專利名稱:一種多向復(fù)合振動(dòng)增量式滾軋成形裝置及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于先進(jìn)金屬塑性加工技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種多向復(fù)合振動(dòng)增量式滾軋成形裝置及工藝。
背景技術(shù):
傳統(tǒng)的切削加工方法制造金屬零件材料利用率低,生產(chǎn)效率低,不符合“綠色制造”可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。增量式滾軋成形屬于近凈成形技術(shù)領(lǐng)域,但傳統(tǒng)的增量式滾軋成形工藝成形力大,模具受力大,工作環(huán)境惡劣,變形程度小。中高頻電磁感應(yīng)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(gè)領(lǐng)域,使零件表面產(chǎn)生一定的感應(yīng)電流,迅速加熱零件表層金屬,達(dá)到表層迅速加熱,而心部溫升較小的效果。鑒于常用金屬材料在高于室溫的溫度下,塑性變形抗力會(huì)不同程度減少,并且在一定變形溫度下存在塑性變形抗力與頻率、振幅敏感的現(xiàn)象,引起變形抗力顯著下降,塑性顯著提高。因此,為了解決滾軋時(shí)變形力大的問題,本發(fā)明提出一種針對(duì)不同材質(zhì)、不同塑性成形溫度,在滾軋過程中施加多向復(fù)合振動(dòng)的新型增量式滾軋成形工藝。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),本發(fā)明的目的在于提供一種多向復(fù)合振動(dòng)增量式滾軋成形裝置及工藝,具有成形力小、加工效率高、工序簡(jiǎn)單、工藝靈活性強(qiáng)、適用范圍廣、操作方便的優(yōu)點(diǎn)。為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:—種多向復(fù)合振動(dòng)增量式滾軋成形裝置,包括復(fù)合交流伺服電機(jī)I和調(diào)整交流伺服電機(jī)8,復(fù)合交流伺服電機(jī)I的I部分為開關(guān)磁通永磁電機(jī),II部分為交流伺服直線電機(jī),復(fù)合交流伺服電機(jī)I與夾具2連接,夾具2將毛坯3夾持固定,中高頻感應(yīng)加熱器4布局在復(fù)合交流伺服電機(jī)I的前方,在中高頻電磁感應(yīng)加熱器4的后方沿毛坯3軸線圓周均布3 6個(gè)滾軋模具5,滾軋模具5安裝在滑座6上,滑座6通過滾珠絲杠螺母副7與調(diào)整交流伺服電機(jī)8連接,滾軋模具5在后方通過萬向聯(lián)軸器10與主動(dòng)力交流伺服電機(jī)11連接。復(fù)合交流伺服電機(jī)I的I部開關(guān)磁通永磁電機(jī)實(shí)現(xiàn)切向振動(dòng)。復(fù)合交流伺服電機(jī)I的II部交流伺服直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)軸向振動(dòng)。調(diào)整交流伺服電機(jī)8實(shí)現(xiàn)徑向振動(dòng)。一種多向復(fù)合振動(dòng)增量式滾軋成形工藝,其包括以下步驟:a)、用夾具2將毛坯3夾持固定,根據(jù)毛坯3材料和成形后結(jié)構(gòu)的不同,采取冷成形、溫成形或熱成形三種方式進(jìn)行加工;b)、在復(fù)合交流伺服電機(jī)I的驅(qū)動(dòng)下,毛 坯3沿著軸向進(jìn)給,直至毛坯3進(jìn)入中高頻電磁感應(yīng)加熱器4的內(nèi)腔;
c )、由中高頻電磁感應(yīng)加熱器4對(duì)毛坯3的表面金屬進(jìn)行快速加熱至預(yù)設(shè)溫度,加熱時(shí)間為5sec 15sec,預(yù)設(shè)溫度為400°C 750°C ;d)、毛坯3繼續(xù)軸向進(jìn)給,直至進(jìn)入沿毛坯3軸線圓周均布3 6個(gè)滾軋模具5的滾軋位置;e)、沿著毛還3軸線圓周均布的3 6個(gè)滾軋模具5及滑座6在各自的調(diào)整交流伺服電機(jī)8及滾珠絲杠螺母副7的驅(qū)動(dòng)下,沿著導(dǎo)軌9徑向進(jìn)給至指定位置,隨即向調(diào)整交流伺服電機(jī)8給定間隔正反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào),帶動(dòng)滾軋模具5和滑座6在徑向方向做一定頻率、振幅的振動(dòng),振動(dòng)頻率為IOHz 100Hz,振幅為0.5mm 1.0mm,同時(shí)滾軋模具由各自的主動(dòng)力交流伺服電機(jī)11及萬向聯(lián)軸器10驅(qū)動(dòng),開始同步、同速、同向轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)速為50RPM 