專利名稱：凸輪軸的輥式楔橫軋精密成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬塑性成形技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種凸輪軸的輥式楔橫軋成形方法。
背景技術(shù)：
楔橫軋是一種軸類零件成形新工藝，它的工作原理為兩個(gè)帶有楔形模具的輥式模具，以相同方向做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)圓形軋件反向旋轉(zhuǎn)，軋件在楔形孔型的作用下，軋制成形各種階梯軸。它的主要變形是徑向壓縮軸向延伸。該技術(shù)主要用于生產(chǎn)批量大的軸類零件，包括汽車、拖拉機(jī)、摩托車、內(nèi)燃機(jī)、五金工具、建筑機(jī)械等軸類零件。該技術(shù)具有高效、節(jié)材、低耗等特點(diǎn)，是節(jié)材節(jié)能的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)。凸輪軸廣泛應(yīng)用于火車、汽車、拖拉機(jī)、摩托車等交通運(yùn)輸機(jī)械工業(yè)，但傳統(tǒng)的楔橫軋工藝只能生產(chǎn)各種同心回轉(zhuǎn)體軸類零件，無法成形凸輪軸等非回轉(zhuǎn)體軸類零件。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)楔橫軋工藝的難題，實(shí)現(xiàn)了包括凸輪部分直接一次軋制成形的凸輪軸楔橫軋工藝生產(chǎn)，擴(kuò)大了楔橫軋技術(shù)的使用范圍，提高材料利用率，降低成本，實(shí)現(xiàn)了楔橫軋近凈軋制成形軋技術(shù)的使用范圍，提高材料利用率，降低成本，實(shí)現(xiàn)了楔橫軋近凈軋制成形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種凸輪軸的輥式楔橫軋成形方法，以高效率、低能耗、高節(jié)材率的塑性成形方法實(shí)現(xiàn)包括凸輪部分直接一次軋制成形的凸輪軸(毛坯)楔橫軋生產(chǎn)工藝(參見圖1)。
本發(fā)明的構(gòu)成為兩個(gè)帶有楔型模具的輥式模具做相同方向回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，加熱的金屬圓形棒料在模具斜楔側(cè)壁及頂面作用下做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)徑向壓縮、軸向延伸變形，逐漸成形包括凸輪在內(nèi)的凸輪軸。
凸輪成形過程分為楔入軋制成形、展寬軋制成形以及精整成形三個(gè)階段。與之對(duì)應(yīng)的模具楔分為楔入段、展寬段和精整段(參見圖2)。
成形凸輪軸段所對(duì)應(yīng)的模具楔工作面由模具成形面和模具輥型曲面(頂面)組成(參見圖2)。與傳統(tǒng)成形回轉(zhuǎn)體軸類零件方法不同，成形凸輪所對(duì)應(yīng)的模具頂面不是圓弧形輥型曲面，其輥型曲面是軋制過程中凸輪與模具頂面的相對(duì)共扼運(yùn)動(dòng)所確定的共扼包絡(luò)面。
設(shè)定凸輪方程為 則當(dāng)軋件軋制滾動(dòng)半徑rk為一定值時(shí)，其輥型曲面方程可寫為 式中 對(duì)于二輥式楔橫軋有上、下(或左、右)兩個(gè)模具構(gòu)成，式中γ＝0時(shí)上式為一個(gè)模具楔型的輥型曲面，γ＝π時(shí)上式為另一個(gè)模具楔型的輥型曲面。兩個(gè)模具楔頂面形狀一樣，但相位相差半個(gè)周期。
對(duì)于三輥式楔橫軋有三個(gè)模具構(gòu)成，式中γ＝0時(shí)上式為一個(gè)模具楔型的輥型曲面，γ＝2π/3、γ＝4π/3時(shí)上式為另兩個(gè)模具楔型的輥型曲面。三個(gè)模具楔頂面形狀一樣，但相位相差三分之一個(gè)周期。
模具成形面橫截?cái)嗝嫘螤钣卸喾N型式單成形角(參見圖3)、雙成形角(參見圖4)、多成形角、弧形成形面(參見圖5)等。對(duì)于單成形角、2～10個(gè)變化角度的成形角，其成形角度值α取值在16°～60°范圍內(nèi)；弧形成形面其切線與軸線夾角α取值在0°～90°范圍內(nèi)。展寬角β取值在1°～12°范圍內(nèi)，展寬角是指模具楔展開線與模具楔展開長(zhǎng)度方向的夾角，參見圖9所示。
本發(fā)明所述的凸輪軸的楔橫軋成形方法適用于二輥式楔橫軋或三輥式楔橫軋。
本發(fā)明所述的凸輪軸是指內(nèi)燃機(jī)凸輪軸，包括單缸和多缸凸輪軸，凸輪軸包含1～24個(gè)凸輪。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
與鍛造成形方式相比本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1)生產(chǎn)效率高3～10倍；2)工作載荷不到10％，使設(shè)備重量大幅度下降，模具壽命大幅度提高；3)成形零件精度高，沒有飛邊，節(jié)材率20％以上，可實(shí)現(xiàn)少無切削與零件精確成形；4)成形的零件纖維流線連續(xù)，并可實(shí)現(xiàn)形變處理，零件質(zhì)量好；5)工作時(shí)無沖擊少噪音，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)、屬于清潔生產(chǎn)等。
與傳統(tǒng)楔橫軋方法相比本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1)擴(kuò)大楔橫軋工藝應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)非回轉(zhuǎn)體的楔橫軋零件的生產(chǎn)；2)提高材料利用率。由于可以直接軋制出包括凸輪在內(nèi)的凸輪軸，軋件尺寸更接近最終產(chǎn)品尺寸，實(shí)現(xiàn)近凈成形；3)降低機(jī)械加工費(fèi)用。由于軋件尺寸更接近最終產(chǎn)品尺寸，機(jī)加工量顯著減少，甚至直接磨削即可，明顯降低機(jī)械加工費(fèi)用。
4)產(chǎn)品質(zhì)量好，由于凸輪軸是軋制成形，凸輪表層組織致密，纖維組織連續(xù)，故機(jī)械性能得到提高。


