CN102601151B - 渐开线花键开式挤压精密组合凹模的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种渐开线花键开式挤压精密组合凹模的制造方法，采用镦粗、拔长、镦粗、压窝、最终镦粗工艺，确保内芯组织均匀、致密，周向正圆金属流线；外套采用镦粗、拔长、镦粗、冲孔、扩孔工艺，保证外套周向正圆金属流线，在受力弹性变形时，径向变形均匀，提高径向精度；组合凹模机械加工与装配采用粗加工、半精加工、真空淬火回火热处理、磨削与装配，保证内孔与外圆同轴度不大于0.05mm；研磨抛光工艺：采用先横切后沿轮廓线研抛圆角的工艺方法，规范研抛磨头走刀轨迹算法。该制造方法实现了模具组织、性能均匀，减小受力回弹变形各向异性；能实现高精密、高寿命组合凹模制造，有效提高齿形成形精度和一致性。
Description
技术领域
本发明属于机械加工领域，涉及一种精密冷挤压模具制造方法，具体地说是一种渐开线花键开式挤压精密组合凹模的制造方法。
背景技术
渐开线花键开式挤压技术已经广泛应用于汽车零件生产，现有的三层套挤压组合凹模的制造方法质量不稳定，且不能量化解决模具制造系统对产品精度的影响，致使花键挤压模寿命长短不齐，且挤压产品精度提高受到严重限制。目前对齿厚误差只能控制在0.04mm以上，齿向误差控制在0.1mm/100mm以上,在花键轴长度与分度圆比值大于2时，花键轴不可恢复弯曲明显，严重影响了渐开线花键开式挤压的应用范围和领域。现已采用的工艺方法是，1）组合凹模内芯、外套锻造工艺只宏观考虑提高综合机械性能提高，要求锻造比大于4，而不在细观考虑锻造后组织均匀和金属流线对模具寿命和受径向力后弹性变形方向性的影响；2）挤压过程采用CAE分析技术，能得到比较精准的应力-应变场和轴向挤压力，但受到模具主要摩擦面加工方法的影响，每齿的摩擦因子的确定不稳定，以及动态变形过程型腔压力的不稳定的影响，模具变形分析数据精确度不高；3）现行的组合凹模机械加工和装配工艺没有对半精加工控制内孔和外径同轴度精度提出要求，控制淬火和回火后零件硬度区间偏大，组装后组合凹模内芯的尺寸设计不合理；4）由于受到杆部弯曲和塑性变形区扩张的影响，降低并精确计算出开式挤压轴向力至关重要，同时齿形充填饱满度要求，现行的手工抛光方法精度一致性差，表面粗糙度也很难达到要求，花键轴挤出弯曲，对齿向误差影响很大，几乎影响了较长花键轴的实际应用；5）齿形凹模空间狭小，研磨抛光缺少走刀轨迹的合理规划和算法且传统的机械研磨抛光表面粗糙度值大。
发明内容
为了解决冷挤压花键轴零件成形精度不高的问题，本发明的目的是提供一种高精度渐开线花键开式挤压精密组合凹模的制造方法，该制造方法实现模具组织、性能均匀，减小受力回弹变形各向异性；能实现高精密、高寿命组合凹模制造，有效提高齿形成形精度。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种渐开线花键开式挤压精密组合凹模的制造方法，其特征在于：该制造方法包括以下步骤：
1）组合凹模中模芯和外套锻造，得到组合凹模毛坯；模芯锻造比大于4，采用镦粗-拔长-镦粗-压窝-最终镦粗工艺，确保内芯组织均匀、致密、周向正圆金属流线；外套锻造比大于4，采用镦粗-拔长-镦粗-冲孔-扩孔工艺，扩孔时，压下量h=0.2b，压下量精度误差不大于0.1h，保证外套周向正圆金属流线，在受力弹性变形时，径向变形均匀，提高径向精度；
2）组合凹模机械加工与装配；采用粗加工 - 半精加工，保证内孔与外圆同轴度不大于0.05mm - 真空淬火回火热处理 - 磨削与装配，其中磨削与装配工艺具体如下：
步骤1 磨削第三层套C端面及内孔，内孔锥面30′；