100RPM,同時(shí)分別向復(fù)合交流伺服電機(jī)I的I部分開關(guān)磁通永磁電機(jī)和II部分交流伺服直線電機(jī)輸入含諧波分量的電流信號(hào),實(shí)現(xiàn)復(fù)合交流伺服電機(jī)I諧波扭矩及諧波軸向推力的輸出,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)毛坯3由復(fù)合交流伺服電機(jī)I驅(qū)動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)、軸向進(jìn)給的同時(shí)復(fù)合施加切向振動(dòng)和軸向振動(dòng),軸向進(jìn)給速度為I 5mm/sec,轉(zhuǎn)速為100RPM 200RPM,振動(dòng)頻率為50Hz 10000Hz ;f)、當(dāng)滾軋完畢,向復(fù)合交流伺服電機(jī)I輸入基波電流信號(hào),停止向調(diào)整交流伺服電機(jī)8給定間隔正反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào),滾軋模具5及滑座6反方向退出,復(fù)合交流伺服電機(jī)I帶著已成形的毛坯3退回,卸下已成形毛坯3,完畢。
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本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):1、在毛坯進(jìn)行增量滾軋成形前,對(duì)對(duì)需變形的表面金屬進(jìn)行中高頻感應(yīng)加熱,提高了金屬材料的塑性,降低了成形力,擴(kuò)大了加工范圍,加熱效率高。2、毛坯在滾軋過程中,由3 6個(gè)滾軋模具同時(shí)作用,屬于增量式塑性變形,成形力小,成形精度高,表面質(zhì)量好。3、增量滾軋過程中的滾軋模具以及毛坯的運(yùn)動(dòng)均由交流伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn),工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單,靈活性強(qiáng),控制精度高,操作方便。4、在增量滾軋過程中,實(shí)現(xiàn)了對(duì)毛坯在一定溫度下施加了軸向、徑向和切向三向振動(dòng),降低了金屬的變形抗力,改善了毛坯與滾軋模具間的摩擦狀況。5、該工藝可滾軋棒料、花鍵軸、絲杠、內(nèi)外帶齒筒形件等金屬零件。
圖1為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的滾軋模具(4個(gè))布局圖。圖3為本發(fā)明的復(fù)合交流伺服電機(jī)I的示意圖。圖4為本發(fā)明的復(fù)合交流伺服電機(jī)I的I部分開關(guān)磁通永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明的復(fù)合交流伺服電機(jī)I的II部分交流伺服直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。參照?qǐng)D1,圖2和圖3,一種多向復(fù)合振動(dòng)增量式滾軋成形裝置,包括復(fù)合交流伺服電機(jī)I和調(diào)整交流伺服電機(jī)8,復(fù)合交流伺服電機(jī)I的I部分為開關(guān)磁通永磁電機(jī),II部分為交流伺服直線電機(jī),復(fù)合交流伺服電機(jī)I與夾具2連接,夾具2將毛坯3夾持固定,中高頻感應(yīng)加熱器4布局在復(fù)合交流伺服電機(jī)I的前方,在中高頻電磁感應(yīng)加熱器4的后方沿毛坯3軸線圓周均布4個(gè)滾軋模具5,滾軋模具5安裝在滑座6上,滑座6通過滾珠絲杠螺母副7與調(diào)整交流伺服電機(jī)8連接,滾軋模具5在后方通過萬向聯(lián)軸器10與主動(dòng)力交流伺服電機(jī)11連接。參照?qǐng)D4,復(fù)合交流伺服電機(jī)I的I部開關(guān)磁通永磁電機(jī)包括電機(jī)定子la、電機(jī)轉(zhuǎn)子lb,通過輸入含諧波分量的電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)切向振動(dòng),振動(dòng)頻率由基波電流頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)子Ib極數(shù)和轉(zhuǎn)速確定,振幅與輸入含諧波分量的電流信號(hào)的幅值呈線性關(guān)系。參照?qǐng)D5,復(fù)合交流伺服電機(jī)I的II部交流伺服直線電機(jī)包括電機(jī)初級(jí)lc、電機(jī)次級(jí)ld,通過輸入含諧波分量的電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)軸向振動(dòng),振動(dòng)頻率由基波電流頻率、電機(jī)初級(jí)Ic齒數(shù)和進(jìn)給速度確定,振幅與輸入含諧波分量的電流信號(hào)的幅值呈線性關(guān)系。