一种用于轧制层合轴的板式楔横轧机构、装置及方法

本发明涉及楔横轧，尤其是涉及一种用于轧制层合轴的板式楔横轧机构、装置及方法。

背景技术：

1、异质金属层合轴能够融合不同材料的优势，达到“1+1>2”的成效。例如，42crmo/45钢层合轴的成本相较于纯车轴钢轴可降低一半。现有技术中，异质金属层合轴主要通过以下两种方式进行制备：其一，运用爆炸复合的棒材，并借助楔横轧或锻造等工艺来完成后续成形。然而，这种方法存在工序繁多、流程冗长的问题，并且爆炸焊接的成本高昂、效率低下，难以满足车轴大批量生产的需要；其二，先对两种棒材的内外表面进行打磨以及端部的焊接处理，随后采用楔横轧工艺直接轧制成形，而板式楔横轧装置是楔横轧工艺中常用的一种楔横轧装置。但是，该方法所制备的层合轴，其内轴与外轴的结合界面呈平直状，结合强度较为有限，在后续服役过程中面对弯、扭、剪、压等载荷时，容易导致界面开裂、内外剥离的情况，无法满足层合轴轴向抗剪、周向抗扭的要求。

技术实现思路

1、本发明为了克服现有技术中的不足，提供一种用于轧制层合轴的板式楔横轧机构，用于轧制具有波纹结合界面的层合轴，既能保证低加工成本，又能使层合轴成形后的层合轴具有轴向抗剪、周向抗扭的特点。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种用于轧制层合轴的板式楔横轧机构，包括直线驱动机构和两个平行且相对设置的板式模具，所述直线驱动机构至少与其中一个所述板式模具连接，以使两个所述板式模具能够相对平移，两个所述板式模具均设有用于抵紧所述层合轴的支撑面，至少其中一个所述支撑面上设有凸出该支撑面的预挤压条纹，至少其中一个所述支撑面上设有凸出该支撑面的成形楔，所述预挤压条纹延伸方向与所述板式模具移动方向之间的夹角α小于45°，所述预挤压条纹设于所述成形楔的前方，以使所述层合轴在成形时依次经过所述预挤压条纹和所述成形楔。

4、上述技术方案中，所述层合轴由内轴和套设在内轴外侧的外轴组成，内轴与外轴通过紧配和端部焊接的方式进行固定。所述预挤压条纹和所述成形楔可根据实际产品的需求设置各种形状和大小。该方案的工作原理为：将层合轴放置于两个板式模具之间，使两个板式模具夹紧层合轴的两侧，随后通过直线驱动机构驱动两个板式模具相对平移，在平移过程中，层合轴相对两个板式模具滚动。层合轴的圆柱面先滚过预挤压条纹，被其挤压，在外轴的外表面产生压痕的同时也将压痕传递至内轴，接着层合轴继续滚动通过成形楔，外轴外表面的压痕在成形楔的挤压作用下被轧平，与此同时，外表面的压痕在成形楔的作用下进一步传递至内轴和外轴的结合界面，最终轧制成的层合轴外表面光滑平整，外轴与内轴结合界面具有波纹特征。上述技术方案既能实现层合轴在高温下的轧制，又能使轧制后层合轴的内外轴结合界面具有波纹状机械啮合，成形后的层合轴具有轴向抗剪、周向抗扭的特点。并且，层合轴的制造过程中没有增添额外的工序，仅通过一次轧制工序即可实现，不会增加整体加工成本。

5、作为优选，所述成形楔凸出对应支撑面的高度高于所述预挤压条纹凸出对应支撑面的高度。

6、上述技术方案中，当成形楔对层合轴进行挤压轧制时，能够将预挤压条纹在外轴上产生的波纹轧平，从而使最终轧制成的层合轴拥有光滑平整的外表面。

7、作为优选，0°＜α＜10°。

8、上述技术方案中，倾斜设置的预挤压条纹能够使第一步轧制后的层合轴在内外轴结合界面上产生螺纹状的压痕，而该螺纹状的压痕在经过成形楔的二次轧制后会被破坏，被破坏后的螺纹状压痕会在内外轴结合界面上形成周向和径向的限位凹痕，进而使内外轴在周向和轴向上的强度同时得到加强。

9、作为优选，两个板式模具上的所述预挤压条纹相互吻合，以使两个预挤压条纹在所述层合轴上形成的螺旋凹槽重合或首尾相接。

10、上述技术方案可以确保层合轴在轧制过程中，内外轴受到更加均匀的挤压和作用，从而使螺旋凹槽的形状更加规则和稳定，有助于提高层合轴内外轴结合界面的机械啮合强度，增强层合轴在轴向抗剪和周向抗扭方面的性能，提高层合轴的整体质量和可靠性。

