CN103302211B - 小料头楔横轧工艺模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小料头楔横轧工艺模具，其结构包括沿基圆面的圆周连续分布的楔入段、展宽段和精整段，在所述展宽段对应轧件的最外台阶处设置有成形楔和挡楔，所述挡楔的倾斜方向与被轧零件端面流动方向一致，所述成形楔与所述挡楔在交汇处形成 V 形槽。本发明工艺模具对坯料上原本已无法轴向流动的端部中心区域金属产生挤压作用而使其继续轴向流动，从而达到缩减端部凹心深度并最终减小料头体积的目的，有效地提高了轴类零件的材料利用率，降低了生产成本。

Description

小料头楔横轧工艺模具

技术领域

本发明涉及一种轴类零件塑性加工成形技术，具体地说是一种小料头楔横轧工艺模具。

背景技术

楔横轧工艺是圆柱形坯料在两轧辊的模具间或在两平板模具之间发生连续局部变形，轧制成的零件形状和模具上的型槽的形状一致。楔横轧大致可以分为辊式楔横轧和板式楔横轧两大类。其中，辊式楔横轧的成形原理是：两个装有楔形模的轧辊以相同方向旋转，带动圆柱形坯料反向旋转，坯料在楔形模块的作用下径向压缩、轴向延伸，使轧制的零件形状和模具上的型槽的形状一致。楔横轧工艺模具上的楔形模分为三个区段：楔入段、展宽段和精整段，楔形模的楔入段沿圆周方向在坯料上轧出一条由浅至深的沟槽，楔形模的展宽段使沟槽进一步扩展，楔形模的精整段对轧件进行整形，以提高轧件的外观质量和尺寸精度。

楔横轧是一种轴类零件成形新工艺，具有高效、节材等优点。虽然楔横轧工艺的材料利用率大大高于锻造和切削工艺的材料利用率，但是对于端部需要轧制的轴类件来说，在轧制结束时，轧件端部会出现凹心，须通过切除料头的方式才能得到所需的轧件。在实际生产过程中，通常要在毛坯两端预留出15～25mm的料头，这就导致楔横轧的材料利用率通常在85%以下。

发明内容

本发明的目的就是提供一种小料头楔横轧工艺模具，以进一步提高材料利用率，减少后续加工余量，提高楔横轧产品的竞争力。

本发明是这样实现的：一种小料头楔横轧工艺模具，包括沿基圆面的圆周连续分布的楔入段、展宽段和精整段，在所述展宽段对应轧件的最外台阶处设置有成形楔和挡楔，所述挡楔的倾斜方向与被轧零件端面流动方向一致，所述成形楔与所述挡楔在交汇处形成V形槽。

所述挡楔的倾斜角θ为15°～75°，根据零件的具体形状确定。

本发明工艺模具在端部轧制区域除成形楔外还设置挡楔，挡楔的倾斜方向与被轧零件端面流动方向一致，起到阻挡轧件端部凹心形成的作用；在成形楔展宽结束时，挡楔与成形楔交汇形成V形槽，并随着轧制的进行，利用该V形槽可使目标金属进行二次分配，并最终将端部压缩至设计尺寸。成形楔需避让可能反向流动的金属，并逐渐回退至适当位置，待端部压缩至设计尺寸后，重新正常展宽成形。

利用本发明工艺模具轧制轴类零件时，被轧件的两端始终与挡楔接触，由此阻断了端部不均匀变形的进一步形成，使表层金属提前进行体积再分配，防止了端部凹心过早形成；挡楔与成形楔交汇形成的V形槽可对被轧件的端部形状进行重塑，对端部体积进行二次分配，为减小或消除端部凹心做好必要准备；在V形槽逐渐变化的过程中，原本已无法轴向流动的端部中心区域金属受V形槽挤压作用而继续轴向流动，从而达到缩减端部凹心深度并最终减小料头体积的目的。经用本发明模具实际轧制轴类零件，小料头体积仅占传统料头体积的25%左右，有效地提高了轴类零件的材料利用率，降低了生产成本。

本发明工艺模具的改进简单可靠，容易实现工业应用；对于高应变速率和大变形条件下的端部小料头轧制，可使轧后组织的平均晶粒尺寸更加细小，由此还可提高轴类零件端部的综合力学性能。

附图说明

图1是一种需轧制的传动轴产品的成型结构示意图。

图2是轧制图1所示传动轴产品的本发明工艺模具的结构示意图。

图3是图2所示本发明工艺模具的展开图。

图4是图3所示本发明工艺模具在展宽段的A-A向剖视放大图。

图5是用本发明工艺模具轧制出的传动轴的结构示意图。

图6是用传统模具轧制的传动轴的结构示意图。

具体实施方式

如图2、图3所示，本发明工艺模具包括沿基圆面1的圆周连续分布的楔入段2、展宽段3和精整段4，在展宽段3对应轧件的最外台阶处设置有成形楔5和挡楔6，挡楔6的倾斜方向与被轧零件端面流动方向一致（图3），成形楔5与挡楔6在交汇处形成V形槽（图4）。挡楔6的倾斜角θ为15°～75°（图4），应根据轧制零件的断面收缩率，进行数值模拟并通过实验确定。

利用本发明工艺模具轧制图1所示的阶梯状传动轴的具体过程，是按楔横轧的正常轧制工艺进行。由于该模具是采用两根传动轴对称轧制，因此是以中心截面为对称分布的，故取一侧模具的孔型进行分析。

首先在与轧件最外侧的变径台阶处相对应的本工艺模具位置上设置成形楔5和挡楔6，成形楔5的成形角为α₁，展宽角为β₁（图3）；挡楔6的倾斜角为θ（图4），挡楔6的倾斜方向与轧件端面的流动方向一致。图4中，成形楔5与挡楔6在交汇处形成V形槽。在轧制过程中，轧件坯料的端部在轧制过程中逐步进入V形槽内，其形状得到重塑；轧件随着V形槽的升高继续转动，待轧件转动出展宽段3时，由精整段4对轧件端部进行整形；然后，后续的起形楔7将轧件端部重新正常展宽至设计长度，其成形角为α₂，展宽角为β₂，再经模具的后部精整段9对轧件端部进行整形，从而轧制成如图5所示的带料头8的传动轴。该传动轴两端的料头8比之按常规模具所轧传动轴（图6）端部的料头要减少体积70～75%。

将两端的料头8切除后，即可得到图1所示的传动轴。本发明工艺模具可用于加工各种轴类零件。

在上述实施例中，下料长度L=L₁+L₂

L₁为最外台阶需要的圆钢长度，L₂为其他部分对应圆钢长度（根据体积相等原则计算）。

L₁可通过下列方法计算得到：

$L_1=(L_0+l)\×{\left(\frac{r_1}{r_0}\right)}^2$

式中：L₀表示轧制完成后的轴类零件末端部分的长度，l表示待切除小料头的长度，r₀表示待轧毛坯的原始半径，r₁表示轧制完成后的轴类零件末端部分的半径。

Claims (2)

1.一种小料头楔横轧工艺模具，包括沿基圆面的圆周连续分布的楔入段、展宽段和精整段，其特征是，在所述展宽段对应轧件的最外台阶处设置有成形楔和挡楔，所述挡楔的倾斜方向与被轧零件端面流动方向一致，所述成形楔与所述挡楔在交汇处形成V 形槽；在所述精整段后设置有用于对轧件端部进行重新展宽的起形楔，在所述起形楔后设置有用于对轧件端部进行整形的后部精整段。

2.根据权利要求1 所述的小料头楔横轧工艺模具，其特征是，所述挡楔的倾斜角θ 为15° ~75°。