CN103962485B - 用于制造锻件的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露一种制造一个锻件的系统和方法。可以在该零件的第一端与第二端之间锻造一个凸缘。该凸缘可以延伸远离对一个镦锻冲头进行致动所沿着的一个轴线。

Description

用于制造锻件的系统和方法

技术领域

本申请涉及一种制造锻件的系统和方法，该锻件例如为用于支撑车轮组件的心轴。

背景技术

在第5,689,882号美国专利中披露了一种生产心轴的方法。

发明内容

在至少一个实施例中，提供一种制造一个锻件的方法。一个工件可以定位在镦锻模具的模腔中，使得该工件的第一端接合该镦锻模具的一个端表面。可以沿着一个轴线致动一个镦锻冲头来接合该工件的第二端，从而锻造一个凸缘。该凸缘可以径向地延伸远离该轴线，并且可以安置在该第一端与第二端之间并且可以与该第一端和第二端间隔开。

在至少一个实施例中，提供一种制造一个锻件的方法。可以将被配置成非管状坯料的一个工件锻造成一根管子，该管子可以沿着一个轴线延伸并且可以具有一个通孔。该管子可以定位在镦锻模具的模腔中，使得该管子的第一端接合该镦锻模具的一个端表面。可以与该管子的与该第一端相对地安置的第二端相抵地致动一个镦锻冲头，从而在该第一端与第二端之间锻造一个凸缘。该凸缘可以与该通孔相对地安置，并且可以延伸远离该轴线。

附图说明

图1是一个示例性锻件的一个图解说明。

图2和图3是图解说明一根管子的锻造的一个示例性管锻造模组的横截面图。

图4和图5是图解说明一个凸缘的锻造的一个示例性镦锻锻造模具的横截面图。

图6和图7是图解说明一个非管状工件上的凸缘的锻造的另一个镦锻锻造模组的横截面图。

图8是一种制造一个锻件的方法的流程图。

具体实施方式

如所要求的，在此披露了本发明的多个详细的实施例；然而，应该理解，这些披露的实施例仅仅是本发明的可以通过不同形式和替代形式来实施的示例。这些附图不一定是按比例的；某些特征可以被夸大或最小化以便示出具体部件的细节。因此，在此披露的具体结构的和功能的细节不被解释为限制性的，而仅仅作为用于传授本领域的普通技术人员不同地应用本发明的一个代表性基础。

参看图1，示出一个锻件10的一个实例。该锻件10可以沿着一个轴线12延伸，并且可以由任何合适的金属材料制成，例如金属合金，比如钢。在图1中，零件10被配置成一个心轴，该心轴可以支撑一个轮毂组件，该轮毂组件可以促进一个车轮的安装和旋转。此心轴可以被按压配合到一个转向节中的一个孔中，该转向节可以是可以用于操纵或者改变一个机动车辆的方向的一个操纵系统的一部分，该机动车辆比如是卡车、大巴、农用设备、军事运输或武装车辆，或者用于陆地、空中或海洋运输工具的货物装载设备。可替代地，该零件10可以是另一种机动车辆部件，例如是可以具有一个车辆轮轴组件的一个输入轴或者传动小齿轮。

该零件10可以具有管状或非管状配置。在管状配置中，该零件10可以具有一个第一端20、一个第二端22、一个凸缘24、一个外表面26、以及一个内表面28，这些可以限定一个通孔30。该第一端20可以与该第二端22相对地安置。另外，在一个或多个实施例中，该第一端20和第二端22可以大体上平行。该凸缘24可以安置在该第一端20与第二端22之间并且可以与该第一端和第二端间隔开。在一个或多个实施例中，该凸缘24可以从外表面26向外延伸或者延伸远离轴线12，并且可以具有弯曲或者弓形配置。在一个或多个实施例中，该外表面26可以与该轴线12间隔开，并且可以限定该零件10的至少一个部分的外圆周或者外径。该内表面28可以与该外表面26相对地安置。在一个或多个实施例中，该内表面28可以与该轴线12间隔开，并且可以限定该零件10的内圆周或者内径。在非管状配置中，该内表面28和通孔30并且可以被省略。因此，具有一个非管状配置的一个零件10可以是实心的，而非中空的或者管状的，并且轴线12可以与该第一端20和第二端22相交。

