專利名稱：一種中高頻感應加熱與振動復合滾軋花鍵軸的裝置及工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于先進材料成形技術領域，具體涉及一種中高頻感應加熱與振動復合滾軋花鍵軸的裝置及工藝。
背景技術：
花鍵聯(lián)接具有聯(lián)接強度高、結構緊湊、可靠性高、裝卸方便等優(yōu)點，廣泛應用于機械系統(tǒng)中傳遞軸與軸之間的運動和扭矩，例如航天航空、汽車、拖拉機、船舶、機床、工程機械等?；ㄦI聯(lián)接的廣泛應用對花鍵軸零件的需求量及使用性能提出了更高的要求，因此，對花鍵軸零件生產(chǎn)工藝的研究就顯得十分重要。滾軋是一種重要的花鍵軸塑性成形工藝，符合輕量化生產(chǎn)目標，且具有齒形表層材料組織密度大、有殘余壓應力、抗疲勞強度高、表面光滑、效率高等優(yōu)點，其工藝過程如下首先通過夾具和?；ㄦI集成頂尖將花鍵軸坯料前后夾緊；然后三個滾軋模具開始同步、同速、同向轉(zhuǎn)動，并且與?；ㄦI集成頂尖上的花鍵齒形段嚙合傳動，進而帶動模花鍵集成頂尖及坯料轉(zhuǎn)動；坯料繼續(xù)沿進給方向送進，通過滾軋模具的作用，坯料花鍵齒形段表面金屬發(fā)生塑性變形，進而完成花鍵軸的滾軋成形；最后，坯料反向推出，卸料。通過有限元及實驗分析，在花鍵軸滾軋成形過程中，僅有坯料表層的金屬發(fā)生塑性變形，變形層厚度約為5mnT8mm,還料心部基本不發(fā)生塑性變形。中高頻感應加熱工藝，多數(shù)用于工業(yè)金屬零件表面淬火、金屬熔煉、棒料透熱等多個領域，是使零件表面產(chǎn)生一定的感應電流，迅速加熱零件表面，達到表面迅速加熱，而心部溫升較小的效果。振動輔助金屬塑性成形工藝，是指在傳統(tǒng)金屬塑性成形工藝中，施加輔助振動，以獲得改善工藝效果、提高成形質(zhì)量的工藝過程。相對傳統(tǒng)金屬塑性成形工藝，振動輔助金屬塑性工藝具有成形載荷小、金屬流動性好、摩擦力小、金屬塑性成形能力高、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點。并且科學研究表明，不同金屬在某個變形溫度區(qū)間內(nèi)存在變形抗力對應變速率以及振動頻率敏感的現(xiàn)象，引起變形抗力明顯下降，金屬塑性明顯提高。但目前花鍵軸的滾軋工藝通常在室溫下進行，屬于冷成形加工，且傳統(tǒng)花鍵軸材料40Cr、35CrMo鋼已被具有更高機械性能的42CrMo鋼所取代，因而造成常溫下滾軋成形載荷大，金屬材料流動能力差，花鍵軸齒形角隅填充質(zhì)量差，且滾軋成形后需進行調(diào)質(zhì)處理，工藝步驟復雜。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種中高頻感應加熱與振動復合滾軋花鍵軸的裝置及工藝，解決了傳統(tǒng)滾軋工藝中成形載荷大、齒形角隅填充質(zhì)量差、工藝步驟復雜等問題，同時還具有成形載荷小、變形均勻、齒形角隅填充質(zhì)量高、表面質(zhì)量好、工藝步驟簡單、節(jié)省能源、加工范圍廣等優(yōu)點。為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為
一種中高頻感應加熱與振動復合滾軋花鍵軸的裝置，包括振動器I和中高頻感應加熱器4，振動器I的左端與夾具2聯(lián)接，夾具2與?；ㄦI集成頂尖6實現(xiàn)對坯料3的前后夾緊，振動器I實現(xiàn)花鍵軸滾軋過程中對坯料3施加振動，沿坯料3圓周方向120°等間距陣列有三個滾軋模具5，中高頻感應加熱器4布局在滾軋模具5的前方，?；ㄦI集成頂尖6的花鍵齒形段III與滾軋模具5上的花鍵齒形相嚙合，坯料3從中高頻感應加熱器4的內(nèi)腔中穿過，實現(xiàn)對坯料3花鍵齒形段II表面金屬進行快速中高頻感應加熱?！N中高頻感應加熱與振動復合滾軋花鍵軸的工藝,包括以下步驟a)、裝夾坯料3，夾具2先對坯料3夾持段I進行夾緊，并將坯料3的另一端穿過中高頻感應加熱器4的內(nèi)腔，通過?