CN104785693A - 复杂工字型连接头锻造成形工艺 - Google Patents

Abstract

一种机械加工领域的复杂工字型连接头锻造成形工艺，首先对棒状结构的坯料的下端挤压得到头部，再对头部以上部分镦粗变形获得杆部大台阶，最后对头部进行预锻和终锻，得到复杂工字型连接头件。本发明能够有效提高材料利用率与零件力学性能，保证连接头的服役性能；同时解决了工件方便取出的问题，实现大批量生产。

Description

复杂工字型连接头锻造成形工艺

技术领域

本发明涉及的是一种机械加工领域的技术，具体是一种复杂工字型连接头锻造成形工艺。

背景技术

复杂工字型连接头是一种非标异形连接头，中间杆部有台阶，两端头部形状不同，由于其形状的复杂性，通常采用铸造工艺进行制造。但是，通过铸造工艺生产出的连接头零件，其质量的影响因素复杂，易形成气孔、缩孔与砂眼等铸造缺陷；由于铸造组织，其力学性能相对较差，影响构件的连接强度。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101444816，公开(公告)日2009.06.03，公开了一种工字型零件的锻造工艺方法，该技术将圆柱形坯料锻成长方型坯料，按照锻件重量，用带锯切割下料，用胎模锻出工字型结构零件的头部及头部与杆部的过渡处，同时将所说的坯料进行分配，再用摔模锻出杆部，将所说的锻件放进精整模具并夹紧，竖起模具锻打，保证内档两平面的平整，再放平模具锻打。与整体模锻相比，该方法锻造的工字型结构零件内档的两平面可以达到平行度及平面度的严格要求，不再进行机械加工。但是，该方法涉及的工字型锻件，杆部与头部差异不大且对称，成形较为简单；而且所用胎膜锻只适用于中、小批量生产。

进一步检索发现，邓玉山、姚晓静在“关于工字型截面锻件模锻工步的分析”(《模具技术》1990年01期)中提出：在预锻中采取椭圆形模腔，使金属自由变形并形成飞边，终锻时可避免涡流和穿肋缺陷，提高锻件表面及内部质量。但是，飞边需要后续进行热切；若飞边尺寸过大，材料利用率低。

对于复杂形状的工字型锻件，特别是形状尺寸差异较大的，如果采用热模锻工艺，会沿锻件截面产生很大的飞边，材料浪费严重；由于两端形状复杂，容易导致充不满，预锻设计困难。如果采用胎模锻工艺，工序长且不宜组织大批量生产。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种复杂工字型连接头锻造成形工艺，能够有效提高材料利用率与零件力学性能，保证连接头的服役性能；同时解决了工件方便取出的问题，实现大批量生产。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种复杂工字型连接头锻造成形工艺，首先对棒状结构的坯料的下端挤压得到头部，再对头部以上部分镦粗变形获得杆部大台阶，最后对头部进行预锻和终锻，得到复杂工字型连接头件。

所述的坯料为退火态棒料，直径小于连接头中间杆部小直径0.2mm，长度根据零件体积计算取得。

所述的挤压是指：将坯料采用磷皂化处理实现润滑后放入具有浮动结构的挤压模型腔中进行挤压，以实现具有较大横向尺寸的头部成形，其浮动结构有利于减小坯料在挤压过程中受到模壁的摩擦阻力。

所述的墩粗是指：将头部挤压所得挤压件放入纵向、横向均可分的镦粗模腔，进行杆部镦粗变形，获得杆部大台阶。

所述的预锻是指：将经杆部墩粗后坯料放入预锻模具进行预锻，获得锻件头部预成形形状。

所述的终锻是指：将预锻件采用磷皂化处理实现润滑后放入终锻模具中进行终锻，获得上端头部形状，得到复杂工字型连接头件。

技术效果

与现有铸造或锻造工艺相比，本发明具有如下优点：

①提高了工件质量及表面粗糙度，减少了工件缺陷；

②提高了工件机械性能，成形工艺稳定，产品合格率高；

③解决了各工序之间工件不易取出的问题，实现该类零件坯料大规模生产。

附图说明

图1是实施例锻件图；

图中：a为锻件图主视图；b为锻件图左视图；c为锻件图俯视图；

图2是工字型零件成形过程；

图中：a为下料；b为挤压；c为墩粗；d为预锻；e为终锻；

图3是头部挤压工艺及模具结构示意图；

图4是杆部墩粗工艺及模具结构示意图；

图5是头部预锻工艺及模具结构示意图；

图中：a为主视图；b为左视图；

图6是头部终锻工艺及模具结构示意图；

图中：a为主视图；b为左视图；

图中：挤压上凹模1、挤压下凹模2、挤压套筒3、挤压顶杆4、第一弹性元件5、墩粗上凹模6、墩粗下凹模7、墩粗斜滑块8、墩粗套筒9、第二弹性元件10、墩粗推杆11、墩粗顶杆12、锻造上凹模13、锻造下凹模14、锻造斜滑块15、侧凹模16、第三弹性元件17、凸模18、弹性元件19、锻造推杆20。