可以使用一个或多个锻造模组来锻造该零件10。锻造利用挤压力通过在模具中的塑性变形来使一种金属或者金属合金成形。可以通过对该金属或者金属合金进行加热，随后施加挤压力，来促进塑性变形。

参看图2和图3，示出一个示例性管锻造模组40。该管锻造模组40可以接纳一个工件，例如坯料，并且将该工件锻造成一个中空管。一个坯料可以是可以通过圆柱体或者直角棱镜的形式提供的金属材料的半成品条。在本申请中，术语工件和坯料可以用于指代在正被制造成锻件10的过程中的材料。出于简明起见，在图中，可以互换地使用参考数字10来指代任何制造阶段中的零件（即，参考数字10可以用于参考工件、坯料或者锻件）。

管锻造模组40可以包括一个或多个模具组件，这些模具组件可以具有一个模具和一个冲头。在图2和图3中，示出一个第一模具组件42、一个第二模具组件44、以及一个第三模具组件46，但在此预期可以提供更大或者更小数目个模具组件。多个模具组件可以安置在一个共用压力机中或者多个不同压力机中，这些压力机可以用于致动一个模具和/或一个冲头来锻造工件。在图2和图3中，每个模具被说明为被固定地定位，并且压力机48相对于该模具移动每个对应的冲头。可替代地，该压力机可以相对于一个静止冲头来移动一个模具，或者在一个或多个实施例中，该压力机可以致动该模具和该冲头两者。另外，该压力机可以线性地或者沿着一个线性轴线致动模具和/或冲头，该线性轴线可以与零件10的轴线12重合或者与该轴线12平行地延伸。每一模具组件42、44、46还可以具有多个加热和/或冷却元件，这些加热和/或冷却元件可以帮助控制模具温度，例如水冷套。

该第一模具组件42可以包括第一模具50和第一冲头52。该第一模具50可以安置在一个模具安装板54上。该第一冲头52可以安置在一个冲头安装板56上。

该第一模具50可以具有第一模腔60，该第一模腔可以被配置成接纳该工件。该第一模腔60可以从该第一模具50的上表面62延伸。在至少一个实施例中，该第一模腔60可以是大体上圆柱形的，并且可以沿着第一模具组件轴线64延伸。该第一模腔60可以具有一个底表面66。该底表面66可以靠近一个或多个起模杆68而安置，或者可以至少部分地由该一个或多个起模杆限定，该一个或多个起模杆可以促进工件从第一模腔60的脱模或者移除。如图2中最佳地示出，该第一模腔60的深度或者从上表面62到底表面66的轴向距离可以大于工件的高度，从而提供空间来促进工件在第一模具50内的锻造。

该第一冲头52可以被配置成接合安置在该第一模腔60中的工件并且向该工件施加力。举例来说，该第一冲头52可以接合该第二端22的一部分。在至少一个实施例中，该第一冲头52可以是大体上圆柱形的，并且可以沿着该第一模具组件轴线64延伸到一个远端或者第一冲头端表面70。该第一冲头52可以具有比该第一模腔60小的直径，从而便于插入到该第一模腔60中。

该第二模具组件44可以包括第二模具50'和第二冲头52'。在一个或多个实施例中，该第二模具50'可以安置在该模具安装板54上，并且该第二冲头52'可以安置在该冲头安装板56上。

该第二模具50'可以具有一个第二模腔60'，该第二模腔可以被配置成接纳在第一模具组件42中锻造之后的工件。该第二模腔60'可以沿着第二模具组件轴线64'从该第二模具50'的一个上表面62'延伸。该第二模腔60'可以是大体上圆柱形的，并且可以具有与第一模腔60的直径大体上相同的直径。该第二模腔60'可以具有一个底表面66'，该底表面可以靠近一个或多个起模杆68'而安置，或者可以至少部分地由该一个或多个起模杆限定，该一个或多个起模杆可以促进工件从该第二模腔60'的脱模或者移除。如图2中最佳地示出，该第二模腔60'的深度或者从上表面62'到底表面66'的轴向距离可以大于工件的高度，从而提供空间来促进锻造。另外，该第二模腔60'的深度可以大于第一模腔60的深度。因此，该第二模腔60'可以具有比第一模腔60大的容积。

