一種復(fù)合超聲振動增量式滾壓成形長螺紋件的方法
【專利摘要】一種復(fù)合超聲振動增量式滾壓成形長螺紋件的方法，先裝夾工件，然后對工件進行軸向超聲振動，滾壓模具同步同向轉(zhuǎn)動，工件主動旋轉(zhuǎn)并軸向進給，由滾壓模具完成工件上螺紋的滾壓成形，超聲振動裝置停止工作，工件由前頂尖及模螺紋集成頂尖夾緊同時反向退出，卸料，本發(fā)明將超聲振動與增量式滾壓成形長螺紋件有機結(jié)合，成形力小，材料流動性好，成形精度高、表面質(zhì)量好，并避免了滾壓模具軸線傾斜帶來的模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機床調(diào)整復(fù)雜等問題，能夠加工材料變形抗力大、硬度大、螺紋齒高大、變形量大的長螺紋零件。
【專利說明】 一種復(fù)合超聲振動增量式滾壓成形長螺紋件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于先進材料成形【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種復(fù)合超聲振動增量式滾壓成形長螺紋件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]絲杠、螺桿等螺紋類零件裝備制造產(chǎn)業(yè)的核心傳動部件，傳遞系統(tǒng)動力，承載復(fù)雜扭矩，對裝備的正常運行起關(guān)鍵作用。隨著我國裝備制造業(yè)的飛速發(fā)展，對該類高性能、高精度長螺紋零件的需求量日益增加，特別是不斷出現(xiàn)在高速、大負荷、動載條件下工作的需求，對絲杠、螺桿等螺紋類零件強度、性能、精度都提出了更高的要求。
[0003]傳統(tǒng)的長螺紋零件加工方法以金屬切削方法為主，生產(chǎn)效率低，浪費材料和能源；同時，由于金屬纖維被切斷而造成制件機械性能和表面質(zhì)量差。采用軸向進給滾壓成形螺紋零件，相比于傳統(tǒng)的切削加工工藝，具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、產(chǎn)品性能好等諸多優(yōu)點。
[0004]目前軸向進給滾壓螺紋件多采用滾壓模具軸線傾斜的成形方法，多采用兩個滾壓模具成形長螺紋零件，模具齒形有環(huán)形齒和螺紋齒兩類。由于模具軸線和工件軸線交叉，從而使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機床調(diào)整復(fù)雜，并增加滾壓設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，并存在壓縮量過大問題。利用滾壓模具與所成形螺紋件的螺紋升角不同時工件產(chǎn)生軸向位移可避免模具軸線和工件軸線交叉，但同樣存在壓縮量過大問題。難以適用于螺紋齒高大、變形量大的長螺紋零件成形。
[0005]為減少工件每轉(zhuǎn)壓縮量，往往采用滾壓模具間斷徑向進給，并通過改變滾壓模具旋轉(zhuǎn)方向使工件來回多次滾壓，達到螺紋要求深度。這降低了效率，增加了設(shè)備復(fù)雜程度。使?jié)L壓模具首先接觸工件端為錐形，也可減少工件每轉(zhuǎn)壓縮量。但成形初期容易產(chǎn)生滑動，使?jié)L壓模具和工件轉(zhuǎn)速不協(xié)調(diào)、螺紋不連接、軸向進給速度不穩(wěn)定等問題。
[0006]此外，目前的螺紋冷滾壓方法對成形材料硬度和延伸率有嚴(yán)格的要求，難以滾壓成形材料硬度大于HRC37、延伸率小于8%的螺紋件；對于材料延伸率在8%?12%之間的材料，難以滾壓成形采用高強度材料的螺紋件。并且對于室溫下變形抗力大的材料，其螺紋冷滾壓成形過程不僅成形載荷大、材料流動困難，而且成形設(shè)備傳動系統(tǒng)和整體剛度也面臨極大的挑戰(zhàn)，特別是對于采用滾壓模具軸線傾斜的滾壓成形設(shè)備要求更高。
