專(zhuān)利名稱(chēng)：用來(lái)成形環(huán)形工件的冷滾軋方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來(lái)成形環(huán)形工件，尤其是(而不是唯一地)用來(lái)成形軸承外環(huán)的方法和設(shè)備。更具體地說(shuō)，本發(fā)明可應(yīng)用于成形滾子軸承或角面接觸球軸承的不對(duì)稱(chēng)軸承環(huán)。
為了更好地了解現(xiàn)有技術(shù)及其固有問(wèn)題，將首先描述如附圖中

圖1所示的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的冷滾軋?jiān)O(shè)備。
參見(jiàn)圖1，它以橫截面形式示意地表示在該領(lǐng)域中眾所周知并具有“開(kāi)式模具”說(shuō)法的冷滾軋?jiān)O(shè)備的一部分。
參考編號(hào)10表示環(huán)形工件，它經(jīng)受滾軋過(guò)程以便形成其外圓周表面11和內(nèi)表面12。環(huán)形工件10徑向受壓因而在外成形輥13和內(nèi)成形心軸14之間旋轉(zhuǎn)。外輥13和內(nèi)心軸14的輪廓分別與環(huán)形工件10的內(nèi)、外表面12、11所需成形的輪廓對(duì)應(yīng)。外成形輥13被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)并施加徑向推力T，從而沿著箭頭所指方向旋轉(zhuǎn)工件10、心軸14和反作用輥15。該旋轉(zhuǎn)以及成形輥13和心軸14之間徑向推力T的聯(lián)合作用引起工件10內(nèi)的所需變形。
工件從其坯料形狀(以實(shí)線形式表示)塑性變形到最終形狀(以虛線表示)。該滾軋步驟造成成品環(huán)的最終直徑相對(duì)于坯料直徑有所增加。當(dāng)工件10達(dá)到所需最終直徑時(shí)具有運(yùn)動(dòng)臂17的控制裝置16停止該滾軋過(guò)程。
如圖2所示，在這個(gè)實(shí)例中滾軋工件10具有筒形圓周外表面11以及用作軸承滾動(dòng)體(未示出)外圈的徑向內(nèi)表面12。此外，該滾軋操作可按照結(jié)構(gòu)需要形成多個(gè)圓形徑向區(qū)和合理的周向溝槽。
在DE-38 24 856-A1中披露在圖1中示意地表示的這類(lèi)設(shè)備的實(shí)例。
用滾軋工藝可獲得的優(yōu)點(diǎn)眾所周知。由于這種工藝，環(huán)形坯料的所有材料被利用來(lái)形成成品工件。此外，滾軋步驟使成形輥?zhàn)饔锰幍沫h(huán)表面金屬層緊湊和定向。由于這一效果，軸承環(huán)相對(duì)于通過(guò)涉及去除材料的工藝(例如車(chē)床加工工藝)制造的環(huán)而言獲得一般較長(zhǎng)的使用壽命。
上述“開(kāi)式模具”類(lèi)型傳統(tǒng)滾軋工藝可應(yīng)用于成形例如圖2所示具有基本對(duì)稱(chēng)橫截面的環(huán)形工件，但不能應(yīng)用于例如圖3所示具有不對(duì)稱(chēng)橫截面的環(huán)形工件。事實(shí)上，由于心軸輪廓的不對(duì)稱(chēng)形狀，在滾軋步驟期間它會(huì)經(jīng)受具有軸向分力的反作用，所述分力傾向于使該心軸失衡和/或損壞，并且在任何情況下不可避免地在工件表面內(nèi)形成不能允許的錐度比。
為此，迄今為止通常通過(guò)車(chē)削形成具有不對(duì)稱(chēng)橫截面的環(huán)。
本發(fā)明的目的是也將冷滾軋技術(shù)應(yīng)用于成形尤其是具有不對(duì)稱(chēng)橫截面的環(huán)形工件，從而提高生產(chǎn)效率并總體降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的另一目的是制造具有高尺寸精度的軸承環(huán)。
本發(fā)明的又目的是提供一種具有特別穩(wěn)定、堅(jiān)固和耐用結(jié)構(gòu)的冷滾軋?jiān)O(shè)備。
下文將會(huì)得到更好理解的本發(fā)明這些和其它目的和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)權(quán)利要求限定的設(shè)備和冷滾軋方法來(lái)達(dá)到。
