上，在自由旋轉輥在被處理材料上進行壓力接觸的同時將自由旋轉輥朝向頂端部自由地滾軋，以及通過被處理材料塑性再成型而成型逐漸變細的形狀。
[0021]在上述方法中，被處理材料的預成型優選通過冷鍛、溫鍛或熱鍛來實現。
[0022]另外，實現上述目的的本發明特征在于提供一種利用上述冷壓模制方法來制造的轉子芯。
[0023]發明效果
[0024]如上所述，根據本發明，如果將預成型的被處理材料保持在背面工具(心軸)上、在自由旋轉壓力接觸被處理材料的同時將自由旋轉輥朝向頂端部自由地滾軋、并且通過被處理材料的塑性再成型來形成逐漸變細的形狀，因為所生成的處理熱被傳遞到旋轉輥，成型可以在低溫下進行，從而不需要高等級的潤滑劑，并且進一步，潤滑劑變化造成的影響可以極小。
[0025]另外，由于成型時最大載荷幾乎是線載荷，可以更有效地利用載荷，并且因為通過將熱傳遞到輥而抑制溫度升高使得工具的進一步熱膨脹減小，從而按壓表面上出現的毛刺可以更少并且背面元件的成型可以以足夠的精度來實現。另外，由于作用到成型工具上的載荷更小，能夠延長成型工具的壽命。
[0026]另外，在使用本發明的冷壓模制裝置的情況下，因為根據本發明的組成能夠容易地進行冷壓成型，無需高等級的潤滑膜即可冷壓成型逐漸變細的棒狀鋼制突起物，在背面工具與材料之間形成更少的毛刺，并更能獲得更好的背面元件的成型，并且還能延長裝置本身的壽命。
[0027]另外，對于汽車交流發電機的轉子芯(轉動體)而言，具有長爪或銳角頂端的結構能夠以低成本容易且高效地制造，而該結構難于使用傳統的成型方法制造。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1示出了根據本發明實施例的冷壓模制裝置的示意圖，在圖1中，(a)示出了在熨平(ironing)之前被處理材料和背面工具(backside tool)(心軸)以及自由旋轉棍的位置和形狀；和(b)示出了在熨平后被處理材料和背面工具(心軸)以及自由旋轉輥的位置和形狀。
[0029]圖2示出了汽車交流發電機的轉子芯，在圖2中，(a)是垂直于轉子芯的軸線的平面的橫截面視圖；(b)是位于穿過轉子芯的軸線的平面A-A處的豎向橫截面視圖；和((3)是爪狀元件中的一個的側視圖。
[0030]圖3是預成型中間材料的視圖，在圖3中，(a)是垂直于中間材料的軸線的垂直平面的橫截面視圖；(b)是位于穿過中間材料的軸線的平面A-A處的豎向橫截面視圖；和((3)是等效于中間材料的爪狀元件中的一個的側視圖。
[0031]圖4是示出了在傳統的滑-壓處理中被處理材料與熨平模之間的關系的示意圖，在圖4中，Ca)示出了在熨平成型前被處理材料和背面工具(心軸)以及熨平模的位置和形狀；以及(b)示出了在熨平成型后被處理材料和背面工具(心軸)以及熨平模和毛刺的位置和形狀。
【具體實施方式】
[0032]參考附圖，根據本發明的具體實施例，發明人闡明了冷壓模制裝置、使用該裝置的冷壓模制方法以及使用該冷壓模制方法制造的汽車交流發電機的轉子芯的細節。
[0033]圖1示出了根據本發明實施例的冷壓模制裝置。由于和圖4中相同的元件具有同樣的附圖標記，重疊的解釋在此不再贅述，但根據本實施例，在圖3中示出的通過冷鍛(cold forging)形成的預成型的被處理材料31 (31a、31b)通過自由旋轉棍41滾壓而進行冷壓成型。
[0034]具體來說，被處理材料31 (31a、31b)由背面工具(心軸)32保持，當與自由旋轉的自由旋轉輥41進行壓力接觸時，自由旋轉輥41朝向爪狀元件11的逐漸變細形狀的頂端部滾軋，且如圖2所示，通過滾軋將被處理材料31 (31a、31b)塑性再成型為逐漸變細的形狀。相應地，通過成型逐漸變細的爪狀元件來制成汽車交流發電機的轉子芯10。
