CN105344735B - 一种具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具和成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具和成型工艺，属于机械技术领域。它解决了现有的具有内孔的输出轴制造困难的问题。本具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具，包括上模座和下模座，上模座上固定有冲头，下模座上固定有凹模，凹模上具有与冲头位置正对的型腔，冲头的容纳孔一内穿设有芯轴，芯轴的上端与冲头固定，下端伸出冲头，下模座上具有安装腔，安装腔内设置有顶料杆，顶料杆上具有导向孔。本具有内孔的输出轴的冷挤压成型工艺，包括以下步骤：A、原料下料；B、成型前机加工；C、成型前热处理；D、成型前润滑处理；E、冷挤压成型；F、二次机加工；G、二次热处理。本发明实现了具有内孔的输出轴的冷加压成型加工。
Description
技术领域
本发明属于机械技术领域，涉及一种冷挤压成型模具和成型工艺，特别是一种具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具和成型工艺。
背景技术
输出轴是指用于将动力输出的轴零件，例如马达、变速器、超越离合器等都具有输出轴，输出轴你能将扭矩传递给执行元件，带动其运转。现有技术中，输出轴大多采用车削、铣削等机加工方式制造。
目前，也有生产企业通过冷挤压成型的方式加工输出轴。例如，中国专利【申请号201410787105.6；申请公布号CN104525599A】公开的一种输出轴冷挤压的制备方法，包括有以下步骤：首先按设计尺寸制备专用的粗坯模具、粗坯杆模具、精坯杆模具、精挤压模具、冷挤压成型模具，备用；通过剪切将原材料切成预定长度工件；将剪切后的粗坯放入粗坯模具正挤压成预定长度的柱形工件，以便形成杆部和头部；放入粗坯杆模具挤压杆部形成缩小杆；放入精坯杆模具进一步挤压形成缩小杆；放入精挤压模具反挤压头部，以在头部上远离杆部的一端形成台阶，头部预定形成圆锥形状；图形初步形成整形导向台阶盲孔，杆部正挤压形成缩小杆，终成形在冷挤压成型模具的模腔里，杆部和大扁头一步整形到位。
该专利申请还公开了一种制作输出轴的精挤压模具，模具由相互配合的上模和下模构成，下模包括有下模型芯、下模固定套、下模外套、下模底座，主体顶部中心设有向上开口的轴头腔，轴头腔与贯穿至主体底部的多级阶梯状下模型腔相连接；相邻型腔之间通过弧形圆滑过渡连接；下模固定套内环套装在下模型芯外周面上，下模固定套外环套装在下模外套上部；下模底座套装在下模外套下部，其顶部与下模固定套、下模型芯底部连接；下模底座中心设有与下模型腔连通的下模顶杆腔，下模顶杆腔贯穿于下模底座上下两端；下模底座底部收缩形成阶梯环，该阶梯环套装在下模固定座内；下模外套外周面上设有下固定槽；上模包括有上模型芯、上模外套，上模型芯主体中心处设有与下模型腔相配合的上模型腔，上模型腔下部为圆锥形；上模外套主体套装在上模外套底部的上模槽内，其外周面呈下大上小的阶梯状，上部阶梯的外周面上设有倾斜的上固定槽；上模外套中心设有与上模型腔顶部连通的上模顶杆腔。
为了输出轴的安装需要，有些输出轴中心加工有内孔，现有的输出轴的冷挤压成型模具和成型工艺，无法保证内孔与输出轴的同轴度，因此，无法用于加工具有内孔的输出轴。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具和成型工艺，本发明解决的技术问题是如何实现具有内孔的输出轴的冷加压成型加工。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具，所述冷挤压成型模具包括上模座和下模座，所述上模座上固定有冲头，所述下模座上固定有凹模，所述凹模上具有与冲头位置正对的型腔，其特征在于，所述冲头中心具有贯通冲头两端的容纳孔一，所述容纳孔一内穿设有芯轴，所述芯轴的上端与冲头固定，下端伸出冲头，所述下模座上具有与型腔相连通的安装腔，所述安装腔内设置有能够伸入型腔内的顶料杆，所述顶料杆与芯轴位置正对，且顶料杆上具有供芯轴伸入的导向孔。