現(xiàn)在參照完全作為非限制性實(shí)例提供的附圖，描述本發(fā)明設(shè)備和方法步驟的結(jié)構(gòu)和功能特性，其中圖1是傳統(tǒng)“開(kāi)式模具”類(lèi)型滾軋?jiān)O(shè)備一部分的示意剖視圖；圖2和3是兩種不同軸承外環(huán)的示意局部軸向剖視圖，這兩個(gè)外環(huán)分別具有對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)斷面；圖4是按照本發(fā)明的冷滾軋?jiān)O(shè)備的垂直剖視圖；圖5是圖4設(shè)備的平面圖；圖6是圖4設(shè)備成形構(gòu)件在滾軋操作步驟期間的軸向剖視圖；而圖7是局部立剖視圖，它表示本發(fā)明設(shè)備的成形構(gòu)件、壓輥和反作用輥。
圖4和圖5所示設(shè)備的一些部件已為人所知。因此在隨后的說(shuō)明書(shū)中只詳細(xì)描述用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的特別重要和感興趣的構(gòu)件。至于未詳細(xì)表示的部件和構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，可參照任何已知設(shè)備，例如在DE-38 24856-A1和JP-08281364-A中所描述的設(shè)備。
圖4和5的滾軋?jiān)O(shè)備包括總體標(biāo)為20的心軸組件，它裝備著可拆卸地鎖定在轉(zhuǎn)動(dòng)體24上的成形心軸21。轉(zhuǎn)動(dòng)體24通過(guò)軸承座23內(nèi)的軸承22空轉(zhuǎn)地圍繞水平軸線X1安裝。
成形心軸21具有側(cè)表面21a，它呈給定斷面的回轉(zhuǎn)體表面形式以便通過(guò)對(duì)應(yīng)輪廓壓制環(huán)形工件10的徑向內(nèi)表面12，這在此后將作解釋。成形心軸21具有帶圓周表面的徑向凸緣21b，該圓周表面與中間組件30的凸緣輥31的凸緣31b圓周邊緣接合。中間組件30包括空轉(zhuǎn)的輥31，它被安裝成通過(guò)軸承座33內(nèi)的軸承32圍繞水平軸線X3旋轉(zhuǎn)。
組件20和30的軸承座23和33安裝在支承板41上，支承板41可在與軸線X1和X3平行并由固定框架38承載的水平縱向?qū)蚣?2上滑動(dòng)。板41能在安裝在框架38上的液壓馬達(dá)43作用下沿著導(dǎo)向件42縱向移動(dòng)。馬達(dá)43旋轉(zhuǎn)與縱向齒條45嚙合的小齒輪44，而齒條45與板41固定在一起。
最好是，軸承座23和33可繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在板41上并具有圍繞各自水平縱向軸線作受限制擺動(dòng)的能力，所述水平縱向軸線平行于軸線X1和X3并布置在后者下方。在圖4中只表示出軸承座23的擺動(dòng)軸線X4。這種安排允許組件20和30在橫向垂直平面內(nèi)的有限運(yùn)動(dòng)，其理由將在下文中解釋。
被標(biāo)作39(圖4)的液壓操作閂鎖能升高或降低，以便接合和脫離在縱向滑動(dòng)板41內(nèi)獲得的座40，閂鎖39構(gòu)成機(jī)械擋塊，它用來(lái)在心軸組件20處于推進(jìn)工作位置(在圖4中以左側(cè)虛線表示)時(shí)阻止其軸向運(yùn)動(dòng)。
模具組件50包括呈環(huán)形容器形式的模具51，該環(huán)形容器具有基本為圓筒并且面向心軸組件20的空腔52。模具51可拆卸地鎖定在轉(zhuǎn)動(dòng)體54上，而后者通過(guò)軸承56在軸承座55內(nèi)圍繞縱向軸線X2空轉(zhuǎn)地安裝。
空轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)體54具有中心縱向孔57，頂出組件60的桿61穿過(guò)孔57。桿61的右端部61a接合頂出塊63，該頂出塊可拆卸地固定在用來(lái)與模具51一起旋轉(zhuǎn)的碟狀底板62上。頂出組件60用來(lái)從模具51中頂出成品工件，它將在下文中作更加清楚的解釋。
模具51具有徑向內(nèi)壁53a和徑向外壁53b。內(nèi)壁53a具有帶有給定外形的回轉(zhuǎn)體表面形狀。作為模具51工作表面的表面53a形狀與要在環(huán)形工件10內(nèi)獲得的最終圓周或外表面11的形狀對(duì)應(yīng)。
模具51由接合該模具外圓筒表面53b的壓輥71(圖5)驅(qū)動(dòng)，以便圍繞其軸線X2旋轉(zhuǎn)。壓輥71是包含液壓馬達(dá)72的加壓組件70的一部分。
模具組件50和壓輥71沿著由固定框架38(圖4)承載的橫向?qū)蚣?0、81可滑動(dòng)地安裝。加壓組件70和模具組件50沿著導(dǎo)向件80、81的橫向或徑向推進(jìn)運(yùn)動(dòng)由液壓致動(dòng)器引起，該致動(dòng)器安裝在固定框架上，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)沒(méi)有表示。
