專利名稱：一種中高頻感應(yīng)加熱軸向進(jìn)給擠壓滾軋成形花鍵軸的方法
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，具體涉及ー種中高頻感應(yīng)加熱軸向進(jìn)給擠壓滾軋成形花鍵軸的方法。
背景技術(shù)：
花鍵是機(jī)械系統(tǒng)中用來傳遞カ和扭矩的關(guān)鍵零件，花鍵聯(lián)接作為ー種聯(lián)接強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的聯(lián)接方式，在汽車以及各種車輛和裝備制造業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。隨著汽車エ業(yè)的快速發(fā)展，高強(qiáng)度高精度花鍵，特別是長花鍵軸的需求量日益增加且使用要求不斷提高，對傳統(tǒng)花鍵的加工エ藝及設(shè)備提出了新的挑戰(zhàn)?；ㄦI的加工エ藝主要分為傳統(tǒng)的切削加工和塑性成形加工，傳統(tǒng)的花鍵切削加工エ藝存在切削加工強(qiáng)度高、生產(chǎn)率低、機(jī)械性能和表面質(zhì)量差等缺點，而花鍵滾軋成形エ藝無屑加工范疇，具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、成形載荷小、エ件尺寸精度穩(wěn)定、產(chǎn)品性能好等諸多優(yōu)點，在漸開 線花鍵加工制造中得到廣泛應(yīng)用。然而花鍵軸向完全同滾輪接觸產(chǎn)生塑性變形，成形載荷高，難以適用于長花鍵軸的加工，此外室溫下的高強(qiáng)度鋼變形抗カ大，使得高強(qiáng)度鋼花鍵冷滾軋成形載荷大、材料流動困難，并且成形設(shè)備傳動系統(tǒng)和整體剛度也面臨極大的挑戰(zhàn)。溫成形集中了冷成形和熱成形エ藝的優(yōu)點，不僅可有效降低變形抗力，提高金屬材料塑性成形能力；并且避免了熱成形能耗大，易產(chǎn)生過熱、氧化、脫碳，以及加工余量大等缺點；能夠獲得較好的產(chǎn)品表面質(zhì)量和較高的尺寸精度。目前，由于溫成形的諸多優(yōu)點，眾多學(xué)者對該エ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，例如溫拉深成形、溫擠壓成形、溫鍛精密成形等，但還沒有將溫成形技術(shù)應(yīng)用于軸向進(jìn)給擠壓滾軋成形花鍵的塑性加工エ藝中。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供ー種中高頻感應(yīng)加熱軸向進(jìn)給擠壓滾軋成形花鍵軸的方法，花鍵成形載荷小，材料流動性能好，能夠加工材料變形抗カ大、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。ー種中高頻感應(yīng)加熱軸向進(jìn)給擠壓滾軋成形花鍵軸的方法，包括如下步驟步驟I，裝夾エ件2，エ件2由前頂尖I及模花鍵集成頂尖3夾緊，使エ件2的理論分度圓與擠壓滾軋成形模具5的分度圓相切；步驟2，エ件2上成形花鍵段端部區(qū)域表面局部加熱，2. I、エ件2向擠壓滾軋成形模具5方向進(jìn)給，エ件2上成形花鍵段進(jìn)入中高頻感應(yīng)加熱器4內(nèi)，中高頻感應(yīng)加熱器4配置在擠壓滾軋成形模具5和エ件2裝夾位置之間，エ件2上成形花鍵段靠近擠壓滾軋成形模具5 —端同中高頻感應(yīng)加熱器4靠近擠壓滾軋成形模具5 —端對齊，加熱區(qū)域長度為中高頻感應(yīng)加熱器4加熱段a的長度為La，中高頻感應(yīng)加熱器4靠近擠壓滾軋成形模具5 —端同擠壓滾軋成形模具5端面之間空隙段b的長度為Lb，擠壓滾軋成形模具5擠壓滾軋刃角段c的長度為L。，長度La、Lb和L。滿足公式La = Lb > L。