CN1018053B - 偏心阶梯轴的楔横轧工艺 - Google Patents

Abstract

本发明所述的生产偏心阶梯轴的工艺，是采用工作表面母线连续周期变化的镶块模，把同心阶梯轴变形成为需要的偏心阶梯轴。由毛坯到同心轴再到偏心轴这两个变形阶段都是在楔横轧机运转的一圈内完成的。用本工艺代替模锻生产偏心阶梯轴锻坯，可大大减化生产过程，提高材料利用率和劳动生产率。生产的偏心阶梯轴锻坯无毛边，生产率较模锻高3～5倍。锻件精度达到JB3834-85《钢质模锻件公差及机械加工余量》标准中的精密级。

Description

本发明属于金属压力加工行业。

偏心阶梯轴类零件广泛应用于汽车、拖拉机、机床等机械产品上。传统的制造方法是用模锻成形，然后切边，整形，共需三道工序完成锻坯制造任务，工序多，材料利用率低。

JP昭62-234631专利提出了应用楔横轧法生产偏心阶梯轴的工艺。其特征是应用带有人字形凸起的模具，对坯料交替施压，使其产生偏心。这种人字形凸起、上升段与下降段变化剧烈，属于不连续曲线，工作中必然产生冲击和振动，更严重的是在工作中，模具之间的距离不断变化，不能保证偏心部分横截面是圆，因而偏心部分精度较低。这种方法只能成形偏心部分直径大于或等于同心部分的偏心轴，其实用范围较小。

本发明的目的就是为了解决现有生产偏心阶梯轴工艺的缺点，提高偏心阶梯轴锻件精度，提供一种模具工作表面母线为连续周期变化的篇心阶梯轴楔横轧工艺。

本发明提出的偏心阶梯轴楔横轧工艺，是先将加热的坯料在楔横轧机上轧成同心阶梯轴，然后将需要偏心的部分变形，制成偏心轴，同心阶梯轴成形，偏心阶梯轴成形和切断是在轧机运转的一圈内完成的，其特征在于：偏心阶梯轴的变形靠安装在楔横轧机上，工作表面母线为连续周期变化的锒块模来实现的，这一工艺既可用在平板式楔横轧机上，也可用在辊式楔横轧机上。当使用平板式楔横轧机时，其工作表面的母线方程为：

y＝-asin (x)/(r)

当选用两辊式楔横轧机时，其工作表面母线方程为：

R=R_o-asin (R_O)/(r) θ

偏心量的极限值公式为：

$a_{\max }\mathrm{=\; r\; ［\; 1\; +}\frac{\mathrm{1\; +\; R}}{{\mathrm{4\; \mu }}^2\mathrm{(R\; +\; r)}}\mathrm{(\; 1\; -}\sqrt{\mathrm{1\; +\; 8\; \mu }{}^2}\mathrm{)\; ］}$

同心阶梯轴成形是依靠普通楔横轧工艺实现的。在这一阶段得到锻坯上要求的非偏心部分与偏心部分在长度与直径方向上的形状与尺寸。这一变形阶段结束时，具有特殊工作表面，母线的锒块模开始作用，使相应部位金属产生径向转移，形成偏心阶梯轴。在工件旋转过程中，金属径向转移是随着压下量逐渐增大而逐渐完成的。为保证两个变形阶段的平稳过渡，偏心部分的压下量应从零开始逐渐增大。这种方法可以成形偏心部分直径大于、等于、小于同心部分的偏心阶梯轴。

锒块模的工作表面母线方程，与偏心圆直径和偏心量大小有关，与所选用的轧机形式有关。当选用平板式楔横轧机时，工作表面母线方程是标准的正弦曲线，其方程为：

y＝-asin (x)/(r) ……（1）

其中：a为偏心量（a≤a_max）

r为偏心圆半径

当选用两辊式楔横轧机时，工作表面母线方程为：

R=R_o-asin (R_O)/(r) θ……（2）

其中：a为偏心量（a≤a_max）

r为偏心圆半径

R_o为无偏心时模具楔顶圆半径。

R为工作表面母线半径。

θ为圆心角。

坐标及各参数见附图1、附图2。附图1为平板式楔横轧机模具工作表面母线示意图，附图2为辊式楔横轧机的模具工作表面母线示意图。

偏心量的最大值a_max可由下式计算：

$a_{\max }\mathrm{=\; r\; ［\; 1\; +}\frac{R}{{\mathrm{4\; \mu }}^2\mathrm{(R\; +\; r)}}\mathrm{(\; 1\; -}\sqrt{\mathrm{1\; +\; 8\; \mu }{}^2}\mathrm{)\; ］\; \dots \dots (3)}$