[0007]超聲振動金屬塑性加工指在金屬的塑性成形加工中，輔助施加超聲振動，以獲得改善工藝效果、提高成形質(zhì)量的加工工藝。超聲振動金屬塑性加工相對傳統(tǒng)金屬塑性成形工藝通常認為具有以下優(yōu)點:降低成形力；降低金屬流動應(yīng)力；減小模具與工件間的摩擦；擴大金屬材料塑性成形加工范圍，提高金屬材料塑性成形能力；可獲得較好的產(chǎn)品表面質(zhì)量和較高的尺寸精度。目前，由于超聲振動金屬塑性加工的諸多優(yōu)點，應(yīng)用到很多生產(chǎn)場合并取得了滿意的效果，例如超聲拉拔、超聲沖壓、超聲擠壓、花鍵軸的超聲擠壓滾軋復(fù)合成形等，但還沒有將超聲金屬塑性加工技術(shù)應(yīng)用于長螺紋件的塑性加工工藝中。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合超聲振動增量式滾壓成形長螺紋件的方法，成形力小，材料流動性好，成形精度高、表面質(zhì)量好，并避免了滾壓模具軸線傾斜帶來的模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機床調(diào)整復(fù)雜等問題，能夠加工材料變形抗力大、硬度大、螺紋齒高大、變形量大的長螺紋零件。
[0009]為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0010]一種復(fù)合超聲振動增量式滾壓成形長螺紋件的方法，包括如下步驟:
[0011]步驟I，裝夾工件2，工件2由前頂尖I及模螺紋集成頂尖3夾緊，保證工件2同三個滾壓模具4的軸線平行；
[0012]步驟2，對工件2進行軸向超聲振動，模螺紋集成頂尖3的后端部軸向串入超聲振動裝置5，工件2由超聲振動裝置5工作實現(xiàn)軸向超聲振動，振動頻率為20KHz~25KHz，振幅為 0.005mm ~0.015mm ；
[0013]步驟3，滾壓模具4同步同向轉(zhuǎn)動，三個滾壓模具4的軸線相互平行，沿工件2圓周方向120°等間距 陣列；滾壓模具4由增量徑向壓入刃角段a和滾壓校正段b組成，兩段長度分別為La、Lb，并滿足La〈Lb ;增量徑向壓入刃角段a先進行螺紋的增量式滾壓成形，再由滾壓校正段b進行滾壓校正；其中，增量徑向壓入刃角角度范圍為1°~10° ;
[0014]步驟4，工件2主動旋轉(zhuǎn)并軸向進給，由滾壓模具4完成工件2上螺紋的滾壓成形:
[0015]模螺紋集成頂尖3上的螺紋段c與滾壓模具4滾壓校正段b相互嚙合傳動，實現(xiàn)工件2與滾壓模具4接觸前具有相匹配的旋轉(zhuǎn)速度；模螺紋集成頂尖3上的螺紋段c和待成形螺紋具有相同的尺寸結(jié)構(gòu)，模螺紋集成頂尖3上的螺紋段c的長度為L。，，并滿足I^La ；
[0016]滾壓模具4滾壓校正段b的螺紋升角與模螺紋集成頂尖3螺紋段c的螺紋升角不同，當(dāng)彼此嚙合傳動時，模螺紋集成頂尖3產(chǎn)生軸向位移，從而實現(xiàn)工件2軸向進給；工件2上已成形的螺紋與滾壓模具4滾壓校正段b嚙合，實現(xiàn)工件2軸向進給；
[0017]步驟5，超聲振動裝置5停止工作，工件2由前頂尖I及模螺紋集成頂尖3夾緊同時反向退出，卸料。
[0018]本發(fā)明將超聲振動與增量式滾壓成形長螺紋件有機結(jié)合，實現(xiàn)滾壓成形材料變形抗力大、硬度大、螺紋齒高大、變形量大的長螺紋零件；采用三個具有增量徑向壓入刃角段的滾壓模具成形長螺紋零件，工件螺紋由于徑向塑性變形累計而產(chǎn)生，可成形螺紋齒高大、變形量大的長螺紋零件；采用滾壓模具螺紋升角和工件螺紋升角不同實現(xiàn)工件軸向進給，避免了滾壓模具軸線傾斜；模螺紋集成頂尖上的螺紋段與滾壓模具滾壓校正段相互嚙合傳動，實現(xiàn)工件與滾壓模具接觸前具有相匹配的旋轉(zhuǎn)速度，并實現(xiàn)滾壓成形初期工件的軸向進給，保證工件旋轉(zhuǎn)速度和軸向進給速度穩(wěn)定；將超聲振動系統(tǒng)串入工件軸向，在工件的增量式滾壓成形長螺紋件過程中施加了軸向振動，能夠提高工件材料的塑性，改善工件與模具間的摩擦狀況，使得螺紋件的成形力更小，表面質(zhì)量更高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明所用裝置連接示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明的工件2和滾壓模具4布局及運動示意圖。
[0021]圖3為本發(fā)明擠壓滾壓成形模具4軸測圖。[0022]圖4為本發(fā)明擠壓滾壓成形模具4前視圖。
[0023]圖5為本發(fā)明模螺紋集成頂尖3示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做詳細描述。