步骤2 磨削第二层套B端面及外圆，外锥面30′并与前面磨好的第三层套内孔配磨，接触面积大于85%；
步骤3 将第二层套B冷压配入第三层套C，形成组合外套，过盈量以第三层套外圆屈服为判定条件优化；
步骤4 磨削已冷压配组合外套内孔，内孔锥面30′；
步骤5磨削模内芯A端面及外圆，外锥面30′并与前面磨好的组合外套内孔配磨，接触面积大于85%以上；
步骤6将内芯A冷压配入组合外套形成组合凹模，过盈量按圆筒理论以第二层套外圆屈服为判定条件优化；
步骤7 磨削组合凹模内孔型腔，内孔小径D0为渐开线花键齿根圆直径Di的下限值-0.005mm，入口锥角α在90-120o；
步骤8 穿芯棒磨组合凹模端面及外圆，保证内孔与外圆同轴度不大于0.005mm,与底面垂直度不大于0.005mm；
步骤9采用金刚石磨头，磨头直径为Φ4-φ12mm，磨头端面圆角为R2-R6mm，研磨抛光走刀轨迹先按横切齿形圆角进行，再顺着渐开线进行，得到渐开线花键开式挤压精密组合凹模。
本发明步骤7及步骤9中，内腔中r1=2mm，r2=0.5-1mm，r3=1-3mm,内腔表面粗糙度全部小于Ra0.1μm。
采用本发明加工齿形时，以预先精磨后内芯小径即渐开线花键齿根圆为定位基准，避开齿根圆线切割齿形，保证凹模齿形小径的精度和低的表面粗糙度值，线切割齿形时，齿根圆直径减小1个钼丝直径后，再减小0.01mm。应用三维数字建模方法构建凹模内腔结构，以入口曲面生成电火花电极，在已经通过磨削加工完成的凹模锥角入口和齿形上，电火花成型入口圆角；研磨抛光走刀轨迹先按横切齿形圆角顺渐开线进给进行，再按渐开线顺圆角切线进给进行。
本发明得到的组合凹模组织、性能均匀，减小受力回弹变形各向异性；实现了高精密、高寿命。采用本发明得到的组合凹模能有效提高齿形成形精度。根据齿形入口曲面研抛工艺路线，采用本发明加工齿形，能提高研抛精度，降低粗糙度值。
附图说明
图1-1至图1-6为本发明组合凹模内芯锻造工艺图。
图2-1到图2-7为本发明组合凹模二层、三层套锻造工艺图。
图3-1为本发明组合凹模组装结构示意图。
图3-2为本发明内腔齿形结构示意图。
图3-3为图3-2中P部局部放大示意图。
图4-1至图4-5为本发明内腔研抛走刀路线图。
具体实施方式
一种本发明所述的渐开线花键开式挤压精密组合凹模的制造方法，该制造方法包括以下步骤：
1）组合凹模中模芯和外套锻造，得到组合凹模毛坯；模芯锻造比大于4，采用镦粗-拔长-镦粗-压窝-最终镦粗工艺，确保内芯组织均匀、致密、周向正圆金属流线；外套锻造比大于4，采用镦粗-拔长-镦粗-冲孔-扩孔工艺，扩孔时，压下量h=0.2b，压下量精度误差不大于0.1h，保证外套周向正圆金属流线，在受力弹性变形时，径向变形均匀，提高径向精度；
2）组合凹模机械加工与装配；采用粗加工 - 半精加工，保证内孔与外圆同轴度不大于0.05mm - 真空淬火回火热处理 - 磨削与装配，图1-1至图1-6为本发明组合凹模内芯锻造工艺图。图2-1到图2-7为本发明组合凹模二层、三层套锻造工艺图。图3-1为本发明组合凹模组装结构示意图。图3-2为本发明内腔齿形结构示意图。图3-3为图3-2中P部局部放大示意图。其中磨削与装配工艺具体如下：
步骤1 磨削第三层套C端面及内孔，内孔锥面30′；
步骤2 磨削第二层套B端面及外圆，外锥面30′并与前面磨好的第三层套内孔配磨，接触面积大于85%；
步骤3 将第二层套B冷压配入第三层套C，形成组合外套，过盈量以第三层套外圆屈服为判定条件优化；
步骤4 磨削已冷压配组合外套内孔，内孔锥面30′；
步骤5磨削模内芯A端面及外圆，外锥面30′并与前面磨好的组合外套内孔配磨，接触面积大于85%以上；