本具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具安装在液压机上，上模座固定在液压机的压力头上。冷挤压成型之前，将具有内孔的毛胚装入型腔内，压力头带动上模座运动，冲头逐渐伸入型腔内，使得芯轴穿过毛胚的内孔。冲头继续向下运动挤压毛胚，使得毛胚发生形变，持续施压，得到输出轴成品。冷挤压成型完成后，压力头带动上模座复位，顶料杆将成品顶出。本冷挤压成型模具相比于现有技术，区别之处在于，冲头内设置有芯轴，采用这样的结构能够实现具有内孔的输出轴的冷挤压成型加工。通过在顶料杆上设置导向孔，当冲头伸入型腔内时，芯轴端部能够伸入导向孔内，并在挤压过程中沿着导向孔滑动，对冲头起到辅助导向的作用，使得冷挤压过程中，冲头不会发生位置偏移或产生振动，保证输出轴的内孔与外圆面的同轴度，从而提高冷挤压成型质量。
在上述的具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具中，所述上模座包括固定套一和固定套二，所述固定套一套设在固定套二外周并与固定套二螺纹连接；所述冲头通过一冲头护套安装到固定套二上，所述冲头护套通过倒置的锥形面与固定套二定位；所述芯轴穿过容纳孔一并通过台阶面限位，所述冲头护套内具有容纳孔二，所述冲头穿过上述容纳孔二并通过台阶面限位；所述容纳孔二内设置有能抵靠在芯轴端部的垫块一，所述固定套二内设置有垫块二，所述固定套一内设置有垫块三，所述固定套一端面上固定有垫块四，所述垫块一、垫块二、垫块三和垫块四中相邻两块相互抵靠呈阶梯状排列。上模座采用分体式结构，芯轴和冲头的安装方便，通过垫块一、垫块二、垫块三和垫块四相互挤压，压紧芯轴，使得芯轴和冲头稳定性更好。
作为优选，在上述的具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具中，所述垫块一、垫块二、垫块三和垫块四的硬度大于上模座其他零部件的硬度。垫块一、垫块二、垫块三和垫块四直接承受芯轴的反作用力，避免上模座在长时间使用后，出现受力位置凹陷的问题，使得冷挤压成型模具更为稳定、耐用。
在上述的具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具中，所述凹模包括至少两个凹模体，每个所述凹模体内具有成型凹腔，所述凹模体相互叠加并固定使得成型凹腔连通形成型腔。凹模采用分体式结构，使得型腔由多个成型凹腔构成，且成型凹腔可以单独加工，使得结构复杂的型腔的加工更为方便，从而满足了复杂结构的输出轴的冷挤压成型加工；同时，多个成型凹腔也可以采用不同的加工方式得到，型腔的加工工艺更为灵活、多样。
在上述的具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具中，其中一个所述凹模体的成型凹腔为齿形成型凹腔。齿形成型凹腔可以采用慢走丝线切割单独加工，从而使得本冷挤压成型模具能够通过冷挤压成型加工输出轴。
作为优选，在上述的具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具中，每个所述凹模体外套设有固定块，所述凹模体通过锥形面与固定块定位，相邻的固定块通过固定螺钉固定。通过这样的结构使得，凹模体叠加后位置准确，避免成型凹腔错位影响加工质量。
作为进一步优选，在上述的具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具中，位于最上端的所述固定块的外套设有凹模外套，所述凹模外套通过台阶面搭接在位于最上端的固定块上并通过连接螺钉与下模座固连，所述凹模外套延伸到最下端的固定块处。通过这样的结构使得，将凹模体固定在下模座上。
