CN102814436B - 一种中高频感应加热轴向进给滚轧成形螺纹件的方法 - Google Patents

Abstract

一种中高频感应加热轴向进给滚轧成形螺纹件的方法，先装夹工件，对工件上成形螺纹段端部区域表面进行加热，滚轧成形模具对先加热段进行滚轧成形，滚轧成形模具表面螺纹升角同被滚轧零件的螺纹件螺纹升角不同，滚轧成形工件轴向进给，轴向进给滚轧成形开始后，轴向进给运动下进入中高频感应加热器的成形区域连续加热，由滚轧模具完成工件上螺纹的滚轧成形，中高频感应加热器在滚轧成形模具和工件装夹位置之间，中高频感应加热器仅对即将开始滚轧变形的部分成形区域内将发生塑性变形的表面局部区域加热，本发明具有螺纹成形力小、热量损失少、节省能源等优点。

Description

一种中高频感应加热轴向进给滚轧成形螺纹件的方法

技术领域

本发明属于先进材料成形技术领域，具体涉及一种中高频感应加热轴向进给滚轧成形螺纹件的方法。

背景技术

螺纹件是机械制造业中关键的联接以及传动零件，在航天机械、机床、仪器仪表，汽车以及各种车辆应用非常广泛。通常，需要加工螺纹的零件占整机零件数量的60%以上。

螺纹零件的加工，普遍存在劳动强度大、生产效率低、成本高和产品精度低等问题。随着航空、航天、汽车及机械工业的迅速发展，各类螺纹零件的需求量日益增加，不断出现在高速、大负荷、动载条件下工作的需求，这对螺纹件的强度、精度提出了更高的要求。传统的切削加工方法不仅效率低，而且由于切断金属纤维，降低了零件的质量，难以适用这种需要。螺纹滚轧加工方法是一种优质、高效、低成本的先进的无屑工艺方法，对高生产效率以及高机械性能要求的精密螺纹零件，显示出极大的优越性。然而目前的螺纹冷滚轧方法对成形材料硬度和延伸率有严格的要求，难以成形材料硬度大于HRC37、延伸率小于8%的螺纹件；对于材料延伸率在8%~12%之间的材料，难以成滚轧成形高质量的螺纹件。并且对于室温下变形抗力大的材料，其螺纹冷滚轧成形过程不仅成形载荷大、材料流动困难，而且成形设备传动系统和整体刚度也面临极大的挑战。

温成形集中了冷成形和热成形工艺的优点，不仅可有效降低变形抗力、降低材料硬度，提高金属材料塑性成形能力；并且避免了热成形能耗大，易产生过热、氧化、脱碳，以及加工余量大等缺点；能够获得较好的产品表面质量和较高的尺寸精度。目前，由于温成形的诸多优点，众多学者对该工艺开展了广泛的研究，应用到很多生产场合并取得了满意的效果，例如温拉深成形、温挤压成形、温锻精密成形等，但还没有将温成形技术应用于轴向进给滚轧成形螺纹件的塑性加工工艺中。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种中高频感应加热轴向进给滚轧成形螺纹件的方法，螺纹件成形载荷小，材料流动性能好，能够加工材料变形抗力大、硬度大和细长轴类螺纹件，具有成形精度和表面质量高、生产效率高、加工范围广、通用性强的优点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种中高频感应加热轴向进给滚轧成形螺纹件的方法，包括如下步骤：

步骤1，装夹工件2，工件2由前顶尖1及后顶尖3夹紧，使工件2的轴线同两个滚轧模具5的轴线在同一水平面上，两个滚轧模具5轴线平行，对称分布在工件2两侧；

步骤2，工件2上成形螺纹段端部区域表面局部加热，具体为：

2.1、工件2向滚轧模具5方向进给，工件2上成形螺纹段进入中高频感应加热器4内，中高频感应加热器4配置在滚轧模具5和工件2装夹位置之间，工件2上成形螺纹段靠近滚轧模具5一端同中高频感应加热器4靠近滚轧模具5一端对齐，

加热区域长度为中高频感应加热器4加热段a的长度为L_a，中高频感应加热器4靠近滚轧模具5一端同相邻的滚轧模具5端面之间空隙段b的长度为L_b，滚轧模具5滚轧螺纹段c的长度为L_c，长度L_aL_b和L_c满足公式L_a＝L_b<L_c（1）；

2.2、中高频感应加热器4开始工作，工件2上成形螺纹段在加热段a内的表面加热层深度Δ应满足公式 $\mathrm{\&Delta;}=\frac{d_Z-d_1+(1.5~2.5)(d-d_1)}{2};$