在圖7中標(biāo)以90的反作用組件90包括一對(duì)縱向軸91、92，它們空轉(zhuǎn)地安裝在中央支架93上，而支架93圍繞縱向軸線X6鉸接在固定框架38上。軸91、92各自布置在中間輥31的軸線X3所處水平面的上下方。當(dāng)該中間輥被橫向推進(jìn)到左方時(shí)，它圍繞自身軸線X5稍微擺動(dòng)，而支架93圍繞軸線X6進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而獲得穩(wěn)固均衡的配置，借此反作用組件90有效地抵抗由壓輥71通過(guò)模具51、環(huán)形工件10、心軸21和中間輥31傳遞的徑向推力。
本發(fā)明設(shè)備的工作情況如下。
按照需要給予環(huán)形坯料10的最終形狀，在心軸組件20和模具組件50上安裝具有各自工作表面21a和53a的成形心軸21和模具51，所述工作表面帶有所需輪廓。
將環(huán)形坯料10自動(dòng)裝載在心軸21上。起動(dòng)液壓馬達(dá)43以便與心軸組件20和加壓組件30一起沿著水平縱向?qū)蚣?2縱向推進(jìn)(朝向左方，參見(jiàn)圖4和5)板41。在到達(dá)圖4虛線所示的推進(jìn)工作位置情況下，通過(guò)近程傳感器48產(chǎn)生的脈沖使板41的運(yùn)動(dòng)自動(dòng)停止。通過(guò)升高閂鎖39直至它接合板41的座40來(lái)鎖定板41，從而鎖緊心軸組件20和中間組件30的軸向位置。
起動(dòng)馬達(dá)72以便旋轉(zhuǎn)壓輥71，于是液壓致動(dòng)器(未示出)推動(dòng)壓輥71橫向緊靠模具51。模具51與底板62和旋轉(zhuǎn)體54一起被驅(qū)動(dòng)以便圍繞軸線X2旋轉(zhuǎn)。
為了減少磨損，心軸21還最好通過(guò)另一液壓馬達(dá)37在模具51的相同轉(zhuǎn)向上旋轉(zhuǎn)，以防心軸工作表面21a在加工第一步驟期間在環(huán)形工件10上滑動(dòng)。在所示實(shí)例(圖5)中液壓馬達(dá)37作用在中間輥31上，后者再通過(guò)接觸凸緣31b和21b將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到心軸21上。
由壓輥71施加的推力造成工件10在模具內(nèi)工作表面53a和心軸側(cè)工作表面21a之間徑向受壓。由于反作用組件90和中間組件30提供的反作用，心軸旋轉(zhuǎn)軸線X1保持在穩(wěn)定位置。因而環(huán)形工件10逐漸變形。在加工期間，心軸21和中間輥31通過(guò)旋轉(zhuǎn)壓輥71給出的推力而旋轉(zhuǎn)。
工件10的外部或圓周表面11準(zhǔn)確地復(fù)制模具51的工作表面53a的形狀，而工件內(nèi)表面12表現(xiàn)出與心軸工作表面21a(圖6)輪廓對(duì)應(yīng)的輪廓。
一旦工件10加工完畢，加壓組件70和模具組件50沿著橫向?qū)蚣?0、81滑動(dòng)，離開(kāi)反作用組件90。閂鎖39向下縮回，脫離板41的座40。再起動(dòng)液壓馬達(dá)43使板41與心軸組件20和中間組件30一起縱向移動(dòng)離開(kāi)模具組件50。由近程傳感器49產(chǎn)生的脈中自動(dòng)停止板41的縮回。
接著起動(dòng)頂出組件60成品環(huán)10通過(guò)桿61、塊63和底板62從模具51中頂出，并落入下方容器59。最好是模具內(nèi)表面53a稍呈按心軸組件20方向發(fā)散的圓錐形，從而有利于從模具頂出工件。
本發(fā)明允許獲得滾軋工藝通常說(shuō)得的優(yōu)點(diǎn)，但是將理解到，它還能應(yīng)用于成形具有不對(duì)稱(chēng)橫截面的環(huán)形工件。事實(shí)上，由于模具51的閉合環(huán)形結(jié)構(gòu)以及由反作用組件90和中間組件30給予心軸的穩(wěn)定性，由于將要成形輪廓的不對(duì)稱(chēng)而產(chǎn)生的不均衡力被有效地抵消。其結(jié)果是，獲得具有高尺寸精度的最終產(chǎn)品以及該設(shè)備成形構(gòu)件的較長(zhǎng)使用壽命。
與傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)加工工藝比較，本發(fā)明允許減少約10-15％的生產(chǎn)成本。而且，可以取消在圖1中標(biāo)為16的用于控制滾軋工件最終尺寸的控制裝置。
