專利名稱：一種用于徑向鍛造機(jī)上成形復(fù)雜長軸類鍛件的錘鍛裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于塑性成形技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于徑向鍛造機(jī)上成形復(fù)雜長軸類鍛件的錘鍛裝置。
背景技術(shù)：
長軸類零件是機(jī)械裝置中常用的零件類型，采用鍛造工藝生產(chǎn)長軸類零件的毛坯，能顯著地減少后續(xù)切削加工量，改善產(chǎn)品質(zhì)量。但有些類型的長軸類零件毛坯無法或很難采用傳統(tǒng)的軋制、輥鍛和擠壓方法成形如截面具有多個分支特征的零件，該類零件如采用模鍛、輥鍛等方法則難于分模，若采用擠壓則由于工件尺寸沿軸線方向逐漸變化而難以進(jìn)行；又如帶有螺旋線形特征的零件，特別是如果沿軸線方向截面輪廓尺寸還發(fā)生變化的 話，也難以采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行成形；此外，對于具有較復(fù)雜形狀的大型鍛件，如果采用模鍛工藝成形，則對模鍛設(shè)備的噸位要求會很高，常常會超出現(xiàn)有設(shè)備的能力，因而難以實(shí)現(xiàn)。董湘懷等發(fā)明了一種采用簡單工具生產(chǎn)復(fù)雜形狀的長軸類零件或毛坯的漸進(jìn)軋制方法(專利號為CN200910055960)，該方法可以成形出沿著軸線方向截面的形狀可以變化的型材和毛坯，但需要經(jīng)過往復(fù)多次軋制，不能成形出細(xì)致的局部特征。因此，開發(fā)一種利用漸進(jìn)體積成形的思想、成形出復(fù)雜形狀以及較大型鍛件的近凈成形方法，對于機(jī)器零件和結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)和制造，具有重要的促進(jìn)作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種通過漸進(jìn)體積成形方式生產(chǎn)復(fù)雜形狀以及較大型鍛件的近凈成形的用于徑向鍛造機(jī)上成形復(fù)雜長軸類鍛件的錘鍛裝置。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)—種用于徑向鍛造機(jī)上成形復(fù)雜長軸類鍛件的錘鍛裝置，由安裝在徑向鍛造機(jī)每個錘頭上的相同結(jié)構(gòu)的鍛造單元組成，所述的鍛造單元包括固定模座、動模座及成形模塊，所述的固定模座經(jīng)螺栓安裝在模板的圓弧槽中，所述的動模座及安裝在動模座上的成形模塊沿圓弧面運(yùn)動使各個成形模塊之間的區(qū)域構(gòu)成可變的塑性變形區(qū)，利用徑向鍛造機(jī)夾頭夾持毛坯作軸向和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使之逐段漸進(jìn)成形，鍛出復(fù)雜形狀的長軸類鍛件。各個單元除成形模塊上的型腔分別與工件不同部分的表面相對應(yīng)、因而彼此不同以外，其余部分的結(jié)構(gòu)均是完全相同的。各個鍛造單元成形模塊的型腔表面所圍成的區(qū)域構(gòu)成工件的局部塑性變形區(qū)。成形模塊用螺栓連接于動模座上，而動模座可以沿接觸圓周相對于固定模座滑動，這與輥鍛中模具的轉(zhuǎn)動相似，可以使變形區(qū)的形狀隨之改變；與夾頭的送進(jìn)和轉(zhuǎn)動相配合，就能使鍛件的截面形狀和尺寸沿其軸線方向變化。徑向鍛造機(jī)夾頭一方面可以控制工件軸向的尺寸精度，另一方面可以旋轉(zhuǎn)工件以便鍛出呈螺旋線分布的特征。為了平衡錘頭的鍛造載荷，減小徑向鍛造機(jī)機(jī)架的偏載，鍛件的截面形狀最好具有與錘頭個數(shù)相適應(yīng)的大致的對稱性，使相對的錘頭載荷能基本平衡。
