專利名稱：楔橫軋臺階軸軋齊楔形模具的制作方法
技術領域：
本發明是一種采用楔橫軋新工藝加工臺階軸所使用的楔型模具。適用于加工直角和小于直角的內傾角臺階軸，如變速箱軸、凸輪軸、電機軸等毛坯。
在楔橫軋臺階軸過程中，臺階端面是一個空間螺旋體面，為了使臺階軸更接近成品的最終形狀和尺寸，將螺旋面軋齊是一個關鍵。現有的楔橫軋臺階軸楔形模具，為了解決軋齊問題，根據楔形展寬段加工所形成的空間螺旋體的轉移體積來確定楔型軋齊截止曲線的始點和形狀，若始點跨入模型的楔入段或在楔入段起點之前的楔體之外，則截止曲線的始點和形狀首先憑經驗初定，后用調試修整，這樣的辦法既費時又不準確。
本發明的目的在于克服上述不足，提供計算的截止曲線始點在楔入段和超出楔體外的楔型結構，更好地達到消除空間螺旋面的目的。
本發明的目的是這樣實現的楔型模具由輥體1和附著于上的一對或多對楔型2構成。臺階軸坯料3置于兩個楔型之間(見
圖1)。楔型分為楔入段Yw、展寬段Ys、精整段Yf，變形的楔具有成形角α、展寬角β和楔高h，軋齊截止曲線4，始點為H，其長度為Yw(見圖2)，截止曲面5(由截止曲線向楔型展開面-紙面所作的垂直面，(見圖3)。其特征是(Ⅰ)截止曲線4在楔型上的位置和曲線形狀是采用單元法求空間螺旋體金屬轉移體積(包括楔入段和展寬段)來計算和確定的。依據軋齊過程中臺階軸凹檔寬度Xo的不同，空間螺旋體需要轉移的金屬量也會不同，由此確定的截止曲線始點H和提前量△X有下列五種分布①Xo＜Xw，△X＜XoH點在楔入段Yw內(見圖5)②Xo＜Xw，計算△X′＞Xo，計算H′點在楔型體以外(見圖6)③Xo＞Xw，△X＜XoH點在楔入段Yw內(見圖7)④Xo＞Xw，計算△X′＞Xo，計算H′點在楔型體以外(見圖8)⑤Xo＞Xw，△X＜XoH點在展開段Ys內(見圖9)上式中Xw-楔型楔入段Yw對應的理論寬度△X′-計算截止曲線始點H′的提前量△X-采用截止曲線始點H的提前量(Ⅱ)楔型截止曲線的形狀根據上述五種不同分布，分別計算出需要轉移的金屬體積，通過求始點H的提前量△X，利用X＝Xo-△X和Y＝Ya-(△X+△ΥCtgα)Ctgβ(式中Ya為變形楔總長-見圖5-9)，Z＝△Υ，求出始點座標，再通過改變楔高h(即Z坐標值)，可求出截止曲線上對應各點的座標，平滑聯結，各點即得出軋齊截止曲線。對第②種和第④種情況，采用原有楔型計算的△X′＞Xo，其起點H′落在楔型體外，則需要設計替代楔型(見圖6，圖8中虛線所示)，用逼近法計算轉移金屬體積所涉及的△X＜Xo，即起點H落在楔入段內后，其截止曲線的確定便與第①種和第②種相同了。
(Ⅲ)起點H位置在第①和第③種分布時，可采用直線代替截止曲線。
(Ⅳ)起點H在第②和第④種分布時，可采用Y＝KX3圖形曲線代替截止曲線。
在臺階軸加工精度要求不高時，采用(Ⅲ)和(Ⅳ)可以簡化楔型設計和制作。
本發明提供的軋齊楔形模具，在設計軋齊楔型時，考慮了楔入段和展寬段需要轉移的金屬體積，從而改變目前僅以展寬段的計算或外推的方法來設計楔型，靠修型調試來解決軋齊。這樣的楔形模具已用在凸輪軸毛坯軋制上。本發明用于截止曲線在展寬段時，被加工的臺階軸內傾角θ不僅用于直角，且適用于α＜θ≤90°范圍。
下面結合附圖進一步描述圖1楔型模具立體2楔型的平面展開圖(兩對楔型)圖3圖2A-A，B-B，C-C，D-D，E-E剖面4臺階軸加工過程形狀圖(對應上述剖面的狀況)圖5單個楔型始點H位置分布圖(第①種分布)圖6單個楔型始點H位置分布圖(第②種分布)圖7單個楔型始點H位置分布圖(第③種分布)圖8單個楔型始點H位置分布圖(第④種分布)圖9單個楔型始點H位置分布圖(第⑤種分布)圖10(a)(b)截止曲線位置和形狀圖(第①種分布)圖11(a)(b)截止曲線位置和形狀圖(第②種分布)圖12(a)(b)截止曲線位置和形狀圖(第③種分布)圖13(a)(b)截止曲線位置和形狀圖(第④種分布)見圖2、3，成形面6與截止曲面5的交線為截止曲線4。A-A剖面楔入高hA，C-C剖面楔入高hc。圖中第一對楔截止曲線起點H在展開段Ys內;第二對楔截止曲線起點H在楔入段Yw內。