十分明顯，選擇將模具51可旋轉(zhuǎn)地安裝在橫向運(yùn)動(dòng)軸線周?chē)⒊尚涡妮S21安置在滾軋操作期間靜止的部件上可以是優(yōu)選的，但出于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的無(wú)疑不是主要的。更具體地說(shuō)，本設(shè)備可按照這樣的方式實(shí)現(xiàn)，以便在不超越用下述權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍的情況下使得成形構(gòu)件以不同于所述的方式相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)成形環(huán)形工件(10)的冷滾軋?jiān)O(shè)備，所述工件具有給定輪廓的外表面(11)以及給定輪廓的內(nèi)表面(12)并從環(huán)形坯料開(kāi)始，所述設(shè)備包括可圍繞第一軸線(X1)旋轉(zhuǎn)的成形心軸(21)，所述心軸具有工作表面(21a)，所述工作表面帶有與將要成形的所述內(nèi)表面(12)輪廓對(duì)應(yīng)的輪廓；可圍繞與所述第一軸線(X1)平行的第二軸線(X2)旋轉(zhuǎn)的成形模具(51)，所述模具具有空腔(52)，所述空腔帶有呈回轉(zhuǎn)體表面形式的內(nèi)工作表面(53a)，所述回轉(zhuǎn)體表面與將要成形的所述外表面(11)對(duì)應(yīng)；第一馬達(dá)裝置(70，72)，它用來(lái)迫使所述心軸(21)和所述模具(51)圍繞各自軸線(X1，X2)旋轉(zhuǎn)；以及第二馬達(dá)裝置，它用來(lái)以受控方式改變?cè)谒龅谝?X1)和第二(X2)軸線之間的距離，從而在所述心軸(21)和所述模具(51)工作表面(21a，53a)之間徑向壓迫工件(10)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述成形模具(51)具有朝所述心軸(21)敞開(kāi)的環(huán)形容器形狀。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述模具(51)安裝在模具組件(50)上，模具組件可沿著相對(duì)于所述模具旋轉(zhuǎn)軸線(X2)橫切的導(dǎo)向裝置(80，81)滑動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，用來(lái)迫使所述心軸(21)和所述模具(51)旋轉(zhuǎn)的所述第一馬達(dá)裝置(70-72)包括壓輥(71)，所述壓輥被驅(qū)動(dòng)以便旋轉(zhuǎn)所述模具(51)并與模具可操作地連接，從而驅(qū)動(dòng)所述模具(51)圍繞所述第二軸線(X2)旋轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓輥(71)安裝在加壓組件(70)上，加壓組件可沿著所述橫向?qū)蜓b置(80，81)滑動(dòng)推進(jìn)，以便引起所述心軸和所述模具的旋轉(zhuǎn)軸線(X1，X2)相互接近，從而在所述心軸(21)和所述模具(51)工作表面(21a，53a)之間徑向壓迫工件(10)。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓輥(71)被推進(jìn)緊靠所述模具(51)的圓筒形外表面(53b)。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，其還包括第三馬達(dá)裝置(43)，它用來(lái)改變?cè)谒鲂妮S(21)和所述模具(51)之間的相對(duì)軸向距離。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述心軸(21)和中間輥(31)安裝在板(41)上，所述板可沿著軸向?qū)蜓b置(42)在第一軸向縮回加載位置和已朝所述模具(51)軸向推進(jìn)的第二工作位置之間滑動(dòng)，而且在所述第二位置所述中間輥(31)橫向介入所述心軸(21)和反作用組件(90)之間并在一側(cè)與所述心軸(21)接觸，所述反作用組件(90)在另一側(cè)裝備著至少一空轉(zhuǎn)輥(91，92)。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述反作用組件(90)包括一對(duì)軸向反作用輥(91，92)，它們各自安置在所述中間輥(31)的軸線(X3)所處水平平面的上方(91)和下方(92)。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述軸向反作用輥(91，92)空轉(zhuǎn)安裝在中央支架(93)上，所述支架鉸接在在縱向軸線(X6)周?chē)墓潭ㄖС薪Y(jié)構(gòu)(38)上，而所述軸線(X6)安置在所述軸向反作用輥(91，92)之間的中間高度處。
11.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述心軸(21)和所述中間輥(31)安裝在固定到所述板(41)上的各自軸承座(23，33)內(nèi)以便圍繞各自縱向軸線(X4，X5)擺動(dòng)。
