[发明专利]工件的扩大加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于使由塑性材料制成并且具有轴线的工件的一部分变形并且扩大的扩大加工方法，更具体地，使该工件的外表面的一部分变形并且扩大的扩大加工方法。

背景技术

作为用于使由作为塑性材料的金属材料制成的轴部件设置有期望的阶梯结构的方法，除了诸如切削加工、压制加工或模锻加工的方法之外，还已知一种扩轴加工方法(例如，参见专利文献1)。根据专利文献1中描述的加工方法，在使轴部件旋转时，一边对该轴部件施加弯曲一边在该轴部件的轴线方向上对该轴部件施加压缩力。所述压缩力和弯曲塑性变形，即，扩大轴部件的外周表面的一部分使得该外周表面的该部分形成为扩大部。

根据该扩大加工方法，与切削加工不同，不会产生切屑，并且显著地减少了加工时间。此外，与用于实施压制加工或模锻加工的加工机器相比，能够使实施扩大加工方法所用的加工机器小型化并且能够减小加工负荷。因此，近些年来，愈发关注扩大加工方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本专利No.3788751的说明书

发明内容

本发明要解决的问题

专利文献1的扩大加工方法是基于塑性加工的机械原理。更具体地，在使轴部件旋转的同时，使轴部分相对于其轴线以3°到6°的弯曲角弯曲，并且这种弯曲对该轴部件反复增加旋转弯曲应力。结果，专利文献1的扩大加工方法利用所述旋转弯曲应力作为扩大加工的驱动力，并且在该轴部件中产生逐次塑性变形而扩大了该轴部件的一部分。

然而，在专利文献1的扩大加工方法的情况下，施加在轴部件的轴向上的压缩力非常小以至于几乎不能补充由该轴部件的扩大而导致的该轴部件的轴向收缩，并且更具体地，该压缩力小于工件的初始屈服强度。因此，当在扩大加工期间，轴部件弯曲超过上述弯曲角时，轴部件受到所述弯曲的那部分与该轴部分的初始轴线大大地偏离，这很可能导致轴部件的翘曲，并且难以在该轴部件上稳定地加工扩大部。

本发明的目的是提供一种工件扩大加工方法，其可以在工件上稳定地形成扩大部而不会引起工件的翘曲、需要较少的能来分解内能，并且在加工期间能够可靠地避免工件的疲劳损坏。

解决问题的方法

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于使由塑性材料制成的工件的外表面发生塑性扩大变形的扩大加工方法，所述工件包括轴线以及在其外表面上的无约束目标扩大区域。更具体地，根据本发明的方法包括：保持工件，并且在施加使在工件中产生等于或大于初始屈服强度的缩压应力以增加该工件的内能的压缩能同时，在与所述轴线相交的横向上施加使所述工件在其弹性限度内变形的交替能，由此，在分解和消耗由压缩能所增加的内能的一部分的同时，所述交替能使目标扩大区域塑性变形并且扩大。

根据上述的本发明的方法，交替能几乎不增加引起工件在该工件的横向上弹性变形的反复应力。然而，所述反复应力足以有效地分解由于压缩能的施加所增加的工件的内能。因此，在形成工件的塑性材料中生成了塑性流动的同时，由内能的分解而获得的那部分分解的内能被消耗，从而工件的处于无约束状态下的目标扩大区域中生成了塑性扩大变形。

更具体地，反复应力在工件的轴中心处变为最大并且在该工件的外周上变为零。因此，内能在工件的轴中心处分解，并且从工件的轴中心引起了上述塑性流动。结果，只要维持对工件施加压缩能和交替能，就能在消耗由于分解内能所获得分解能的同时，即，借助分解能，基于所谓的机械棘轮效应(mechanical ratchet phenomenon)在目标扩大区域逐渐且可靠地进行扩大变形。结果，能够将工件的目标扩大区域形成为期望的扩大部。

更具体地，压缩能是在工件的轴向或径向中的一个方向上压缩该工件的压缩力，并且在工件的横截面中施加交替能来作为每单位体积给定的交替剪切能。交替剪切能通过使工件位于目标扩大区域的一侧上的端部在工件的轴向上强制移位，而在工件中产生反复剪切应力，或者，通过将交替冲击扭曲施加于工件而产生交替剪切能。

此外，当工件是中空管件时，所述交替能也可以由声能产生。更具体地，在使工件的一端闭合的同时从该工件的另一端将超声波引入到该工件中。另一方面，当使目标扩大区域变形和扩大时，可以使用外形约束件。将该外形约束件布置成环绕目标扩大区域，并且该外形约束件的内表面结构限定了通过扩大目标扩大区域而获得的扩大部的外周结构。例如，该外形约束件可以用于将扩大部形成为锥齿轮。此外，外形约束件可以一体地接合于扩大部，并且在这种情况下，扩大部通过压力配合，即，接合配合，而连接于外形约束件。