CN102717015B - 一种提高细长台阶轴杆部同轴度的锻造方法及冷挤模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高细长台阶轴杆部同轴度的锻造方法，其包括下料和冷挤成形。所述冷挤成形为利用冷挤模具对坯料进行一次冷挤成形，其中冷挤模具的模腔的减颈台阶的角度小于15°且大于10°，在进行一次冷挤成形时先对坯料进行减颈，减径完成后，对坯料进行墩粗以得到细长台阶轴杆锻件。这样，将现有的减径、墩粗成形两道工序合为一道工序来完成，减少了使用模具的次数，使产品由于重复装配模具而产生的误差减小，从而保证细长台阶轴锻件的同轴度，同时可以减少工序，降低成本。

Description

一种提高细长台阶轴杆部同轴度的锻造方法及冷挤模具

【技术领域】

本发明涉及金属精密锻造领域，特别涉及一种提高细长台阶轴杆部同轴度的锻造方法及冷挤模具。

【背景技术】

细长台阶轴是指具有多台阶的细长轴，一般指长径比大于25的轴。请参考图1所示，其为一种细长台阶轴锻件的示意图。此类锻件的特点是直径小，长度长，在锻造加工过程中各台阶易产生同轴度较差，不能保证细长台阶轴锻件在机加工后的精度。目前，加工细长台阶轴的常规工艺为冷锻成形，后续经少量切削后加工成形。由于细长台阶轴的长轴较长，各台阶同轴度要求较高，一般要求同轴度保证在0.3mm以内。因此，细长台阶轴锻件的冷锻成形工艺包括如下工序：下料，退火，抛丸，磷皂化，减径，抛丸，磷皂化和墩粗成形。

请参考图2所示，其为使用上述冷锻成形工艺锻造细长台阶轴的产品形状变化过程示意图。图2(a)为下料工序得到的产品形状，图2(b)为减径工序得到的产品形状，图2(c)为墩粗成形工序得到的产品形状，其中，图2(b)和图2(c)中产品的减径台阶角度为15°。

由于该冷锻工艺包括减径和墩粗成形工序，因此，需要两套模具。模具重复安装会影响成形产品尺寸的精度，并且现行的轴类冷挤模具设计时分成多节下模的结构，用止口连接。请参考图3所示，其为墩粗成形步骤中使用的下模组件结构示意图。该下模组件为多节下模结构，第一节下模310、第二节下模320、第三节下模330和第四节下模340之间通过止口350连接，再用大模套360定位。由于大模套360加工尺寸精度低，装配过程中易产生偏差，因此会影响到产品要求的同轴度。

综上所述，加工细长台阶轴锻件的常规工艺采用先减径，后墩粗成形的工艺方案，这种工艺比较稳妥，成形力小，便于生产，但是需要装卸两次模具，且中间过程需要进行坯料的处理（比如对减径后的坯料进行抛丸和磷皂化处理），改变坯料的状态，无法保证产品尺寸的一致性，并且受冷挤模具结构的影响，在墩粗成形的工序中产品的同轴度为0.25-0.40mm,很难保证在0.3mm以内。

因此，有必要提出一种改进的技术方案来解决上述问题。

【发明内容】

本发明的目的之一在于提供一种提高细长台阶轴杆部同轴度的锻造方法，其可以保证细长台阶轴的同轴度，同时可以减少工序，降低成本。

本发明的目的之二在于提供一种冷挤模具，其可以保证细长台阶轴的同轴度，同时可以减少工序，降低成本。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提出一种提高细长台阶轴杆部同轴度的锻造方法，其包括一种提高细长台阶轴杆部同轴度的锻造方法，其包括下料和冷挤成形。所述冷挤成形为利用冷挤模具对坯料进行一次冷挤成形，其中冷挤模具的模腔的减颈台阶的角度小于15°且大于10°，在进行一次冷挤成形时先对坯料进行减颈，减径完成后，对坯料进行墩粗以得到细长台阶轴杆锻件。

