[发明专利]一种辊式楔横轧蜗杆轴毛坯的成形模具及其方法

说明书

技术领域

本发明属于金属塑性成形技术领域，特别提供了一种辊式楔横轧蜗杆轴毛坯的成形模具及其方法。

技术背景：

楔横轧技术是轴类零件塑性成形先进工艺，它的工作原理为：两个带楔形模具的轧辊，以相同方向旋转，带动圆形棒料反向旋转，棒料在楔形孔型的作用下，轧制成形各种阶梯轴。它的主要变形是径向压缩轴向延伸。该技术主要用于生产批量大的轴类零件，包括：汽车、拖拉机、摩托车、内燃机、五金工具、建筑机械、电力金具等上的轴类零件。该技术具有高效、节材、低耗等特点，是节材节能的先进生产技术。由于技术复杂，过去只生产各类阶梯轴零件。蜗杆轴广泛应用于各类机械的减速箱中，需求量大。其蜗杆轴的传统制造方法是台阶轴部分用车削或锻造加工，螺旋齿形部分用铣削加工，存在浪费材料，效率低下，生产成本高等不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种辊式楔横轧蜗杆轴毛坯的成形模具及其方法，可以高效率、高精度、高节材率的成形蜗杆轴毛坯(如图1)。

本发明的辊式楔横轧蜗杆轴毛坯的模具是一对外表面带有型腔的、有扇形缺口、扇形缺口内表面弧长为150～300mm，分为上模具和下模具(如图2)。上模具的型腔由螺旋齿形段和台阶轴成形楔段组成；下模具的型腔由接料段、螺旋齿形段和台阶轴成形楔段组成。上下模具型腔区的两侧是基圆面，基圆面到模具轴心线距离不变。

下模具接料段的弧长为80～200mm，用于圆棒料的放置。

在模具螺旋齿形段，上、下模具的螺旋齿形型腔与所轧的蜗杆轴毛坯的螺旋齿形热态尺寸相对应；上、下模具的螺旋齿形旋向相同，但与所轧的蜗杆轴毛坯的螺旋齿形旋向相反(图3)；上、下模具的螺旋升角为γ＝0°～30°与所轧的蜗杆轴毛坯的螺旋升角相对应；上、下模具螺旋齿形段的弧长相同，齿形型腔宽度相等，但上、下模具的齿形型腔沿轧件的轴向始终相差半个齿距(图3)。

上、下模具的螺旋齿形段均分为成形区和精整区两部分。在成形区和精整区，上、下模具螺旋齿形底面距模具轴心线的距离始终不变，齿底面低于模具基圆面1～10mm，模具齿形侧面与被轧蜗杆轴齿形侧面平行。成形区，上、下模具螺旋齿形起始点的齿顶面与齿底面的距离为基圆面与齿底面的距离，齿侧面与被轧蜗杆轴齿形的侧面平行，模具起始点的齿顶面宽度可以与被轧蜗杆轴毛坯的齿底面宽度相同，也可以小于被轧蜗杆轴毛坯的齿底面宽度；成形区终点齿形顶面、侧面与底面是一个完整的齿形，与被轧的蜗杆轴毛坯齿形热态尺寸完全对应。模具的齿形顶面从起始点开始沿螺旋升角方向上升到终点，上升角度为λ＝0°～4°；精整区，上、下模具的型腔是与所轧的蜗杆轴毛坯的螺旋齿形热态尺寸完全对应，型腔的螺旋齿形形状不变，齿形顶面与底面距模具轴心线的距离不变，齿形顶面距模具轴心线与齿形底面距模具轴心线的差值等于被轧蜗杆轴毛坯热态齿顶与齿底的高度。在该区轧件旋转1～4圈，对已基本成形的轧件进行整形，以提高轧件外观质量及尺寸精度。

在模具的台阶轴成形楔段，上模具和下模具的型腔完全一致。模具斜楔面的成形角α＝15°～45°(图5)，斜楔面的成形角可以是1个(图9)，也可以由2～10个成形角构成(图10)，也可由曲面，例如弧形面构成(图11)，弧形成形面其切线与轴线夹角α取值在0°～90°范围内；展宽角是指模具楔展开线与模具楔展开长度方向的夹角，展宽角β＝1°～12°(图5)，斜楔面的展宽角也可由1～10个角度变化的展宽角构成。该段也分为成形区与精整区两部分，成形区用于蜗杆轴毛坯的各台阶成形，精整区轧件旋转1～4圈，对已基本成形的各台阶进行整形，以提高轧件外观质量及尺寸精度。

将本发明所述的模具安装在辊式楔横轧机上，加热后的棒料，通过送料装置送进楔横轧机中(图2所示)，被安装在轧机上的两个表面带有型腔的上模具1和下模具3同向旋转，加热的金属圆形棒料2在模具的作用下反向旋转，实现连续径向压缩、轴向延伸变形，逐渐成形包括蜗杆齿形在内的各个台阶(图1)。蜗杆轴毛坯的螺旋齿形部分由模具的螺旋槽齿形部分完成，台阶轴部分由模具的楔形部分完成。轧辊旋转一周生产一个蜗杆轴毛坯(图1)。

本发明所述的辊式楔横轧蜗杆轴毛坯成形方法可轧制普通圆柱蜗杆轴毛坯、圆弧圆柱蜗杆轴毛坯，还可轧制单头、多头蜗杆轴毛坯。

本发明的优点在于：

与锻造、车削、铣削方法相比本发明具有如下优点：

1)提高材料利用率。由于可以直接轧制出蜗杆的螺旋齿形部分及阶梯杆部分，轧件尺寸更接近最终产品尺寸，实现近净成形，提高了材料利用率；