式中：d_z为坯料螺纹区域滚轧前坯料直径；d₁为成形螺纹小径；d为成形螺纹大径；

2.3、加热段a内工件的表面加热层深度Δ内的温度达到预定的成形温度T，其加热时间为t，

成形温度T是在变形材料蓝脆区温度以上，充分进行再结晶的温度以下的温成形温度；或是在充分进行再结晶的温度以上的热成形温度；加热时间t依据锻造生产中采用电磁感应加热时确定最短加热时间的方法确定，其中加热段a内工件中心温度和表面层温度差ΔT在200℃~（T-50℃）范围内选择；

步骤3，工件2已加热段进入中高频感应加热器4和滚轧模具5之间空隙段b，

工件2已加热段靠近滚轧模具5一端同滚轧模具5端面对齐；

步骤4，连续的中高频感应加热和轴向进给，由滚轧模具5完成工件2上螺纹的滚轧成形，

当工件2上成形螺纹段全部脱离中高频感应加热器4后，中高频感应加热器4停止工作；两个滚轧模具5同步同向转动，两个滚轧模具5同时作径向进给，当滚轧模具5完成径向总进给量S时，滚轧模具5停止径向进给，仅作旋转运动；

加热段a内的表面加热层深度Δ应满足公式工件2轴向进给速度v_a应满足公式 $v_a=\frac{\mathrm{\&Delta;L}}{t};$

式中：ΔL为工件2每转轴向进给量，ΔL由滚轧模具5表面的螺纹升角和被成形螺纹件的螺纹升角的差值以及滚轧模具5转速确定，滚轧模具5径向进给速度υ_r应满足公式

步骤5，工件2由前顶尖1及后顶尖3夹紧同时反向退出，卸料。

本发明将中高频感应加热与轴向进给滚轧成形螺纹有机结合，实现轴向进给滚轧成形高强度、高硬度材料的长螺纹件；中高频感应加热器在滚轧成形模具和工件装夹位置之间，仅对即将开始滚轧变形的部分成形区域进行加热；滚轧成形模具表面螺纹升角同被滚轧零件的螺纹件螺纹升角不同，滚轧成形工件轴向进给；工件轴向进给运动下，进入中高频感应加热器的成形区域连续加热；中高频感应加热器仅对将发生塑性变形的表面局部区域加热；减少热量损失，节省能源；可降低材料变形抗力，提高金属塑性变形能力；可加工材料变形抗力大、硬度大和细长轴类螺纹件。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明所用装置连接示意图。

图3为本发明的中高频感应加热器和滚轧模具区域的前视图。

图4为本发明的工件2和滚轧模具5布局及运动示意。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。

实施例

本实施例采用工件2的材料为42CrMo高强度钢，室温25°C下的屈服强度为1320MPa，抗拉强度为1510MPa。

参照图1，一种中高频感应加热轴向进给滚轧成形螺纹件的方法，包括如下步骤：

步骤1，装夹工件2，工件2由前顶尖1及后顶尖3夹紧，使工件2的轴线同两个滚轧模具5的轴线在同一水平面上，两个滚轧模具5轴线平行，对称分布在工件2两侧；

步骤2，工件2上成形螺纹段端部区域表面局部加热，具体为：

2.1、工件2向滚轧模具5方向进给，工件2上成形螺纹段进入中高频感应加热器4内，参照图2，中高频感应加热器4配置在滚轧模具5和工件2装夹位置之间，工件2上成形螺纹段靠近滚轧模具5一端同中高频感应加热器4靠近滚轧模具5一端对齐，

参照图3，加热区域长度为中高频感应加热器4加热段a的长度为L_a，中高频感应加热器4靠近滚轧模具5一端同相邻的滚轧模具5端面之间空隙段b的长度为L_b，滚轧模具5滚轧螺纹段c的长度为L_c，长度L_a、L_b和L_c满足公式L_a＝L_b<L_c；

2.2、中高频感应加热器开始工作；工件上成形螺纹段在加热段a内的表面加热层深度Δ应满足公式

式中：d_Z，坯料螺纹区域滚轧前坯料直径；d₁，成形螺纹小径；d，成形螺纹大径；

2.3、加热段a内工件的表面加热层深度Δ内的温度达到预定的成形温度T，其加热时间为t，

成形温度T是在变形材料蓝脆区温度以上，充分进行再结晶的温度以下的温成形温度，具体为700℃；加热时间t依据锻造生产中采用电磁感应加热时确定最短加热时间的方法确定，其中加热段a内工件中心温度和表面层温度差ΔT在200℃~650℃范围内选择；