[0035]根據這種滾壓，隨著自由旋轉輥41在滾軋的同時接觸被處理材料31 (31a、31b)的表面，在自由旋轉輥41與被處理材料31之間幾乎不存在相對滑動，相對摩擦更少并且能通過熱傳遞抑制處理溫度。進一步，通過調整例如自由旋轉輥41的尺寸和轉速以及對輥的冷卻來控制處理溫度。相應地，無需在被處理材料31 (31a、31b)的表面上設置潤滑劑(例如高等級磷化膜)，并且進一步地，減小了由潤滑劑的潤滑特征變化所帶來的影響。
[0036]相應地，由于背面工具(心軸)32上的壓力變化變小，更少地出現背面成型的變化，且進一步更少地出現毛刺34。相應地，易于移除毛刺34且出現更少的毛刺34，則降低了材料損失。
[0037]進一步，自由旋轉輥41的接觸壓力載荷小于用于作為成型工具的熨平模的接觸壓力載荷，使得作為熨平工具的自由旋轉輥41的壽命可以長于熨平模。
[0038]如上所述，自由旋轉輥41和被處理材料31 (31a、31b)的表面之間的滑動幾乎不存在且降低了摩擦，使得無需在其表面上設有高等級的金屬硬化層。進一步，相應地，在被處理材料31 (31a、31b)的表面上使用例如機械油是令人滿意的。
[0039]如上所述，根據本發明的實施例，在將預成型的被處理材料保持在背面工具(心軸)上、自由旋轉輥壓力接觸被處理材料的同時使自由旋轉輥朝向頂端部滾軋、并且通過使被處理材料的塑性再成型來成型逐漸變細的形狀的情況下，而不需要高等級的潤滑劑，且進一步地，潤滑劑變化造成的影響可以極小。進一步，載荷由表面載荷改變為線載荷，從而載荷的傳送效率能夠得到提高。
[0040]通過使用該方法來生產汽車交流發電機的轉子芯變得可能，轉子芯具有長爪或銳角頂端的結構，難于使用傳統的成型方法進行制造。相應地，在按壓表面出現更少的毛刺以使得背面元件的成型能以令人滿意的精度進行。進一步，由于作用到成型工具上的載荷減少，從而成型工具的壽命得到延長。
[0041]進一步，根據上述實施例，被處理材料31的預成型基于冷鍛的實施例被闡明，但不限于此，還可以使用溫鍛和熱鍛。
[0042]發明的【技術領域】
[0043]由于包括上述組成的本發明可以如上所述實施，以使得逐漸變細的棒狀鋼制突起物能夠相對易于被處理，且能夠用于生產各種具有復雜結構的機器中，包括電機、發電機、汽車、車輛、內燃機、打印機、造紙機、制紗機和紡織機。
[0044]附圖標記
[0045]10轉子芯
[0046]11爪狀元件
[0047]12中間材料
[0048]13爪形材料的等效物
[0049]14牽引裝置
[0050]31，31a，31b 被處理材料
[0051]32背面工具(心軸)[0052]33熨平模
[0053]34 毛刺
[0054]41自由旋轉輥
【權利要求】
1.一種用于制造逐漸變細的棒狀鋼制突起物的冷壓模制裝置，其特征在于，包括:預成型的被處理材料；將被處理材料保持于其上的背面工具；和自由旋轉輥，所述自由旋轉輥在由背面工具所保持的被處理材料上自由旋轉， 其中所述被處理材料通過在自由旋轉輥壓力接觸所述被處理材料的同時將所述自由旋轉輥朝向頂端部滾軋的方式而塑性再成型為逐漸變細的形狀。
2.如權利要求1所述的冷壓模制裝置，其特征在于，所述被處理材料的預成型利用冷鍛、溫鍛或熱鍛來進行。
3.一種用于制造逐漸變細的棒狀鋼制突起物的冷壓模制方法，其特征在于，將預成型的被處理材料保持在背面工具上；在自由旋轉輥壓力接觸被處理材料的同時，通過使自由旋轉輥在被處理材料上朝向頂端部自由旋轉而滾軋被處理材料，以將所述被處理材料塑性再成型為逐漸變細的形狀。
4.如權利要求3所述的冷壓模制方法，其特征在于，通過冷鍛、溫鍛或熱鍛來進行所述被處理材料的預成型。
5.一種通過如權利要求3或4所述的冷壓模制方法制造的轉子芯。
【文檔編號】B21J5/06GK103781571SQ201380001679
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年8月9日 優先權日:2012年8月9日
【發明者】額素明, 野口隆世, 村松勁 申請人:西格瑪及哈特斯有限公司