一种球类零件弧式楔横轧模具及成形方法
1.本发明涉及金属塑性成形工艺技术领域，特别涉及一种球类零件弧式楔横轧模具及成形方法。
背景技术：
2.球类零件是矿山、建材、煤炭等工业部门应用及轴承制造等不可缺少的重要产品。目前的生产方式主要集中于铸造、锻造、冷镦和斜轧成形。传统的铸造、锻造、冷镦等工艺分别存在生产效率低，环境污染大，设备复杂且占地面积大等缺点。斜轧成形球类零件生产效率高，但所成形球类零件尺寸精度不高，不能满足高性能精密球类零件的要求。因此，开发高效低成本的高精度高性能球类零件生产技术是十分重要的，
3.楔横轧作为一种金属近净塑性成形工艺，具生产效率高，成本低，绿环保等一系列优点，在塑性成形领域尤其是轴类件的轧制领域得到了广泛的应用。
4.目前尚未见到利用楔横轧一次成形多个球类零件的现有技术。
技术实现要素：
5.本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种球类零件弧式楔横轧模具及成形方法，在楔横轧技术基础上发展出弧形楔横轧方法用于成形球类零件，用于高效低成本的生产高精度高性能的球类零件。
6.本发明采用如下技术方案：
7.一方面，本发明提供了一种球类零件弧式楔横轧模具，其特征在于，所述球类零件弧式楔横轧模具包括一弧形模具和一圆形模具；
8.所述圆形模具的外周面及所述弧形模具的内弧面均并排设置多个半圆形成形型腔，半圆形成形型腔的直径等于球类零件的直径，相邻的半圆形成形型腔通过凸棱相互隔开；
9.所述弧形模具固定设置，所述圆形模具能绕自身中心轴旋转；所述圆形模具和所述弧形模具的圆心重合；对应设置于所述圆形模具和所述弧形模具的两个半圆形成形型腔组成一个完整的成形腔室；多个所述成形腔室用于一次对金属圆棒料楔横轧获得多个球类零件。
10.如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，并排设置的多个半成形型腔中，位于中部的半成形型腔长度最长，且往两侧依次递减。
11.如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述圆形模具和所述弧形模具均包括楔入段、成形段和精整段；
12.所述楔入段用于模具楔入金属圆棒料，所述成形段的凸棱逐渐升高至设定高度，所述精整段的凸棱保持在设定高度；所述精整段的后段设置切断凸棱，用于切断相邻球类零件之间的连接颈。
13.如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述精整段长度设
定范围为：
14.4d《l《12d；
15.式中，d为所成形球类零件直径，l为精整段总长度；
16.如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述精整段凸棱设定高度范围：
17.0.45d《h《0.5d；
18.用于限制所述连接颈直径小于0.1d，式中，h为精整段凸棱设定高度；
19.如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述切断凸棱的长度范围：
20.l/4《l《l/2；
21.式中，l为切断凸棱长度，l为精整段总长度。
22.如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在球类零件成形过程中，所述圆形模具和所述弧形模具上的半圆形成形型腔始终关于所述金属棒料轴线中心对称。
23.如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，多个所述成形型腔的直径相同，相应的，一次成形的多个球类零件的直径相同。
24.如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，可以通过改变型腔形状得到不同形状的球类零件。
25.如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述圆形模具的切断凸棱和所述弧形模具的切断凸棱彼此相切。
26.另一方面，本发明还提供了一种球类零件弧式楔横轧成形方法，使用上述的球类零件弧式楔横轧模具，所述成形方法包括：
27.s1、楔入：金属圆棒料进给到圆形模具和弧形模具两楔尖的位置；圆形模具开始转动，两楔尖楔入金属圆棒料中部，带动金属圆棒料反向旋转滚动；
28.s2、成形：圆形模具和弧形模具的半圆形成形腔室的凸棱挤压金属圆棒料，随着模具成形段凸棱的升高，金属圆棒料在旋转滚动中逐渐被多个圆形成形腔室成形为带连接颈的多个球类零件；
29.s3、精整：带连接颈的多个球类零件在模具精整段的成形腔室内滚动精整、消除成形缺陷，提升球类零件尺寸精度；
30.s4、切断：在模具精整段的末端，切断凸棱切断球类零件之间的连接颈，形成相互分离的一组球类零件。
