專利名稱：多功能臥式輾環機的制作方法
技術領域：
本發明多功能臥式輾環機涉及一種大型旋轉鍛造設備，是普通臥式輾環機的發展，既能用于輾擴比(輾后工件內徑與輾前工件內徑之比)較大的普通大型環件、又能用于輾擴比很小且形狀復雜的大型環件的成形。屬機械設計領域。
背景技術：
輾環機(擴孔機)是一種歷史長久的旋轉鍛造設備，按照環件軋制設備結構特點分類，可分為立式輾環機和臥式輾環機兩類，前者適用于中、小型環件，后者適用于大型和特大型環件的制造。它們問世幾十年耒，廣泛應用于軸承內外環、輪圈、鐵路輪箍、汽輪機、 飛機發動機、航天設備等環件的塑性成形，立式輾環機是由電動機驅動旋轉的主輾壓輪， 在下行施壓的過程中與被動帶轉的芯輥形成一對軋輥，對套在芯輥上的環件毛坯進行周而復始的循環軋制，環件內外徑擴大、壁厚減薄而逐步成形，它適用于斷面較簡單的環件， 對形狀復雜且輾擴比又小的環件(尤其是外形有深凹槽的環件，如雙邊法蘭、雙聯齒輪和雙邊支重輪、各類球閥的連接體等)普通立式輾環機無能為力，多功能輾環機(專利號 ZL200810203822. 4)就是應這種需求而出現，它在環件內徑擴大到外周與三個輾壓輪都接觸到后，繼續施壓，三個輾壓輪在限制環件內徑擴大的同時，對環件外周表層的金屬進行旋轉反擠壓，使其充滿模具型腔，可使輾擴比很小且外形復雜的環件成形。為方便裝卸工件， 兩側的副輾壓輪需借助油缸推動的杠桿繞支點轉動而進入或離開工作位置。多功能輾壓機雖成功地用于生產這類特殊環件，擴大了普通立式輾環機的功能，能使普通立式輾環機無法完成的環件成形，但尚未應用到主輾壓輪原地旋轉、芯輥徑向進給施壓的臥式輾環機上， 目前在大、中型復雜斷面的環件的制造中尚未取得突破，只能成形為簡單斷面的環件，再用金屬切削的手段進一步成形，耗費了大量的金屬和機加工費用。

發明內容
本發明多功能臥式輾環機目的是提供一種新型臥式輾環機，它除具備普通臥式輾環機的全部功能外，還能對環件實施旋轉反擠壓，適用環件尺寸范圍大、不同輾壓比和形狀復雜的大、中型環件。多功能臥式輾環機保留了普通臥式輾環機的床身、主輾壓輪2、芯輥5、導向輥(抱輥)7及定心機構、芯輥支承架(附圖中未表示)、檢測機構16和軸向軋制機構(附圖中未表示)等主要結構，在放置環件6的工作臺面上、芯輥5運動中心線的兩側、導向輥7的對側，增設了對稱布置的兩個副輾壓輪15，它們由油缸18借助杠桿14推動或直接由油缸24 推動。采用杠桿方式時，兩個對稱設置的杠桿14上各安放著一個結構相同的副輾壓輪15， 杠桿14的一端與固定在床身上的杠桿鉸軸10相連，另一端和能實施徑向進給施壓的耳環式油缸18的活塞桿相連，油缸18的缸體尾部的耳環則與床身上鉸軸19相連，油缸18推動杠桿14皆同安裝在其上的副輾壓輪15繞杠桿鉸軸10轉動，以大弧線的軌跡、且以受力較合理的角度進入或離開工作位置，副輾壓輪15的進給終點位置借助杠桿14上的凸塊11及其一側的固定在床身上的螺母12和調整螺桿13來設定或調整。操控油缸18運動的三位四通換向閥21的一個出口通過液控單向閥20與油缸18 的大腔相通，另一個出口通到油缸18的小腔并與液控單向閥20的控制口相連。