一种端面异形件滚挤压成型装置及工艺的制作方法

1.本发明涉及金属成型技术领域，具体为一种端面异形件滚挤压成型装置及工艺。


背景技术：

2.汽车的变速箱、齿轮或同步器等零件上通常需要使用滑套，该滑套的结构如图1所示，其中部外壁设有环形槽，两端面具有非对称的异形槽，在机械加工中将这种非对称的零件称为异形件，异形件在成型时加工工序多、操作繁琐。目前，本领域公用的加工该滑套的方法是：先利用碾环机滚压成型坯件中部的环形槽，再利用车削加工坯件两端面的异形槽。但是，发明人在实际的加工过程中，发现其还是存在如下问题：
3.1、坯件在锻造出来之后其本身具有特定的流线，对坯件加工时如果顺着材料的流向方向，加工后的零件其力学性能最好；然而车削加工会破坏材料本身的流线，导致材料的耐磨性、疲劳性变差，从而使得汽车变速箱的寿命变短；
4.2、车削加工还会造成材料本身的浪费，特别是一些需要大批量加工的贵金属，这将会大大的增加企业的生产成本、从而降低企业的经济效益。


技术实现要素：

5.本发明意在提供一种端面异形件滚挤压成型装置及工艺，在保证加工材料性能的前提下，降低企业的生产成本，提高经济效益。
6.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种端面异形件滚挤压成型装置，包括滚压轮以及用于驱动滚压轮向下运动的竖向驱动部，还包括挤压装置和芯轴，所述滚压轮或者芯轴中任意一个为主驱动件，另一个为从动件，挤压装置包括挤压机构和模具组，模具组包括左模具和右模具，左模具和右模具均设置在芯轴上，且左模具和右模具之间设置有用于滚压轮挤压坯件的间隙，挤压机构用于向模具提供轴向挤压力。
8.发明人在采用本技术方案之前，还尝试了另外两种加工方法，例如：1、先利用碾环机滚压坯件中部的环形槽，然后将坯件传送至下一个工序加工两端面的异形槽；由于本领域中常规采用的车削会破坏材料的力学性能，因此发明人采用了锻压或是挤压的方式加工坯料两端面的异形槽，结果发现，在挤压或锻压时容易因应力集中，导致成型后的工件产生裂纹，废品率高；2、反之，如果利用模具在锻造设备或挤压机上先将坯件两端面的特殊形状锻压或挤压出，再利用碾环机滚压环形槽，结果成型后的工件废品率同样很高。
9.经过大量的研究之后，发明人发现只要在坯件完全成型之前，完成滚压环形槽和挤压异形槽的加工，最终成型后的工件废品率降低，采用此方法后不仅避免了车削会破坏材料力学性能的问题，还降低了工件的成型时间，实现了一体成型异形件的功能，很大程度上降低了企业的生产成本。
10.本方案的工作原理：首先，依次将右模具、坯件、左模具装配在芯轴上，坯件在加工前具有一定的温度，然后启动滚压轮转动，滚压轮穿过左右模具之间的间隙滚压坯件中部
的环形槽；滚压完成后，立即停止滚压轮，竖向驱动部使滚压轮脱离坯件，同时启动挤压机构，挤压机构向右推动左模具，左模具移动挤压坯件的左端面，右模具挤压坯件的右端面，从而得到所需要的异形工件成品。
11.有益效果：
12.1、本发明滚挤压成型方式相比于切削、铣削等加工方式，并不去除坯件的材料，因此不会破坏材料的流线，保证了材料的力学性能；另外，对一些贵重金属材料的加工来说，也不会造成材料的浪费，还可以节约企业的生产成本，提高经济效益。
13.2、坯件在滚压完成后立即对其进行挤压，一次成型得到所需异形件，降低了材料成型的时间；另外，在滚压加工阶段，左右模具充当坯件的固定夹具，避免了对坯件进行加工时需要多次装卸的问题，提高了加工的效率。
14.进一步，芯轴包括用于放置坯件的放置部，以及用于固定左右模具的左固定部和右固定部，芯轴呈台阶状，且沿着右固定部、放置部、左固定部的顺序直径依次缩小。
15.将芯轴设置成台阶状的作用是：方便装入模具和待加工的坯件；芯轴的轴肩用于对左右模具进行轴向定位。
16.进一步，芯轴的放置部从左至右依次扩大呈现1-3
°
的锥度。
17.芯轴放置部设置1-3
°