所述的固定模座通過圓弧形槽安裝到模板上，固定模座相對于模板可以以一定的偏轉(zhuǎn)角安裝，所述的模板由螺栓安裝在徑向鍛造機(jī)錘頭上。所述的固定模座前端呈圓柱面，沿該面中心線開有燕尾槽，與動模座上的燕尾配合連接；固定模座中心開有齒輪安裝槽，槽內(nèi)安裝有齒輪的安裝座，該安裝座上安裝帶動驅(qū)動齒輪的電機(jī)，安裝座安裝的齒輪與動模座的燕尾頂端加工出的齒圈相嚙合，驅(qū)動動模座及成形模塊作周向進(jìn)給，改變成形模塊之間的局部變形區(qū)形狀。所述的固定模座與動模座之間的圓柱形接觸面為粗糙面，固定模座上安裝4個壓緊塊，壓緊塊嵌入動模座內(nèi)側(cè)的2個沿圓弧面分布的T形槽內(nèi)，并在彈簧的作用下將動模座壓緊在固定模座上，動模座與固定模座之間的粗糙接觸面緊密接觸；動模座相對于固定模座作周向進(jìn)給運(yùn)動時利用液壓、氣動或電磁鐵驅(qū)動壓緊塊，使動模座與固定模座之間的粗糙接觸面分開，啟動電機(jī)帶動齒輪驅(qū)動動模座實(shí)現(xiàn)周向進(jìn)給。所述的電機(jī)和動模座驅(qū)動齒輪安裝在一個帶有緩沖彈簧的底座上，底座安裝于固定模座前端圓柱面中心位置開出的沉孔內(nèi)；緩沖彈簧使驅(qū)動齒輪與動模座燕尾頂面的內(nèi)齒 輪保持嚙合，動模座與固定模座之間的粗糙接觸面由壓緊塊的推離動作而分離時，驅(qū)動動模座沿周向進(jìn)給。所述的成形模塊的外表面都加工出沿圓柱面分布的型腔，由各個成形模塊型腔圍成的區(qū)域構(gòu)成工件的局部變形區(qū)，通過成形模塊的周向進(jìn)給可以改變變形區(qū)的形狀；變形區(qū)的最小截面由工件對應(yīng)截面的幾何尺寸決定；變形區(qū)中各個成形模塊之間留有間隙，多余材料由間隙擠出成為飛邊。該裝置分兩步鍛造復(fù)雜長軸類鍛件I)預(yù)制坯，將金屬棒材鍛造成沿軸向?qū)挾群透叨确謩e按預(yù)定規(guī)律變化的矩形截面毛坯，或直徑按預(yù)定規(guī)律變化的圓形截面毛坯；2)在徑向鍛造機(jī)上安裝本鍛造裝置，根據(jù)模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)編制鍛造過程中錘頭和夾頭的運(yùn)動控制程序，控制成形模塊的壓下、進(jìn)給規(guī)律，以及夾頭的送進(jìn)、旋轉(zhuǎn)規(guī)律，通過逐步改變成形模塊所圍成的局部變形區(qū)的形狀以及工件的局部變形區(qū)的軸向位置，漸進(jìn)地鍛出截面形狀和尺寸沿軸向按預(yù)定規(guī)律變化的鍛件。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著的優(yōu)點(diǎn)I.傳統(tǒng)的徑向鍛造采用形狀不變的錘頭，僅適用于鍛造截面幾何形狀簡單且不變、但尺寸可變的軸類、管類鍛件，如果采用芯棒也可以鍛出內(nèi)壁的膛線，而本發(fā)明可鍛出復(fù)雜形狀的鍛件；2.傳統(tǒng)的輥鍛中工件發(fā)生連續(xù)的變形，由于前滑和后滑的影響，輥鍛件的軸向尺寸精度不高，一般僅用于制坯，而本發(fā)明中工件發(fā)生間斷性的局部變形，其軸向尺寸精度可以通過夾頭控制；3.傳統(tǒng)的模鍛中，模具僅有一個分模方向，工件幾何形狀的復(fù)雜性受到限制，開式模鍛中橫向的約束力要靠飛邊提供，材料消耗較大，而本發(fā)明中每個錘頭的打擊方向均構(gòu)成一個分模方向，成形模塊的周向進(jìn)給與夾頭的軸向進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)相配合，可鍛出形狀更復(fù)雜的工件，而且每個錘頭都能提供成形所需的載荷，所以形成的飛邊很小；4.傳統(tǒng)的模鍛中，工件整體發(fā)生變形，成形載荷很大，而本發(fā)明中工件發(fā)生間斷性的局部變形，是一種漸進(jìn)的體積成形方法，單次鍛打的能量消耗不大，可鍛出較大型的鍛件。雖然采用本發(fā)明的方法僅在變形區(qū)最小截面上能保證工件的截面尺寸精度，而在該截面的兩側(cè)均有呈圓周狀分布的多余材料，但是如果在最后道次采用小的壓下量和送進(jìn)量，就可以減少多余材料、提聞截面尺寸精度。


