專利名稱：一種多向復合振動增量式滾軋成形裝置及工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于先進金屬塑性加工技術領域，具體涉及一種多向復合振動增量式滾軋成形裝置及工藝。
背景技術：
傳統的切削加工方法制造金屬零件材料利用率低，生產效率低，不符合“綠色制造”可持續發展戰略的要求。增量式滾軋成形屬于近凈成形技術領域，但傳統的增量式滾軋成形工藝成形力大，模具受力大，工作環境惡劣，變形程度小。中高頻電磁感應加熱工藝，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，使零件表面產生一定的感應電流，迅速加熱零件表層金屬，達到表層迅速加熱，而心部溫升較小的效果。鑒于常用金屬材料在高于室溫的溫度下，塑性變形抗力會不同程度減少，并且在一定變形溫度下存在塑性變形抗力與頻率、振幅敏感的現象，引起變形抗力顯著下降，塑性顯著提高。因此，為了解決滾軋時變形力大的問題，本發明提出一種針對不同材質、不同塑性成形溫度，在滾軋過程中施加多向復合振動的新型增量式滾軋成形工藝。

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多向復合振動增量式滾軋成形裝置及工藝，具有成形力小、加工效率高、工序簡單、工藝靈活性強、適用范圍廣、操作方便的優點。為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為:—種多向復合振動增量式滾軋成形裝置，包括復合交流伺服電機I和調整交流伺服電機8，復合交流伺服電機I的I部分為開關磁通永磁電機，II部分為交流伺服直線電機，復合交流伺服電機I與夾具2連接，夾具2將毛坯3夾持固定，中高頻感應加熱器4布局在復合交流伺服電機I的前方，在中高頻電磁感應加熱器4的后方沿毛坯3軸線圓周均布3 6個滾軋模具5，滾軋模具5安裝在滑座6上，滑座6通過滾珠絲杠螺母副7與調整交流伺服電機8連接，滾軋模具5在后方通過萬向聯軸器10與主動力交流伺服電機11連接。復合交流伺服電機I的I部開關磁通永磁電機實現切向振動。復合交流伺服電機I的II部交流伺服直線電機實現軸向振動。調整交流伺服電機8實現徑向振動。一種多向復合振動增量式滾軋成形工藝，其包括以下步驟:a)、用夾具2將毛坯3夾持固定，根據毛坯3材料和成形后結構的不同，采取冷成形、溫成形或熱成形三種方式進行加工；b)、在復合交流伺服電機I的驅動下，毛 坯3沿著軸向進給，直至毛坯3進入中高頻電磁感應加熱器4的內腔；
c )、由中高頻電磁感應加熱器4對毛坯3的表面金屬進行快速加熱至預設溫度，加熱時間為5sec 15sec，預設溫度為400°C 750°C ；d)、毛坯3繼續軸向進給，直至進入沿毛坯3軸線圓周均布3 6個滾軋模具5的滾軋位置；e)、沿著毛還3軸線圓周均布的3 6個滾軋模具5及滑座6在各自的調整交流伺服電機8及滾珠絲杠螺母副7的驅動下，沿著導軌9徑向進給至指定位置，隨即向調整交流伺服電機8給定間隔正反轉脈沖信號，帶動滾軋模具5和滑座6在徑向方向做一定頻率、振幅的振動，振動頻率為IOHz 100Hz，振幅為0.5mm 1.0mm,同時滾軋模具由各自的主動力交流伺服電機11及萬向聯軸器10驅動，開始同步、同速、同向轉動，轉速為50RPM 100RPM,同時分別向復合交流伺服電機I的I部分開關磁通永磁電機和II部分交流伺服直線電機輸入含諧波分量的電流信號，實現復合交流伺服電機I諧波扭矩及諧波軸向推力的輸出，進而實現毛坯3由復合交流伺服電機I驅動進行轉動、軸向進給的同時復合施加切向振動和軸向振動，軸向進給速度為I 5mm/sec，轉速為100RPM 200RPM，振動頻率為50Hz 10000Hz ；f)、當滾軋完畢，向復合交流伺服電機I輸入基波電流信號，停止向調整交流伺服電機8給定間隔正反轉脈沖信號，滾軋模具5及滑座6反方向退出，復合交流伺服電機I帶著已成形的毛坯3退回，卸下已成形毛坯3，完畢。