其中：r为偏心圆半径

R为无偏心时辊面楔顶圆半径

μ为模具与工件间滑动摩擦系数

因一对模具表面工作母线方程相同，只要模具相位调整正确，在偏心部分工作的任何时刻，两模之间的距离都等于偏心圆直径，从而保证偏心部分横截面是圆。

为保证偏心部分成形完好，偏心变形模具压下量变化应出现两个完整的周期。第一周期完成金属径向转移，第二个周期用来整形。偏心部分两侧的非偏心部分，在变形的第二阶段与模具表面保持接触，但压下量为零。

本发明所述的偏心阶梯轴楔横轧工艺与现有工艺相比具有工艺简单、减少生产设备、材料利用率高，锻件精度高，生产率高，降低生产成本等优点。

图1为平板式楔横轧机锒块模具的表面母线示意图;

图2为辊式楔横轧机的锒块模具的表面母线示意图;

图3为“解放”CA141轴-备胎升降器零件图;

图4为图3的侧视图;

图5为锒块模具图;

图6为图5的剖面图;

图7为图5的剖视图;

图8为偏心轴的变形过程图;

图9为二辊式楔横轧简图;

图10为平板式楔横轧简图;

图11为楔横轧变形过程简图;

图12为解放CA141轴-备胎升降器楔横轧模具展开图。

以“解放”载重汽车中的CA141轴-备胎升降器为例。偏心量为3毫米，偏心圆半径为14毫米，选择两辊式楔横轧机，则锒块模工作表面母线方程为：

R=R_o-asin (R_O)/(r) θ

根据公式（3）计算出偏心极限a_max＞3，这一零件的偏心量在可加工范围内，可以用此法生产。图3、图4为零件图。

锒块模的构造如图6、图7，完成发明任务的关键是锒块模应具有正确的形状和尺寸。锒块模安装在主体模具上，主体模再安装在楔横轧机上下模板上或轧辊上。

偏心轴的全部成形过程如图8所示。在一区内毛坯变形成为所要求的同心轴，在2区内使同心轴在锒块模的作用下变形成为偏心轴，轧辊转一周两个变形过程全部完成。除了变形前进料外，中间过程不需要任何人工操作。

在一区内把坯料变形成为同心阶梯轴的过程是基本的楔横轧变形，其基本原理如图9、10所示。图9为两辊式楔横轧机，图10为平板式楔横轧机。在轧辊和上下模块表面上安装尺寸相同的带有楔形凸块的模具，坯料放在两模块之间。模具运动带动坯料旋转，坯料一边旋转一边被压缩而产生轴向延伸，形成需要的阶梯轴。坯料和产品的横断面都是圆。图11所示是模具的基本形式和金属变形过程。Ⅰ段中，随着模具运动，楔块压入金属深度逐渐增加，为楔入段;Ⅱ段为压入深度一定而宽度增加过程，为展宽度;Ⅲ为整形段;Ⅳ为切断过程，为分离段。偏心部分变形是在Ⅲ段与Ⅳ段之间增加一对偏心变形锒块，使同心轴变形成为偏心轴。

锒块模工作表面母线按公式（1）或（2）在线切割机床上加工。模具主体材料为ZG55，锒块模具材料为5CrMnMo，用这对锒块模顺利地轧出轴一备胎升降器，质量达到技术要求，与原工艺相比，节省钢材35%，每件节省0.258公斤，每小时生产600件，提高生产率5倍，锻件主要尺寸精度达到JB3834-85《钢质模锻件公差及机械加工余量》标准中的精密级，经低倍组织检查，内部无疏松。

Claims (1)

1、一种偏心阶梯轴的楔横轧工艺，先将加热的坯料在楔横轧机上轧成同心阶梯轴，然后将需要偏心的部分变形，制成偏心轴，同心阶梯轴成形、偏心阶梯轴成形和切断是在轧机运转的一圈内完成的，其特征在于：偏心阶梯轴的变形靠安装在楔轧机上，具有下述工作表面的锒块模具来实现，当使用平板式楔横轧机时，其工作表面的母线方程为：

y=-asin (X)/(r) ；

选用两辊式楔横轧机时，其工作表面的母线方程为：

R=R_o-asin (R_O)/(r) θ

偏心量的极限值公式为：

$a_{\max }\mathrm{=\; r\; ［\; 1\; +}\frac{\mathrm{1\; +\; R}}{{\mathrm{4\; \mu }}^2\mathrm{(R\; +\; r)}}\mathrm{(\; 1\; -}\sqrt{\mathrm{1\; +\; 8\; \mu }{}^2}\mathrm{)\; ］}$

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