操控換向閥21，壓力油正向頂開液控單向閥20進入油缸18的大腔，活塞桿推動副輾壓輪15徑向進給施壓，直至杠桿的凸塊11觸到調整螺桿13時為止，換向閥21換向后，壓力油通到油缸18 的小腔及液控單向閥20的控制口，反向打開液控單向閥20使油缸大腔的油回流，油缸18 的活塞桿帶動副輾壓輪15后退，直至油缸終位。換向閥處于中位時，油缸18則被鎖定之。多功能臥式輾環機工作機理如下(I)當作普通臥式輾環機時，將兩副輾壓輪后退至非工作位置(或將兩副輾壓輪機構拆除)，按普通臥式輾環機的程序操作，環坯6套在芯輥5上后，落下芯輥支承架，芯輥油缸17推動芯輥5，使環坯6與原地轉動的主輾壓輪2接觸，并被摩擦力帶轉，兩導向輥7 也與環件6的外周接觸，以穩定輾環過程、防止跳動，軸向輾壓裝置接近環件并與環件6的上、下側面接觸。輾環過程開始，當環件6的外徑擴大碰到檢測機構觸頭16時，芯輥5仃止進給，并在后退過程中松開支承架，導向輥和軸向輾壓輥退出，取下環件6，輾環工序完成。(2)當加工擴孔比比較小且形狀復雜(特別是有深凹槽)的大型環件，普通臥式輾環機對此無能為力，此時，多功能臥式輾環機因其兼備了旋轉反擠壓成形的功能，能方便地成形。其工作過程如下用兩側油缸18將左、右兩個副輾壓輪15送至鍛成品尺寸的工作位置，調整兩側的調整螺桿13，使其與兩側杠桿14的凸頭11分別接觸而定位。操作時先操控兩換向閥21，將兩個副輾壓輪15后退離開工作位置后，將熾熱環坯6套入芯輥5，再借助油缸18推動杠桿14使兩個副輾壓輪15低壓狀態貼靠在環坯的外周上起定心作用(原定心機構可不用)，此后再用芯輥油缸17推動芯輥5并帶動環坯6，靠向原地轉動的主輾壓輪2，帶轉環坯6和芯輥5，并對環坯6施壓，環坯6的變形有兩個階段，第一階段是普通的擴孔過程(此過程可形成較淺的中凹槽)，當環件6內徑擴大到鍛件要求尺寸后，芯輥5變為低壓進給，貼靠在環件6內孔表面而不施壓，兩側貼靠的副輾壓輪15轉變為徑向進給施壓，輾環過程進入第二階段，此時環件6外周中凹槽的三處分別與三個輾壓輪(2和15)接觸，隨著副輾壓輪15的徑向進給，它們構成了旋轉反擠壓，擠出較深的中凹槽并形成兩側的凸緣，當環件6壁厚較厚、徑向剛度較大時，環件6可保持園度，因旋轉反擠壓只發生在環件外部表面上，此階段環件6的內孔無明顯變化，直至模具型腔充滿，環件外表面中凹部成形，外徑符合要求為止，旋轉反擠壓過程完成，此時兩個副輾壓輪(15)處于進給終點位置。 然后，操作兩個副輾壓輪、芯輥、導向輥及軸向輾壓輥都后退，松開芯輥支承架，卸下已成形的環件即可。只要模具設計正確，預鍛件尺寸和形狀合理，就可順利成形，模具設計時應有脫模斜度。在輾環的第二階段，此時兩側油缸18的推力應與芯輥油缸17的推力相當或更大，才能保證旋轉反擠壓過程的完成。如果內孔也為較深的非園柱形，則芯輥5應做成相應形狀，此時在三個輾壓輪(2和15)定位并限制環件外徑擴大的情況下，芯輥5再轉變為徑向進給施壓，在變形的第三階段使內孔較深的非園柱形反擠壓成形。多功能立式輾環機成形過程與多功能臥式輾環機是不相同的，前者因主輾壓輪作徑向進給而芯輥不動，先進行擴孔過程，至環件外周與進入定徑位置、且固定不動的副輾壓輪接觸后，再進入旋轉反擠壓階段，直至形變完成，兩個階段都是由主輾壓輪的進給施壓而實現的。