調(diào)整交流伺服電機(jī)8由輸入給定正反轉(zhuǎn)的脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)徑向振動(dòng)。一種多向復(fù)合振動(dòng)增量式滾軋成形工藝,包括以下步驟:a)、用夾具2將毛坯3夾持固定,根據(jù)毛坯3材料和成形后結(jié)構(gòu)的不同,采取冷成形、溫成形以及熱成形三種方式進(jìn)行加工;b)、在復(fù)合交流伺服電機(jī)I的驅(qū)動(dòng)下,毛坯3沿著軸向進(jìn)給,直至毛坯3進(jìn)入中高頻電磁感應(yīng)加熱器4的內(nèi)腔;C)、由中高頻電磁感應(yīng)加熱器4對(duì)毛坯3的表面金屬進(jìn)行快速加熱至預(yù)設(shè)溫度,力口熱時(shí)間為5sec 15sec,預(yù)設(shè)溫度為400°C 750°C ;d)、毛坯3繼續(xù)軸向進(jìn)給,直至進(jìn)入沿毛坯3軸線圓周均布4個(gè)滾軋模具5的滾軋位置;e)、沿著毛坯3軸線圓周均布的4個(gè)滾軋模具5及滑座6在各自的調(diào)整交流伺服電機(jī)8及滾珠絲杠螺母副7的驅(qū)動(dòng)下,沿著導(dǎo)軌9徑向進(jìn)給至指定位置,隨即向調(diào)整交流伺服電機(jī)8給定間隔正反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào),帶動(dòng)滾軋模具5和滑座6在徑向方向做一定頻率、振幅的振動(dòng),振動(dòng)頻率為IOHz 100Hz,振幅為0.5mm 1.0mm,同時(shí)滾軋模具由各自的主動(dòng)力交流伺服電機(jī)11及萬向聯(lián)軸器10驅(qū)動(dòng),開始同步、同速、同向轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)速為50RPM 100RPM,同時(shí)分別向復(fù)合交流伺服電機(jī)I的I部分開關(guān)磁通永磁電機(jī)和II部分交流伺服直線電機(jī)輸入含諧波分量的電流信號(hào),實(shí)現(xiàn)復(fù)合交流伺服電機(jī)I諧波扭矩及諧波軸向推力的輸出,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)毛坯3由復(fù)合交流伺服電機(jī)I驅(qū)動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)、軸向進(jìn)給的同時(shí)復(fù)合施加切向振動(dòng)和軸向振動(dòng),軸向進(jìn)給速度為I 5mm/sec,轉(zhuǎn)速為100RPM 200RPM,振動(dòng)頻率為50Hz 10000Hz ;f)、當(dāng) 滾軋完畢,停止向復(fù)合交流伺服電機(jī)I輸入基波電流信號(hào),停止向調(diào)整交流伺服電機(jī)8給定間隔正反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào),滾軋模具5及滑座6反方向退出,復(fù)合交流伺服電機(jī)I帶著已成形的毛坯3退回,卸下已成形毛坯3,完畢。
權(quán)利要求
1.一種多向復(fù)合振動(dòng)增量式滾軋成形裝置,其特征在于:包括復(fù)合交流伺服電機(jī)(I)和調(diào)整交流伺服電機(jī)(8),復(fù)合交流伺服電機(jī)(I)的I部分為開關(guān)磁通永磁電機(jī),II部分為交流伺服直線電機(jī),復(fù)合交流伺服電機(jī)(I)與夾具(2)連接,夾具(2)將毛坯(3)夾持固定,中高頻感應(yīng)加熱器(4)布局在復(fù)合交流伺服電機(jī)(I)的前方,在中高頻電磁感應(yīng)加熱器(4)的后方沿毛坯(3)軸線圓周均布3 6個(gè)滾軋模具(5),滾軋模具(5)安裝在滑座(6)上,滑座(6)通過滾珠絲杠螺母副(7)與調(diào)整交流伺服電機(jī)(8)連接,滾軋模具(5)在后方通過萬向聯(lián)軸器(10)與主動(dòng)力交流伺服電機(jī)(11)連接; 復(fù)合交流伺服電機(jī)(I)的I部開關(guān)磁通永磁電機(jī)實(shí)現(xiàn)切向振動(dòng); 復(fù)合交流伺服電機(jī)(I)的II部交流伺服直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)軸向振動(dòng); 調(diào)整交流伺服電機(jī)(8)實(shí)現(xiàn)徑向振動(dòng)。
