專利名稱：用來成形環(huán)形工件的冷滾軋方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來成形環(huán)形工件，尤其是(而不是唯一地)用來成形軸承外環(huán)的方法和設(shè)備。更具體地說，本發(fā)明可應(yīng)用于成形滾子軸承或角面接觸球軸承的不對稱軸承環(huán)。
為了更好地了解現(xiàn)有技術(shù)及其固有問題，將首先描述如附圖中

圖1所示的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的冷滾軋設(shè)備。
參見圖1，它以橫截面形式示意地表示在該領(lǐng)域中眾所周知并具有“開式模具”說法的冷滾軋設(shè)備的一部分。
參考編號10表示環(huán)形工件，它經(jīng)受滾軋過程以便形成其外圓周表面11和內(nèi)表面12。環(huán)形工件10徑向受壓因而在外成形輥13和內(nèi)成形心軸14之間旋轉(zhuǎn)。外輥13和內(nèi)心軸14的輪廓分別與環(huán)形工件10的內(nèi)、外表面12、11所需成形的輪廓對應(yīng)。外成形輥13被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)并施加徑向推力T，從而沿著箭頭所指方向旋轉(zhuǎn)工件10、心軸14和反作用輥15。該旋轉(zhuǎn)以及成形輥13和心軸14之間徑向推力T的聯(lián)合作用引起工件10內(nèi)的所需變形。
工件從其坯料形狀(以實線形式表示)塑性變形到最終形狀(以虛線表示)。該滾軋步驟造成成品環(huán)的最終直徑相對于坯料直徑有所增加。當(dāng)工件10達到所需最終直徑時具有運動臂17的控制裝置16停止該滾軋過程。
如圖2所示，在這個實例中滾軋工件10具有筒形圓周外表面11以及用作軸承滾動體(未示出)外圈的徑向內(nèi)表面12。此外，該滾軋操作可按照結(jié)構(gòu)需要形成多個圓形徑向區(qū)和合理的周向溝槽。
在DE-38 24 856-A1中披露在圖1中示意地表示的這類設(shè)備的實例。
用滾軋工藝可獲得的優(yōu)點眾所周知。由于這種工藝，環(huán)形坯料的所有材料被利用來形成成品工件。此外，滾軋步驟使成形輥作用處的環(huán)表面金屬層緊湊和定向。由于這一效果，軸承環(huán)相對于通過涉及去除材料的工藝(例如車床加工工藝)制造的環(huán)而言獲得一般較長的使用壽命。
上述“開式模具”類型傳統(tǒng)滾軋工藝可應(yīng)用于成形例如圖2所示具有基本對稱橫截面的環(huán)形工件，但不能應(yīng)用于例如圖3所示具有不對稱橫截面的環(huán)形工件。事實上，由于心軸輪廓的不對稱形狀，在滾軋步驟期間它會經(jīng)受具有軸向分力的反作用，所述分力傾向于使該心軸失衡和/或損壞，并且在任何情況下不可避免地在工件表面內(nèi)形成不能允許的錐度比。
為此，迄今為止通常通過車削形成具有不對稱橫截面的環(huán)。
本發(fā)明的目的是也將冷滾軋技術(shù)應(yīng)用于成形尤其是具有不對稱橫截面的環(huán)形工件，從而提高生產(chǎn)效率并總體降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的另一目的是制造具有高尺寸精度的軸承環(huán)。
本發(fā)明的又目的是提供一種具有特別穩(wěn)定、堅固和耐用結(jié)構(gòu)的冷滾軋設(shè)備。
下文將會得到更好理解的本發(fā)明這些和其它目的和優(yōu)點通過權(quán)利要求限定的設(shè)備和冷滾軋方法來達到。
現(xiàn)在參照完全作為非限制性實例提供的附圖，描述本發(fā)明設(shè)備和方法步驟的結(jié)構(gòu)和功能特性，其中圖1是傳統(tǒng)“開式模具”類型滾軋設(shè)備一部分的示意剖視圖；圖2和3是兩種不同軸承外環(huán)的示意局部軸向剖視圖，這兩個外環(huán)分別具有對稱和非對稱斷面；圖4是按照本發(fā)明的冷滾軋設(shè)備的垂直剖視圖；圖5是圖4設(shè)備的平面圖；圖6是圖4設(shè)備成形構(gòu)件在滾軋操作步驟期間的軸向剖視圖；而圖7是局部立剖視圖，它表示本發(fā)明設(shè)備的成形構(gòu)件、壓輥和反作用輥。