；ㄦI集成頂尖6前后夾緊；b)、還料3沿還料進給方向送進,進給速度為5mm/sec,直至還料3花鍵齒形段II完全進入中高頻感應加熱器4的內(nèi)腔；C)、由中高頻感應加熱器4對坯料3花鍵齒形段II表面金屬進行快速加熱至預設溫度，加熱時間為5sec 15sec，加熱溫度為400°C 600°C ；d)、沿坯料3圓周方向120°等間距陣列的三個滾軋模具5開始同步、同速、同向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為50RPiTl00RPM，通過滾軋模具5花鍵齒形與模花鍵集成頂尖6上花鍵齒形段III的嚙合傳動，坯料3在夾具2與模花鍵集成頂尖6的夾緊作用下開始轉(zhuǎn)動；e)、坯料3再次沿坯料進給方向送進，同時振動器I開始工作，對坯料3施加軸向振動，振動頻率為IOHz 40Hz,振幅為O. 5mnTl. Omm ；f)、通過滾軋模具5的作用，坯料3的花鍵齒形段II完成花鍵軸的滾軋成形；g)、花鍵軸完全成形后，振動器I停止工作，坯料3由夾具2及模花鍵集成頂尖6前后夾緊的同時反向退出，將坯料3取下進行快速淬火處理，完畢。本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、在花鍵軸坯料進行滾軋前，對坯料花鍵齒形段的表面金屬進行快速中高頻感應加熱，提高了金屬材料的塑性，降低了成形載荷、擴大了加工范圍；同時根據(jù)花鍵軸滾軋工藝中僅有坯料表面金屬發(fā)生塑性變形的特點確定加熱厚度，從而進一步確定加熱時間及加熱溫度，避免對坯料的整體加熱，節(jié)省能源、加熱效率高。2、在坯料送進系統(tǒng)中軸向串入振動器，實現(xiàn)了在花鍵軸滾軋過程中一定變形溫度下對坯料施加軸向振動，降低了金屬的變形抗力，改善了坯料與模具間的摩擦狀況，使得成形載荷更小，表面質(zhì)量更高。


圖1為本發(fā)明的裝置結構示意圖。圖2為本發(fā)明的坯料3示意圖。圖3為本發(fā)明的中高頻感應加熱器4正面示意圖。圖4為本發(fā)明的?；ㄦI集成頂尖6示意圖。圖5為本發(fā)明滾軋后花鍵軸示意圖。圖6為本發(fā)明滾軋后花鍵軸局部示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發(fā)明做詳細描述。參照圖1，一種中高頻感應加熱與振動復合滾軋花鍵軸的裝置，包括振動器I和中高頻感應加熱器4，振動器I的左端與夾具2聯(lián)接，夾具2與?；ㄦI集成頂尖6實現(xiàn)對坯料3的前后夾緊，振動器I實現(xiàn)花鍵軸滾軋過程中對坯料3施加振動，沿坯料3圓周方向120°等間距陣列有三個滾軋模具5，中高頻感應加熱器4布局在滾軋模具5的前方，?；ㄦI集成頂尖6的花鍵齒形段III與滾軋模具5上的花鍵齒形相嚙合，參照圖2和圖3，坯料3從中高頻感應加熱器4的內(nèi)腔中穿過，實現(xiàn)對坯料3花鍵齒形段II表面金屬進行快速中高頻感應加熱。一種中高頻感應加熱與振動復合滾軋花鍵軸的工藝，包括以下步驟a)、參照圖1，裝夾坯料3，夾具2先對坯料3夾持段I進行夾緊，并將坯料3的另一端穿過中高頻感應加熱器4的內(nèi)腔，通過?；ㄦI集成頂尖6前后夾緊； b)、參照圖1、圖2和圖3，坯料3沿坯料進給方向送進，進給速度為Hmm/sec，直至坯料3花鍵齒形段II完全進入中高頻感應加熱器4的內(nèi)腔；c )、參照圖1、圖3，由中高頻感應加熱器4對坯料3花鍵齒形段II表面金屬進行快速加熱至預設溫度，加熱時間為5secTl5sec，加熱溫度為400°C ^600°C ；d)、參照圖1、圖4，沿坯料3圓周方向120°等間距陣列的三個滾軋模具5開始同步、同速、同向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為50RPM 100RPM，通過滾軋模具5花鍵齒形與?；ㄦI集成頂尖6上花鍵齒形段III的嚙合傳動，坯料3在夾具2與?；ㄦI集成頂尖6的夾緊作用下開始轉(zhuǎn)動；e)、參照圖1，坯料3再次沿坯料進給方向送進，同時振動器I開始工作，對坯料3施加軸向振動，振動頻率為IOHz 40Hz,振幅為O. 5mnTl. Omm ；f)、參照圖1、圖5和圖6，通過滾軋模具5的作用，坯料3的花鍵齒形段II完成花鍵軸的滾軋成形；g)、參照圖1，花鍵軸完全成形后，振動器I停止工作，坯料3由夾具2及?；ㄦI集成頂尖6前后夾緊的同時反向退出，將坯料3取下進行快速淬火處理，完畢。