的锥度方便将环形的坯件放入芯轴，且坯件放入后能够涨紧在芯轴上实现对坯件的固定，避免其在转动的过程中与芯轴发生相对移动。
18.进一步，左模具包括第一型腔和与第一型腔连通的第一套孔，右模具包括第二型腔和与第二型腔连通的第二套孔，第一套孔和第二套孔分别套设在芯轴的左固定部和右固定部。
19.左右模具和芯轴通过轴孔配合的方式，便于安装和拆卸；在挤压时坯件的左端面和右端面充满左模具的第一型腔和右模具的第二型腔。
20.进一步，右模具的第二套孔与芯轴的右固定部键连接，且第二套孔左侧腔壁的端部抵紧在芯轴右固定部的轴肩上。
21.采用轴肩和键对右模具进行轴向和径向的定位，使得右模具在滚挤压的过程中处于完全固定的状态。
22.进一步，左模具的第一套孔与芯轴的左固定部键连接，且第一套孔右侧腔壁的端部距离左固定部的轴肩3-5mm。
23.采用键对左模具进行径向定位，避免模具在转动的过程中与芯轴发生相对移动，保证坯件的端面形状不错位；左模具与芯轴左固定部预留3-5mm距离，可以避免坯件在接受径向滚压时不受到轴向挤压力，保证在滚压时其环形槽的尺寸和形状不发生改变。
24.进一步，左模具的第一型腔和右模具的第二型腔内设置有的凸块，凸块用于将坯件的两端面挤压成与其对应的异形槽。
25.在挤压成型时，坯件塑性流动填充满左右两模具的型腔，型腔内的凸块阻止坯件流动，从而形成两端面具有异形槽的工件。
26.进一步，左模具和右模具上均设置有用于空气流通的通孔。
27.设置通孔的好处是：可以避免挤压时左右模具的型腔内形成真空影响材料的流动。
28.一种端面异形件滚挤压成型工艺，包括a1滚压加工阶段、a2挤压加工阶段以及a3
取件；
29.a1滚压加工阶段：将坯件套设于芯轴上，坯件被夹持定位在左模具和右模具之间；竖向驱动部驱动滚压轮向下运动，滚压轮在坯件上滚压环形槽后，竖向驱动部带动滚压轮回位；
30.a2挤压加工阶段：挤压机构驱动左模具向右模具的方向运动，对坯件进行挤压，坯件端面成型异形槽，形成成品；
31.a3取件：挤压机构驱动左模具朝着远离右模具的方向运动。
附图说明
32.图1为滑套的结构示意图；
33.图2为本发明的装配结构示意图；
34.图3为本发明左模具的结构示意图；
35.图4为本发明右模具的结构示意图；
36.图5为现有技术碾环机的结构示意图。
具体实施方式
37.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
38.说明书附图中的标记包括：滚压轮本体1、第一输出轴2、芯轴3、第二输出轴4、放置部5、右固定部6、左固定部7、左模具8、第一型腔81、第一套孔82、右模具9、第二型腔91、第二套孔92、垫片10、坯件12、凸块13、液压缸14、套筒15、碾环机本体16、异形工件100。
39.实施例一
40.如图2所示，一种端面异形件滚挤压成型装置，包括滚压轮以及用于驱动滚压轮向下运动的竖向驱动部，该竖向驱动部为汽缸或液压缸中的任意一种；本实施例中，滚压轮为主驱动件，芯轴3为从动件，滚压轮包括滚压轮本体1和用于驱动滚压轮本体1转动的第一驱动部，第一驱动部为第一电机，滚压轮本体1外沿的横截面为梯形，滚压轮本体1用于滚压坯件12中部外壁的环形槽；还包括挤压装置和芯轴3，芯轴3转动连接在机架上；芯轴3包括用于放置坯件12的放置部5，放置部5从左至右依次扩大呈现1-3
°
的锥度，本实施例放置部5的锥度为2
°
；芯轴3上还包括用于固定左右模具的左固定部7和右固定部6，芯轴3呈台阶状，且沿着右固定部6、放置部5、左固定部7的顺序直径依次缩小。