31.如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述圆形模具和弧形模具分别并列设置n个半圆形成形型腔，在单个成形周期内，所成形的球类零件个数等于半圆形成形型腔数目n，n》3。
32.如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述圆形模具和弧形模具的中心线水平设置，成形后的球类零件依靠重力脱离所述圆形模具和弧形模具收集。
33.如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述成形方法用于热成形、温成形、冷成形工艺，球类零件的轧制直径范围为φ3-φ100mm。
34.本发明的有益效果为：本发明方法可一次成形多个球类零件，成形效率高，成形精度高，零件力学性能好；模具布置紧凑，占据空间小；材料利用率高，生产效率高，具有广阔的应用前景。
附图说明
35.图1所示为本发明实施例一种球类零件弧式楔横轧模具的结构示意图。
36.图2所示为实施例中球类零件弧形楔横轧成形分阶段示意图。
37.图3所示为实施例中圆形模具示意图。
38.图4所示为实施例中弧形模具示意图。
39.图5所示为实施例中模具展开示意图。
40.图6所示为实施例中带连接颈的多个球类零件示意图。
41.图中：1.弧形模具；2.圆形模具；3.金属圆棒料；4.圆形模具切断凸棱；5.圆形模具半圆形成形型腔；6.弧形模具半圆形成形型腔；7.弧形模具切断凸棱。
具体实施方式
42.下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
43.如图1所示，本发明实施例一种球类零件弧式楔横轧模具，采用弧形模具1和圆形模具2相互配合将金属圆棒料3轧制成为球类零件，圆形模具2的轴线到弧形模具1的内弧面的距离d始终等于r+d，r为圆形模具2的半径，d为所述球类零件的直径。
44.在一个具体实施例中，所述圆形模具2和所述弧形模具1均包括楔入段、成形段和精整段，如图5所示；所述楔入段用于模具楔入金属圆棒料3，所述成形段的凸棱逐渐升高至设定高度，所述精整段的凸棱保持在设定高度；所述精整段的后段设置切断凸棱4、7，用于切断相邻球类零件之间的连接颈。
45.在一个具体实施例中，如图3所示，圆形模具2上并列设置n个圆形模具半圆形成形型腔5，并排设置的多个半成形型腔5中，位于中部的半成形型腔5长度最长，且往两侧依次递减；单个成形周期内成形的球类零件个数等于型腔的个数n，在半圆形模具型腔5的末端设置一组圆形模具切断凸棱4，切断凸棱4位于精整段成形型腔的末端，圆形模具切断凸棱4和弧形模具切断凸棱7之间间距为零，起到切除柱状连接颈的作用。
46.在一个具体实施例中，如图4所示，弧形模具1上设置n个弧形模具半圆形成形型腔6一一对应于圆形模具半圆形成形型腔5，设置在精整段末端的弧形模具切断凸棱7一一对应于圆形模具切断凸棱4；圆形模具的切断凸棱和所述弧形模具的切断凸棱彼此相切，彼此之间无间隙。
47.在一个具体实施例中，切断凸棱4、7的长度范围：l/4《l《l/2；式中，l为切断凸棱4、7长度，l为精整段总长度。
48.在一个具体实施例中，所述精整段长度设定范围为：4d《l《12d；式中，d为所成形球类零件直径，l为精整段总长度。
49.在一个具体实施例中，所述精整段凸棱设定高度范围：0.45d《h《0.5d；用于限制所述连接颈直径小于0.1d，式中，h为精整段凸棱设定高度，d为所成形球类零件直径。
50.在一个具体实施例中，模具型腔包括楔入段、成形段和精整段分别对应于不同的成形阶段。在球类零件成形过程中，所述圆形模具2和所述弧形模具1上的半圆形成形型腔5、6始终关于所述金属圆棒料3轴线中心对称；型腔的形状可以根据所成形目标球类零件的尺寸改变。
51.如图2所示，本发明实施例一种球类零件弧式楔横轧成形方法，使用上述的球类零件弧式楔横轧模具，所述成形方法包括：
52.s1、楔入：金属圆棒料3进给到圆形模具2和弧形模具1两楔尖的位置；圆形模具2开始转动，两楔尖楔入金属圆棒料3中部，带动金属圆棒料3反向旋转滚动；
53.s2、成形：圆形模具2和弧形模具1的半圆形成形腔室5、6的凸棱挤压金属圆棒料3，随着模具成形段凸棱的升高，金属圆棒料3在旋转滚动中逐渐被多个圆形成形腔室成形为带连接颈的多个球类零件，如图6所示；
54.s3、精整：带连接颈的多个球类零件在模具精整段的成形腔室内滚动精整、消除成形缺陷，提升球类零件尺寸精度；
55.s4、切断：在模具精整段的末端，切断凸棱4、7切断球类零件之间的连接颈，形成相互分离的一组球类零件。
56.在一个具体实施例中，所述圆形模具2和弧形模具1的中心线水平设置，成形后的球类零件依靠重力脱离所述圆形模具2和弧形模具1收集。
57.本发明适用于热成形、温成形、冷成形工艺，球类零件的轧制直径范围为φ3-φ100。
58.本发明的工作过程如下：
