CN103769799A - 带有轴向孔高锥台阶型锻件的锻造方法 - Google Patents

Abstract

一种汽车制造技术领域的带有轴向孔高锥台阶型锻件的锻造方法，通过先在热模锻压力机上依次进行镦粗和模锻处理，得到与终锻件相同形状且高度低于终锻件的锻制半成品；然后在切边压力机上冲孔，使得轮毂下半部分达到规定尺寸；最后在切边压力机上冲去连皮并切除飞边并得到带有轴向孔高锥台阶型锻件。本发明克服现有技术中材料消耗和能源消耗大的问题，大幅度提高了锻件的尺寸精度和质量以及模具寿命，能够获得带有轴向通孔锻件，且通孔最小直径的轴向孔为d=25～30mm，深径比3～3.5。

Description

带有轴向孔高锥台阶型锻件的锻造方法

技术领域

本发明涉及的是一种拖拉机和汽车制造技术领域的方法，具体是一种带有轴向孔高锥台阶型锻件的锻造方法。

背景技术

在拖拉机履带传送轴中齿形离合器零件是带法兰的锥形轮毂和通孔。获得类似零件最有效方法是金属压力加工，通过这样的工艺能够获得零件高强度指标和由于材料的硬化导致的优良磨损性能，并兼有足够高的精度和生产率，而金属的损耗也很少。但现实中很少使用这个工艺。因为孔的尺寸偏小，≤30mm孔一般不能冲孔，往往锻成盲孔，按传统的开式模锻方法无法实现。毫无疑问，这不仅增加了金属的损耗，而且也增加了机械加工量。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN1628921，公开日2005-06-22，公开了一种载重车用轮毂轴管的全纤维锻造成形工艺及模具。其特点是:采用实心捧料，一次加热完成轮毂轴管外表面及深孔的挤压成形，从而获得沿轴向分布的全纤维金属流线，内孔完全挤压成形，不再机加工。但该技术采用挤压方法成形内孔，挤压内孔力要比冲孔力大得多，因此，需要设备功率也要比冲孔设备大得多；而且，挤压深孔的孔径一般要≥30mm，若≤30mm，冲头极易折断。

王林、张奉军在《台阶形锻件焖锻成形新析》(《CMET.锻压装备与制造技术》2004年04期)中公开了一种台阶形锻坯成形的焖锻成形工艺，包括下料、镦粗、成形、冲孔四道工序，首先将棒料下料成段，然后加热，自由镦粗，放入成形模具中成形。脱模后，放入冲孔模具中冲孔。但该技术的缺陷及不足在于：仅适用于内孔30<d<40的台阶形锻件，整个成形过程是集正挤压、反挤压、径向挤压为一体的复合挤压，其变形抗力大，因此所需的设备吨位较大。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种带有轴向孔高锥台阶型锻件的锻造方法，克服现有技术中材料消耗和能源消耗大的问题，大幅度提高了锻件的尺寸精度和质量以及模具寿命，能够获得带有轴向通孔锻件，且通孔最小直径的轴向孔为d=25～30mm，深径比3～3.5。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明包括以下步骤：

1）在热模锻压力机上依次进行镦粗和模锻处理，得到与终锻件相同形状且高度低于终锻件的锻制半成品；

2）在切边压力机上冲孔，使得轮毂下半部分达到规定尺寸；

3）在切边压力机上冲去连皮并切除飞边。

所述的冲孔过程中采用的冲孔系数K和毛坯支撑表面的侧面积之间比例关系满足：

$K\&le;1.143\frac{h}{D}[(2\tan \mathrm{\&alpha;}+0.6)\&times;\ln \frac{1}{1-2\frac{h}{D}\tan \mathrm{\&alpha;}}+\tan \mathrm{\&alpha;}],$ 其中： $K=\frac{f}{F}=\frac{d^2}{D^2},$ α为模壁斜度，f为轴孔横截面积，F为锥形轮毂大径面积，h为锥形部分轮毂高度，D为锥形部分轮毂大底部分直径；

为相对高度；从而使得冲头可靠支撑凹模斜壁，且冲孔系数K带有法兰的轮毂上半部分在冲孔时仍滞留在凹模上半部位中不动，并且不会因冲孔带动被拉入凹模下半部位中。根据实心毛坯体积与空心锻件体积相等算出，因此冲孔系数允许值仅仅与模壁斜度α有关。

所述的模壁斜度α优选为3～5°，当α＜3°时，减小了毛坯表面侧面支撑，金属开始被拉入凹模，甚至在小的系数K条件下；当α＞5°且时，在凹模下半部的渐缩部位，给冲头下面金属流动造成极大困难，冲孔过程转到挤压过程，这时就需要比冲孔大得多挤压力完成挤孔过程。

所述的冲孔系数K优选为0.18～0.33，进一步优选为0.25～0.3；在K＞0.3～0.33且采用矮毛坯

时，增加金属被拉入凹模概率；而当采用高毛坯

时冲孔力急剧增加，冲孔过程转移到挤压过程。最小允许冲孔系数受限于冲孔冲头纵向稳定性。

技术效果

与现有技术相比，本发明在金属应力状态略图中，与热挤压力相比较，在冲孔的冲头上极大地降低了冲孔力。这不仅保证冲孔过程不在吨位大的主机上完成，而且也减少了凸模磨损并能够在切边压力机上随后冲去连皮并切边。