而多功能臥式輾環機旋轉的主輾壓輪2是不作進給施壓運動的，環件的擴孔過程及內孔非園柱形狀是由芯輥5的徑向進給施壓實現的，而環件外部的中凹形狀則是由副輾壓輪15的徑向進給施壓完成的。本發明的優點(I)多功能臥式輾環機擴大了普通臥式輾環機的適用范圍，可使復雜斷面的環件成形，實現了一機多用。(2)復雜斷面的環件可以熱加工成形，不僅使鍛件重量大為減輕，節省了材料，并減少了機加工費用，從而顯著降低了零件制造成本，此外還因零件的金屬纖維流向具有仿形性，而提高了零件的機械性能。(3)新增的部件為可裝可拆的獨立部件，其結構簡單、動作可靠、制造成本低。
四

圖I、多功能臥式輾環機結構示意圖(油缸杠桿式)。圖2、多功能臥式輾環機結構示意圖(油缸直動式)。圖3、多功能臥式輾環機結構示意圖(副輾壓輪兼作導向輥式)。圖4、多功能臥式輾環機可以成形的各種環件斷面形狀。a為普通矩形斷面環件；b、C、d為各類復雜斷面環件；e、f 為成形后再切為兩件的法蘭型環件。五、實施方案下面結合附圖進一步說明本發明的實施方案多功能臥式輾環機保留了普通臥式輾環機的床身、主輾壓輪2、芯輥5、導向輥(抱輥)7及定心機構、芯輥支承架(附圖中未表示)、檢測機構16和軸向軋制機構(附圖中未表示)等主要結構，定心機構油缸(兩導輪共用一個或兩側各一個分別控制)I借助杠桿3 繞支點4帶動兩個導向輥7接近或離開環件6的外表面，芯輥油缸17推動滑塊8和芯輥5， 沿導軌9實施徑向進給運動，在芯輥5運動中心線的兩側、導向輥7的對側，對稱布置兩個副輾壓輪15，它們由油缸18借助杠桿14推動或直接由油缸24推動。(I)采用油缸杠桿式方案如圖I所示，兩個對稱設置的杠桿14的叉口上各安放著一個結構相同的副輾壓輪15,杠桿14的一端與固定在床身上的杠桿鉸軸10相連,另一端和能實施徑向施壓的耳環式油缸18的活塞桿相連，油缸18的缸體尾部的耳環則與床身上鉸軸19相連，油缸18推動杠桿14皆同安裝在其上的副輾壓輪15繞杠桿鉸軸10轉動，以大弧線的軌跡、且以受力較合理的角度進入或離開工作位置，副輾壓輪15的進給終點位置借助杠桿14上的凸塊11及其一側的固定在床身上的螺母12和調整螺桿13來設定或調整。(2)采用油缸直接推動方案如圖2所示，兩個對稱布置的副輾壓輪15分別安裝在缸體移動式油缸(即活塞不動)24的油缸體伸出部上，當油缸24大腔進油時，缸體連同其上的副輾壓輪15沿導軌25運動，一同靠近環件6，小腔進油時則離開環件6，副輾壓輪15 的進給終點位置借助擋塊23、螺母12和調整螺釘13耒設定和調整。上述兩方案的壓力油22耒自該機的液壓泵站，操控油缸18(或24)運動的三位四通換向閥21的一個出口通過液控單向閥20與油缸18(或24)的大腔相通，另一個出口通到油缸18(或24)的小腔并與液控單向閥20的控制口相連。操控換向閥21，壓力油正向頂開液控單向閥20進入油缸18 (或24)的大腔，活塞桿將副輾壓輪15推到杠桿14的凸塊 11 (或擋塊23)觸到調整螺桿13時為止，換向閥21換向后，壓力油通到油缸18 (或24)的小腔且同時到達液控單向閥20的控制口，打開液控單向閥20使油缸18 (或24)大腔的油回流，油缸18 (或24)的活塞桿帶動副輾壓輪15后退至終位，換向閥21處于中位，油缸18 則被鎖定之。