本发明设计一种超声辅助齿轮轴向轧制成形的装置，主要解决径向轧制力大、轧轮磨损快、轧轮寿命及加工效率低等问题。本发明装置由电动机(1)、皮带(2)、皮带轮(3)、传动轴(4)、径向调整液压缸(5)、轧轮支座(6)、轧轮(7)、电磁感应线圈(8)、超声发生器(9)、轴向进给液压缸(10)、换能器(11)、波导杆(12)、顶尖装置(13)、齿轮串(14)、蜗杆(15)、主动轴(16)、电磁加热控制器(17)和蜗轮(18)构成，其中，超声振动系统的波导杆(12)与顶尖装置(13)采用螺杆预紧方式连接。根据齿坯材质及不同的成形方式，决定是否加热和交变电流大小、超声振动频率与轧轮轧制方式实现齿轮超声精密轧制成形，本发明不但能有效减小轧制力，增加轧轮寿命，而且也能减小轮齿表面粗糙度，提高加工效率。
1.一种超声辅助齿轮轴向轧制成形装置，其特征是：包括动力及传动系统、径向调整系统、轴向进给系统、电感加热系统和超声波振动系统；所述动力及传动系统包括电动机(1)、皮带(2)、皮带轮(3)、传动轴(4)、蜗杆(15)、主动轴(16)和蜗轮(18)；电动机(1)通过皮带(2)带动皮带轮(3)转动，接着，主动轴(16)带动蜗杆(15)和蜗轮(18)旋转，进而带动传动轴(4)上的轧轮(7)实现转动轧制功能；在轧轮(7)需要径向调整中心距时，与主动轴(16)滑键连接的蜗杆(15)则沿着主动轴轴线方向来回移动，使其完成轧轮轴线与齿坯轴线中心间距的调整；所述径向调整系统包括径向调整液压缸(5)、轧轮支座(6)和轧轮(7)；径向调整液压缸(5)的活塞杆与轧轮支座(6)固连在一起，通过液压缸活塞杆的伸缩来实现轧轮(7)的径向调整运动；所述电感加热系统包括电磁感应线圈(8)和电磁加热控制器(17)；当轴向进给系统将齿坯串(14)推送至电磁感应线圈(8)环绕的区域时，电磁加热控制器(17)开始通电工作，电磁感应线圈(8)发出高频磁场，磁场中的高频磁力线使齿坯串(14)自身发热，最终达到加热齿坯表面的目的；所述超声波振动系统包括超声发生器(9)、换能器(11)和波导杆(12)；超声发生器(9)通过绝缘导线与换能器(11)的接线柱相连，换能器(11)与波导杆(12)采用螺纹连接，而波导杆(12)与顶尖装置(13)则通过螺杆预紧来连接；所述轴向进给系统包括轴向进给液压缸(10)、换能器(11)、波导杆(12)和顶尖装置(13)；轴向进给液压缸(10)的活塞杆与换能器(11)固连在一起，通过液压缸活塞杆的伸缩来实现轧轮的轴向进给运动；首先，轴向进给液压缸(10)开始工作，将齿坯串(14)推送至电感加热系统相应位置等待加热；待齿坯串(14)表面加热至一定温度后，轴向进给液压缸(10)再次工作，活塞杆外伸推动换能器(11)、波导杆(12)、顶尖装置(13)和齿坯串(14)靠近轧轮(7)，使得齿坯串(14)发生塑形变形，而且，超声发生器(9)给换能器(11)发出超声信号，换能器(11)将得到的超声信号转换为一定频率的超声机械振动，进而传递给波导杆(12)，最终传到齿坯串(14)的齿面；齿坯串(14)在旋转的同时，还做超声机械 振动和电感加热，再经轧轮(7)的啮合轧制、进给组合运动完成齿轮加热及超声轴向轧制加工。
2.根据权利要求1所述的一种超声辅助齿轮轴向轧制成形装置，其特征是：所述齿坯形式为单或多个中厚圆盘齿坯或者短粗圆柱齿坯。
3.根据权利要求1所述的一种超声辅助齿轮轴向轧制成形装置，其特征是：所述蜗杆(15)与主动轴(16)采用滑键连接方式。
4.权利要求1所述超声辅助齿轮轴向轧制成形装置的工作方法，其特征是：首先，径向调整液压缸(5)开始工作，使得轧轮(7)轴线与齿坯串(14)轴线满足齿轮啮合时所需的中心距；接着，齿坯串(14)先通过顶尖装置(13)夹持固定，再在轴向进给液压缸(10)作用下被推到相应的加热位置，电磁感应线圈(8)开始对齿坯串(14)进行加热；待齿坯表面加热到一定温度后，电动机(1)通过皮带(2)带动皮带轮(3)转动，接着，主动轴(16)带动蜗杆(15)和蜗轮(18)旋转，进而带动传动轴(4)上的轧轮(7)实现转动轧制功能；同时，轴向进给液压缸(10)再次工作，活塞杆外伸推动换能器(11)、波导杆(12)、顶尖装置(13)和齿坯串(14)靠近轧轮(7)，使得齿坯串(14)发生塑形变形，而且，超声发生器(9)给换能器(11)发出超声信号，换能器(11)将得到的超声信号转换为一定频率的超声机械振动，进而传递给波导杆(12)，最终传到齿坯串(14)的齿面；齿坯串(14)在旋转的同时，还做超声机械振动和电感加热，再经轧轮(7)的啮合轧制、进给组合运动完成齿轮加热及超声轴向轧制加工。