一种具有内孔的输出轴的冷挤压成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A、原料下料：先按需要长度、尺寸锯取一段圆柱形棒材毛胚；
B、成型前机加工：对毛胚进行平头处理，并镗内孔；
C、成型前热处理：对毛胚进行球化退火；
D、成型前润滑处理：对毛胚进行磨外圆，并进行磷化皂化处理；
E、冷挤压成型：将毛胚放置在冷挤压成型模具内，将冷挤压成型模具安装在液压机上，通过液压机对冷挤压成型模具施加压力，使毛胚的外周面和内孔壁同时受到挤压，完成具有内孔的输出轴成型；
F、二次机加工：对工件外圆进行机加工；
G、二次热处理：对工件进行渗碳、淬火处理，最后进行抛丸处理。
本具有内孔的输出轴的冷挤压成型工艺通过对毛胚进行预先的机加工和热处理，使得毛胚达到冷挤压成型加工要求。再将处理过的毛胚装入冷挤压成型模具的型腔内，进行冷挤压成型。最后，通过二次机加工和二次热处理，得到具有内孔的输出轴的成品。本具有内孔的输出轴的冷挤压成型工艺通过对毛胚镗内孔加工，在输出轴上加工出内孔，并通过对工艺流程的优化，满足了冷挤压成型模具的加工需要。
在上述的具有内孔的输出轴的冷挤压成型工艺中，所述步骤C中的球化退火的温度为740℃～760℃，保持3个小时。经过上述球化退火过程，改善了毛胚的冷塑性变形。
与现有技术相比，本具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具的优点在于：
1、本具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具通过在冲头内部设置芯轴，从而实现了具有内孔的输出轴的冷加压成型加工，并通过芯轴和顶料杆上的导向孔的配合对冲头进行辅助导向，保证输出轴的内孔与外圆面的同轴度，进一步提高了冷挤压成型质量。
2、本具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具通过垫块一、垫块二、垫块三和垫块四相邻两块相互抵靠呈阶梯状排列，垫块一压紧芯轴，使得芯轴和冲头位置更可靠，并且垫块一、垫块二、垫块三和垫块四可以采用硬度更大的材料，使得冷挤压成型模具更为稳定、耐用。
3、本具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具的凹模采用分体式结构，使得型腔有多个成型凹腔组成，且成型凹腔可以单独加工，使得结构复杂的型腔的加工更为方便。
与现有技术相比，本具有内孔的输出轴的冷挤压成型工艺的优点在于，通过对冷挤压成型工艺的优化，满足了冷挤压成型模具的加工需要，改善了冷加压成型的加工效率和加工质量。
附图说明
图1是本具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具的剖视图。
图2是本具有内孔的输出轴的冷挤压成型工艺的工艺流程图。
图中，1、上模座；1a、固定套一；1b、固定套二；1c、垫块一；1d、垫块二；1e、垫块三；1f、垫块四；2、下模座；2a、安装腔；3、冲头；4、凹模；4a、型腔；4b、凹模体；4c、固定块；4d、凹模外套；5、芯轴；6、顶料杆；6a、导向孔；7、冲头护套；8、固定螺钉；9、毛胚；10、顶料气缸。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一：
本具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具包括上模座1、下模座2、安装腔2a、冲头3、凹模4、型腔4a、容纳孔一、芯轴5、顶料杆6和导向孔6a。