(I)；2. 2、中高頻感應(yīng)加熱器4開始工作，エ件2上成形花鍵段在加熱段a內(nèi)的表面加熱層深度Δ應(yīng)滿足公式Δ = rz-rf+(l. 5^2. 0)h ；式中rz為坯料花鍵區(qū)域滾軋前坯料半徑；rf為成形花鍵齒根圓半徑；h為成形花鍵齒全高；2. 3、加熱段a內(nèi)エ件的表面加熱層深度Λ內(nèi)的溫度達(dá)到預(yù)定的成形溫度Τ，其加熱時間為t，成形溫度T是在變形材料藍(lán)脆區(qū)溫度以上，充分進(jìn)行再結(jié)晶的溫度以下的溫成形溫度；或是在充分進(jìn)行再結(jié)晶的溫度以上的熱成形溫度；加熱時間t依據(jù)鍛造生產(chǎn)中采用電磁感應(yīng)加熱時確定最短加熱時間的方法確定，其中加熱段a內(nèi)エ件中心溫度和表面層溫度差A(yù)T在200°C (T_50°C)范圍內(nèi)選擇； 步驟3，連續(xù)的中高頻感應(yīng)加熱和軸向進(jìn)給，由擠壓滾軋成形模具5完成エ件2上花鍵的擠壓滾軋成形，當(dāng)エ件2上成形花鍵段全部脫離中高頻感應(yīng)加熱器4后，中高頻感應(yīng)加熱器4停止工作；エ件2由前頂尖I及模花鍵集成頂尖3夾緊的同時進(jìn)行軸向進(jìn)給；三個擠壓滾軋成形模具5沿エ件2圓周方向120°等間距陣列，三個擠壓滾軋成形模具5同步同向轉(zhuǎn)動，擠壓滾軋成形模具5由増量徑向壓入刃角段c和滾軋校正段d組成，増量徑向壓入刃角段c先進(jìn)行花鍵的擠壓滾軋，再由滾軋校正段d進(jìn)行滾軋校正；加熱段a內(nèi)的表面加熱層深度Λ應(yīng)滿足公式Λ = rz_rf+(l. 5^2. 0)h ;エ件2軸向進(jìn)給速度V應(yīng)滿足公式V = I ；増量徑向壓入刃角角度范圍為6° 9° ;模花鍵集成頂尖3上的花鍵段e與擠壓滾軋成形模具5相互嚙合傳動，實現(xiàn)成形初期エ件2擠壓滾軋成形具有同擠壓滾軋成形模具5相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，擠壓滾軋成形模具5的轉(zhuǎn)速范圍為20RPM 60RPM ;?；ㄦI集成頂尖3上的花鍵段e和要成形花鍵具有相同的尺寸結(jié)構(gòu)，?；ㄦI集成頂尖3上的花鍵段e的長度為Le,長度Le滿足公式Le>Lb+L。；步驟4，エ件2由前頂尖I及?；ㄦI集成頂尖3夾緊同時反向退出，卸料。本發(fā)明將中高頻感應(yīng)加熱與軸向進(jìn)給擠壓滾軋成形花鍵有機(jī)結(jié)合,實現(xiàn)軸向進(jìn)給擠壓滾軋成形高強(qiáng)度鋼長花鍵軸；中高頻感應(yīng)加熱器在擠壓滾軋成形模具和エ件裝夾位置之間，僅對即將開始擠壓滾軋變形的部分成形區(qū)域進(jìn)行加熱；軸向進(jìn)給運動下進(jìn)入中高頻感應(yīng)加熱器的成形區(qū)域連續(xù)加熱；中高頻感應(yīng)加熱器僅對將發(fā)生塑性變形的表面局部區(qū)域加熱；減少熱量損失，節(jié)省能源；可降低材料變形抗力，提高金屬塑性變形能力；可加工材料變形抗カ大、細(xì)長軸類和大模數(shù)花鍵類零件。


圖I為本發(fā)明的流程圖。圖2為本發(fā)明所用裝置連接示意圖。圖3為本發(fā)明的中高頻感應(yīng)加熱器4和擠壓滾軋成形模具5區(qū)域的軸測圖。