權利要求
1.一種中高頻感應加熱與振動復合滾軋花鍵軸的裝置，包括振動器(I)和中高頻感應加熱器(4)，其特征在于振動器(I)的左端與夾具(2)聯(lián)接，夾具(2)與模花鍵集成頂尖(6)實現(xiàn)對坯料(3)的前后夾緊，振動器(I)實現(xiàn)花鍵軸滾軋成形過程中對坯料(3)施加軸向振動，沿坯料(3)圓周方向120°等間距陣列有三個滾軋模具(5)，中高頻感應加熱器(4)布局在滾軋模具(5)的前方，?；ㄦI集成頂尖(6)的花鍵齒形段(III)與滾軋模具(5)上的花鍵齒形相嚙合，坯料(3)從中高頻感應加熱器(4)的內(nèi)腔中穿過，實現(xiàn)對坯料(3)花鍵齒形段(II)表面金屬進行快速中高頻感應加熱。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種中高頻感應加熱與振動復合滾軋花鍵軸的裝置所進行的工藝，其特征在于包括以下步驟 a)、裝夾坯料(3)，夾具(2)先對坯料(3)夾持段(I )進行夾緊，并將坯料(3)的另一端穿過中高頻感應加熱器(4)的內(nèi)腔，通過?；ㄦI集成頂尖(6)前后夾緊； b )、還料(3 )沿還料進給方向送進,進給速度為5mm/ sec,直至還料(3 )上花鍵齒形段(II)完全進入中高頻感應加熱器(4)的內(nèi)腔； C)、由中高頻感應加熱器(4)對坯料(3)花鍵齒形段(II)表面金屬進行快速加熱至預設溫度，加熱時間為5sec 15sec，加熱溫度為400°C 600°C ； d)、沿坯料(3)圓周方向120°等間距陣列的三個滾軋模具(5)開始同步、同速、同向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為50RPiTl00RPM，通過滾軋模具(5)花鍵齒形與模花鍵集成頂尖(6)上花鍵齒形段(III)的嚙合傳動，坯料(3)在夾具(2)與模花鍵集成頂尖(6)的夾緊作用下開始轉(zhuǎn)動； e )、坯料(3 )再次沿坯料進給方向送進，同時振動器(I)開始工作，對坯料(3 )施加軸向振動，振動頻率為IOHz 40Hz,振幅為O. 5mnTl. Omm ； f)、通過滾軋模具(5)的作用，坯料(3)的花鍵齒形段(II)完成花鍵軸的滾軋成形； g)、花鍵軸完全成形后，振動器(I)停止工作，坯料(3)由夾具(2)及?；ㄦI集成頂尖(6)前后夾緊的同時反向退出，將坯料(3)取下進行快速淬火處理，完畢。
全文摘要
一種中高頻感應加熱與振動復合滾軋花鍵軸的裝置及工藝，裝置包括振動器和中高頻感應加熱器，振動器通過夾具與坯料軸向串聯(lián)，中高頻感應加熱器及滾軋模具布局在坯料進給方向的前方；工藝是由夾具及?；ㄦI集成頂尖對坯料前后夾緊，運動至坯料花鍵齒形段完全進入中高頻感應加熱器內(nèi)腔，對花鍵齒形段表面金屬進行快速加熱至預設溫度，滾軋模具通過?；ㄦI集成頂尖帶動坯料轉(zhuǎn)動，振動器對坯料施加軸向振動，通過滾軋模具的作用，完成花鍵軸復合滾軋成形，坯料反向退出，快速淬火處理，本發(fā)明具有成形載荷小、耗能小、效率高、成形質(zhì)量好、加工范圍廣等優(yōu)點。
文檔編號B21H5/02GK103008511SQ20121053167
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權日2012年12月11日
發(fā)明者趙升噸, 李泳嶧, 范淑琴 申請人:西安交通大學