该第二冲头52'可以被配置成接合安置在该第二模腔60'中的工件并且向该工件施加力。在至少一个实施例中，该第二冲头52'可以是大体上圆柱形的，并且可以沿着该第二模具组件轴线64'延伸到一个远端或者第二冲头端表面70'。该第二冲头52'可以具有比该第二模腔60'小的直径，从而促进插入到该第二模腔60'中。另外，该第二冲头52'可以具有比该第一冲头52大的长度（例如，从该冲头安装板56到该第二冲头端表面70'的轴向距离）。

该第三模具组件46可以包括第三模具50''和第三冲头52''。在一个或多个实施例中，该第三模具50''可以安置在该模具安装板54上，并且该第三冲头52''可以安置在该冲头安装板56上。

该第三模具50''可以具有一个第三模腔60''，该第三模腔可以被配置成接纳在第二模具组件44中锻造之后的工件。该第三模腔60''可以沿着第三模具组件轴线64''从该第三模具50''的一个上表面62''延伸。该第三模腔60''可以是大体上圆柱形的，并且可以具有与第一模腔60和/或第二模腔60'的直径大体上相同的直径。该第三模腔60''可以具有一个底表面66''，该底表面可以靠近一个或多个起模杆68''而安置，或者可以至少部分地由该一个或多个起模杆限定，该一个或多个起模杆可以促进工件从该第三模腔60''的脱模或者移除。如图2中最佳地示出，该第三模腔60''的深度或者从上表面62''到底表面66''的轴向距离可以大于工件的高度，从而提供空间来促进锻造。另外，该第三模腔60''的深度可以大于第二模腔60'的深度。因此，该第三模腔60''可以具有比第二模腔60'大的容积。

该第三冲头52''可以被配置成接合安置在该第三模腔60''中的工件并且向该工件施加力。在至少一个实施例中，该第三冲头52''可以是大体上圆柱形的，并且可以沿着该第三模具组件轴线64''延伸到一个远端或者第三冲头端表面70''。该第三冲头52''可以具有比该第三模腔60''小的直径，从而便于插入到该第三模腔60''中。另外，该第三冲头52''可以具有比该第二冲头52'大的长度（例如，从该冲头安装板56到该第三冲头端表面70''的轴向距离）。因此，该第三冲头52''可以被配置成在锻造期间穿透该工件或者接合该第三模腔60''的底表面66''，从而将工件形成为具有通孔的中空管。

参看图4和图5，示出一个示例性镦锻锻造模组80。在所示的实施例中，镦锻锻造模组80可以接纳被配置成中空管的一个工件，并且将该工件锻造成一个锻件10。更具体来说，镦锻锻造模组80可以用于锻造凸缘24。镦锻锻造模组80可以包括一个镦锻锻造模具组件，该镦锻锻造模具组件可以包括一个镦锻模具82和一个镦锻冲头84。该镦锻模具82可以安置在一个镦锻模具安装板86上。该镦锻冲头84可以安置在一个镦锻冲头安装板88上。

该镦锻锻造模具组件可以安置在一个压力机中，该压力机可以用于致动镦锻模具82和/或镦锻冲头84。在图4和图5中，该镦锻模具82被固定地定位，并且该压力机相对于该镦锻模具82移动该镦锻冲头84。可替代地，该压力机可以相对于一个静止镦锻冲头84来移动镦锻模具82，或者在一个或多个实施例中，该压力机可以致动该镦锻模具82和该镦锻冲头84两者。与该镦锻锻造模具组件一起使用的该压力机可以不同于与该管锻造模组40一起使用的压力机。另外，该压力机可以线性地或者沿着一个线性轴线致动镦锻模具82和/或镦锻冲头84，该线性轴线可以与零件10的轴线12重合或者与该轴线12平行地延伸。