一种超声辅助齿轮轴向轧制成形装置
技术领域
[0001] 本发明属于齿轮加工成形的技术领域，涉及一种超声辅助齿轮轴向轧制成形装置。
背景技术
[0002] 齿轮是机械传动系统的核心部件，广泛应用于汽车、风电、国防等重大装备制造业。齿轮的传统加工方法以金属切削为主，其材料利用率低、加工耗时长、组织流线分布不理想及生产效率低。塑性成形方法中的锻造、挤压、摆碾等工艺也存在变形力过大、成形齿轮齿廓不精确、金属填充性不好、模具寿命低及成形后脱模困难等缺点。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于克服上述不足，提供一种超声辅助齿轮轴向轧制成形装置，可有效减小轧制成形力、大大提高加工效率和增强轧轮寿命。
[0004] 本发明是这样实现的：本发明所提出的超声辅助齿轮轴向轧制成形装置结构如图1所示，由动力及传动系统、轴向进给系统、径向调整系统、电感加热系统和超声波振动系统组成。所述的动力及传动系统主要包括电动机1、皮带2、皮带轮3、传动轴4、蜗杆15、主动轴
16及蜗轮18。在主动轴16上加工两个滑槽，蜗杆15加工成圆筒状，两者通过滑键连接，如图2所示，使得蜗杆15能沿着主动轴16的轴线来回移动，最终实现径向调整。
[0005] 所述径向调整系统主要包括径向调整液压缸5、轧轮支座6和轧轮7。径向调整液压缸5的活塞杆与轧轮支座6固连在一起，通过液压缸活塞杆的伸缩来实现轧轮7的轴线与齿坯串14的轴线中心间距的调整。
[0006] 所述电感加热系统主要包括电磁感应线圈8和电磁加热控制器17。当轴向进给系统将齿坯串14推送至电磁感应线圈8的加热区域时，电磁加热控制器17开始通电工作，电磁感应线圈8发出高频磁场，磁场中的高频磁力线使齿坯串14自身发热，最终达到加热齿坯表面的目的，如图3所示。
[0007] 所述超声波振动系统主要包括超声发生器9、换能器11和波导杆12。超声发生器9通过绝缘导线与换能器11的接线柱相连，换能器11与波导杆12采用螺纹连接，而波导杆12与顶尖装置13则通过螺杆预紧来连接。
[0008] 所述轴向进给系统主要包括轴向进给液压缸10、换能器11及波导杆12和顶尖装置13。轴向进给液压缸10的活塞杆与换能器11固连在一起，通过液压缸活塞杆的伸缩来实现轧轮的轴向进给运动。
[0009] 本发明超声辅助齿轮轴向轧制成形装置的工作方法：首先，轴向进给系统的液压缸10开始工作，将齿坯14推送至电感加热系统的电磁感应线圈8的加热区域，电感加热系统开始对齿坯14进行表面加热。待加热至一定温度后，电动机1通过皮带2带动主动轴16上的皮带轮3旋转，与主动轴16滑键连接的蜗杆15带动蜗轮18转动，使得轧轮7开始旋转。同时，轴向进给液压缸10再次工作，实现齿坯串14的轴向进给运动，而且，超声振动系统通过顶尖装置13对齿坯14施加超声机械振动，最终，将电感加热和超声振动辅助成形工艺与齿轮轴向轧制成形工艺相结合，实现超声辅助齿轮轴向轧制成形的加工方法。
[0010] 由于超声波加工主要通过带有超声频小振幅振动的顶尖装置13对被加工齿坯串14表面形成冲击作用，使得表面材料所承受的宏观力较小，同时，热成形能有效降低轧制变形的抵抗力，因此，本发明的优点及积极效果如下：
[0011] 1.轧轮承受的轧制力较小，轮齿与齿坯之间的摩擦力也较小；
[0012] 2.轧制后的齿坯轮齿表面粗糙度减小；
[0013] 3.加工效率提高，轧轮寿命增加。
[0014] 说明附图
[0015] 图1是超声辅助齿轮轴向轧制成形装置结构图