12.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，包括適于接合所述可縱向滑動(dòng)板(41)對(duì)應(yīng)座(40)的閂鎖裝置(39)，以便將所述板(41)鎖緊在所述第二推進(jìn)或工作位置。
13.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述模具(51)與頂出組件(60)相關(guān)聯(lián)，所述頂出組件相對(duì)于所述模具同軸并且適于從所述模具(51)內(nèi)頂出成品工件(10)。
14.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述心軸(21)與第四馬達(dá)裝置(37)可操作地相關(guān)聯(lián)，所述第四馬達(dá)裝置用來(lái)迫使所述心軸在操作期間所述心軸的相同旋轉(zhuǎn)方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。
15.一種用來(lái)成形環(huán)形工件(10)的冷滾軋方法，所述工件具有給定輪廓的外表面(11)以及給定輪廓的內(nèi)表面(12)，所述方法包括下述步驟(a)提供環(huán)形坯料(10)；(b)提供可圍繞第一軸線(X1)旋轉(zhuǎn)的成形心軸(21)，所述心軸具有工作表面(21a)，所述工作表面帶有與將要成形的所述內(nèi)表面(12)輪廓對(duì)應(yīng)的輪廓；(c)提供可圍繞與所述第一軸線(X1)平行的第二軸線(X2)旋轉(zhuǎn)的成形模具(51)，所述模具具有空腔(52)，所述空腔帶有呈回轉(zhuǎn)體表面形式的內(nèi)工作表面(53a)，所述回轉(zhuǎn)體表面與將要成形的所述外表面(11)對(duì)應(yīng)；(d)使所述心軸(21)和所述模具(51)圍繞各自軸線(X1，X2)旋轉(zhuǎn)；以及(e)以受控方式改變?cè)谒龅谝?X1)和第二(X2)軸線之間的距離，與此同時(shí)在所述心軸(21)和所述模具(51)的工作表面(21a，53a)之間徑向壓迫工件(10)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述步驟(e)還包括以下步驟在滾軋期間保持所述心軸(21)的旋轉(zhuǎn)幾何軸線(X1)并使所述模具(51)的旋轉(zhuǎn)幾何軸線(X2)接近這一軸線(X1)。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述步驟(d)和(e)還包括以下步驟用旋轉(zhuǎn)壓輥(71)驅(qū)動(dòng)所述模具(51)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)所述壓輥(71)緊靠所述模具(51)施加的壓力以及由所述心軸(21)與介于所述心軸和模具之間的所述工件(10)一起提供的反作用驅(qū)動(dòng)所述心軸(21)旋轉(zhuǎn)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，其還包括以下步驟通過(guò)與驅(qū)動(dòng)壓輥(71)旋轉(zhuǎn)的裝置(72)不同的旋轉(zhuǎn)裝置(37)，沿著至少在第一滾軋步驟中在所述壓輥(71)作用下被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的相同旋轉(zhuǎn)方向上驅(qū)動(dòng)所述心軸(21)轉(zhuǎn)動(dòng)。
19.一種通過(guò)權(quán)利要求15至18任一項(xiàng)所述的方法獲得的滾軋環(huán)形工件。
全文摘要
一種用來(lái)成形環(huán)形工件(10)的冷滾軋方法和設(shè)備，所述工件具有給定輪廓的外表面(11)以及給定輪廓的內(nèi)表面(12)，并從環(huán)形坯料開(kāi)始。可旋轉(zhuǎn)的成形心軸(21)具有工作表面(21a)，它帶有與將要成形的內(nèi)表面(12)輪廓對(duì)應(yīng)的輪廓。成形模具(51)具有空腔(52)，它具有呈回轉(zhuǎn)體表面形式的內(nèi)工作表面(53a)，所述回轉(zhuǎn)體表面與將要成形的外表面(11)對(duì)應(yīng)。
文檔編號(hào)B21H1/00GK1512921SQ02811318
公開(kāi)日2004年7月14日 申請(qǐng)日期2002年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月4日
發(fā)明者A·巴拉納, E·扎克里松, A 巴拉納, 死鎪 申請(qǐng)人:Skf工業(yè)股份公司