圖I為本發(fā)明的分解結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為固定模座的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為動模座驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為壓緊塊控制組件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為“ X ”型變截面工件示例圖；圖6為“X”型變截面工件變形區(qū)最小截面的示意圖；圖7為具有螺旋線形特征零件的鍛造方法示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例用于徑向鍛造機(jī)上成形復(fù)雜長軸類鍛件的錘鍛裝置，其結(jié)構(gòu)如圖I所示，主要由如下零部件組合而成安裝于每個徑向鍛造機(jī)錘頭的鍛造單元，每一個鍛造單元除了成形模塊之外的其他部分均相同，其結(jié)構(gòu)包括成形模塊I、動模座2、固定模座3、模板14、壓緊塊控制組件4、壓緊塊5、壓緊塊控制組件固定板6、齒輪安裝座9等。徑向鍛造機(jī)一般采用4個錘頭，本示例也采用4個錘頭，分別安裝于4個鍛造單元的成形模塊I構(gòu)成塑性變形區(qū)。下面對本發(fā)明的幾個主要部件的結(jié)構(gòu)予以詳細(xì)敘述。固定模座3包含如下結(jié)構(gòu)底部有4個安裝孔，通過螺栓安裝于模板14的圓弧槽中，使其可以相對于模板在一定范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)，而模板則由螺栓安裝于徑向鍛造機(jī)錘頭；前端圓柱面上開有軸線為圓弧的燕尾槽，用于連接動模座上帶有頂部內(nèi)齒輪的燕尾；固定模座3的中心開矩形沉孔，用于安裝齒輪安裝座9，沉孔內(nèi)的齒輪座導(dǎo)向筋8，如圖2所示，與齒輪安裝座的導(dǎo)向槽13相配合；動模座驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，安裝座9上安裝有驅(qū)動電機(jī)12、動模塊驅(qū)動齒輪7等零件，齒輪安裝座通過預(yù)壓緊螺栓11與支撐彈簧10的作用安裝到固定模座，當(dāng)壓緊塊5松開時可輔助壓緊塊控制組件將動模座推離固定模座，而動模座燕尾頂面的內(nèi)齒輪與驅(qū)動齒輪總是保持嚙合狀態(tài)，以便實(shí)現(xiàn)動模座的進(jìn)給；固定模座的底部開有四個圓形沉孔，用于安裝壓緊塊控制組件4。控制組件可以采用電磁、液壓等方式驅(qū)動；這里以電磁驅(qū)動為例進(jìn)行說明，參見圖4 :控制組件中的彈簧17總是將動模座2向固定模座3壓緊，利用它們之間接觸面上的摩擦力防止動模座發(fā)生切向滑動；當(dāng)動模座和成形模塊需要沿周向進(jìn)給時，控制組件中的線圈18通電，使安裝于固定板21的固定電磁鐵19與可動電磁鐵16吸合，將彈簧17壓縮，與可動電磁鐵16固聯(lián)的滑動塊15向下移動，推動由螺栓22與之相連接的連接桿20以及壓緊塊5，使動模座2與固定模座3不再緊貼；這時電機(jī)12方可啟動，帶動齒輪7驅(qū)動動模座2上的內(nèi)齒輪，從而帶動動模座2以及安裝于其上的成形模塊I沿周向進(jìn)給，改變工件變形區(qū)的形狀。