进一步的，在所述下料之后冷挤成形之前，还包括退火、抛丸和磷皂化。

更进一步的，所述冷挤模具包括形成上模腔的上模组件、形成下模腔的下模组件、自上模腔向下延伸的上冲头和自下模腔向上延伸的退料器。所述上模组件包括形成所述上模腔的上模和套设于上模外围的上模套。所述下模组件包括依次堆叠的复数下模、套设于复数下模外围的第一下模套、将复数下模与第一下模套相对锁定的下压板、套设于第一下模套外围的第二下模套、安装于第一下模套的上缘上的导向套，以及将导向套固定的上压板。上模组件的上模套沿所述导向套的导引与下模组件进行合模，合模后，上模腔和下模腔连接贯通，在下模腔中设有减颈台阶和位于减颈台阶上方的镦粗台阶，其中减颈台阶的角度为13度。

更进一步的，所述冷挤成形包括：将坯料放入下模腔中；将上模组件和下模组件合模；上冲头向下施压，先对坯料在减颈台阶处进行减颈，减径完成后，坯料接触退料器并受力，随着上冲头继续下行，对坯料在镦粗台阶处进行镦粗，在完成整个冲压过程后，得到细长台阶轴杆锻件。

更进一步的，所述复数下模的外圆公差为-0.015mm，第一下模套的内圆公差为+0.015mm。

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种冷挤模具，其包括形成上模腔的上模组件、形成下模腔的下模组件、自上模腔向下延伸的上冲头和自下模腔向上延伸的退料器。所述上模组件包括形成所述上模腔的上模和套设于上模外围的上模套。所述下模组件包括依次堆叠的复数下模、套设于复数下模外围的第一下模套、将复数下模与第一下模套相对锁定的下压板、套设于第一下模套外围的第二下模套、安装于第一下模套的上缘上的导向套，以及将导向套固定的上压板，上模组件的上模套沿所述导向套的导引与下模组件进行合模，合模后，上模腔和下模腔连接贯通，在下模腔中设有减颈台阶和位于减颈台阶上方的镦粗台阶，其中减颈台阶的角度小于15度且大于10度。

进一步的，所述减颈台阶的角度为13度。

进一步的，利用所述冷挤模具对坯料进行冷挤的过程包括：将坯料放入下模腔中；将上模组件和下模组件合模；上冲头向下施压，先对坯料在减颈台阶处进行减颈，减径完成后，坯料接触退料器并受力，随着上冲头继续下行，对坯料在镦粗台阶处进行镦粗，在完成整个冲压过程后，得到细长台阶轴杆锻件。

与现有技术相比，本发明将减径、墩粗成形两道工序合为一道工序来完成，减少了使用模具的次数，使产品由于重复装配模具而产生的误差减小，从而保证细长台阶轴锻件的同轴度，同时可以减少工序，降低成本。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为一种细长台阶轴锻件的示意图；

图2为使用现有冷锻成形工艺锻造细长台阶轴的产品形状变化过程示意图；

图3为墩粗成形步骤中使用的下模组件结构示意图；

图4为本发明中的一种提高细长台阶轴杆部同轴度的锻造方法在一个实施例中的工艺流程图；

图5为本发明中进行冷挤成形步骤的冷挤模具示意图；和

图6为本发明在一个实施例中的产品形状变化过程图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明将减径、墩粗成形两道工序合为一道工序来完成，减少了使用模具的次数，使产品由于重复装配模具而产生的误差减小，从而保证细长台阶轴锻件的同轴度，同时可以减少工序，降低成本。

请参考图4所示，其为本发明提高细长台阶轴杆部同轴度的锻造方法在一个实施例中的工艺流程图。所述工艺流程包括如下步骤。

步骤410、下料。

所述下料为选择合适的棒材，调整下料长度，形成坯料。

步骤420、退火。

所述退火是将坯料缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。其目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。