見圖4，d為臺階軸3的毛坯直徑，do為軸頸直徑，7為空間螺旋面，Xo為對應一個楔型加工的臺階軸凹擋寬度。θ為臺階軸內傾角，△Υ為坯料楔入深度。
下面舉例說明截止曲線五種不同始點H位置和形狀(下述上限法是不考慮楔入段(或展寬段)后變形過渡區的轉移金屬量。下限法要考慮此金屬量)(1)第①種分布見圖5，圖10(a)(b)。
△X(上限法)＝a·(1/πdo2)·tgαtg2β [Yw3-(Yw-Yo)3] (1)△X(下限法)＝a·(1/πdo2)·tgαtg2β [Yw3-(Yw-Yo)3+b·Yo3] (2)式中a和b-分別為相應部位的楔型形狀系數Yo-對應Xo的楔型展開長度舉例已知d＝55.94，do＝36.61Xo＝13.22設α＝28°β＝7°30′計算△Υ＝(d-do)/2＝9.67Yo＝Xoctgβ＝100.42Xw＝△Υ·ctgα＝18.19Yw＝Xwctgβ＝138.16由公式(2)求出H點提前量△X＝9.02確定H點三坐標X1＝13.22-9.02＝4.20Y＝238.58-206.68＝31.9Z＝△Υ＝9.67確定出截止曲線A各點空間三座標值列于表1，作出曲線見圖10-(b)
同理，用公式(1)求出的曲線4見圖10-(a)。軋件精度要求不高時，采用直線替代曲線4。
(2)第②種分布見圖6圖11(a)(b)采用原有楔型，計算出△X′＞Xo，計算始點H′在楔型體外，設計需采用替代楔型計算，H點落在楔入段Yw內。
△X(上限法)＝a·(1/πdo2)·tgαtg2β[Yw3-(Yw-YH)3] (3)△X(下限法)＝a·(1/πdo2)·tgαtg2β [Yw3-(Yw-YH)3+b·Yo3]-1/4(Xo-XH)(Yo-YH)(△Υ-δΥ)Ctgα·Ctg2β (4)式中Xh-計算所采用的替代楔型(見圖6中虛線)點H的寬度Yh-計算所采用的替代楔型(見圖6中展開長度)對應Xh的展開長度δΥ-沿楔高h方向楔入深度的增量計算時采用逼近法舉例已知d＝55.94，do＝27.46，Xo＝12.20設α＝28°，β＝7°計算△Υ＝(d-do)/2＝14.24Yo＝Xo·Ctgβ＝99.36Xw＝△Υ·Ctgα＝26.79Yw＝Xw·Ctgβ＝218.14
由公式(4)求出H點提前量△X＝10.38確定H點三座標X＝12.20-10.38＝1.82，Y＝317.50-302.68＝14.82Z＝△Υ＝14.24截止曲線各點三座標列于表2，作出曲線4見圖11(b) 同理由公式(3)計算作出的曲線見圖11(a)若用近似曲線Y＝kX3替代時，曲線4上各點列于表2.1 表2.1曲線在圖形11-(b)上用黑點標出。
(3)第③種分布，見圖7，圖12(a)(b)。Xo＞Xw，計算△X′＜Xo，計算采用原有楔型，H點在Yw內。
△X(上限法)＝a·(1/πdo2)·tgαtg2β[Yw3+C·Yw2Ys] (5)△X(下限法)＝a·(1/πdo2)·tgαtg2β[Yw3+C·Yw2Ys+b·Yw3] (6)式中C-為相應部分形狀系數舉例已知d＝61.02，do＝35.29Xo＝27.66設α＝30°β＝8°30′計算△Υ＝(d-do)/2＝12.87，
Xw＝△Υ·Ctgα＝22.29Yw＝Xw·Ctgβ＝149.15Yo＝Xo·Ctgβ＝185.07用公式(5)，求出△X＝21.90X＝27.66-21.90＝5.76，Y＝334.22-205.68＝38.54Z＝△Υ＝12.87截止曲線上各點的三座標值，列于表3，作出截止曲線4為圖12(a) 同理，用公式(6)計算結果作出曲線見圖12(b)。