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本發明具有以下優點:1、在毛坯進行增量滾軋成形前，對對需變形的表面金屬進行中高頻感應加熱，提高了金屬材料的塑性，降低了成形力，擴大了加工范圍，加熱效率高。2、毛坯在滾軋過程中，由3 6個滾軋模具同時作用，屬于增量式塑性變形，成形力小，成形精度高，表面質量好。3、增量滾軋過程中的滾軋模具以及毛坯的運動均由交流伺服電機實現，工藝系統簡單，靈活性強，控制精度高，操作方便。4、在增量滾軋過程中，實現了對毛坯在一定溫度下施加了軸向、徑向和切向三向振動，降低了金屬的變形抗力，改善了毛坯與滾軋模具間的摩擦狀況。5、該工藝可滾軋棒料、花鍵軸、絲杠、內外帶齒筒形件等金屬零件。


圖1為實現本發明的裝置結構示意圖。圖2為本發明的滾軋模具(4個)布局圖。圖3為本發明的復合交流伺服電機I的示意圖。圖4為本發明的復合交流伺服電機I的I部分開關磁通永磁電機結構示意圖。圖5為本發明的復合交流伺服電機I的II部分交流伺服直線電機結構示意圖。
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，圖2和圖3，一種多向復合振動增量式滾軋成形裝置，包括復合交流伺服電機I和調整交流伺服電機8，復合交流伺服電機I的I部分為開關磁通永磁電機，II部分為交流伺服直線電機，復合交流伺服電機I與夾具2連接，夾具2將毛坯3夾持固定，中高頻感應加熱器4布局在復合交流伺服電機I的前方，在中高頻電磁感應加熱器4的后方沿毛坯3軸線圓周均布4個滾軋模具5，滾軋模具5安裝在滑座6上，滑座6通過滾珠絲杠螺母副7與調整交流伺服電機8連接，滾軋模具5在后方通過萬向聯軸器10與主動力交流伺服電機11連接。參照圖4，復合交流伺服電機I的I部開關磁通永磁電機包括電機定子la、電機轉子lb，通過輸入含諧波分量的電流信號實現切向振動，振動頻率由基波電流頻率、電機轉子Ib極數和轉速確定，振幅與輸入含諧波分量的電流信號的幅值呈線性關系。參照圖5，復合交流伺服電機I的II部交流伺服直線電機包括電機初級lc、電機次級ld，通過輸入含諧波分量的電流信號實現軸向振動,振動頻率由基波電流頻率、電機初級Ic齒數和進給速度確定，振幅與輸入含諧波分量的電流信號的幅值呈線性關系。調整交流伺服電機8由輸入給定正反轉的脈沖信號實現徑向振動。一種多向復合振動增量式滾軋成形工藝，包括以下步驟:a)、用夾具2將毛坯3夾持固定，根據毛坯3材料和成形后結構的不同，采取冷成形、溫成形以及熱成形三種方式進行加工；b)、在復合交流伺服電機I的驅動下，毛坯3沿著軸向進給，直至毛坯3進入中高頻電磁感應加熱器4的內腔；C)、由中高頻電磁感應加熱器4對毛坯3的表面金屬進行快速加熱至預設溫度，力口熱時間為5sec 15sec，預設溫度為400°C 750°C ；d)、毛坯3繼續軸向進給，直至進入沿毛坯3軸線圓周均布4個滾軋模具5的滾軋位置；e)、沿著毛坯3軸線圓周均布的4個滾軋模具5及滑座6在各自的調整交流伺服電機8及滾珠絲杠螺母副7的驅動下，沿著導軌9徑向進給至指定位置，隨即向調整交流伺服電機8給定間隔正反轉脈沖信號，帶動滾軋模具5和滑座6在徑向方向做一定頻率、振幅的振動，振動頻率為IOHz 100Hz，振幅為0.5mm 1.0mm，同時滾軋模具由各自的主動力交流伺服電機11及萬向聯軸器10驅動，開始同步、同速、同向轉動，轉速為50RPM 100RPM，同時分別向復合交流伺服電機I的I部分開關磁通永磁電機和II部分交流伺服直線電機輸入含諧波分量的電流信號，實現復合交流伺服電機I諧波扭矩及諧波軸向推力的輸出，進而實現毛坯3由復合交流伺服電機I驅動進行轉動、軸向進給的同時復合施加切向振動和軸向振動，軸向進給速度為I 5mm/sec，轉速為100RPM 200RPM，振動頻率為50Hz 10000Hz ；f)、當 滾軋完畢，停止向復合交流伺服電機I輸入基波電流信號，停止向調整交流伺服電機8給定間隔正反轉脈沖信號，滾軋模具5及滑座6反方向退出，復合交流伺服電機I帶著已成形的毛坯3退回，卸下已成形毛坯3，完畢。