步骤6将内芯A冷压配入组合外套形成组合凹模，过盈量按圆筒理论以第二层套外圆屈服为判定条件优化；
步骤7 磨削组合凹模内孔型腔，内孔小径D0为渐开线花键齿根圆直径Di的下限值-0.005mm，入口锥角α在90-120o；内腔中r1=2mm，r2=0.5-1mm，r3=1-3mm,内腔表面粗糙度全部小于Ra0.1μm。
步骤8 穿芯棒磨组合凹模端面及外圆，保证内孔与外圆同轴度不大于0.005mm,与底面垂直度不大于0.005mm，得到渐开线花键开式挤压精密组合凹模。
步骤9研磨抛光。采用本发明加工齿形时，线切割齿形以组合凹模内孔小径D0为基准，线切割编程时，切割渐开线齿根圆直径为Di减小1个钼丝直径再减小0.01mm，R1ˊ=0.02-0.04mm，R2ˊ=0.02-0.04mm。图4-1至图4-5为本发明内腔研抛走刀路线图。研磨抛光时，首先研抛r4，采用金刚石磨头，磨头直径为Φ4-φ12mm，磨头端面圆角为R2-R6mm，研磨抛光走刀轨迹按图4-4中横切齿形圆角进行，进给路线按在X-Y平面内渐开线，再按图4-5顺着渐开线进行，进给路线按圆角切向方向。采用E/F轴摆动精密研磨工艺。其渐开线方程为：
渐开线极坐标方程 rk=rb/cosαk
Φk=tanβk-αk
Xˊ=rbsin(βk+Φk)-rb(βk+Φk)cos(βk+Φk)
Yˊ= rbcos(βk+Φk)+rb(βk+Φk)sin(βk+Φk)
X=Yˊsinβ+Xˊcosβ
Y= Yˊcosβ-Xˊsinβ
本发明得到的组合凹模组织、性能均匀，减小受力回弹变形各向异性；精密度高、寿命长。采用本发明能有效提高齿形成形精度和一致性。
Claims (1)
1.一种渐开线花键开式挤压精密组合凹模的制造方法，其特征在于：该制造方法包括以下步骤：
1）组合凹模中模芯和外套锻造，得到组合凹模毛坯；模芯锻造比大于4，采用镦粗-拔长-镦粗-压窝-最终镦粗工艺，确保内芯组织均匀、致密、周向正圆金属流线；外套锻造比大于4，采用镦粗-拔长-镦粗-冲孔-扩孔工艺，扩孔时，压下量h=0.2b，其中：b为压后的工件高度，压下量精度误差不大于0.1h，保证外套周向正圆金属流线，在受力弹性变形时，径向变形均匀，提高径向精度；
2）组合凹模的机械加工与装配；采用粗加工 - 半精加工，保证内孔与外圆同轴度不大于0.05mm - 真空淬火回火热处理 - 磨削与装配，其中磨削与装配工艺具体如下：
步骤1 磨削第三层套C端面及内孔，内孔锥面30′；
步骤2 磨削第二层套B端面及外圆，外锥面30′并与前面磨好的第三层套内孔配磨，接触面积大于85%；
步骤3 将第二层套B冷压配入第三层套C，形成组合外套，过盈量以第三层套外圆屈服为判定条件优化；
步骤4 磨削已冷压配组合外套内孔，内孔锥面30′；
步骤5磨削模内芯A端面及外圆，外锥面30′并与前面磨好的组合外套内孔配磨，接触面积大于85%以上；
步骤6将内芯A冷压配入组合外套形成组合凹模，过盈量按圆筒理论以第二层套外圆屈服为判定条件优化；
步骤7 磨削组合凹模内孔型腔，内孔小径D0为渐开线花键齿根圆直径Di的下限值-0.005mm，入口锥角α在90-120o；
步骤8 穿芯棒磨组合凹模端面及外圆，保证内孔与外圆同轴度不大于0.005mm,与底面垂直度不大于0.005mm；
步骤9采用金刚石磨头，磨头直径为Φ4-Φ12mm，磨头端面圆角为R2-R6mm，加工齿形时，线切割齿形以组合凹模内孔小径D0为基准，线切割编程时，切割渐开线齿根圆直径为Di减小1个钼丝直径再减小0.01mm，研磨抛光走刀轨迹先按横切齿形圆角进行，再顺着渐开线进行，得到渐开线花键开式挤压精密组合凹模。
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