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

如图1所示，本实施例包括以下步骤：

第一步、下料，采用20#钢退火态棒料，其中：棒坯料高为40mm，直径为3.6mm，坯料的直径比连接头中间杆部小直径d₁直径小0.2mm。

第二步、对制备连接头的圆柱体坯料进行挤压，模腔直径D₁为3.7mm，上凹模、下凹模与套筒一起下压14.9mm，获得上端头部形状，使工件上端完全填充满的长度d₄大于d₃＝11.8mm。

所述的挤压工艺中润滑采用磷皂化处理。

所述的挤压所采用的挤压模具包括：横向可分凹模与浮动控制的导向套筒，可以实现具有较大横向尺寸的头部成形，其浮动结构有利于减小坯料在挤压过程中受到模壁的摩擦阻力，如图3所示，该模具包括：挤压上凹模1、挤压下凹模2、挤压套筒3、挤压顶杆4与第一弹性元件5，其中：挤压上凹模1与挤压下凹模2闭合时形成圆柱形模腔，挤压套筒3为由第一弹性元件5实现浮动控制。

该步骤操作时，首先开启挤压上凹模1，坯料放入后，挤压上凹模1与挤压下凹模2闭合，再与挤压套筒3一起向下运动，上端头部逐步挤压成形，然后开启挤压上凹模1，挤压顶杆4顶出，取出上端头部挤压件。

第三步、对工件杆部进行墩粗，上凹模、下凹模与套筒一起下压7.85mm，使坯料充满整个模腔，模腔下部小直径为3.7mm，上部大台阶直径为4.7mm，杆部的上半部分形成台阶。

如图4所示，墩粗所采用的墩粗模具包括：墩粗上凹模6、墩粗下凹模7、墩粗斜滑块8、墩粗套筒9、第二弹性元件10、墩粗推杆11与墩粗顶杆12，其中：墩粗上凹模6、墩粗下凹模7、墩粗斜滑块8闭合时形成圆柱形模腔，墩粗套筒9为由第二弹性元件10实现浮动控制，墩粗推杆11设置在墩粗套筒9中，下端固定在墩粗斜滑块8上。

所述的墩粗上凹模6、墩粗下凹模7的两侧位置设有斜滑块侧抽芯机构。

所述的墩粗斜滑块8外侧壁为倾斜结构。

该步骤操作时，首先开启墩粗上凹模6，坯料放入后，墩粗上凹模6与墩粗下凹模7闭合，再与墩粗套筒9一起向下运动，杆部大台阶逐渐成形，成形完成后，开启墩粗上凹模6，墩粗顶杆12顶出，同时墩粗推杆11驱动墩粗斜滑块8作斜向运动，在锻件被推出的同时，由墩粗斜滑块8完成侧向分型。

第四步、对工件上部进行预锻，上凹模、下凹模与侧凹模一起下压4mm，获得预锻成形形状。

如图5所示，预锻所采用的模具包括：锻造上凹模13、锻造下凹模14、锻造斜滑块15、侧凹模16、第三弹性元件17、凸模18、弹性元件19与锻造推杆20，其中：墩粗上凹模6、墩粗下凹模7、墩粗斜滑块8闭合时形成圆柱形模腔，侧凹模16由弹性元件19实现浮动控制，锻造推杆20设置在侧凹模16中，下端固定在锻造斜滑块15上。

所述的锻造上凹模13、锻造下凹模14的两侧位置设有斜滑块侧抽芯机构。

该步骤操作时，首先开启锻造上凹模13，推杆19将斜滑块分开，坯料放入后，锻造上凹模13、锻造下凹模14与锻造斜滑块15闭合，再与侧凹模16一起向下运动，下端头部渐成形，成形完成后，开启锻造上凹模13，推杆19驱动锻造斜滑块15作斜向运动，在锻件被推出的同时，由锻造斜滑块15完成侧向分型。

第五步、对工件上部进行终锻，上凹模、下凹模与侧凹模下压3.3mm，获得终锻成形形状。

所述的终锻工艺中润滑采用磷皂化处理。

如图6所示，终锻所采用的模具结构与预锻相同，操作步骤与预锻操作步骤相同。

本实施例涉及上述工艺制备得到的钢制工字型接头，依次包括：头部、连接部、台阶以及平台座。

实施例2

本实施例包括以下步骤：

第一步、下料，采用15#钢退火态棒料，其中：棒坯料高为40mm，直径为3.6mm，坯料的直径比连接头中间杆部小直径d₁直径小0.2mm。

第二步、对制备连接头的圆柱体坯料进行挤压，模腔直径D₁为3.7mm，上凹模、下凹模与套筒一起下压14.9mm，获得上端头部形状，使工件上端完全填充满的长度对d₄大于d₃＝11.8mm。