圖4為本發(fā)明的中高頻感應(yīng)加熱器4和擠壓滾軋成形模具5區(qū)域的前視圖。圖5為本發(fā)明的エ件2和擠壓滾軋成形模具5布局及運動示意。圖6為本發(fā)明擠壓滾軋成形模具5軸測圖。圖7為本發(fā)明擠壓滾軋成形模具5前視圖。圖8為本發(fā)明的?；ㄦI集成頂尖3示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做詳細(xì)描述。本實施例采用エ件2的材料為42CrMo高強(qiáng)度鋼，三個擠壓滾軋成形模具5同步同向轉(zhuǎn)動。 參照圖I，ー種中高頻感應(yīng)加熱軸向進(jìn)給擠壓滾軋成形花鍵軸的方法，包括如下步驟步驟I，裝夾エ件2;エ件2由前頂尖I及?；ㄦI集成頂尖3夾緊，保證エ件2的理論分度圓與擠壓滾軋成形模具5的分度圓相切；步驟2，エ件2上成形花鍵段端部部分區(qū)域表面局部加熱；2. I、エ件2向擠壓滾軋成形模具5方向進(jìn)給，エ件2上成形花鍵段進(jìn)入中高頻感應(yīng)加熱器4內(nèi)，參照圖2，中高頻感應(yīng)加熱器4配置在擠壓滾軋成形模具5和エ件2裝夾位置之間，エ件2上成形花鍵段靠近擠壓滾軋成形模具5 —端同中高頻感應(yīng)加熱器4靠近擠壓滾軋成形模具5 —端對齊，參照圖3，參照圖4，加熱區(qū)域長度為中高頻感應(yīng)加熱器4加熱段a的長度為La，中高頻感應(yīng)加熱器4靠近擠壓滾軋成形模具5 —端同擠壓滾軋成形模具5端面之間空隙段b的長度為U，擠壓滾軋成形模具5擠壓滾軋刃角段c的長度為L。，長度La、Lb和L。滿足公式La =Lb ^ Lc ；2. 2、中高頻感應(yīng)加熱器4開始工作，エ件2上成形花鍵段在加熱段a內(nèi)的表面加熱層深度Δ應(yīng)滿足公式Δ = rz-rf+(l. 5^2. 0)h ；式中rz為坯料花鍵區(qū)域滾軋前坯料半徑；rf為成形花鍵齒根圓半徑；h為成形花鍵齒全高；2. 3、加熱段a內(nèi)エ件的表面加熱層深度Λ內(nèi)的溫度達(dá)到預(yù)定的成形溫度Τ，其加熱時間為t，成形溫度T是在變形材料藍(lán)脆區(qū)溫度以上，充分進(jìn)行再結(jié)晶的溫度以下的溫成形溫度，具體為700°C ;加熱時間t依據(jù)鍛造生產(chǎn)中采用電磁感應(yīng)加熱時確定最短加熱時間的方法確定，其中加熱段a內(nèi)エ件中心溫度和表面層溫度差A(yù)T在201°C飛50°C范圍內(nèi)選擇；步驟3，連續(xù)的中高頻感應(yīng)加熱和軸向進(jìn)給，由擠壓滾軋成形模具5完成エ件2上花鍵的擠壓滾軋成形；當(dāng)エ件2上成形花鍵段全部脫離中高頻感應(yīng)加熱器4后，中高頻感應(yīng)加熱器4停止工作；エ件2由前頂尖I及?；ㄦI集成頂尖3夾緊的同時進(jìn)行軸向進(jìn)給；沿エ件2圓周方向120°等間距陣列的三個擠壓滾軋成形模具5同步同向轉(zhuǎn)動，參照圖5，擠壓滾軋成形模具5由増量徑向壓入刃角段c和滾軋校正段d組成，參照圖6，増量徑向壓入刃角段c先進(jìn)行花鍵的擠壓滾軋，再由滾軋校正段d進(jìn)行滾軋校正；加熱段a內(nèi)的表面加熱層深度Λ應(yīng)滿足公式Λ = rz_rf+(l. 5^2. 0)h ;エ件2軸向進(jìn)給速度V應(yīng)滿足公式V = I ;増量徑向壓入刃角角度范圍為6° 9°，參照圖7，本實施例中為7° ;?；ㄦI集成頂尖3上的花鍵段e，參照圖8，花鍵段e與擠壓滾軋成形模具5相互嚙合傳動，實現(xiàn)成形初期エ件2擠壓滾軋成形具有同擠壓滾軋成形模具5相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，擠壓滾軋成形模具5的轉(zhuǎn)速為30RPM ;?；ㄦI集成頂尖3上的花鍵段e和要成形花鍵具有相同的尺寸結(jié)構(gòu)，?；ㄦI集成頂尖3上的花鍵段e的長度為Le，長度Le滿足公式Le>Lb+L。； 步驟4，エ件2由前頂尖I及?；ㄦI集成頂尖3夾緊同時反向退出，卸料。
權(quán)利要求