59.成形过程包括楔入、成形、精整和切断四个阶段。在楔入阶段，金属圆棒料3位于两楔尖之间的初始位置，圆形模具2开始转动，两侧楔尖同时楔入金属圆棒料3的中部，带动金属圆棒料3旋转，旋转方向与圆形模具2的转向相反；在成形阶段，金属圆棒料3的金属流动进入半圆形成形型腔5、6内，变形成为球类零件，所成形的球类零件直径等于半圆形成形型腔5和6的直径，由于圆形模具型腔5和弧形模具型腔6的顶部存在间隙，在相邻球类零件之间形成柱状连接颈，柱状连接颈直径等于顶部间隙距离；在精整阶段，已成形的球类零件进入精整段型腔，消除前述阶段产生的表面缺陷，得到更精确的目标尺寸；在切断阶段，相邻球类零件之间的柱状连接颈被设置在精整段末端的切断凸棱4和7切断，此时单个成形周期结束，获得一组相互独立的完整球类零件，圆形模具2回到初始位置，进入下一成形周期。
60.本发明方法可获得精度高、质量好的球类零件，具有模具布置紧凑，占据空间小的优点，且材料利用率高，生产效率高，应用前景广阔。
61.本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
技术特征：
1.一种球类零件弧式楔横轧模具，其特征在于，所述球类零件弧式楔横轧模具包括一弧形模具和一圆形模具；所述圆形模具的外周面及所述弧形模具的内弧面均并排设置多个半圆形成形型腔，半圆形成形型腔的直径等于球类零件的直径，相邻的半圆形成形型腔通过凸棱相互隔开；所述弧形模具固定设置，所述圆形模具能绕自身中心轴旋转；所述圆形模具和所述弧形模具的圆心重合；对应设置于所述圆形模具和所述弧形模具的两个半圆形成形型腔组成一个完整的成形腔室；多个所述成形腔室用于一次对金属圆棒料楔横轧获得多个球类零件。2.如权利要求1所述的球类零件弧式楔横轧模具，其特征在于，所述圆形模具和所述弧形模具均包括依次设置的楔入段、成形段和精整段；所述楔入段用于模具楔入金属圆棒料，所述成形段的凸棱逐渐升高至设定高度，所述精整段的凸棱保持在设定高度；所述精整段的后段设置切断凸棱，用于切断相邻球类零件之间的连接颈。3.如权利要求2所述的球类零件弧式楔横轧模具，其特征在于，所述精整段的长度设定范围为：4d<l<12d；式中，d为所成形球类零件直径，l为精整段总长度；所述精整段的凸棱设定高度范围：0.45d<h<0.5d；用于限制所述连接颈直径小于0.1d，式中，h为精整段凸棱设定高度；所述切断凸棱的长度范围：l/4<l<l/2；式中，l为切断凸棱长度。4.如权利要求1所述的球类零件弧式楔横轧模具，其特征在于，在球类零件成形过程中，所述圆形模具和所述弧形模具上的半圆形成形型腔始终关于所述金属棒料的轴线中心对称。5.如权利要求1所述的球类零件弧式楔横轧模具，其特征在于，多个所述成形型腔的直径相同，相应的，一次成形的多个球类零件的直径相同。6.如权利要求2所述的球类零件弧式楔横轧模具，其特征在于，所述圆形模具的切断凸棱和所述弧形模具的切断凸棱彼此相切。7.一种球类零件弧式楔横轧成形方法，其特征在于，所述成形方法使用如权利要求1-6任一项所述的球类零件弧式楔横轧模具，所述成形方法包括：s1、楔入：金属圆棒料进给到圆形模具和弧形模具两楔尖的位置；圆形模具开始转动，两楔尖楔入金属圆棒料中部，带动金属圆棒料反向旋转滚动；s2、成形：圆形模具和弧形模具的半圆形成形腔室的凸棱挤压金属圆棒料，随着模具成形段凸棱的升高，金属圆棒料在旋转滚动中逐渐被多个圆形成形腔室成形为带连接颈的多个球类零件；s3、精整：带连接颈的多个球类零件在模具精整段的成形腔室内滚动精整、消除成形缺陷；
s4、切断：在模具精整段的末端，切断凸棱切断球类零件之间的连接颈，形成相互分离的一组球类零件。8.如权利要求7所述的球类零件弧式楔横轧成形方法，其特征在于，所述圆形模具和弧形模具分别并列设置n个半圆形成形型腔，在单个成形周期内，所成形的球类零件个数等于半圆形成形型腔数目n，n>3。9.如权利要求7所述的球类零件弧式楔横轧成形方法，其特征在于，所述圆形模具和弧形模具的中心线水平设置，成形后的球类零件依靠重力脱离所述圆形模具和弧形模具收集。10.如权利要求7所述的球类零件弧式楔横轧成形方法，其特征在于，所述成形方法用于热成形、温成形、冷成形工艺，球类零件的轧制直径范围为φ3-φ100mm。
技术总结
本发明涉及金属塑性成形工艺技术领域，提供了一种球类零件弧式楔横轧模具及成形方法，该模具包括弧形模具和圆形模具，均并排设置多个半圆形成形腔室，对应设置的两个半圆形成形型腔组成一个完整的成形腔室；多个成形腔室用于一次楔横轧获得多个球类零件。该方法包括楔入，成形，精整和切断四个阶段；楔入阶段模具楔尖楔入坯料中部，坯料开始变形；成形阶段坯料在型腔作用下滚动变形为球类零件；精整阶段消除前述阶段产生的表面缺陷，获得精确尺寸；切断阶段切断相邻球类零件之间的连接颈，分离为一组目标零件。本发明方法可获得精度高、质量好的球类零件，具有模具布置紧凑，占据空间小的优点，且材料利用率高，生产效率高，应用前景广阔。广阔。广阔。