[0025]本實施例采用工件2的材料為42CrMo高強度鋼，室溫25 °C下的屈服強度為1320MPa，抗拉強度為1510MPa。具體實施過程如下:
[0026]一種復(fù)合超聲振動增量式滾壓成形長螺紋件的方法，包括如下步驟:
[0027]步驟1，裝夾工件2，參照圖1，工件2由前頂尖I及模螺紋集成頂尖3夾緊，保證工件2同三個滾壓模具4的軸線平行；
[0028]步驟2，對工件2進行軸向超聲振動，參照圖1，模螺紋集成頂尖3的后端部軸向串入超聲振動裝置5，工件2由超聲振動裝置5工作實現(xiàn)軸向超聲振動，振動頻率為20KHz?25KHz,振幅為 0.005mm ?0.015mm ；
[0029]步驟3,三個滾壓模具4同步同向轉(zhuǎn)動；
[0030]參照圖2，三個滾壓模具4的軸線相互平行，沿工件2圓周方向120°等間距陣列；參照圖3，滾壓模具4由增量徑向壓入刃角段a和滾壓校正段b組成，兩段長度分別為La、Lb，并滿足La〈Lb ;增量徑向壓入刃角段a先進行螺紋的增量式滾壓成形，再由滾壓校正段b進行滾壓校正；其中，參照圖4，增量徑向壓入刃角角度范圍為1°?10°，本實施例中為3° ；[0031 ] 步驟4，工件2主動旋轉(zhuǎn)并軸向進給，由滾壓模具4完成工件2上螺紋的滾壓成形；
[0032]參照圖5，模螺紋集成頂尖3上的螺紋段C，螺紋段c與滾壓模具4滾壓校正段b相互嚙合傳動，實現(xiàn)工件2與滾壓模具4接觸前具有相匹配的旋轉(zhuǎn)速度；模螺紋集成頂尖3上的螺紋段c和待成形螺紋具有相同的尺寸結(jié)構(gòu)，模螺紋集成頂尖3上的螺紋段c的長度為L。，，并滿足Le>La ；
[0033]滾壓模具4滾壓校正段b的螺紋升角與模螺紋集成頂尖3螺紋段c的螺紋升角不同，當(dāng)彼此嚙合傳動時，模螺紋集成頂尖3產(chǎn)生軸向位移，從而實現(xiàn)工件2軸向進給；工件2上已成形的螺紋與滾壓模具4滾壓校正段b嚙合，實現(xiàn)工件2軸向進給；
[0034]步驟5，超聲振動裝置5停止工作，工件2由前頂尖I及模螺紋集成頂尖3夾緊同時反向退出，卸料。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合超聲振動增量式滾壓成形長螺紋件的方法，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)及模螺紋集成頂尖(3 )夾緊，保證工件(2 )同三個滾壓模具(4)的軸線平行； 步驟2，對工件(2)進行軸向超聲振動:模螺紋集成頂尖(3)的后端部軸向串入超聲振動裝置(5)，工件(2)由超聲振動裝置(5)工作實現(xiàn)軸向超聲振動，振動頻率為20KHz?25KHz,振幅為 0.005mm ?0.015mm ； 步驟3，滾壓模具(4)同步同向轉(zhuǎn)動，三個滾壓模具(4)的軸線相互平行，沿工件(2)圓周方向120°等間距陣列；滾壓模具(4)由增量徑向壓入刃角段a和滾壓校正段b組成，兩段長度分別為La、Lb,并滿足La〈Lb ;增量徑向壓入刃角段a先進行螺紋的增量式滾壓成形，再由滾壓校正段b進行滾壓校正；其中，增量徑向壓入刃角角度范圍為1°?10° ; 步驟4，工件(2)主動旋轉(zhuǎn)并軸向進給，由滾壓模具(4)完成工件(2)上螺紋的滾壓成形: 模螺紋集成頂尖(3)上的螺紋段c與滾壓模具(4)滾壓校正段b相互嚙合傳動，實現(xiàn)工件(2)與滾壓模具(4)接觸前具有相匹配的旋轉(zhuǎn)速度；模螺紋集成頂尖(3)上的螺紋段c和待成形螺紋具有相同的尺寸結(jié)構(gòu)，模螺紋集成頂尖(3)上的螺紋段c的長度為L。，，并滿足 Lc>La ； 滾壓模具(4)滾壓校正段b的螺紋升角與模螺紋集成頂尖(3)螺紋段c的螺紋升角不同，當(dāng)彼此嚙合傳動時，模螺紋集成頂尖(3 )產(chǎn)生軸向位移，從而實現(xiàn)工件(2 )軸向進給；工件(2)上已成形的螺紋與滾壓模具(4)滾壓校正段b嚙合，實現(xiàn)工件(2)軸向進給； 步驟5，超聲振動裝置(5)停止工作，工件(2)由前頂尖(I)及模螺紋集成頂尖(3)夾緊同時反向退出，卸料。
【文檔編號】B21H9/00GK103752738SQ201410012624
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】張大偉, 趙升噸, 吳士波 申請人:西安交通大學(xué)