圖4和圖5所示設(shè)備的一些部件已為人所知。因此在隨后的說明書中只詳細描述用來實現(xiàn)本發(fā)明的特別重要和感興趣的構(gòu)件。至于未詳細表示的部件和構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，可參照任何已知設(shè)備，例如在DE-38 24856-A1和JP-08281364-A中所描述的設(shè)備。
圖4和5的滾軋設(shè)備包括總體標為20的心軸組件，它裝備著可拆卸地鎖定在轉(zhuǎn)動體24上的成形心軸21。轉(zhuǎn)動體24通過軸承座23內(nèi)的軸承22空轉(zhuǎn)地圍繞水平軸線X1安裝。
成形心軸21具有側(cè)表面21a，它呈給定斷面的回轉(zhuǎn)體表面形式以便通過對應(yīng)輪廓壓制環(huán)形工件10的徑向內(nèi)表面12，這在此后將作解釋。成形心軸21具有帶圓周表面的徑向凸緣21b，該圓周表面與中間組件30的凸緣輥31的凸緣31b圓周邊緣接合。中間組件30包括空轉(zhuǎn)的輥31，它被安裝成通過軸承座33內(nèi)的軸承32圍繞水平軸線X3旋轉(zhuǎn)。
組件20和30的軸承座23和33安裝在支承板41上，支承板41可在與軸線X1和X3平行并由固定框架38承載的水平縱向?qū)蚣?2上滑動。板41能在安裝在框架38上的液壓馬達43作用下沿著導(dǎo)向件42縱向移動。馬達43旋轉(zhuǎn)與縱向齒條45嚙合的小齒輪44，而齒條45與板41固定在一起。
最好是，軸承座23和33可繞樞軸轉(zhuǎn)動地安裝在板41上并具有圍繞各自水平縱向軸線作受限制擺動的能力，所述水平縱向軸線平行于軸線X1和X3并布置在后者下方。在圖4中只表示出軸承座23的擺動軸線X4。這種安排允許組件20和30在橫向垂直平面內(nèi)的有限運動，其理由將在下文中解釋。
被標作39(圖4)的液壓操作閂鎖能升高或降低，以便接合和脫離在縱向滑動板41內(nèi)獲得的座40，閂鎖39構(gòu)成機械擋塊，它用來在心軸組件20處于推進工作位置(在圖4中以左側(cè)虛線表示)時阻止其軸向運動。
模具組件50包括呈環(huán)形容器形式的模具51，該環(huán)形容器具有基本為圓筒并且面向心軸組件20的空腔52。模具51可拆卸地鎖定在轉(zhuǎn)動體54上，而后者通過軸承56在軸承座55內(nèi)圍繞縱向軸線X2空轉(zhuǎn)地安裝。
空轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動體54具有中心縱向孔57，頂出組件60的桿61穿過孔57。桿61的右端部61a接合頂出塊63，該頂出塊可拆卸地固定在用來與模具51一起旋轉(zhuǎn)的碟狀底板62上。頂出組件60用來從模具51中頂出成品工件，它將在下文中作更加清楚的解釋。
模具51具有徑向內(nèi)壁53a和徑向外壁53b。內(nèi)壁53a具有帶有給定外形的回轉(zhuǎn)體表面形狀。作為模具51工作表面的表面53a形狀與要在環(huán)形工件10內(nèi)獲得的最終圓周或外表面11的形狀對應(yīng)。
模具51由接合該模具外圓筒表面53b的壓輥71(圖5)驅(qū)動，以便圍繞其軸線X2旋轉(zhuǎn)。壓輥71是包含液壓馬達72的加壓組件70的一部分。
模具組件50和壓輥71沿著由固定框架38(圖4)承載的橫向?qū)蚣?0、81可滑動地安裝。加壓組件70和模具組件50沿著導(dǎo)向件80、81的橫向或徑向推進運動由液壓致動器引起，該致動器安裝在固定框架上，為了簡化起見沒有表示。
在圖7中標以90的反作用組件90包括一對縱向軸91、92，它們空轉(zhuǎn)地安裝在中央支架93上，而支架93圍繞縱向軸線X6鉸接在固定框架38上。軸91、92各自布置在中間輥31的軸線X3所處水平面的上下方。當(dāng)該中間輥被橫向推進到左方時，它圍繞自身軸線X5稍微擺動，而支架93圍繞軸線X6進行相應(yīng)轉(zhuǎn)動，從而獲得穩(wěn)固均衡的配置，借此反作用組件90有效地抵抗由壓輥71通過模具51、環(huán)形工件10、心軸21和中間輥31傳遞的徑向推力。