動模座2包含如下結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)圓柱面上有軸線為圓弧的燕尾，燕尾頂面加工成內(nèi)齒輪，與安裝于固定模座的驅(qū)動齒輪相嚙合，實(shí)現(xiàn)周向進(jìn)給，進(jìn)給時燕尾兩側(cè)的斜面沿固定模座上的燕尾槽滑動；動模座內(nèi)側(cè)圓柱面的其他部分以及與之接觸的固定模座前端燕尾槽以外的圓柱面都加工成較粗糙的表面，以便它們被相互壓緊時產(chǎn)生較大的摩擦力，防止動模座在切向鍛造載荷作用下沿切向滑動；動模座外側(cè)圓柱面上開有安裝壓緊塊的槽以及用于安裝成形模塊I所開的銷釘孔以及螺釘孔。成形模塊I開有銷釘孔以及螺釘孔，以便安裝于動模座2上；成形模塊外側(cè)按鍛件的形狀加工出型腔，4個成形模塊的型腔相互配合，構(gòu)成局部變形區(qū)，隨著動模座和成形模塊沿切向的進(jìn)給，局部變形區(qū)的形狀連續(xù)變化，通過漸進(jìn)的局部變形鍛出截面形狀沿軸向變化的鍛件。本發(fā)明所述鍛造裝置具有多個(一般為4個)分模方向，所以可鍛出傳統(tǒng)模鍛難以分模的鍛件，如具有“X”形截面特征的工件，如圖5所示，圖6為相應(yīng)的變形區(qū)最小截面的圖示；由于固定模座的安裝角度可以通過圓弧狀安裝槽調(diào)節(jié)，且鍛錘的動作可以與夾頭 的軸向進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)相配合，所以可鍛出外表面有呈螺旋線分布的特征的鍛件，如圖7所示，實(shí)際上鍛件截面形狀和尺寸還可以沿軸向變化。本發(fā)明的工作原理為第I步預(yù)制坯，采用通常的徑向鍛造等方法將金屬棒材鍛造成沿軸向?qū)挾群透叨确謩e按預(yù)定規(guī)律變化的矩形截面毛坯，或直徑按預(yù)定規(guī)律變化的圓形截面毛坯。第2步在徑向鍛造機(jī)上安裝本發(fā)明所述鍛造裝置，根據(jù)模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)編制鍛造過程中錘頭和夾頭的運(yùn)動控制程序，控制成形模塊的壓下、進(jìn)給規(guī)律，以及夾頭的送進(jìn)、旋轉(zhuǎn)規(guī)律，通過逐步改變成形模塊所圍成的局部變形區(qū)的形狀以及工件的局部變形區(qū)的軸向位置，漸進(jìn)地鍛出截面形狀和尺寸沿軸向按預(yù)定規(guī)律變化的鍛件。
權(quán)利要求
1.一種用于徑向鍛造機(jī)上成形復(fù)雜長軸類鍛件的錘鍛裝置，其特征在于，該裝置由安裝在精鍛機(jī)每個錘頭上的相同結(jié)構(gòu)的鍛造單元組成，所述的鍛造単元包括固定模座、動模座及成形模塊，所述的固定模座經(jīng)螺栓安裝在模板的圓弧槽中，所述的動模座及安裝在動模座上的成形模塊沿圓弧面運(yùn)動使各個成形模塊之間的區(qū)域構(gòu)成可變的塑性變形區(qū)，利用徑向鍛造機(jī)夾頭夾持毛坯作軸向和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使之逐段漸進(jìn)成形，鍛出復(fù)雜形狀的長軸類鍛件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于徑向鍛造機(jī)上成形復(fù)雜長軸類鍛件的錘鍛裝置，其特征在于，所述的固定模座通過圓弧形槽安裝到模板上，固定模座相對于模板可以以一定的偏轉(zhuǎn)角安裝，所述的模板由螺栓安裝在徑向鍛造機(jī)錘頭上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于徑向鍛造機(jī)上成形復(fù)雜長軸類鍛件的錘鍛裝置，其特征在于，所述的固定模座前端呈圓柱面，沿該面中心線開有燕尾槽，與動模座上的燕尾配合連接；固定模座中心開有齒輪安裝槽，槽內(nèi)安裝有齒輪的安裝座，該安裝座上安裝帶動驅(qū)動齒輪的電機(jī)，安裝座上安裝的齒輪與動模座的燕尾頂端加工出的齒圈相嚙合，驅(qū)動動模座及成形模塊作周向進(jìn)給，改變成形模塊之間的局部變形區(qū)形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于徑向鍛造機(jī)上成形復(fù)雜長軸類鍛件的錘鍛裝置，其特征在于，所述的固定模座與動模座之間的圓柱形接觸面為粗糙面，固定模座上安裝4個壓緊塊，壓緊塊嵌入動模座內(nèi)側(cè)的2個沿圓弧面分布的T形槽內(nèi)，并在彈簧的作用下將動模座壓緊在固定模座上，動模座與固定模座之間的粗糙接觸面緊密接觸；動模座相對于固定模座作周向進(jìn)給運(yùn)動時利用液壓、氣動或電磁鐵驅(qū)動壓緊塊，使動模座與固定模座之間的粗糙接觸面分開，啟動電機(jī)帶動齒輪驅(qū)動動模座實(shí)現(xiàn)周向進(jìn)給。