第三步、对工件杆部进行墩粗，上凹模、下凹模与套筒一起下压7.85mm，使坯料充满整个模腔，模腔下部小直径为3.7mm，上部大台阶直径为4.7mm，杆部的上半部分形成台阶。

第四步、对工件上部进行预锻，上凹模、下凹模与侧凹模一起下压4mm，获得预锻成形形状。

第五步、对工件上部进行终锻，上凹模、下凹模与侧凹模下压3.3mm，获得终锻成形形状。

实施例3

本实施例包括以下步骤：

第一步、下料，采用8#钢退火态棒料，其中：棒坯料高为40mm，直径为3.6mm，坯料的直径比连接头中间杆部小直径d₁直径小0.2mm。

第二步、对制备连接头的圆柱体坯料进行挤压，模腔直径D₁为3.7mm，上凹模、下凹模与套筒一起下压14.9mm，获得上端头部形状，使工件上端完全填充满的长度对d₄大于d₃＝11.8mm。

第三步、对工件杆部进行墩粗，上凹模、下凹模与套筒一起下压7.85mm，使坯料充满整个模腔，模腔下部小直径为3.7mm，上部大台阶直径为4.7mm，杆部的上半部分形成台阶。

第四步、对工件上部进行预锻，上凹模、下凹模与侧凹模一起下压4mm，获得预锻成形形状。

第五步、对工件上部进行终锻，上凹模、下凹模与侧凹模下压3.3mm，获得终锻成形形状。

本方法实现了复杂工字型连接头的锻造成形，有效提高零件的质量，提高了零件机械性能，成形工艺稳定，产品合格率高。

Claims (10)

1.一种复杂工字型连接头锻造成形工艺，其特征在于，首先对棒状结构的坯料的下端挤压得到头部，再对头部以上部分镦粗变形获得杆部大台阶，最后对头部进行预锻和终锻，得到复杂工字型连接头件。

2.根据权利要求1所述的复杂工字型连接头锻造成形工艺，其特征是，所述的挤压是指：将坯料采用磷皂化处理实现润滑后放入具有浮动结构的挤压模型腔中进行挤压，以实现具有较大横向尺寸的头部成形，其浮动结构有利于减小坯料在挤压过程中受到模壁的摩擦阻力。

3.根据权利要求1所述的复杂工字型连接头锻造成形工艺，其特征是，所述的墩粗是指：将头部挤压所得挤压件放入纵向、横向均可分的镦粗模腔，进行杆部镦粗变形，获得杆部大台阶。

4.根据权利要求1所述的复杂工字型连接头锻造成形工艺，其特征是，所述的预锻是指：将经杆部墩粗后坯料放入预锻模具进行预锻，获得锻件头部预成形形状。

5.根据权利要求1所述的复杂工字型连接头锻造成形工艺，其特征是，所述的终锻是指：将预锻件采用磷皂化处理实现润滑后放入终锻模具中进行终锻，获得上端头部形状，得到复杂工字型连接头件。

6.根据权利要求1或2所述的复杂工字型连接头锻造成形工艺，其特征是，所述的挤压，所采用的模具包括：挤压上凹模、挤压下凹模、挤压套筒、挤压顶杆与第一弹性元件，其中：挤压上凹模与挤压下凹模闭合时形成圆柱形模腔，挤压套筒为由第一弹性元件实现浮动控制。

7.根据权利要求1或3所述的复杂工字型连接头锻造成形工艺，其特征是，所述的墩粗，所采用的墩粗模具包括：墩粗上凹模、墩粗下凹模、墩粗斜滑块、墩粗套筒、第二弹性元件、墩粗推杆与墩粗顶杆，其中：墩粗上凹模、墩粗下凹模、墩粗斜滑块闭合时形成圆柱形模腔，墩粗套筒为由第二弹性元件实现浮动控制，墩粗推杆设置在墩粗套筒中，下端固定在墩粗斜滑块上。

8.根据权利要求7所述的复杂工字型连接头锻造成形工艺，其特征是，所述的墩粗上凹模、墩粗下凹模的两侧位置设有斜滑块侧抽芯机构。

9.根据权利要求1或4所述的复杂工字型连接头锻造成形工艺，其特征是，所述的预锻，所采用的模具包括：锻造上凹模、锻造下凹模、锻造斜滑块、侧凹模、第三弹性元件、凸模、弹性元件与锻造推杆，其中：墩粗上凹模、墩粗下凹模、墩粗斜滑块闭合时形成圆柱形模腔，侧凹模由弹性元件实现浮动控制，锻造推杆设置在侧凹模中，下端固定在锻造斜滑块上。

10.根据权利要求9所述的复杂工字型连接头锻造成形工艺，其特征是，所述的锻造上凹模、锻造下凹模的两侧位置设有斜滑块侧抽芯机构。