本發(fā)明設(shè)備的工作情況如下。
按照需要給予環(huán)形坯料10的最終形狀，在心軸組件20和模具組件50上安裝具有各自工作表面21a和53a的成形心軸21和模具51，所述工作表面帶有所需輪廓。
將環(huán)形坯料10自動裝載在心軸21上。起動液壓馬達43以便與心軸組件20和加壓組件30一起沿著水平縱向?qū)蚣?2縱向推進(朝向左方，參見圖4和5)板41。在到達圖4虛線所示的推進工作位置情況下，通過近程傳感器48產(chǎn)生的脈沖使板41的運動自動停止。通過升高閂鎖39直至它接合板41的座40來鎖定板41，從而鎖緊心軸組件20和中間組件30的軸向位置。
起動馬達72以便旋轉(zhuǎn)壓輥71，于是液壓致動器(未示出)推動壓輥71橫向緊靠模具51。模具51與底板62和旋轉(zhuǎn)體54一起被驅(qū)動以便圍繞軸線X2旋轉(zhuǎn)。
為了減少磨損，心軸21還最好通過另一液壓馬達37在模具51的相同轉(zhuǎn)向上旋轉(zhuǎn)，以防心軸工作表面21a在加工第一步驟期間在環(huán)形工件10上滑動。在所示實例(圖5)中液壓馬達37作用在中間輥31上，后者再通過接觸凸緣31b和21b將旋轉(zhuǎn)運動傳遞到心軸21上。
由壓輥71施加的推力造成工件10在模具內(nèi)工作表面53a和心軸側(cè)工作表面21a之間徑向受壓。由于反作用組件90和中間組件30提供的反作用，心軸旋轉(zhuǎn)軸線X1保持在穩(wěn)定位置。因而環(huán)形工件10逐漸變形。在加工期間，心軸21和中間輥31通過旋轉(zhuǎn)壓輥71給出的推力而旋轉(zhuǎn)。
工件10的外部或圓周表面11準確地復(fù)制模具51的工作表面53a的形狀，而工件內(nèi)表面12表現(xiàn)出與心軸工作表面21a(圖6)輪廓對應(yīng)的輪廓。
一旦工件10加工完畢，加壓組件70和模具組件50沿著橫向?qū)蚣?0、81滑動，離開反作用組件90。閂鎖39向下縮回，脫離板41的座40。再起動液壓馬達43使板41與心軸組件20和中間組件30一起縱向移動離開模具組件50。由近程傳感器49產(chǎn)生的脈中自動停止板41的縮回。
接著起動頂出組件60成品環(huán)10通過桿61、塊63和底板62從模具51中頂出，并落入下方容器59。最好是模具內(nèi)表面53a稍呈按心軸組件20方向發(fā)散的圓錐形，從而有利于從模具頂出工件。
本發(fā)明允許獲得滾軋工藝通常說得的優(yōu)點，但是將理解到，它還能應(yīng)用于成形具有不對稱橫截面的環(huán)形工件。事實上，由于模具51的閉合環(huán)形結(jié)構(gòu)以及由反作用組件90和中間組件30給予心軸的穩(wěn)定性，由于將要成形輪廓的不對稱而產(chǎn)生的不均衡力被有效地抵消。其結(jié)果是，獲得具有高尺寸精度的最終產(chǎn)品以及該設(shè)備成形構(gòu)件的較長使用壽命。
與傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)加工工藝比較，本發(fā)明允許減少約10-15％的生產(chǎn)成本。而且，可以取消在圖1中標為16的用于控制滾軋工件最終尺寸的控制裝置。
十分明顯，選擇將模具51可旋轉(zhuǎn)地安裝在橫向運動軸線周圍并將成形心軸21安置在滾軋操作期間靜止的部件上可以是優(yōu)選的，但出于實現(xiàn)本發(fā)明目的無疑不是主要的。更具體地說，本設(shè)備可按照這樣的方式實現(xiàn)，以便在不超越用下述權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍的情況下使得成形構(gòu)件以不同于所述的方式相對運動。
權(quán)利要求
