專利名稱：凸輪軸的板式楔橫軋精密成形方法
技術領域：
本發(fā)明屬于金屬塑性成形技術領域，特別提供了一種凸輪軸的板式楔橫軋成形方法。
背景技術：
楔橫軋是一種軸類零件成形新工藝，它的工作原理為兩個帶有楔形模具的板式模具，以相反方向移動，帶動圓形軋件反向旋轉，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。該技術主要用于生產批量大的軸類零件，包括汽車、拖拉機、摩托車、內燃機、五金工具、建筑機械等軸類零件。該技術具有高效、節(jié)材、低耗等特點，是節(jié)材節(jié)能的先進生產技術。凸輪軸廣泛應用于火車、汽車、拖拉機、摩托車等交通運輸機械工業(yè)，但傳統(tǒng)的楔橫軋工藝只能生產各種同心回轉體軸類零件，無法成形凸輪軸等非回轉體軸類零件。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)楔橫軋工藝的難題，實現(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，擴大了楔橫軋技術的使用范圍，提高材料利用率，降低成本，實現(xiàn)了楔橫軋近凈軋制成形軋技術的使用范圍，提高材料利用率，降低成本，實現(xiàn)了楔橫軋近凈軋制成形。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種凸輪軸的板式楔橫軋成形方法，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)楔橫軋生產工藝(參見圖1)。
本發(fā)明的構成為兩個帶有楔型模具的板式模具做相向移動運動，加熱的金屬圓形棒料在模具斜楔側壁及頂面作用下做回轉運動，實現(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階段。與之對應的模具楔分為楔入段、展寬段和精整段(參見圖2)。
成形凸輪軸段所對應的模具楔工作面由模具成形面和模具板型曲面(頂面)組成(參見圖2)。與傳統(tǒng)成形回轉體軸類零件方法不同，成形凸輪所對應的模具頂面不是平面，其板型曲面是軋制過程中凸輪與模具頂面的相對共扼運動所確定的共扼包絡面。
設定凸輪方程為 則當軋件軋制滾動半徑rk為一定值時，其板型曲面方程可寫為 式中 其中γ＝0和γ＝π。
板式楔橫軋有上、下(或左、右)兩個模具構成，式中γ＝0時上式為一個模具的板型曲面，γ＝π時上式為另一個模具的板型曲面。兩個模具頂面形狀一樣，但相位相差半個周期。
模具成形面橫截斷面形狀有多種型式單成形角(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。對于單成形角、2～10個變化角度成形角，其成形角度值α取值在16°～60°范圍內；弧形成形面其切線與軸線夾角α取值在0°～90°范圍內。展寬角β取值在1°～12°范圍內，展寬角是指模具楔展開線與模具楔展開長度方向的夾角，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板式楔橫軋或鏈板式楔橫軋。
本發(fā)明所述的凸輪軸的楔橫軋成形方法中所指的凸輪軸可以包含有1～24個凸輪軸徑段。
本發(fā)明所述的凸輪軸是指內燃機凸輪軸，包括單缸和多缸凸輪軸，凸輪軸包含1～24個凸輪。
本發(fā)明的優(yōu)點在于與鍛造成形方式相比本發(fā)明具有如下優(yōu)點
1)生產效率高3～10倍；2)工作載荷不到10％，使設備重量大幅度下降，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)，并可實現(xiàn)形變處理，零件質量好；5)工作時無沖擊少噪音，易于實現(xiàn)自動化生產、屬于清潔生產等。
與傳統(tǒng)楔橫軋方法相比本發(fā)明具有如下優(yōu)點1)擴大楔橫軋工藝應用范圍，實現(xiàn)非回轉體的楔橫軋零件的生產；2)提高材料利用率。由于可以直接軋制出包括凸輪在內的凸輪軸，軋件尺寸更接近最終產品尺寸，實現(xiàn)近凈成形；3)降低機械加工費用。由于軋件尺寸更接近最終產品尺寸，機加工量顯著減少，甚至直接磨削即可，明顯降低機械加工費用。
4)產品質量好，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)，故機械性能得到提高。


圖1為本發(fā)明的凸輪軸示意圖。
圖2為本發(fā)明的成形凸輪的板式楔橫軋楔型示意圖，其中，模具楔成形面1、模具楔板型曲面2。
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)明的示例凸輪輪廓示意圖。
圖7為本發(fā)明成形凸輪的模具板型曲面輪廓圖，其中凸輪的運動軌跡3。
圖8為本發(fā)明的成形凸輪軸示意圖。
圖9為本發(fā)明的成形凸輪軸的板式楔橫軋模具孔型示意圖。
具體實施例方式
圖9所示的是板式楔橫軋成形示例凸輪軸(圖8)的模具孔型圖之一。坯料置于兩模具之間，模具運動帶動坯料旋轉，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。
成形凸輪的模具板型曲面實例設凸輪方程為

其中r0＝15mm，r1＝20mm，r2＝5mm式中各參數(shù)意義參見圖6。
板型曲面的具體計算結果如下表(輪廓圖參見圖7)

權利要求
1.一種凸輪軸的板式楔橫軋精密成形方法，其特征在于兩個帶有楔型模具的板式模具做相向移動運動，加熱的金屬圓形棒料在模具成形面斜楔側壁及模具板型曲面頂面作用下，實現(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的凸輪軸；凸輪成形過程分為楔入軋制成形、展寬軋制成形、精整成形三個階段，與之對應的模具楔分為楔入段、展寬段和精整段；成形凸輪軸段所對應的模具楔工作面由模具成形面和模具板型曲面頂面組成，成形凸輪所對應的模具板型曲面，是軋制過程中凸輪與模具頂面所作相對共扼運動所確定的共扼包絡面；模具斜楔的成形角為單一固定角度的成形角，或由2～10個變化角度的成形角構成，其成形角度值α取值為16°～60°；或為一個切線角度連續(xù)變化的圓弧成形角構成，弧形成形面其切線與軸線夾角α取值在0°～90°范圍內；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度方向的夾角。
2.按照權利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板式楔橫軋或鏈板式楔橫軋。
3.按照權利1所述的方法，其特征在于所述的凸輪軸包含1～24個凸輪。
全文摘要
一種凸輪軸的板式楔橫軋成形方法，屬于金屬塑性成形技術領域。成形方法為兩個帶有楔型模具的板式模具做相向移動運動，加熱的金屬圓形棒料在模具成形面斜楔側壁及模具板型曲面頂面作用下，實現(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的凸輪軸；凸輪成形過程分為楔入軋制成形、展寬軋制成形、精整成形三個階段，與之對應的模具楔分為楔入段、展寬段和精整段；成形凸輪所對應的模具板型曲面，是軋制過程中凸輪與模具頂面所作相對共扼運動所確定的共扼包絡面；模具成形面橫截斷面形狀有多種型式。優(yōu)點在于生產效率高，材料利用率高，生產成本低，尺寸精度高，產品質量好，實現(xiàn)了凸輪軸的精密成形。
文檔編號B21B27/02GK1907586SQ200610112649
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月28日 優(yōu)先權日2006年8月28日
發(fā)明者王寶雨, 胡正寰, 張康生, 何濤 申請人:北京科技大學