專利名稱：一種中高頻感應加熱與振動復合擠壓花鍵軸的裝置及工藝的制作方法
技術領域：
本發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擠壓花鍵軸的裝置及工藝。
背景技術：
花鍵聯接具有聯接強度高、結構緊湊、可靠性高、裝卸方便等優點，廣泛應用于機械系統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。花鍵聯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，對花鍵軸零件生產工藝的研究就顯得十分重要。擠壓工藝，作為一種重要的花鍵軸塑性成形工藝，具有材料利用率高、生產效率高、產品質量好、生產成本低等優點，其工藝過程如下利用夾具將花鍵軸坯料夾緊，軸向進給通過一個具有與花鍵軸齒形參數相同的內花鍵模具，從而沿軸向逐漸成形，最終完成花鍵軸的擠壓成形。通過有限元及實驗分析，在花鍵軸擠壓成形過程中，僅有坯料表層的金屬發生塑性變形，變形層厚度約為5mnT8mm,還料心部基本不發生塑性變形。中高頻感應加熱工藝，多數用于工業金屬零件表面淬火、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、提高成形質量的工藝過程。相對傳統金屬塑性成形工藝，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、產品質量高等優點。并且科學研究表明，不同金屬在某個變形溫度區間內存在變形抗力對應變速率以及振動頻率敏感的現象，引起變形抗力明顯下降，金屬塑性明顯提高。但目前花鍵軸的擠壓工藝通常在室溫下進行，屬于冷成形加工，且傳統花鍵軸材料40Cr、35CrMo鋼已被具有更高機械性能的42CrMo鋼所取代，因而造成常溫下擠壓成形載荷大，金屬材料流動能力差，花鍵軸齒形角隅填充質量差，且擠壓成形后需進行調質處理，工藝步驟復雜。
發明內容
為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種中高頻感應加熱與振動復合擠壓花鍵軸的裝置及工藝，解決了傳統擠壓工藝中成形載荷大、齒形角隅填充質量差、工藝步驟復雜等問題，同時還具有成形載荷小、變形均勻、齒形角隅填充質量高、表面質量好、工藝步驟簡單、節省能源、加工范圍廣等優點。為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為一種中高頻感應加熱與振動復合擠壓花鍵軸的裝置，包括振動器I和中高頻感應加熱器4，振動器I左端與夾具2聯接，夾具2對坯料3的夾持段I進行夾緊，實現振動器I對坯料3施加軸向振動，中高頻感應加熱器4和擠壓模具5布局在坯料3進給方向的前方，坯料3從中高頻感應加熱器4的內腔中穿過，由中高頻感應加熱器4作用，在坯料3花鍵齒形段II表面金屬產生感應電流，進行快速加熱。一種中高頻感應加熱與振動復合擠壓花鍵軸的工藝，包括以下步驟a)、裝夾坯料3，坯料3由夾具2對其夾持段I進行夾緊，保證坯料3的軸線與擠壓模具5的軸線對齊；b)、夾具2帶動坯料3沿坯料進給方向送進，進給速度為l(T50mm/sec，直至坯料3上花鍵齒形段II完全進入中高頻感應加熱器4的內腔；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)、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 ；e)、通過擠壓模具5的作用，坯料3的花鍵齒形段II表面金屬發生塑性變形，成形花鍵軸；f)、花鍵軸完全成形后，振動器I停止工作，坯料3由夾具2夾緊同時反向退出，將坯料3取下進行快速淬火處理，完畢。本發明具有以下優點1、在花鍵軸坯料進行擠壓前，對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；同時根據花鍵軸擠壓工藝中僅有坯料表面金屬發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，節省能源、加熱效率高。2、在坯料送進系統中軸向串入振動器，實現了在花鍵軸擠壓成形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，成形均勻，改善了坯料與模具間的摩擦狀況，使得成形載荷更小，表面質量更高。