2.權(quán)利要求1所述的一種多向復(fù)合振動(dòng)增量式滾軋成形裝置的成形工藝,其特征在于,包括以下步驟: a)、用夾具(2)將毛坯(3)夾持固定,根據(jù)毛坯(3)材料和成形后結(jié)構(gòu)的不同,采取冷成形、溫成形以及熱成形三種方式進(jìn)行加工; b)、在復(fù)合交流伺服電機(jī)(I)的驅(qū)動(dòng)下,毛坯(3)沿著軸向進(jìn)給,直至毛坯(3)進(jìn)入中高頻電磁感應(yīng)加熱器(4)的內(nèi)腔; c )、由中高頻電磁感應(yīng)加熱器(4 )對(duì)毛坯(3 )的表面金屬進(jìn)行快速加熱至預(yù)設(shè)溫度,加熱時(shí)間為5sec 15sec,預(yù)設(shè)溫度為400°C 750°C ; d)、毛坯(3)繼續(xù)軸向進(jìn)給,直至進(jìn)入沿毛坯(3)軸線圓周均布3 6個(gè)滾軋模具(5)的滾軋位置; e)、沿著毛還(3)軸線圓周均布的3 6個(gè)滾軋模具(5)及滑座(6)在各自的調(diào)整交流伺服電機(jī)(8)及滾珠絲杠螺母副(7)的驅(qū)動(dòng)下,沿著導(dǎo)軌(9)徑向進(jìn)給至指定位置,隨即向調(diào)整交流伺服電機(jī)(8)給定間隔正反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào),帶動(dòng)滾軋模具(5)和滑座(6)在徑向方向做一定頻率、振幅的振動(dòng),振動(dòng)頻率為IOHz 100Hz,振幅為0.5mm 1.0mm,同時(shí)滾軋模具由各自的主動(dòng)力交流伺服電機(jī)(11)及萬向聯(lián)軸器(10)驅(qū)動(dòng),開始同步、同速、同向轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)速為50RPM 100RPM,同時(shí)分別向復(fù)合交流伺服電機(jī)(I)的I部分開關(guān)磁通永磁電機(jī)和II部分交流伺服直線電機(jī)輸入含諧波分量的電流信號(hào),實(shí)現(xiàn)復(fù)合交流伺服電機(jī)(I)諧波扭矩及諧波軸向推力的輸出,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)毛坯(3)由復(fù)合交流伺服電機(jī)(I)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)、軸向進(jìn)給的同時(shí)復(fù)合施加切向振動(dòng)和軸向振動(dòng),軸向進(jìn)給速度為I 5mm/sec,轉(zhuǎn)速為100RPM 200RPM,振動(dòng)頻率為 50Hz 10000Hz ; f)、當(dāng)滾軋完畢,停止向復(fù)合交流伺服電機(jī)(I)輸入基波電流信號(hào),停止向調(diào)整交流伺服電機(jī)(8)給定間隔正反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào),滾軋模具(5)及滑座(6)反方向退出,復(fù)合交流伺服電機(jī)(I)帶著已成形的毛坯(3)退回,卸下已成形毛坯(3),完畢。
全文摘要
一種多向復(fù)合振動(dòng)增量式滾軋成形裝置及工藝,毛坯由復(fù)合交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸向進(jìn)給,至中高頻感應(yīng)加熱器進(jìn)行快速加熱,繼續(xù)軸向進(jìn)給至沿著毛坯軸線圓周均布3~6個(gè)滾軋模具的滾軋位置,滾軋模具由調(diào)整交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)徑向送進(jìn),并由主動(dòng)力交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),毛坯由復(fù)合交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),同時(shí)分別向復(fù)合交流伺服電機(jī)中的開關(guān)磁通永磁電機(jī)及交流伺服直線電機(jī)輸入含諧波分量的電流信號(hào)和向調(diào)整交流伺服電機(jī)給定間隔正反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào),實(shí)現(xiàn)毛坯在增量式滾軋過程中施加切向、軸向和徑向的振動(dòng),毛坯反向退出,卸料,本發(fā)明具有工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單,控制精度高,成形力小,成形質(zhì)量好,加工范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B21H1/00GK103230990SQ201310082720
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者趙升噸, 李泳嶧, 梁錦濤, 范淑琴 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)