(4)第④種分布見圖8，圖13(a)(b)Xo＞Xw，用原有楔型計算，△X′＞Xo，H′落在楔型體之外，設計需采用替代楔型(見圖8中虛線示出)計算，H點便在Yw內，替代楔型提前量△X△X(上限法)＝a·(1/πdo2)·tgαtg2β[Yw3-(Yw-YH)3+C·Yw2·Ys] (7)△X(下限法)＝a·(1/πdo2)·tgαtg2β[Yw3-(Yw-YH)3+C·Yw2Ys+bYw3-(1/4)XwYw△ΥCtgαCtg2β (8)計算時采用逼近法。
舉例已知d＝55.94do＝27.46Xo＝35.08設α＝28β＝7°計算△Υ＝(d-do)/2＝14.24
Xw＝△Υ·Ctgα＝26.79Yw＝Xw·Ctgβ＝218.14Yo＝Xo·Ctgβ＝285.69用公式(7)，求出H點的提前量△X＝29.20。
確定H點的三座標X＝35.08-29.2＝5.86;Y＝503.83-456.11＝47.72;Z＝△Υ＝14.24曲線上各點計算值列于表4，作出曲線見6圖12-(a) 圖12-(a)中虛線是可替代截止曲線4的近似曲線。
用公式(8)求出△X＝31.75則H點的三座標X＝35.08-31.75＝3.33;
Y＝503.83-476.71＝27.12;Z＝△Υ＝14.24。
(4)各點計算值列于表5，作出曲線見圖12-(b) 圖13-(b)中虛線是近似曲線替代的結果。
(5)第⑤種分布，見圖9Xo＞Xw，起點H在展寬段Ys內，且Xw＜Xh＜Xo，提前量△X＝-(Ctgθ-Ctgα)[(r3-ro3)/3ro2-(r-ro)+(π/2)tgβ[(r3-ro3)/3ro2-(r3-ro3)/2ro] (9)式中r和ro-分別為d/2和do/2。
利用上式求出△X后，起點H座標即可確定，計算方法同前。
權利要求
1.一種楔橫軋臺階軸軋齊楔形模具，由輥體(1)和附著于上的一對或多對楔型(2)組成，楔型含有楔入段(YW)、展寬段(YS)、精整段(Yf)，變形的楔具有成形角(α)和展寬角(β)，為軋齊設計的截止曲面(5)在展開平面上為截止曲線(4)，其起點為(H)，長度(YH)，其特征是(Ⅰ)采用單元法求空間螺旋體金屬轉移體積來計算所確定的截止曲線始點H和提前量ΔX有下列五種分布①XO＜XW，ΔX＜XO，H點在楔入段YW內；②XO＜XW，計算ΔX′＞XO，計算H′點在楔型體以外；③XO＞XW，ΔX＜XO，H點在楔入段YW內；④XO＞XW，計算ΔX′＞XO，計算H′點在楔型體以外；⑤XO＞XW，ΔX＜XO，H點在展開段YS內；式中符號與說明書相同(Ⅱ)楔型截止曲線的形狀根據上述五種不同分布，分別計算出需要轉移的金屬體積，通過求始點H的提前量ΔX，求出始點座標，再通過改變楔高確定截止曲線上對應的各點的座標，聯結各點，即為軋齊截止曲線；對第②和第④種情況采用原有楔型計算的ΔX′＞XO，其起點H′落在楔型體外，則需要設計替代楔型，用逼近法計算轉移金屬體積所得的ΔX＜XO，即起點H落在楔型楔入段內，則截止曲線確定的方法便與第①和第③相同。
2.按權利要求1所述軋齊楔型模具，其特征是在第①種和第③種分布時，可采用直線代替截止曲線。
3.按權利要求1所述軋齊楔型模具，其特征是在第②種和第④種分布時，可采用Y＝KX3的曲線代替截止曲線。
全文摘要
本發明提出了一種楔橫軋加工臺階軸為軋齊內傾角(θ)所用的楔形模具，在用單元法求臺階軸空間螺旋體金屬轉移體積所得軋齊截止曲線有五種分布。為了解決計算曲線起點在楔型體外，提出用替代楔型的設計方法。現有技術僅考慮展寬段轉移體積，對起點在楔型體外，則憑經驗，靠修型。本發明提出的展寬段軋齊截止曲線適用于α≤θ≤90°的任意內傾角。此模具可廣泛用于加工變速箱軸、凸輪軸和電機軸等毛坯軋制。
文檔編號B21H1/00GK1110198SQ94113049
公開日1995年10月18日 申請日期1994年12月28日 優先權日1994年12月28日
發明者謝懿 申請人:四川省機械研究設計院