该镦锻模具82可以具有一个镦锻模腔90，该镦锻模腔可以被配置成接纳该工件。该镦锻模腔90可以从该镦锻模具82的上表面92延伸。在至少一个实施例中，该镦锻模腔90可以沿着一个镦锻模具组件轴线94延伸，并且可以至少部分地由一个端表面100、一个第一表面102、一个第二表面104和一个台阶表面106限定。

该端表面100可以安置在该镦锻模腔90的一端处。该端表面100可以靠近一个或多个起模杆108而安置，或者可以至少部分地由该一个或多个起模杆限定，该一个或多个起模杆可以促进工件从镦锻模腔90的脱模或者移除。如图4中最佳地示出，该镦锻模腔90的深度或者从上表面92到端表面100的轴向距离可以类似于在锻造凸缘24之前的工件的高度。另外，该镦锻模腔90的深度或者从上表面92到端表面100的轴向距离可以大于在锻造之后的锻件10或工件的高度或者轴向长度，如图5中最佳地示出。

该第一表面102可以从该端表面100延伸到该台阶表面106，并且可以是大体上圆柱形的，或者在一个或多个实施例中相对于该镦锻模具组件轴线94径向地安置。

该第二表面104可以从该台阶表面106延伸到该上表面92，并且也可以是大体上圆柱形的，或者在一个或多个实施例中相对于该镦锻模具组件轴线94径向地安置。该第二表面104可以具有比第一表面102大的直径。因此，该第一表面102和第二表面104可以同轴地或者同心地安置。

该台阶表面106可以从该第一表面102延伸到该第二表面104。在至少一个实施例中，该台阶表面106可以大体上垂直于该镦锻模具组件轴线94而安置。

该镦锻冲头84可以被配置成在锻造期间接合安置在该镦锻模腔90中的工件并且向该工件施加力。该镦锻冲头84可以具有比该第一镦锻模腔90小的直径，从而便于插入到该镦锻模腔90中。在至少一个实施例中，该镦锻冲头84可以包括一个冲头轴部分110、一个凸缘成形部分112和一个底部冲头表面114。

该冲头轴部分110可以在该凸缘24的锻造期间维持该工件的管状形状。更具体来说，该冲头轴部分110可以被接纳在该通孔30中，并且可以在该镦锻冲头84被致动到该镦锻模具82中以便锻造凸缘24时接合内表面28。该冲头轴部分110可以沿着该镦锻模具组件轴线94延伸，并且可以是大体上圆柱形的。该冲头轴部分110可以具有安置在一个远端处的一个冲头端表面120。如图5中最佳地示出，在该镦锻冲头84被致动到该镦锻模具82中以便锻造凸缘24时，该冲头端表面120可以靠近该镦锻模具82的该端表面100而安置，或者可以接合该端表面。

该凸缘成形部分112可以与该冲头轴部分110间隔开。因此，可以在该凸缘成形部分112与该冲头轴部分110之间提供一个间隙130，该间隙可以接纳该管状工件。该凸缘成形部分112可以具有一个内表面132、一个外表面134、以及一个凸缘成形端表面136。该内表面132可以从该底部冲头表面114延伸到该凸缘成形端表面136。该外表面134可以与该内表面132间隔开，可以从一个冲头板138延伸到该凸缘成形端表面136。该凸缘成形端表面136可以从该内表面132延伸到该外表面134。该内表面132和外表面134可以相对于该镦锻模具组件轴线94径向地安置。因此，该凸缘成形部分112可以被配置成一个大体上圆形环，该环可以围绕该冲头轴部分110连续地延伸。另外，该凸缘成形部分112和冲头轴部分110可以围绕该镦锻模具组件轴线94同心地安置。

该凸缘成形部分112可以具有比该冲头轴部分110短的长度或者轴向距离。更具体来说，该凸缘成形部分112的从该底部冲头表面114到该凸缘成形端表面136的长度可以小于该冲头轴部分110的长度或者从该底部冲头表面114到该冲头端表面120的距离。