附图说明

图1为齿形离合器锻件图；

图中：a为现行工艺，b为本发明工艺，c为图1b放大示意图；

图1c中：f为轴孔横截面积，F为锥形轮毂大径面积，h为锥形部分轮毂高度，D为锥形部分轮毂大底部分直径；S为锥体外表面，即毛坯的支撑表面；S对应的凹模内壁，即冲头可靠支撑凹模内壁；虚线部分为零件轮廓线，阴影线为剖面线。

图2为齿形离合器模锻工步示意图；

图中：a为镦粗工步，b为模锻工步，c为冲孔工步，d为冲连皮、切边工步。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

使用本方法，用40Cr为材，设计了空心齿形离合器锻件模锻工艺。如图1所示，a为现行运用工艺锻件图，b和c为本实施例锻件图。

齿形离合器模锻件现行生产工艺是在公称压力25MN热模锻压力机上非机械化模锻生产线上进行的，平均模锻生产率95件/小时。模锻毛坯在室式火焰炉里加热，在此工艺条件下获得轴向孔是不可能的。

如图2所示，本实施例中：

工步1，中频感应加热后将毛坯置于16MN热模锻压力机上；

工步2，进行如图2a所示的镦粗，获得法兰皱形；然后进行如图2b所示的模锻，获得带有飞边半成品锻件；

工步3，如图2c所示，在2.5MN切边压力机上对带有飞边半成品锻件进行冲轴向孔；最后进行如图2d所示的切边、冲切连皮。

上述工步中半成品锻件模锻力及冲孔力按照《金属塑性成形原理（汪大年主编机械工业出版社，1983年6月》计算方法获得，具体为：

本实施例中D=74.92，d=30，则有冲孔过程中压力机的冲孔单位压力p=σ_s(1.5+1.1lnD/d)=σ_s（1.5+1.1ln74.92/30）=2.51σ_s；而如采用现有挤压工艺，则反挤压单位压力 $p={\mathrm{\&sigma;}}_s[\frac{D^2}{d^2}\ln \frac{D^2}{D^2-d^2}+(1+3\mathrm{\&mu;})(1+\ln \frac{D^2}{D^2-d^2})].$

得到σ_s[62.37ln1.0163+(1+3μ)(1+ln1.0163)，即σ_s[10.104+1.0162(1+3μ)]。

热锻时，以摩擦系数μ=0.3代入，则得冲孔单位压力p=10.104+1.93=11.95σ_s，其中：σ_s为锻件材料屈服应力。从以上定量比较可见，现有技术对同一零件采用反挤压方法单位压力是本方法冲孔方法的4.78倍。而本方法可以将制孔工艺从25MN压力机上移到2.5MN压力机上完成。

进一步地，合理的模锻工艺在自动线上得以实现，自动线包括自动感应加热装置，成套模具，热模锻压力机型号KБ8042，公称压力16MN；切边压力机公称压力2.5MN。平均模锻生产率约290件/小时。表中列出齿形离合器锻件传统生产方法与本方法比较。

表1齿形离合器锻件新老工艺经济指标比较

工艺种类	模锻主机公称压力（MN）	锻件质量（kg）	材料消耗（kg）	生产率（pcs/h）
					传统工艺	25	5.5	6.62	95

本实施例

16

4.8

5.51

290

设计齿形离合器新的热模锻工艺，该锻件锥形轮毂处带有法兰和轴向通孔。与现有技术相比，本方法保证了：

1）降低了材料消耗和能源消耗，增加了模锻件的劳动生产率；

2）提高了锻件的尺寸精度和质量，特别是半成品锻件在冲孔凹模中的精确定位，大大地减小了空心轮毂的壁厚差；

3）小直径深孔成形，按照传统模锻工艺是不可能的；

4）提高了模具寿命。

Claims (5)

1.一种带有轴向孔高锥台阶型锻件的锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在热模锻压力机上依次进行镦粗和模锻处理，得到与终锻件相同形状且高度低于终锻件的锻制半成品；

2)在切边压力机上冲孔，使得轮毂下半部分达到规定尺寸；

3)在切边压力机上冲去连皮并切除飞边；

所述的冲孔过程中采用的冲孔系数K和毛坯支撑表面的侧面积之间比例关系满足：

$K\&le;1.143\frac{h}{D}[(2\tan \mathrm{\&alpha;}+0.6)\&times;\ln \frac{1}{1-2\frac{h}{D}\tan \mathrm{\&alpha;}}+\tan \mathrm{\&alpha;}],$ 其中： $K=\frac{f}{F}=\frac{d^2}{D^2},$ α为模壁斜度，f为轴孔横截面积，F为锥形轮毂大径面积，h为锥形部分轮毂高度，D为锥形部分轮毂大底部分直径；

为相对高度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的模壁斜度α为3～5°。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的冲孔系数K为0.18～0.33。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征是，所述的冲孔系数K为0.25～0.3。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的冲孔所需切边压力机的单位压力p=σ_s(1.5+1.1lnD/d)，其中：σ_s为锻件材料屈服应力。

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