1.一種用來成形環(huán)形工件(10)的冷滾軋設(shè)備，所述工件具有給定輪廓的外表面(11)以及給定輪廓的內(nèi)表面(12)并從環(huán)形坯料開始，所述設(shè)備包括可圍繞第一軸線(X1)旋轉(zhuǎn)的成形心軸(21)，所述心軸具有工作表面(21a)，所述工作表面帶有與將要成形的所述內(nèi)表面(12)輪廓對應(yīng)的輪廓；可圍繞與所述第一軸線(X1)平行的第二軸線(X2)旋轉(zhuǎn)的成形模具(51)，所述模具具有空腔(52)，所述空腔帶有呈回轉(zhuǎn)體表面形式的內(nèi)工作表面(53a)，所述回轉(zhuǎn)體表面與將要成形的所述外表面(11)對應(yīng)；第一馬達裝置(70，72)，它用來迫使所述心軸(21)和所述模具(51)圍繞各自軸線(X1，X2)旋轉(zhuǎn)；以及第二馬達裝置，它用來以受控方式改變在所述第一(X1)和第二(X2)軸線之間的距離，從而在所述心軸(21)和所述模具(51)工作表面(21a，53a)之間徑向壓迫工件(10)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述成形模具(51)具有朝所述心軸(21)敞開的環(huán)形容器形狀。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述模具(51)安裝在模具組件(50)上，模具組件可沿著相對于所述模具旋轉(zhuǎn)軸線(X2)橫切的導(dǎo)向裝置(80，81)滑動。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，用來迫使所述心軸(21)和所述模具(51)旋轉(zhuǎn)的所述第一馬達裝置(70-72)包括壓輥(71)，所述壓輥被驅(qū)動以便旋轉(zhuǎn)所述模具(51)并與模具可操作地連接，從而驅(qū)動所述模具(51)圍繞所述第二軸線(X2)旋轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓輥(71)安裝在加壓組件(70)上，加壓組件可沿著所述橫向?qū)蜓b置(80，81)滑動推進，以便引起所述心軸和所述模具的旋轉(zhuǎn)軸線(X1，X2)相互接近，從而在所述心軸(21)和所述模具(51)工作表面(21a，53a)之間徑向壓迫工件(10)。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓輥(71)被推進緊靠所述模具(51)的圓筒形外表面(53b)。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，其還包括第三馬達裝置(43)，它用來改變在所述心軸(21)和所述模具(51)之間的相對軸向距離。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述心軸(21)和中間輥(31)安裝在板(41)上，所述板可沿著軸向?qū)蜓b置(42)在第一軸向縮回加載位置和已朝所述模具(51)軸向推進的第二工作位置之間滑動，而且在所述第二位置所述中間輥(31)橫向介入所述心軸(21)和反作用組件(90)之間并在一側(cè)與所述心軸(21)接觸，所述反作用組件(90)在另一側(cè)裝備著至少一空轉(zhuǎn)輥(91，92)。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述反作用組件(90)包括一對軸向反作用輥(91，92)，它們各自安置在所述中間輥(31)的軸線(X3)所處水平平面的上方(91)和下方(92)。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述軸向反作用輥(91，92)空轉(zhuǎn)安裝在中央支架(93)上，所述支架鉸接在在縱向軸線(X6)周圍的固定支承結(jié)構(gòu)(38)上，而所述軸線(X6)安置在所述軸向反作用輥(91，92)之間的中間高度處。
11.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述心軸(21)和所述中間輥(31)安裝在固定到所述板(41)上的各自軸承座(23，33)內(nèi)以便圍繞各自縱向軸線(X4，X5)擺動。