步骤430、抛丸、磷皂化。

所述抛丸、磷皂化为常规抛丸和磷皂化，主要是为后续冷挤成形工序提供润滑皮膜，是为了减少坯料与模具之间的摩擦力，有效地保护模具，提高模具寿命。

步骤440、冷挤成形。

所述冷挤成形为利用冷挤模具对坯料进行一次冷挤成形。其中冷挤模具的模腔的减颈台阶的角度小于15°且大于10°，优选的为13°，在进行一次冷挤成形时先对坯料进行减颈，减径完成后，对坯料进行墩粗以得到细长台阶轴杆锻件，从而将减径、墩粗成形两道工序合并为一道工序来完成，减少了使用模具的次数，产品由于重复装配模具而产生的误差就变小。所述减颈台阶的角度为减颈台阶的倾斜表面与模腔的轴线之间的夹角，由于锻件是由所述冷挤模具锻造形成的，因此图6示出的锻件的减颈台阶角度与模腔的减颈台阶的角度是相同的。

请参考图5所示，其本发明中进行冷挤成形步骤的冷挤模具示意图。

所述冷挤模具包括形成上模腔的上模组件、形成下模腔的下模组件、自上模腔向下延伸的上冲头504和自下模腔向上延伸的退料器524。上模组件包括形成所述上模腔的上模506和套设于所述上模506外围的上模套502。所述下模组件包括依次堆叠的四节下模、套设于四节下模外围的第一下模套512、将四节下模与第一下模套512相对锁定的下压板522、套设于第一下模套512外围的第二下模套520、安装于第一下模套512的上缘上的导向套508，以及将导向套508固定的上压板528。上模组件的上模套502沿所述导向套508的导引与下模组件进行合模，合模后，上模腔和下模腔连接贯通，在下模腔中设有减颈台阶530和位于减颈台阶上方的镦粗台阶532，其中减颈台阶的角度为13°。

以下具体介绍所述冷挤模具的组装过程。

首先，将第一节下模510、第二节下模514、第三节下模516和第四节下模518从上至下依次堆叠后装配进第一下模套512内，再用下压板522将四节下模与第一下模套512相对锁定，使四节下模与第一下模套512成为一个整体式下模次组件。四节下模的外圆公差为-0.015mm，第一下模套512的内圆公差为+0.015mm，便于装配。加工四节下模过程中保证下模内圆对于外圆的同轴度一致，这样通过第一下模套512装配好四节下模后，就能保证四节下模内圆的贯通连接偏差小（四节下模与第一层模套直接的间隙大约为0.01mm-0.03mm），接近似为无缝连接。然后，将所述整体式下模次组件装入第二下模套520中导正，在第一下模套512的上缘装上导向套508，之后用上压板528将所述导向套508进行固定。也就是说，先由第一下模套512固定住四节下模，再由第二下模套520固定住第一下模套512进行上、下模校正，再通过导向套508的作用，在成形过程中进行导向，从而确保产品同轴度要求。

通过两重模套的固定，保证模具的装配精度，从而确保锻造过程中产品精度，并且在第二下模套520外将四节下模与第一下模套512装成一体后再装配到第二下模套520上，便于装卸模具，便于操作。

根据所述细长台阶轴锻件在下模中长度为L（如图1所示），将下模分为N节，每节高100mm，可以根据实际情况作出调整。

每节下模的孔径之间由上向下依次为0.05mm，便于锻造后的退料，退料行程适中，有利于提高效率

接下来详细介绍一下利用冷挤模具进行冷挤成形的过程。将坯料526放入下模腔中，上模组件与下模组件在导向套508的导向下进行合模，之后上冲头504下行挤压坯料526，由于冷挤模具的减颈台阶角度为13°，减径的锻造力小于墩粗的锻造力，先对坯料在减径台阶530处进行减径（即在未墩粗的时候先减径），减径完成后，坯料接触退料器524受力，随着上冲头继续下行，对坯料在镦粗台阶532处进行镦粗，在完成整个冲压过程后，得到细长台阶轴杆锻件。

请参考图6所示，其为本发明在一个实施例中的产品形状变化过程图。其中图6(a)为下料工序后的产品形状示意图（即坯料的形状示意图），图6(b)为挤压成形后的产品形状示意图（即锻件的形状示意图），图6(b)中的产品的减径台阶角度为13°。