该底部冲头表面114可以从该冲头轴部分110延伸到该凸缘成形部分112。在该镦锻冲头84被致动以便锻造该凸缘24时，该底部冲头表面114可以接合该第二端22。

参看图6和图7，示出一个镦锻锻造模组80'的另一个实施例。在此实施例中，该镦锻锻造模组80可以接纳一个凸缘24并且将该凸缘锻造成一个工件，该工件未被配置成一个中空管。该镦锻锻造模组80'可以包括一个镦锻锻造模具组件，该镦锻锻造模具组件可以包括一个镦锻模具82和一个镦锻冲头84'。

该镦锻冲头84'可以省略具有先前所描述的镦锻冲头84的冲头轴部分110。因此，该凸缘成形部分112可以包含一个底部冲头表面114'，该底部冲头表面可以从该镦锻模具组件轴线94连续地延伸到该凸缘成形部分112的该内表面132。

参看图8，示出制造锻件的一个示例性方法。当零件具有非管状配置时，可以省略不同方法步骤，如下文将更详细地论述。

在方框200处，该方法可以开始于对可以被锻造成零件10的工件进行加热。可以通过如先前所论述的坯料的形式提供该工件。可以将该工件加热到大大高于环境温度，以便促进塑性变形或者热锻造。举例来说，可以将该工件加热到用于制作该工件的材料的再结晶温度以上，以便促进或者准许塑性变形发生。该再结晶温度可以小于材料的熔化温度。

在方框202处，可以将该工件形成为一根管子。当锻造具有非管状配置的一个零件时（例如，图6和图7中所示），可以省略此步骤。可以使用具有如先前所论述的一个或多个模具组件的一个管锻造模组来将该工件锻造成一根管子。作为一个实例，将参考具有如先前在图2和图3中所描述和示出的三个模具组件42、44、46的一个管锻造模组40来描述对一根管子的锻造。该工件可以被定位在该第一模腔60中，使得该工件的一个第一端20接合第一模具50的底表面66。该第一模具50和/或第一冲头52可以被致动，并且该第一模具50和第一冲头52可以协作以便将工件从图2中所示的配置锻造成图3中所示的配置。因此，可以通过该第一冲头52在该工件中形成一个盲孔，并且可以迫使工件材料进入该第一模具50的外部与该第一冲头52的内部之间的间隙中，并且朝向上表面62前进。压力机可以随后使第一模具50和/或第一冲头52缩回到图2中所示的位置，以便促进工件从第一模具50的移除。举例来说，可以致动一个或多个起模杆68以便将该工件至少部分地推出第一模具50。该工件可以随后以任何合适的方式被转移到该第二模具50'，例如通过一个操纵器，比如一个可以具有被配置成用于抓取该工件的一个抓取器的一个末端执行器的机器人。该工件可以随后以类似的方式被锻造，并且被第二模具组件44进一步伸长，随后被排出并且被转移到第三模具组件46，并且在第三模具组件46中被锻造成一根管子，如通过比较图2到图3而最佳地示出。

在方框204处，该工件可以被镦锻以便形成凸缘24。图4和图5中所示的镦锻锻造模组80可以用于在一个管状工件上锻造凸缘，而图6和图7中所示的锻造模组80'可以用于在一个非管状工件上锻造该凸缘。在任一情况下，该镦锻冲头84、84'可以向该第二端22施加力，以便迫使工件材料进入一个凸缘成形间隙130中，该凸缘成形间隙可以被该镦锻冲头84、84'的凸缘成形部分112、该镦锻模具82的该第二表面104以及该镦锻模具82的该台阶表面106定界。当锻造该凸缘24时，该工件的轴向长度可能会减小，但是该工件可能不会像使用其他制造技术可能发生的那样弯曲、折叠或者具有任何空隙。另外，具有一个管状配置的一个工件可以在凸缘24的锻造期间保持与该冲头轴部分110的连续接合。该压力机可以随后致动该镦锻锻造模组80、80'，使得可以使用一个或多个起模杆108来排出零件10。

在方框206处，可以对锻件10执行多个修整操作。举例来说，可以将零件10淬火以便提供所希望的材料特性、可以将材料移除以便提供所希望的最终几何形状或者表面饰面，且/或可以在零件10的一部分上提供多个螺纹。其他锻造方法可以包括从一个较大直径的预成形件进行长度挤压。

