[发明专利]一种中高频感应加热与振动复合挤压花键轴的装置及工艺

说明书

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与振动复合挤压花键轴的装置及工艺。

背景技术

花键联接具有联接强度高、结构紧凑、可靠性高、装卸方便等优点，广泛应用于机械系统中传递轴与轴之间的运动和扭矩，例如航天航空、汽车、拖拉机、船舶、机床、工程机械等。花键联接的广泛应用对花键轴零件的需求量及使用性能提出了更高的要求，因此，对花键轴零件生产工艺的研究就显得十分重要。

挤压工艺，作为一种重要的花键轴塑性成形工艺，具有材料利用率高、生产效率高、产品质量好、生产成本低等优点，其工艺过程如下：利用夹具将花键轴坯料夹紧，轴向进给通过一个具有与花键轴齿形参数相同的内花键模具，从而沿轴向逐渐成形，最终完成花键轴的挤压成形。通过有限元及实验分析，在花键轴挤压成形过程中，仅有坯料表层的金属发生塑性变形，变形层厚度约为5mm~8mm，坯料心部基本不发生塑性变形。

中高频感应加热工艺，多数用于工业金属零件表面淬火、金属熔炼、棒料透热等多个领域，是使零件表面产生一定的感应电流，迅速加热零件表面，达到表面迅速加热，而心部温升较小的效果。

振动辅助金属塑性成形工艺，是指在传统金属塑性成形工艺中，施加辅助振动，以获得改善工艺效果、提高成形质量的工艺过程。相对传统金属塑性成形工艺，振动辅助金属塑性工艺具有成形载荷小、金属流动性好、摩擦力小、金属塑性成形能力高、产品质量高等优点。并且科学研究表明，不同金属在某个变形温度区间内存在变形抗力对应变速率以及振动频率敏感的现象，引起变形抗力明显下降，金属塑性明显提高。

但目前花键轴的挤压工艺通常在室温下进行，属于冷成形加工，且传统花键轴材料40Cr、35CrMo钢已被具有更高机械性能的42CrMo钢所取代，因而造成常温下挤压成形载荷大，金属材料流动能力差，花键轴齿形角隅填充质量差，且挤压成形后需进行调质处理，工艺步骤复杂。

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与振动复合挤压花键轴的装置及工艺，解决了传统挤压工艺中成形载荷大、齿形角隅填充质量差、工艺步骤复杂等问题，同时还具有成形载荷小、变形均匀、齿形角隅填充质量高、表面质量好、工艺步骤简单、节省能源、加工范围广等优点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种中高频感应加热与振动复合挤压花键轴的装置，包括振动器1和中高频感应加热器4，振动器1左端与夹具2联接，夹具2对坯料3的夹持段Ⅰ进行夹紧，实现振动器1对坯料3施加轴向振动，中高频感应加热器4和挤压模具5布局在坯料3进给方向的前方，坯料3从中高频感应加热器4的内腔中穿过，由中高频感应加热器4作用，在坯料3花键齿形段Ⅱ表面金属产生感应电流，进行快速加热。

一种中高频感应加热与振动复合挤压花键轴的工艺，包括以下步骤：

a）、装夹坯料3，坯料3由夹具2对其夹持段Ⅰ进行夹紧，保证坯料3的轴线与挤压模具5的轴线对齐；

b）、夹具2带动坯料3沿坯料进给方向送进，进给速度为10~50mm/sec，直至坯料3上花键齿形段Ⅱ完全进入中高频感应加热器4的内腔；

c）、由中高频感应加热器4对坯料3花键齿形段Ⅱ表面金属进行快速加热至预设温度，加热时间为5sec~15sec，加热温度为400℃~600℃；

d）、坯料3再次沿坯料进给方向送进，同时振动器1开始工作，对坯料3施加轴向振动，振动频率为10Hz~40Hz，振幅为0.5mm~1.0mm；

e）、通过挤压模具5的作用，坯料3的花键齿形段Ⅱ表面金属发生塑性变形，成形花键轴；

f）、花键轴完全成形后，振动器1停止工作，坯料3由夹具2夹紧同时反向退出，将坯料3取下进行快速淬火处理，完毕。

本发明具有以下优点：

1、在花键轴坯料进行挤压前，对表面金属进行快速中高频感应加热，提高了金属材料的塑性，降低了成形载荷、扩大了加工范围；同时根据花键轴挤压工艺中仅有坯料表面金属发生塑性变形的特点确定加热厚度，从而进一步确定加热时间及加热温度，避免对坯料的整体加热，节省能源、加热效率高。

2、在坯料送进系统中轴向串入振动器，实现了在花键轴挤压成形过程中一定变形温度下对坯料施加轴向振动，降低了金属的变形抗力，成形均匀，改善了坯料与模具间的摩擦状况，使得成形载荷更小，表面质量更高。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图。

图2为本发明的坯料3示意图。