41.挤压装置包括挤压机构和模具组，模具组包括左模具8和右模具9，如图3和图4所示；当两个模具套至芯轴3上时，左模具8和右模具9之间留有供滚压轮滚压坯件12的滚压间隙，左模具8包括第一型腔81和与第一型腔81连通的第一套孔82，右模具9包括第二型腔91和与第二型腔91连通的第二套孔92，左模具8的第一型腔81和右模具9的第二型腔91内均设置有的凸块13，凸块13用于将坯件12的两端面挤压成与其对应的异形槽，左模具8和右模具9上均设置有用于空气流通的通孔；第一套孔82和第二套孔92分别套设在芯轴3的左固定部7和右固定部6，左模具8的第一套孔82与芯轴3的左固定部7通过导向滑键连接，且第一套孔82右侧腔壁的端部距离左固定部7的轴肩3-5mm，本实施例距离4mm；右模具9的第二套孔92与芯轴3的右固定部6通过平键连接，且第二套孔92左侧腔壁的端部抵紧在芯轴3右固定部6的轴肩上。
42.挤压机构为液压缸14，液压缸14的活塞杆的端部设置有套筒15，套筒15与活塞杆转动连接；左模具8的左端面固定有保护的垫片10，套筒15的右端面与保护垫片10连接，活塞杆向右运动时，套筒15的右端面挤压垫片10，从而推动左模具8向右移动，直至左模具8第一套孔82右侧腔壁的端部完全抵紧在芯轴3左固定部7的轴肩上。
43.一种端面异形件滚挤压成型工艺，包括a1滚压加工阶段、a2挤压加工阶段以及a3取件：
44.a1滚压加工阶段：首先将右模具9从芯轴3的左端装入，使右模具9的第二套孔92左侧腔壁的端部抵紧在芯轴3右固定部6的轴肩上，然后将加热一定温度的坯件12套入芯轴3的放置部5，且坯件12涨紧在芯轴3上，使坯件12的右端抵在右模具9第二型腔91内的凸块13上进行定位，然后装入左模具8，液压缸14向右进给一定距离，使左模具8第一型腔81内的凸块13与坯件12的左端面接触定位，此时左模具8第一套孔82右侧腔壁的端部距离左固定部7的轴肩4mm，。装配完成后启动第一电机，第一电机驱动滚压轮本体1旋转，滚压轮本体1转动时从左模具8和右模具9的之间的间隙处开始滚压坯件12的环形槽，同时芯轴3转动带动坯件12、左模具8和右模具9转动，滚压完成后，立即停止第一电机，竖向驱动部向上移动，使滚压轮本体1远离坯件12，同时对芯轴3进行制动使其立即停止。
45.a2挤压加工阶段：滚压加工完成后，立即启动液压缸14，液压缸14的活塞杆向右运动使得套筒15的右端面挤压垫片11，垫片11与左模具8的左端面一样大，可以避免直接向左模具8施加挤压力时对其造成磨损，套筒15在液压缸14的推动作用下推动左模具8向右移动，直至第一套孔82的左侧腔壁的端部完全抵紧在放置部5的左端，坯件12在左模具8和右模具9的挤压作用下，两端面塑性流动充满第一型腔81和第二型腔91，凸块13在坯件12的两端面形成异形槽，且左端面的异形槽与右端面的异形槽呈中心对称，从而得到所需要的异形工件100。
46.a3取件：液压缸14回缩驱动左模具8朝着远离右模具9的方向运动，左模具8向左运动时会拉动异形工件100使其松动，当左模具8完全脱离芯轴3时，快速将异形工件100取下。
47.实施例二
48.本实施例与实施例一的区别在于，如图5所示，还包括碾环机，碾环机包括碾环机本体16和设置在碾环机本体16上的第一输出轴2和第二输出轴4，第一输出轴2为主动轴，第二输出轴4为从动轴，将滚压轮本体1通过花键与第一输出轴2连接，芯轴3通过联轴器与碾环机本体16的第二输出轴4连接。通过上述连接方式将本发明的滚挤压成型装置应用在碾环机上，不需要额外为滚压轮提供驱动装置，节约了生产成本；实际使用时，启动碾环机，第一输出轴2转动带动第二输出轴4转动，同时芯轴3、左模具7、右模具9和坯件12也转动，从而实现滚压轮本体1滚压坯件12的环形槽。
49.实施例三
50.本实施例与实施例一的区别在于，芯轴3为主驱动件，滚压轮为从动件，具体的，滚压轮包括滚压轮本体1和横向连接轴，滚压轮本体1与横向连接轴转动连接；还包括用于驱动芯轴3转动的第二驱动部，第二驱动部包括第二电机和制动器，第二电机驱动芯轴3转动；滚压时，竖向驱动部使横向连接轴向下移动，滚压轮本体1滚压坯件12外壁的环形槽，滚压完成后，竖向驱动部使滚压轮远离坯件12，同时停止第二电机，并启动制动器使芯轴3立即停止转动。
51.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。