综上所述，本发明将冷挤模具中的减径台阶角度设计为13°，以使减径、墩粗成形两道工序合为一道工序来完成，与前述加工细长台阶轴锻件的常规工艺相比，减少了一套模具加工，并且减少了原有减径和墩粗成形工序之间的抛丸、磷皂化工序，从而将这两个影响产品同轴度的因素去除，进而提高了该产品的同轴度在改善工艺的同时将冷挤模具的结构进行优化，将模具中的止口连接为采用双重模套的结构，保证多节下模的装配的严密性，减少模具装配的误差，保证成形模具的同轴度，从而保证产品成型后的同轴度要求，使将原先工艺做到的同轴度0.25mm-0.40mm提高至0.08mm-0.15mm。

上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (8)

1.一种提高细长台阶轴杆部同轴度的锻造方法，其特征在于，其包括下料和冷挤成形，

所述冷挤成形为利用冷挤模具对坯料进行一次冷挤成形，

其中冷挤模具的模腔的减颈台阶的角度小于15°且大于10°，在进行一次冷挤成形时先对坯料进行减颈，减径完成后，对坯料进行墩粗以得到细长台阶轴杆锻件，

所述冷挤模具包括形成上模腔的上模组件、形成下模腔的下模组件、自上模腔向下延伸的上冲头和自下模腔向上延伸的退料器，

所述上模组件包括形成所述上模腔的上模和套设于上模外围的上模套；

所述下模组件包括依次堆叠的复数下模、套设于复数下模外围的第一下模套、将复数下模与第一下模套相对锁定的下压板、套设于第一下模套外围的第二下模套、安装于第一下模套的上缘上的导向套，以及将导向套固定的上压板，

上模组件的上模套沿所述导向套的导引与下模组件进行合模，合模后，上模腔和下模腔连接贯通，在下模腔中设有减颈台阶和位于减颈台阶上方的镦粗台阶。

2.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，在所述下料之后冷挤成形之前，还包括退火、抛丸和磷皂化。

3.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，所述冷挤成形包括：

将坯料放入下模腔中；

将上模组件和下模组件合模；

上冲头向下施压，先对坯料在减颈台阶处进行减颈，减径完成后，坯料接触退料器并受力，随着上冲头继续下行，对坯料在镦粗台阶处进行镦粗，在完成整个冲压过程后，得到细长台阶轴杆锻件。

4.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，所述复数下模的外圆公差为-0.015mm,第一下模套的内圆公差为+0.015mm。

5.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，所述减径台阶的角度为13度。

6.一种冷挤模具，其特征在于，其包括形成上模腔的上模组件、形成下模腔的下模组件、自上模腔向下延伸的上冲头和自下模腔向上延伸的退料器，

所述上模组件包括形成所述上模腔的上模和套设于上模外围的上模套；

所述下模组件包括依次堆叠的复数下模、套设于复数下模外围的第一下模套、将复数下模与第一下模套相对锁定的下压板、套设于第一下模套外围的第二下模套、安装于第一下模套的上缘上的导向套，以及将导向套固定的上压板，上模组件的上模套沿所述导向套的导引与下模组件进行合模，合模后，上模腔和下模腔连接贯通，在下模腔中设有减颈台阶和位于减颈台阶上方的镦粗台阶，其中减颈台阶的角度小于15度且大于10度。

7.根据权利要求6所述的冷挤模具，其特征在于，所述减径台阶的角度为13度。

8.根据权利要求6所述的冷挤模具，其特征在于，利用所述冷挤模具对坯料进行冷挤的过程包括：将坯料放入下模腔中；将上模组件和下模组件合模；上冲头向下施压，先对坯料在减颈台阶处进行减颈，减径完成后，坯料接触退料器并受力，随着上冲头继续下行，对坯料在镦粗台阶处进行镦粗，在完成整个冲压过程后，得到细长台阶轴杆锻件。