權利要求
1.一種多向復合振動增量式滾軋成形裝置，其特征在于:包括復合交流伺服電機(I)和調整交流伺服電機(8)，復合交流伺服電機(I)的I部分為開關磁通永磁電機，II部分為交流伺服直線電機，復合交流伺服電機(I)與夾具(2)連接，夾具(2)將毛坯(3)夾持固定，中高頻感應加熱器(4)布局在復合交流伺服電機(I)的前方，在中高頻電磁感應加熱器(4)的后方沿毛坯(3)軸線圓周均布3 6個滾軋模具(5)，滾軋模具(5)安裝在滑座(6)上，滑座(6)通過滾珠絲杠螺母副(7)與調整交流伺服電機(8)連接，滾軋模具(5)在后方通過萬向聯軸器(10)與主動力交流伺服電機(11)連接； 復合交流伺服電機(I)的I部開關磁通永磁電機實現切向振動； 復合交流伺服電機(I)的II部交流伺服直線電機實現軸向振動； 調整交流伺服電機(8)實現徑向振動。
2.權利要求1所述的一種多向復合振動增量式滾軋成形裝置的成形工藝，其特征在于，包括以下步驟: a)、用夾具(2)將毛坯(3)夾持固定，根據毛坯(3)材料和成形后結構的不同，采取冷成形、溫成形以及熱成形三種方式進行加工； b)、在復合交流伺服電機(I)的驅動下，毛坯(3)沿著軸向進給，直至毛坯(3)進入中高頻電磁感應加熱器(4)的內腔； c )、由中高頻電磁感應加熱器(4 )對毛坯(3 )的表面金屬進行快速加熱至預設溫度，加熱時間為5sec 15sec，預設溫度為400°C 750°C ； d)、毛坯(3)繼續軸向進給，直至進入沿毛坯(3)軸線圓周均布3 6個滾軋模具(5)的滾軋位置； e)、沿著毛還(3)軸線圓周均布的3 6個滾軋模具(5)及滑座(6)在各自的調整交流伺服電機(8)及滾珠絲杠螺母副(7)的驅動下，沿著導軌(9)徑向進給至指定位置，隨即向調整交流伺服電機(8)給定間隔正反轉脈沖信號，帶動滾軋模具(5)和滑座(6)在徑向方向做一定頻率、振幅的振動，振動頻率為IOHz 100Hz，振幅為0.5mm 1.0mm,同時滾軋模具由各自的主動力交流伺服電機(11)及萬向聯軸器(10)驅動，開始同步、同速、同向轉動，轉速為50RPM 100RPM,同時分別向復合交流伺服電機(I)的I部分開關磁通永磁電機和II部分交流伺服直線電機輸入含諧波分量的電流信號，實現復合交流伺服電機(I)諧波扭矩及諧波軸向推力的輸出，進而實現毛坯(3)由復合交流伺服電機(I)驅動進行轉動、軸向進給的同時復合施加切向振動和軸向振動，軸向進給速度為I 5mm/sec，轉速為100RPM 200RPM，振動頻率為 50Hz 10000Hz ； f)、當滾軋完畢，停止向復合交流伺服電機(I)輸入基波電流信號，停止向調整交流伺服電機(8)給定間隔正反轉脈沖信號，滾軋模具(5)及滑座(6)反方向退出，復合交流伺服電機(I)帶著已成形的毛坯(3)退回，卸下已成形毛坯(3)，完畢。
全文摘要
一種多向復合振動增量式滾軋成形裝置及工藝，毛坯由復合交流伺服電機驅動軸向進給，至中高頻感應加熱器進行快速加熱，繼續軸向進給至沿著毛坯軸線圓周均布3～6個滾軋模具的滾軋位置，滾軋模具由調整交流伺服電機驅動徑向送進，并由主動力交流伺服電機驅動，毛坯由復合交流伺服電機驅動，同時分別向復合交流伺服電機中的開關磁通永磁電機及交流伺服直線電機輸入含諧波分量的電流信號和向調整交流伺服電機給定間隔正反轉脈沖信號，實現毛坯在增量式滾軋過程中施加切向、軸向和徑向的振動，毛坯反向退出，卸料，本發明具有工藝系統簡單，控制精度高，成形力小，成形質量好，加工范圍廣等優點。
文檔編號B21H1/00GK103230990SQ201310082720
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月14日 優先權日2013年3月14日
發明者趙升噸, 李泳嶧, 梁錦濤, 范淑琴 申請人:西安交通大學