[0016] 其中，1—电动机，2—皮带，3—皮带轮，4—传动轴，5—径向进给液压缸，6—轧轮支座，7—轧轮，8—电磁感应线圈，9—超声发生器，10—轴向进给液压缸，11—换能器，12—波导杆，13—顶尖装置，14—齿坯串，15—蜗杆，16—主动轴，17—电磁加热控制器，18—蜗轮
[0017] 图2是蜗杆与主动轴滑键连接示意图
[0018] 其中，1—键，2—主动轴，3—蜗杆
[0019] 图3是轴向轧制电磁感应线圈布置图
[0020] 其中，1—电磁感应线圈，2—齿坯串，3—锥形轧轮
具体实施方式
[0021] 为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更清楚表达，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
[0022] 本发明所提出的超声辅助齿轮轴向轧制成形装置如图1所示，主要由动力及传动系统、径向调整系统、轴向进给系统、电感加热系统和超声波振动系统组成。所述动力及传动系统主要包括电动机1、皮带2、皮带轮3、传动轴4、蜗杆15、主动轴16和蜗轮18。电动机1通过皮带2带动皮带轮3转动，接着，主动轴16带动蜗杆15和蜗轮18旋转，进而带动传动轴4上的轧轮7实现转动轧制过程。在轧轮7的轴线与齿坯串14的轴线距离需要调整时，与主动轴16滑键连接的蜗杆15则沿着主动轴轴线方向来回移动，如图2所示，使得径向调整顺利完成。
[0023] 所述径向调整系统主要包括径向调整液压缸5、轧轮支座6和轧轮7。进给液压缸5的活塞杆与轧轮支座6固连在一起，通过液压缸活塞杆的伸缩来实现轧轮7的轴向与齿坯串14的轴线中心间距的调整。
[0024] 所述电感加热系统主要包括感应线圈8和电磁加热控制器17。当轴向进给系统将齿坯串14推送至电磁感应线圈8的加热区域，电磁加热控制器17开始通电工作，感应线圈8发出高频磁场，磁场中的高频磁力线使齿坯串14自身发热，最终达到加热齿坯表面的目的。
[0025] 所述超声波振动系统主要包括超声发生器9、换能器11和波导杆12。超声发生器9通过绝缘导线与换能器11的接线柱相连，换能器11与波导杆12采用螺纹连接，而波导杆12与顶尖装置13则通过螺杆预紧来连接。
[0026] 所述轴向进给系统主要包括进给液压缸10、换能器11、波导杆12和顶尖装置13。首先，轴向进给液压缸10开始工作，将齿坯串14推送至电感加热系统相应位置等待加热；待齿坯串14表面加热至一定温度后，轴向进给液压缸10再次工作，活塞杆外伸推动换能器11、波导杆12、顶尖装置13和齿坯串14靠近轧轮7，使得齿坯串14发生塑形变形，最终轧制成形为齿轮。
[0027] 其实施过程如下：首先，径向调整液压缸5开始工作，使得轧轮轴向与齿坯轴线满足齿轮啮合时所需的中心距。接着，齿坯串14通过顶尖装置13夹持固定，再在轴向进给液压缸10作用下被推到电磁感应线圈8的加热区域，电感加热系统开始对齿坯串14进行加热；待齿坯串14表面加热到一定温度后，电动机1通过皮带2带动皮带轮3转动，接着，主动轴16带动蜗杆15和蜗轮18旋转，进而带动传动轴4上的轧轮7实现转动；同时，轴向进给液压缸10再次工作，活塞杆外伸推动齿坯串14靠近轧轮7，使得齿坯14发生塑形变形，而且，超声发生器9给换能器11发出超声信号，换能器11将得到的超声信号转换为一定频率的超声机械振动，进而传递给波导杆12，最终传到齿坯14的齿面。齿坯14在旋转的同时，还做超声机械振动及电感加热，再经轧轮7的啮合轧制、进给组合运动完成齿轮加热及超声轴向轧制加工。
[0028] 需要进一步说明的是，本发明实例提供的超声辅助齿轮轴向轧制成形装置不局限于具体尺寸、结构形式，可以根据理论研究和实际生产需要进行改变和冷热成形方式的相互转变。以上所述，仅是本发明的一个实例而已，不是对本发明作任何限制。任何熟悉本领域的技术人员，可以根据上述原理，对本发明进行修改、修饰或者结构变化产生等效实例；因此，任何未脱离本发明所采用的原理和技术方案的结构，均属于本发明保护范围之内。