(3)副輾壓輪兼作導向輪的方案如圖3所示，它是將導向輥和定心機構佈置到主輾壓輪2的對側，并將油缸27 (兩副輾壓輪共用一個或一側各一個分別控制)、連桿28和杠桿14都加以增強，使其能施加足夠的徑向力，并使強有力的副輾壓輪機構兼作導向輥并起定心作用。輾環開始時，油缸27在液壓隨動系統26的控制下，兩個副輾壓輪15借助連桿 28和杠桿14 (繞鉸軸10轉動)，靠貼在環坯6的外周上，在芯輥5徑向進給施壓的第一階段隨著環件6外徑擴大，油缸27在隨動機構26控制下后退，使兩副輾壓輪15穩穩抱住環件6邊轉邊退，起著定心和導向的作用，當環件內徑擴大到要求尺寸時，芯輥5轉為低壓貼靠在環件6的內孔上，液壓控制系統26令油缸27的大腔高壓進油，兩個副輾壓輪15轉為徑向進給施壓，它們與主輾壓輪2形成三點旋轉反擠壓，使該部表層金屬被旋轉反擠壓流向模具的型腔而逐步成形，當凸緣外徑觸到檢測機構16時，輾環程序完成，退出芯輥和副輾壓輪等，吊走環件。本發明多功能臥式輾環機適用于不同輾壓比的各類環件，特別是斷面形狀復雜的大型特種環件，如圖4所示。該技術不僅顯著地降低了原材料的耗損(達20%以上)、節省了機加工費用，而且還因鍛造纖維流線呈仿形性而提高了零件的機械性能。該機可一機多用、且環件尺寸范圍變化大，從而擴大了輾環機的適用范圍，提高了輾環機的工作效率。多功能臥式輾環機新增部件結構簡單、制造成本低、性能可靠壽命長。這種新機型不僅可用于新造，從而成為當前廣泛使用的各種規格、型號的臥式輾環機的一種新機型，而且可以方便地對現有的臥式輾環機進行加裝改造，使其升級更新為多功能臥式輾環機。
權利要求
1.多功能臥式輾環機，保留了普通臥式輾環機的床身、主輾壓輪、芯輥、導向輥及定心機構、芯輥支承架、檢測機構和軸向軋制機構等主要結構，其特征是在放置環件(6)的工作臺面上、芯輥(5)運動中心線的兩側、導向輥(7)的對側，增設了對稱布置的兩個副輾壓輪(15)，它們由油缸(18)借助杠桿(14)推動或直接由油缸(24)推動。
2.按權利要求I所述的多功能臥式輾環機，其特征是采用副輾壓輪兼作導向輥的方案，將導向輥和定心機構佈置到主輾壓輪(2)的對側，并將油缸(27)、連桿(28)和杠桿(14)都加以增強，使其能施加足夠的徑向力，并使強有力的副輾壓輪機構兼作導向輥并起定心作用。
全文摘要
多功能臥式輾環機保留了普通臥式輾環機的床身、主輾壓輪、芯輥、導向輥及定心機構、芯輥支承架、檢測機構和軸向軋制機構等主要結構，在芯輥運動中心線的兩側、導向輥的對側，對稱布置兩個副輾壓輪，它們由油缸借助杠桿推動或直接由油缸拖動它們在一定的軌跡上沿工件的徑向進給施壓，設備調整簡便迅速，除了具備普通臥式輾環機的全部功能外，還適用于生產輾擴比大小不同且形狀復雜的大型環件，擴大了普通臥式輾環機的應用范圍，新增部件結構簡單、制造成本低、性能可靠壽命長。它不僅可用于新造，而且也可對現行使用的臥式輾環機進行加裝改造。
文檔編號B21H1/06GK102527890SQ201210020568
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月6日 優先權日2011年11月21日
發明者華林, 江紹成, 錢東升 申請人:華林, 江紹成, 錢東升