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種用于徑向鍛造機(jī)上成形復(fù)雜長軸類鍛件的錘鍛裝置，其特征在干，所述的電機(jī)和動模座驅(qū)動齒輪安裝在一個帶有緩沖彈簧的底座上，底座安裝于固定模座前端圓柱面中心位置開出的沉孔內(nèi)；緩沖彈簧使驅(qū)動齒輪與動模座燕尾頂面的內(nèi)齒輪保持嚙合，動模座與固定模座之間的粗糙接觸面由壓緊塊的推離動作而分離時，驅(qū)動動模座沿周向進(jìn)給。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于徑向鍛造機(jī)上成形復(fù)雜長軸類鍛件的錘鍛裝置，其特征在于，所述的成形模塊的外表面都加工出沿圓柱面分布的型腔，由各個成形模塊型腔圍成的區(qū)域構(gòu)成エ件的局部變形區(qū)，通過成形模塊的周向進(jìn)給可以改變變形區(qū)的形狀；變形區(qū)的最小截面由エ件對應(yīng)截面的幾何尺寸決定；變形區(qū)中各個成形模塊之間留有間隙，多余材料由間隙擠出成為飛邊。
7.采用權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的一種用于徑向鍛造機(jī)上成形復(fù)雜長軸類鍛件的錘鍛裝置，其特征在于，該裝置分兩步鍛造復(fù)雜長軸類鍛件 1)預(yù)制坯，將金屬棒材鍛造成沿軸向?qū)挾群透叨确謩e按預(yù)定規(guī)律變化的矩形截面毛坯，或直徑按預(yù)定規(guī)律變化的圓形截面毛坯； 2)在徑向鍛造機(jī)上安裝本鍛造裝置，根據(jù)模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)編制鍛造過程中錘頭和夾頭的運(yùn)動控制程序，控制成形模塊的壓下、進(jìn)給規(guī)律，以及夾頭的送迸、旋轉(zhuǎn)規(guī)律，通過逐步改變成形模塊所圍成的局部變形區(qū)的形狀以及エ件的局部變形區(qū)的軸向位置，漸進(jìn)地鍛出截面形狀和尺寸沿軸向按預(yù)定規(guī)律變化的鍛件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于徑向鍛造機(jī)上成形復(fù)雜長軸類鍛件的錘鍛裝置，由安裝在精鍛機(jī)每個錘頭上的相同結(jié)構(gòu)的鍛造單元組成，每個鍛造單元由固定模座、動模座和成形模塊等部件組成。與現(xiàn)有鍛造方法不同，本發(fā)明采用動模座與固定模座的相對位置由壓緊滑塊保持，壓緊滑塊打開時，安裝于固定模座上的驅(qū)動齒輪驅(qū)動動模座的燕尾頂端加工出的齒圈實(shí)現(xiàn)動模座的周向進(jìn)給，從而使各個成形模塊之間的區(qū)域構(gòu)成可變的塑性變形區(qū)，利用徑向鍛造機(jī)夾頭夾持毛坯作軸向和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使之逐段漸進(jìn)成形，可鍛出需要多個分模方向的復(fù)雜截面形狀的、帶有螺旋線特征的以及較大型的長軸類鍛件。
文檔編號B21J13/00GK102728757SQ20121017458
公開日2012年10月17日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者吳云劍, 欒謙聰, 董湘懷, 馬智慧 申請人:上海交通大學(xué)