12.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，包括適于接合所述可縱向滑動板(41)對應(yīng)座(40)的閂鎖裝置(39)，以便將所述板(41)鎖緊在所述第二推進或工作位置。
13.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述模具(51)與頂出組件(60)相關(guān)聯(lián)，所述頂出組件相對于所述模具同軸并且適于從所述模具(51)內(nèi)頂出成品工件(10)。
14.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述心軸(21)與第四馬達裝置(37)可操作地相關(guān)聯(lián)，所述第四馬達裝置用來迫使所述心軸在操作期間所述心軸的相同旋轉(zhuǎn)方向上轉(zhuǎn)動。
15.一種用來成形環(huán)形工件(10)的冷滾軋方法，所述工件具有給定輪廓的外表面(11)以及給定輪廓的內(nèi)表面(12)，所述方法包括下述步驟(a)提供環(huán)形坯料(10)；(b)提供可圍繞第一軸線(X1)旋轉(zhuǎn)的成形心軸(21)，所述心軸具有工作表面(21a)，所述工作表面帶有與將要成形的所述內(nèi)表面(12)輪廓對應(yīng)的輪廓；(c)提供可圍繞與所述第一軸線(X1)平行的第二軸線(X2)旋轉(zhuǎn)的成形模具(51)，所述模具具有空腔(52)，所述空腔帶有呈回轉(zhuǎn)體表面形式的內(nèi)工作表面(53a)，所述回轉(zhuǎn)體表面與將要成形的所述外表面(11)對應(yīng)；(d)使所述心軸(21)和所述模具(51)圍繞各自軸線(X1，X2)旋轉(zhuǎn)；以及(e)以受控方式改變在所述第一(X1)和第二(X2)軸線之間的距離，與此同時在所述心軸(21)和所述模具(51)的工作表面(21a，53a)之間徑向壓迫工件(10)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述步驟(e)還包括以下步驟在滾軋期間保持所述心軸(21)的旋轉(zhuǎn)幾何軸線(X1)并使所述模具(51)的旋轉(zhuǎn)幾何軸線(X2)接近這一軸線(X1)。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述步驟(d)和(e)還包括以下步驟用旋轉(zhuǎn)壓輥(71)驅(qū)動所述模具(51)旋轉(zhuǎn)，通過所述壓輥(71)緊靠所述模具(51)施加的壓力以及由所述心軸(21)與介于所述心軸和模具之間的所述工件(10)一起提供的反作用驅(qū)動所述心軸(21)旋轉(zhuǎn)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，其還包括以下步驟通過與驅(qū)動壓輥(71)旋轉(zhuǎn)的裝置(72)不同的旋轉(zhuǎn)裝置(37)，沿著至少在第一滾軋步驟中在所述壓輥(71)作用下被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的相同旋轉(zhuǎn)方向上驅(qū)動所述心軸(21)轉(zhuǎn)動。
19.一種通過權(quán)利要求15至18任一項所述的方法獲得的滾軋環(huán)形工件。
全文摘要
一種用來成形環(huán)形工件(10)的冷滾軋方法和設(shè)備，所述工件具有給定輪廓的外表面(11)以及給定輪廓的內(nèi)表面(12)，并從環(huán)形坯料開始?？尚D(zhuǎn)的成形心軸(21)具有工作表面(21a)，它帶有與將要成形的內(nèi)表面(12)輪廓對應(yīng)的輪廓。成形模具(51)具有空腔(52)，它具有呈回轉(zhuǎn)體表面形式的內(nèi)工作表面(53a)，所述回轉(zhuǎn)體表面與將要成形的外表面(11)對應(yīng)。
文檔編號B21H1/00GK1512921SQ02811318
公開日2004年7月14日 申請日期2002年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月4日
發(fā)明者A·巴拉納, E·扎克里松, A 巴拉納, 死鎪 申請人:Skf工業(yè)股份公司