圖1為本發明的裝置結構示意圖。圖2為本發明的坯料3示意圖。圖3為本發明的中高頻感應加熱器4正面示意圖。圖4為本發明擠壓后花鍵軸示意圖。圖5為本發明擠壓后花鍵軸局部示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明做詳細描述。參照圖1，一種中高頻感應加熱與振動復合擠壓花鍵軸的裝置，包括振動器I和中高頻感應加熱器4，振動器I左端與夾具2聯接，夾具2對坯料3的夾持段I進行夾緊，實現振動器I對坯料3施加軸向振動，中高頻感應加熱器4和擠壓模具5布局在坯料3進給方向的前方，參照圖2，坯料3從中高頻感應加熱器4的內腔中穿過，由中高頻感應加熱器4作用，在坯料3花鍵齒形段II表面金屬產生感應電流，進行快速加熱。一種中高頻感應加熱與振動復合擠壓花鍵軸的工藝，包括以下步驟
a)、參照圖1、圖2，裝夾坯料3，坯料3由夾具2對其夾持段I進行夾緊，保證坯料3的軸線與擠壓模具5的軸線對齊；b)、參照圖1、圖3，夾具2帶動坯料3沿坯料進給方向送進，進給速度為10-50mm/sec，直至坯料3上花鍵齒形段II完全進入中高頻感應加熱器4的內腔；c )、參照圖3，由中高頻感應加熱器4作用，在坯料3花鍵齒形段II表面產生感應電流，從而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)、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10Hz 40Hz,振幅為0.5mm-1.0mm ；e)、參照圖1、圖4和圖5，通過擠壓模具5的作用，坯料3的花鍵齒形段II表面金屬發生塑性變形，成形花鍵軸；f)、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夾緊同時反向退出，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擠壓花鍵軸的裝置，包括振動器(I)和中高頻感應加熱器(4)，振動器(I)左端與夾具(2)聯接，夾具(2)對坯料(3)的夾持段(I )進行夾緊，實現振動器(I)對坯料(3 )施加軸向振動，中高頻感應加熱器(4 )和擠壓模具(5 )布局在坯料(3)進給方向的前方，坯料(3)從中高頻感應加熱器(4)的內腔中穿過，由中高頻感應加熱器(4 )作用，在坯料(3 )花鍵齒形段(II )表面金屬產生感應電流，進行快速加熱。
2.根據權利要求1所述的一種中高頻感應加熱與振動復合擠壓花鍵軸的裝置，其特征在于，擠壓工藝包括以下步驟a)、裝夾坯料(3)，坯料(3)由夾具(2)對其夾持段(I)進行夾緊，保證坯料(3)的軸線與擠壓模具(5)的軸線對齊；b)、夾具(2)帶動坯料(3)沿坯料進給方向送進，進給速度為l(T50mm/sec，直至坯料(3 )上花鍵齒形段(II)完全進入中高頻感應加熱器(4 )的內腔；C)、由中高頻感應加熱器(4)作用，在坯料(3)上花鍵齒形段(II)表面金屬產生感應電流，從而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)、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 ；e)、通過擠壓模具(5)的作用，坯料(3)的花鍵齒形段(II)表面金屬發生塑性變形，成形花鍵軸；f)、花鍵軸完全成形后，振動器(I)停止工作，坯料(3)由夾具(2)夾緊同時反向退出，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擠壓花鍵軸的裝置及工藝，裝置包括振動器，中高頻感應加熱器，振動器通過夾具與坯料軸向串聯，中高頻感應加熱器和擠壓模具布局在坯料進給方向的前方；擠壓工藝是先裝夾坯料，夾具帶動坯料沿進給方向運動至坯料花鍵齒形段完全進入中高頻感應加熱器的內腔，對坯料上花鍵齒形段表面金屬進行快速加熱至預設溫度，坯料繼續送進，同時振動器對坯料施加軸向振動，通過擠壓模具的作用完成花鍵軸擠壓成形，坯料反向退出，進行快速淬火處理，本發明具有成形載荷小、耗能低、效率高、成形質量好、加工范圍廣等優點。
文檔編號B21C23/00GK103028624SQ201210532840
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月11日 優先權日2012年12月11日
發明者趙升噸, 李泳嶧, 范淑琴 申請人:西安交通大學