上文所描述的系统和方法可以允许制造具有一个凸缘的一个锻件，其中处理量以及材料利用率得到改善，并且可以有助于减少产品之间的加工设置或者压力机转换。另外，与通过从工件的外部车削或者移除材料来制造凸缘的过程相比，可以减少加工操作以及材料浪费。举例来说，该系统和方法可以允许通过在所希望的凸缘位置处镦锻或者增加工件的直径来形成凸缘，而不是通过在所希望的凸缘位置的邻近处例如经由材料移除或者挤压来减小工件的直径而形成凸缘。另外，该系统和方法可以允许在一个管状零件上镦锻一个凸缘，而不是在挤压工件以便减小其直径并且形成一个凸缘时在该零件中形成一个孔。

虽然以上描述了示例性实施例，但并非希望这些实施例描述本发明的所有可能的形式。而是，在本说明书中使用的这些词语是描述性而不是限制性的词语，并且应该理解，可以做出不同改变而不背离本发明的精神和范围。另外，可以组合不同实现实施例的特征以便形成本发明的另外的实施例。

Claims (13)

1.一种制造一个锻件的方法，包括：

将被配置成一个非管状坯料的一个工件锻造成一根管子，该管子沿着一个轴线延伸并且具有一个通孔；

将该管子定位在一个镦锻模具的一个模腔中，使得该管子的一个第一端接合该镦锻模具的一个端表面；并且

与该管子的与该第一端相反安置的一个第二端相抵地致动一个镦锻冲头，从而在该第一端与该第二端之间锻造一个凸缘，其中该凸缘与该通孔相对地安置并且延伸远离该轴线，并且其中该镦锻冲头具有一个冲头轴部分，该冲头轴部分具有布置在远端处的冲头端表面，其中当该镦锻冲头被致动到该镦锻模具中以锻造该凸缘时，该冲头端表面接合该镦锻模具的该端表面。

2.如权利要求1所述的方法，其中该锻件是用于可旋转地支撑一个车轮的一个心轴。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括在将该工件锻造成该管子之前对该工件进行加热。

4.如权利要求1所述的方法，其中在锻造该凸缘之前，将该管子加热到再结晶温度以上。

5.如权利要求1所述的方法，其中在锻造该凸缘时，该管子的从该第一端到该第二端的轴向长度减小。

6.如权利要求1所述的方法，其中该镦锻模具进一步包括从该端表面延伸的一个第一表面、与该第一表面间隔开的一个第二表面、以及从该第一表面延伸到该第二表面的一个台阶表面，其中该第一表面、该第二表面、该台阶表面、以及该端表面相协作而限定该模腔。

7.如权利要求6所述的方法，其中当在致动该镦锻冲头之前该管子被定位在该模腔中时，该管子是与该第二表面以及该台阶表面间隔开的。

8.如权利要求6所述的方法，其中在与该管子的该第二端相抵地致动该镦锻冲头时，该冲头轴部分被接纳在该管子的该通孔中。

9.如权利要求8所述的方法，其中在与该管子的该第二端相抵地致动该镦锻冲头时，该冲头轴部分接合该管子的限定该通孔的一个内表面。

10.如权利要求8所述的方法，其中该镦锻冲头包括与该冲头轴部分间隔开的一个凸缘成形部分，其中在与该管子的该第二端相抵地致动该镦锻冲头时，该管子的至少一部分被安置在该凸缘成形部分与该冲头轴部分之间。

11.如权利要求10所述的方法，其中该冲头轴部分是大体上圆柱形的，并且该凸缘成形部分被配置成一个环，该环围绕该冲头轴部分连续地延伸，其中该凸缘成形部分和该冲头轴部分围绕该轴线同心地安置。

12.如权利要求11所述的方法，其中该冲头轴部分进一步包括一个底部冲头表面，该底部冲头表面从该冲头轴部分延伸到该凸缘成形部分，其中在致动该镦锻冲头时，该底部冲头表面接合该管子的该第二表面。

13.如权利要求12所述的方法，其中该冲头轴部分具有从该底部冲头表面延伸得比从该凸缘成形部分延伸更远的一个长度。