1.一種中高頻感應(yīng)加熱軸向進(jìn)給擠壓滾軋成形花鍵軸的方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟I，裝夾工件(2 )，工件(2 )由前頂尖(I)及?；ㄦI集成頂尖(3 )夾緊，使工件(2 )的理論分度圓與擠壓滾軋成形模具(5)的分度圓相切； 步驟2，工件(2)上成形花鍵段端部區(qū)域表面局部加熱， .2.I、工件(2)向擠壓滾軋成形模具(5)方向進(jìn)給，工件(2)上成形花鍵段進(jìn)入中高頻感應(yīng)加熱器(4)內(nèi)，中高頻感應(yīng)加熱器(4)配置在擠壓滾軋成形模具(5 )和工件(2 )裝夾位置之間，工件(2 )上成形花鍵段靠近擠壓滾軋成形模具(5 ) —端同中高頻感應(yīng)加熱器(4 )靠近擠壓滾軋成形模具(5) —端對齊， 加熱區(qū)域長度為中高頻感應(yīng)加熱器(4)加熱段a的長度為La，中高頻感應(yīng)加熱器(4)靠近擠壓滾軋成形模具(5)—端同擠壓滾軋成形模具(5)端面之間空隙段b的長度為Lb，擠壓滾軋成形模具(5)擠壓滾軋刃角段c的長度為L。，長度La、Lb和L。滿足公式La = Lb > L。； . 2.2、中高頻感應(yīng)加熱器(4 )開始工作，工件(2 )上成形花鍵段在加熱段a內(nèi)的表面加熱層深度Λ應(yīng)滿足公式Λ = rz-rf+(l. 5^2. 0)h ； 式中rz為坯料花鍵區(qū)域滾軋前坯料半徑；rf為成形花鍵齒根圓半徑；h為成形花鍵齒全高； .2.3、加熱段a內(nèi)工件的表面加熱層深度Λ內(nèi)的溫度達(dá)到預(yù)定的成形溫度Τ，其加熱時間為t， 成形溫度T是在變形材料藍(lán)脆區(qū)溫度以上，充分進(jìn)行再結(jié)晶的溫度以下的溫成形溫度；或是在充分進(jìn)行再結(jié)晶的溫度以上的熱成形溫度；加熱時間t依據(jù)鍛造生產(chǎn)中采用電磁感應(yīng)加熱時確定最短加熱時間的方法確定，其中加熱段a內(nèi)工件中心溫度和表面層溫度差A(yù)T在200°C (T_50°C)范圍內(nèi)選擇； 步驟3，連續(xù)的中高頻感應(yīng)加熱和軸向進(jìn)給，由擠壓滾軋成形模具(5)完成工件(2)上花鍵的擠壓滾軋成形， 當(dāng)工件()2上成形花鍵段全部脫離中高頻感應(yīng)加熱器(4)后，中高頻感應(yīng)加熱器(4)停止工作；工件(2 )由前頂尖(I)及?；ㄦI集成頂尖(3 )夾緊的同時進(jìn)行軸向進(jìn)給；三個擠壓滾軋成形模具(5)沿工件(2)圓周方向120°等間距陣列，三個擠壓滾軋成形模具(5)同步同向轉(zhuǎn)動，擠壓滾軋成形模具(5)由增量徑向壓入刃角段c和滾軋校正段d組成，增量徑向壓入刃角段c先進(jìn)行花鍵的擠壓滾軋，再由滾軋校正段d進(jìn)行滾軋校正； 加熱段a內(nèi)的表面加熱層深度Λ應(yīng)滿足公式Λ = rz-rf+(1.5 2.0)h ;工件(2)軸向進(jìn)給速度V應(yīng)滿足公式
全文摘要
一種中高頻感應(yīng)加熱軸向進(jìn)給擠壓滾軋成形花鍵軸的方法，先裝夾工件，對工件上成形花鍵段端部區(qū)域表面進(jìn)行加熱，擠壓滾軋成形模具對先加熱段進(jìn)行擠壓滾軋成形，軸向進(jìn)給運動下進(jìn)入中高頻感應(yīng)加熱器的成形區(qū)域連續(xù)加熱，由擠壓滾軋模具完成工件上花鍵的擠壓滾軋成形，中高頻感應(yīng)加熱器在擠壓滾軋成形模具和工件裝夾位置之間，中高頻感應(yīng)加熱器僅對即將開始擠壓滾軋變形的部分成形區(qū)域內(nèi)將發(fā)生塑性變形的表面局部區(qū)域加熱，本發(fā)明具有花鍵成形力小、熱量損失少、節(jié)省能源、能夠加材料變形抗力大、細(xì)長軸類和大模數(shù)花鍵類零件、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。
文檔編號B21H1/00GK102814434SQ20121030357
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者張大偉, 趙升噸, 李泳嶧, 范淑琴 申請人:西安交通大學(xué)