11、作为优选，所述预挤压条纹的数量为多个，多个所述预挤压条纹平行且间隔设置。

12、上述技术方案能够在层合轴上形成多个均匀分布的螺旋凹槽，增加了内外轴结合界面的接触面积和机械啮合点的数量。从而有效地提高了结合界面的摩擦力和结合强度，使层合轴在轴向抗剪和周向抗扭方面的性能得到更好地提升。同时，多个平行且间隔设置的预挤压条纹还可以使压力更加均匀地分布在层合轴上，减少局部应力集中的现象，提高层合轴的整体稳定性和耐用性。

13、作为优选，多个所述预挤压条纹组成预挤压条纹组，所述预挤压条纹组的宽度小于等于所述成形楔宽度最大处的宽度。

14、上述技术方案能够确保在轧制过程中，成形楔能够充分地对预挤压条纹在外轴上产生的压痕进行处理。使得外轴外表面的压痕能够更有效地被轧平，同时外表面的压痕也能更顺利地传递至内轴和外轴的结合界面，从而形成具有特定波纹特征的结合界面。这有助于提高层合轴的整体质量和性能，使其在使用过程中更加稳定可靠。

15、作为优选，所述预挤压条纹的前端设有高度由前向后递增的过渡条纹。

16、上述技术方案能够使层合轴在进入预挤压条纹的轧制过程中更加平稳，减少了突然受力可能导致的损伤。过渡条纹的存在有助于逐步引导层合轴的变形，使预挤压条纹在外轴上产生的压痕更加均匀，从而提高了层合轴的轧制质量和结合界面的稳定性。

17、作为优选，所述成形楔包括成形前部和设于成形前部后侧的成形后部，所述成形前部的宽度由远离成形后部的一端向靠近成形后部的一端递增。

18、上述技术方案使得成形楔在对层合轴进行轧制时，能够逐渐增加对层合轴的作用力，使层合轴的变形更加均匀，有助于提高层合轴外表面的平整度和结合界面的波纹特征的稳定性。同时，成形前部宽度的递增设计也有利于提高成形楔的使用寿命，减少磨损。

19、作为优选，所述成形前部的前侧设有高度由远离成形前部的一端向靠近成形前部的一端递增的过渡部。

20、上述技术方案中，成形前部前侧的过渡部能够在层合轴与成形楔接触时起到缓冲作用，使层合轴的受力更加均匀。这有助于提高层合轴的轧制质量，降低层合轴在轧制过程中出现缺陷的可能性，进一步增强了层合轴的整体性能和可靠性。

21、一种用于轧制层合轴的板式楔横轧装置，包括固定架和上述板式楔横轧机构，两个所述板式模具中的一个与所述固定架固定，另一个与所述固定架滑动连接，两个所述板式模具上下设置，所述直线驱动机构安装于所述固定架。

22、上述技术方案中，两个板式模具的上下设置和相对运动方式，能够有效地对层合轴进行夹紧和轧制，确保轧制过程的稳定性和准确性。

23、一种板式楔横轧方法，基于上述板式楔横轧装置，包括以下步骤：

24、s100：将轧制前层合轴的内轴与外轴采用过盈配合方式通过压力机完成组坯，随后在端部进行焊接；

25、s200：将焊接完成后，将组坯完成的层合轴送入加热炉加热；

26、s300：将加热后的层合轴送入楔横轧装置，使两个板式模具夹紧层合轴；

27、s400：使两个板式模具相对移动，使层合轴依次通过预挤压条纹和成形楔，层合轴通过预挤压条纹时，在外轴的外表面产生压痕的同时也将压痕传递至内轴，层合轴通过成形楔时，外轴外表面的压痕在成形楔的作用下被轧平，与此同时，外表面的压痕在成形楔的作用下进一步传递至内轴和外轴的结合界面，最终轧制成的层合轴外表面光滑平整，外轴与内轴结合界面具有波纹特征；

28、s500：取出成形后的层合轴。

29、上述板式楔横轧工艺方法中，采用过盈配合方式完成组坯并进行焊接，确保了在轧制前内轴与外轴的紧密结合。将组坯完成的层合轴送入加热炉加热，使其达到适宜的轧制温度，提高了材料的可塑性。将加热后的层合轴送入楔横轧装置，通过两个板式模具夹紧棒料，为后续的轧制提供了稳定的夹持力。使两个板式模具相对移动，使层合轴依次通过预挤压条纹和成形楔，在这个过程中，外轴外表面产生的压痕能够有效地传递至内轴，并且通过成形楔的作用，外轴外表面的压痕被轧平，同时进一步传递至内轴和外轴的结合界面，最终轧制成的层合轴外表面光滑平整，内轴与外轴结合界面具有波纹特征。这种工艺方法能够精确地控制层合轴的形状和性能，提高了层合轴的质量和稳定性。具有螺旋波纹结合界面的层合轴同时实现了高温下轧制的冶金结合以及界面的机械啮合，具有轴向抗剪、周向抗扭的特点，满足了实际应用的需求。此外，该工艺方法流程清晰，操作简单，有助于提高生产效率，降低生产成本。