步骤3，工件2已加热段进入中高频感应加热器4和滚轧模具5之间空隙段b，

工件2已加热段靠近滚轧模具5一端同滚轧模具5端面对齐；

步骤4，连续的中高频感应加热和轴向进给，由滚轧模具5完成工件2上螺纹的滚轧成形，

当工件2上成形螺纹段全部脱离中高频感应加热器4后，中高频感应加热器4停止工作；两个滚轧模具5同步同向转动，两个滚轧模具5同时作径向进给，参照图4，当滚轧模具5完成径向总进给量S时，滚轧模具5停止径向进给，仅作旋转运动；

加热段a内的表面加热层深度Δ应满足公式

工件2轴向进给速度v_a应满足公式 $v_a=\frac{\mathrm{\&Delta;L}}{t};$

式中：ΔL为工件2每转轴向进给量，ΔL由滚轧模具5表面的螺纹升角和被成形螺纹件的螺纹升角的差值以及滚轧模具5转速确定，滚轧模具5径向进给速度υ_r应满足公式

步骤5，工件2由前顶尖1及后顶尖3夹紧同时反向退出，卸料。

Claims (1)

1.一种中高频感应加热轴向进给滚轧成形螺纹件的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，装夹工件（2），工件（2）由前顶尖（1）及后顶尖（3）夹紧，使工件（2）的轴线同两个滚轧模具（5）的轴线在同一水平面上，两个滚轧模具（5）轴线平行，对称分布在工件（2）两侧；

步骤2，工件（2）上成形螺纹段端部区域表面局部加热，具体为：

2.1、工件（2）向滚轧模具（5）方向进给，工件（2）上成形螺纹段进入中高频感应加热器（4）内，中高频感应加热器（4）配置在滚轧模具（5）和工件（2）装夹位置之间，工件（2）上成形螺纹段靠近滚轧模具（5）一端同中高频感应加热器（4）靠近滚轧模具（5）一端对齐，

加热区域长度为中高频感应加热器（4）加热段a的长度为L_a，中高频感应加热器（4）靠近滚轧模具（5）一端同相邻的滚轧模具（5）端面之间空隙段b的长度为L_b，滚轧模具（5）滚轧螺纹段c的长度为L_c，长度L_a、L_b和L_c满足公式L_a=L_b<L_c；

2.2、中高频感应加热器（4）开始工作，工件（2）上成形螺纹段在加热段a内的表面加热层深度Δ应满足公式 $\mathrm{\&Delta;}=\frac{d_z-d_1+(1.5~2.5)(d-d_1)}{2};$

式中：d_Z为坯料螺纹区域滚轧前坯料直径；d₁为成形螺纹小径；d为成形螺纹大径；

2.3、加热段a内工件的表面加热层深度Δ内的温度达到预定的成形温度T，其加热时间为t，

成形温度T是在变形材料蓝脆区温度以上，充分进行再结晶的温度以下的温成形温度；或是在充分进行再结晶的温度以上的热成形温度；加热时间t依据锻造生产中采用电磁感应加热时确定最短加热时间的方法确定，其中加热段a内工件中心温度和表面层温度差ΔT在200℃～（T-50℃）范围内选择；

步骤3，工件（2）已加热段进入中高频感应加热器（4）和滚轧模具（5）之间空隙段b，

工件（2）已加热段靠近滚轧模具（5）一端同滚轧模具（5）端面对齐；

步骤4，连续的中高频感应加热和轴向进给，由滚轧模具（5）完成工件（2）上螺纹的滚轧成形，

当工件（2）上成形螺纹段全部脱离中高频感应加热器（4）后，中高频感应加热器（4）停止工作；两个滚轧模具（5）同步同向转动，两个滚轧模具（5）同时作径向进给，当滚轧模具（5）完成径向总进给量S时，滚轧模具（5）停止径向进给，仅作旋转运动；

加热段a内的表面加热层深度Δ应满足公式

工件（2）轴向进给速度v_a应满足公式 $v_a=\frac{\mathrm{\&Delta;L}}{t};$

式中：ΔL为工件（2）每转轴向进给量，ΔL由滚轧模具（5）表面的螺纹升角和被成形螺纹件的螺纹升角的差值以及滚轧模具（5）转速确定，

滚轧模具（5）径向进给速度v_r应满足公式

步骤5，工件（2）由前顶尖（1）及后顶尖（3）夹紧同时反向退出，卸料。

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