圖1為凸輪軸示意圖。
圖2為本發(fā)明的成形凸輪的輥式楔橫軋楔型圖，其中，1為模具楔輥型曲面，3為模具楔成形面。
圖3為本發(fā)明的單成形角示意圖。
圖4為本發(fā)明的多成形角示意圖。
圖5為本發(fā)明的弧形成形面示意圖。
圖6為本發(fā)明的示例凸輪輪廓圖。
圖7為本發(fā)明成形凸輪的模具輥型曲面輪廓圖，其中，2為凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡圖。
圖8為本發(fā)明成形的凸輪軸示例。
圖9為成形凸輪軸的輥式楔橫軋模具孔型展開圖。
具體實(shí)施例方式
圖9所示的是輥式楔橫軋成形示例凸輪軸(圖8)的模具孔型展開圖。坯料置于兩模具之間，模具運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)坯料旋轉(zhuǎn)，坯料在模具作用下，徑向壓縮軸向延伸，坯料逐漸成形為階梯軸。
成形凸輪的模具輥型曲面實(shí)例設(shè)凸輪方程為

其中r0＝12.12mm，r1＝16.16mm，r2＝4.04mm式中各參數(shù)意義參見圖6。
輥型曲面的具體計(jì)算結(jié)果如下表(輪廓圖參見圖7)

權(quán)利要求
1.一種凸輪軸的輥式楔橫軋精密成形方法，其特征在于兩個(gè)帶有楔型模具的輥式模具做同方向回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，加熱的金屬圓形棒料在模具成形面斜楔側(cè)壁及模具輥型曲面頂面作用下，實(shí)現(xiàn)連續(xù)徑向壓縮、軸向延伸變形，逐漸成形為包括凸輪在內(nèi)的凸輪軸；凸輪成形過程分為楔入軋制成形、展寬軋制成形以及精整成形三個(gè)階段，與之對(duì)應(yīng)的模具楔分為楔入段、展寬段和精整段；成形凸輪所對(duì)應(yīng)的模具輥型曲面，是軋制過程中凸輪與模具頂面所作相對(duì)共扼運(yùn)動(dòng)所確定的共扼包絡(luò)面；模具斜楔的成形角為單一固定角度的成形角，或由2～10個(gè)變化角度的成形角構(gòu)成，其成形角取值范圍為16°～60°，或?yàn)橐粋€(gè)切線角度連續(xù)變化的圓弧成形角構(gòu)成；模具斜楔的展寬角取值范圍為1°～12°，展寬角是指模具楔展開線與模具楔展開長(zhǎng)度方向的夾角。
2.按照權(quán)利1所述的方法，其特征在于所述的凸輪軸包含1～24個(gè)凸輪。
3.按照權(quán)利1所述的方法，其特征在于所述的凸輪軸的楔橫軋成形方法適用于二輥式楔橫軋或三輥式楔橫軋。
全文摘要
一種凸輪軸的輥式楔橫軋成形方法，屬于金屬塑性成形技術(shù)領(lǐng)域。成形方法為兩個(gè)帶有楔型模具的輥式模具做同方向回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，加熱的金屬圓形棒料在模具成形面斜楔側(cè)壁及模具輥型曲面頂面作用下，實(shí)現(xiàn)連續(xù)徑向壓縮、軸向延伸變形，逐漸成形為包括凸輪在內(nèi)的凸輪軸；凸輪成形過程分為楔入軋制成形、展寬軋制成形以及精整成形三個(gè)階段，與之對(duì)應(yīng)的模具楔分為楔入段、展寬段和精整段；成形凸輪所對(duì)應(yīng)的模具輥型曲面，是軋制過程中凸輪與模具頂面所作相對(duì)共扼運(yùn)動(dòng)所確定的共扼包絡(luò)面。優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)效率高，材料利用率高，生產(chǎn)成本低，尺寸精度高，產(chǎn)品質(zhì)量好，實(shí)現(xiàn)了凸輪軸的精密成形。
文檔編號(hào)B21B27/02GK1907587SQ20061011265
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2006年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月28日
發(fā)明者王寶雨, 胡正寰, 劉晉平, 楊翠蘋 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)