[0001] 本发明涉及楔横轧技术领域，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。

[0002] 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。

[0028] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。

[0029] 实施例1：如图1至图9所示，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1，所述直线驱动机构至少与其中一个所述板式模具1连接，以使两个所述板式模具1能够相对平移，两个所述板式模具1均设有用于抵紧所述层合轴6的支撑面2，至少其中一个所述支撑面2上设有凸出该支撑面2的预挤压条纹3，至少其中一个所述支撑面2上设有凸出该支撑面2的成形楔4，所述预挤压条纹3延伸方向与所述板式模具1移动方向之间的夹角α小于45°，所述预挤压条纹3大致沿所述板式模具1的移动方向延伸，所述成形楔4沿所述板式模具1的移动方向延伸，所述预挤压条纹3设于所述成形楔4的前方，以使所述层合轴6在成形时依次经过所述预挤压条纹3和所述成形楔4。图中X方向为所述板式模具1的移动方向。

[0030] 本实施例中，所述层合轴6由内轴61和套设在内轴61外侧的外轴62组成，内轴61与外轴62的材质不同。轧制前内轴61与外轴62通过紧配和端部焊接的方式进行固定，轧制后的外轴62形状发生改变，成形为需要的零件形状。

[0031] 上述技术方案中，所述预挤压条纹3和所述成形楔4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6放置于两个板式模具1之间，使两个板式模具1夹紧层合轴6的两侧，随后通过直线驱动机构驱动两个板式模具1相对平移，在平移过程中，层合轴6相对两个板式模具1滚动。层合轴6的圆柱面先滚过预挤压条纹3，被其挤压，在外轴62的外表面产生压痕的同时也将压痕传递至内轴61，接着层合轴6继续滚动通过成形楔4，外轴62外表面的压痕在成形楔4的挤压作用下被轧平，与此同时，外表面的压痕在成形楔4的作用下进一步传递至内轴61和外轴62的结合界面，最终轧制成的层合轴6外表面光滑平整，外轴62与内轴61结合界面具有波纹特征。上述技术方案既能实现层合轴6在高温下的轧制，又能使轧制后层合轴6的内轴61、外轴62结合界面具有波纹状机械啮合，成形后的层合轴6具有轴向抗剪、周向抗扭的特点。并且，层合轴6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。

[0032] 优选的，所述预挤压条纹3的前端设有高度由前向后递增的过渡条纹5。所述成形楔4包括成形前部41和设于成形前部41后侧的成形后部42，所述成形前部41的宽度由远离成形后部42的一端向靠近成形后部42的一端递增。所述成形前部41的前侧设有高度由远离成形前部41的一端向靠近成形前部41的一端递增的过渡部43。

[0033] 上述技术方案能够使层合轴6在进入预挤压条纹3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5的存在有助于逐步引导层合轴6的变形，使预挤压条纹3在外轴62上产生的压痕更加均匀，从而提高了层合轴6的轧制质量和结合界面的稳定性。成形楔4在对层合轴6进行轧制时，能够逐渐增加对层合轴6的作用力，使层合轴6的变形更加均匀，有助于提高层合轴6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41宽度的递增设计也有利于提高成形楔4的使用寿命，减少磨损。成形前部41前侧的过渡部43能够在层合轴6与成形楔4接触时起到缓冲作用，使层合轴6的受力更加均匀。这有助于提高层合轴6的轧制质量，降低层合轴6在轧制过程中出现缺陷的可能性，进一步增强了层合轴6的整体性能和可靠性。

[0034] 本实施例中，为了使两个板式模具1能够相对平移，可以将其中一个板式模具1固定，另一个板式模具1由所述直线驱动机构驱动其平移；也可以通过直线驱动机构同时驱动两个板式模具1往相反的方向进行运动。

[0035] 本实施例中，所述两个板式模具1可以是上下相对布置，也可以是左右相对布置。

[0036] 可以理解的，本实施例中，所述预挤压条纹3和所述成形楔4存在以下几种布置方式：第一种，其中一个所述支撑面2上同时设有凸出该支撑面2的预挤压条纹3和成形楔4。第二种：其中一个所述支撑面2上设有凸出该支撑面2的预挤压条纹3，另一个支撑面2上设有凸出该支撑面2的成形楔4。第三种，两个所述支撑面2上均同时设有凸出该支撑面2的预挤压条纹3和成形楔4。第四种，其中一个所述支撑面2上同时设有凸出该支撑面2的预挤压条纹3和成形楔4，另一个支撑面2上设有凸出该支撑面2的预挤压条纹3。第五种，其中一个所述支撑面2上同时设有凸出该支撑面2的预挤压条纹3和成形楔4，另一个支撑面2上设有凸出该支撑面2的成形楔4。无论采取上述何种布置方式，均需要保证，在所述层合轴6在成形时，使层合轴6先后经过所述预挤压条纹3和所述成形楔4。

[0037] 优选的，所述成形楔4凸出对应支撑面2的高度h1高于所述预挤压条纹3凸出对应支撑面2的高度h2。上述技术方案中，当成形楔4对层合轴6进行挤压轧制时，能够将预挤压条纹3在外轴62上产生的波纹轧平，从而使最终轧制成的层合轴6拥有光滑平整的外表面。

[0038] 可以理解的，在另一个实施例中，如果对成形后的外轴外表面无平整度要求，也可以使所述成形楔4凸出对应支撑面2上的高度不高于所述预挤压条纹3凸出对应支撑面2上的高度。

[0039] 实施例2：如图2至5所示，在实施例1的基础上，所述预挤压条纹3的延伸方向与所述板式模具1的移动方向之间的夹角为α，0°＜α＜20°。优选的角度为10°。

[0040] 在上述技术方案中，倾斜设置的预挤压条纹3能够使第一步轧制后的层合轴6在内轴61、外轴62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4的二次轧制后会被破坏，被破坏后的螺纹状压痕会在内轴61、外轴62结合界面上形成周向和径向的限位凹痕，进而使内轴61、外轴62在周向和轴向上的强度同时得到加强。过度的倾斜角会导致层合轴6在成形时不顺畅，因此夹角α的角度不宜过大。

[0041] 优选的，两个所述支撑面2上均设有所述预挤压条纹3时，两个板式模具1上的所述预挤压条纹3相互吻合，以使两个预挤压条纹3在所述层合轴6上形成的螺旋凹槽重合或首尾相接。上述技术方案可以确保层合轴6在轧制过程中，内轴61、外轴62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6内轴61、外轴62结合界面的机械啮合强度，增强层合轴6在轴向抗剪和周向抗扭方面的性能，提高层合轴6的整体质量和可靠性。

[0042] 实施例3：如图3和5所示，在实施例1或实施例2的基础上，所述预挤压条纹3的数量为多个，多个所述预挤压条纹3平行且间隔设置。多个所述预挤压条纹3组成预挤压条纹组，所述预挤压条纹组的宽度L1小于等于所述成形楔4宽度最大处的宽度L2。

[0043] 上述技术方案能够在层合轴6上形成多个均匀分布的螺旋凹槽63，增加了内轴61、外轴62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6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3还可以使压力更加均匀地分布在层合轴6上，减少局部应力集中的现象，提高层合轴6的整体稳定性和耐用性。所述预挤压条纹组的宽度小于等于所述成形楔4宽度最大处的宽度，能够确保在轧制过程中，成形楔4能够充分地对预挤压条纹3在外轴62上产生的压痕进行处理。使得外轴62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61和外轴62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6的整体质量和性能，使其在使用过程中更加稳定可靠。

[0044] 实施例4：如图1至图9所示，一种用于轧制层合轴的板式楔横轧装置，包括固定架和上实施例1至3之一所述板式楔横轧机构，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。

[0045] 上述技术方案中，两个板式模具1的上下设置和相对运动方式，能够有效地对层合轴6进行夹紧和轧制，确保轧制过程的稳定性和准确性。

[0046] 实施例5：一种板式楔横轧方法，基于上述实施例中所述的板式楔横轧装置，包括以下步骤：
S100：将轧制前层合轴6的内轴61与外轴62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；
S200：将焊接完成后，将组坯完成的层合轴6送入加热炉加热；
S300：将加热后的层合轴6送入楔横轧装置，使两个板式模具1夹紧层合轴6；
S400：使两个板式模具1相对移动，使层合轴6依次通过预挤压条纹3和成形楔4，层合轴6通过预挤压条纹3时，在外轴62的外表面产生压痕的同时也将压痕传递至内轴61，层合轴6通过成形楔4时，外轴62外表面的压痕在成形楔4的作用下被轧平，与此同时，外表面的压痕在成形楔4的作用下进一步传递至内轴61和外轴62的结合界面，最终轧制成的层合轴6外表面光滑平整，外轴62与内轴61结合界面具有波纹特征；
S500：取出成形后的层合轴6。

[0047] 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61与外轴62的紧密结合。将组坯完成的层合轴6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6送入楔横轧装置，通过两个板式模具1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1相对移动，使层合轴6依次通过预挤压条纹3和成形楔4，在这个过程中，外轴62外表面产生的压痕能够有效地传递至内轴61，并且通过成形楔4的作用，外轴62外表面的压痕被轧平，同时进一步传递至内轴61和外轴62的结合界面，最终轧制成的层合轴6外表面光滑平整，内轴61与外轴62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6的形状和性能，提高了层合轴6的质量和稳定性。具有螺旋波纹结合界面的层合轴6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。