具体来说，如图1所示，上模座1包括固定套一1a和固定套二1b，固定套一1a套设在固定套二1b外周并与固定套二1b螺纹连接，冲头3和固定套二1b之间设置有冲头护套7，冲头护套7通过倒置的锥形面与固定套二1b定位，冲头护套7内具有容纳孔二，冲头3穿过容纳孔二并通过台阶面限位。冲头3中心具有贯通冲头3两端的容纳孔一，芯轴5穿过容纳孔一伸出冲头3并通过台阶面限位。本实施例中，容纳孔二内设置有垫块一1c，固定套二1b内设置有垫块二1d，固定套一1a内设置有垫块三1e，固定套一1a端面上固定有垫块四1f。垫块一1c、垫块二1d、垫块三1e和垫块四1f相邻两块相互抵靠呈阶梯状排列，垫块一1c、垫块二1d、垫块三1e和垫块四1f相互挤压，使得垫块一1c抵靠在芯轴5上，从而将芯轴5和冲头3压紧。通过上述分体式结构固定芯轴5和冲头3，安装方便、稳定性好。
作为优选方案，垫块一1c、垫块二1d、垫块三1e和垫块四1f的硬度大于上模座1其他零部件的硬度，垫块一1c、垫块二1d、垫块三1e和垫块四1f直接承受芯轴5的反作用力，避免上模座1在长时间使用后，出现受力位置凹陷的问题，使得冷挤压成型模具更为稳定、耐用。
如图1所示，凹模4固定在下模座2上，本实施例中，凹模4包括两个凹模体4b，每个凹模体4b内具有成型凹腔，凹模体4b相互叠加并固定使得成型凹腔连通形成与冲头3位置正对的型腔4a。凹模4采用分体式结构，使得型腔4a由多个成型凹腔构成，且成型凹腔可以单独加工，满足了复杂结构的输出轴的冷挤压成型加工同时，型腔4a的加工工艺更为灵活、多样。其中一个凹模体4b的成型凹腔为齿形成型凹腔，齿形成型凹腔可以采用慢走丝线切割单独加工，从而使得本冷挤压成型模具能够通过冷挤压成型加工输出轴。在实际的生产和制造过程中，凹模4还可以包括两个以上的凹模体4b。
作为优选方案，每个凹模体4b外套设有固定块4c，凹模体4b通过锥形面与固定块4c定位，相邻的固定块4c通过固定螺钉8固定，通过这样的结构使得，凹模体4b叠加后位置准确，避免成型凹腔错位影响加工质量。
作为进一步优选，位于最上端的所述固定块4c的外套设有凹模外套4d，凹模外套4d通过台阶面搭接在位于最上端的固定块4c上并通过连接螺钉(图中未示出)与下模座2固连，凹模外套4d延伸到最下端的固定块4c处，通过这样的结构使得，将凹模体4b固定在下模座2上。
如图1所示，下模座2上具有与型腔4a相连通的安装腔2a，安装腔2a内设置有能够伸入型腔4a内的顶料杆6，顶料杆6由顶料气缸10驱动。顶料杆6与芯轴5位置正对，且顶料杆6上具有供芯轴5伸入的导向孔6a。通过在顶料杆6上设置导向孔6a，当冲头3伸入型腔4a内时，芯轴5端部能够伸入导向孔6a内，并在挤压过程中沿着导向孔6a滑动，对冲头3起到辅助导向的作用，使得冷挤压过程中，冲头3不会发生位置偏移或产生振动，保证输出轴的内孔与外圆面的同轴度，从而提高冷挤压成型质量。
本具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具安装在液压机上，上模座1固定在液压机的压力头上。冷挤压成型之前，将具有内孔的毛胚9装入型腔4a内，压力头带动上模座1运动，冲头3逐渐伸入型腔4a内，使得芯轴5穿过毛胚9的内孔。冲头3继续向下运动挤压毛胚9，使得毛胚9发生形变，得到输出轴成品。冷挤压成型完成后，压力头带动上模座1复位，顶料杆6将成品顶出。
实施例二：
本实施例为一种采用实施例一中的具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具的成型工艺，具体来说，如图2所示，本成型工艺包括以下步骤：
A、原料下料：先按需要长度、尺寸锯取一段圆柱形棒材毛胚9；
B、成型前机加工：对毛胚9进行平头处理，并镗内孔；
C、成型前热处理：对毛胚9进行球化退火；
D、成型前润滑处理：对毛胚9进行磨外圆，并进行磷化皂化处理；
E、冷挤压成型：将毛胚9放置在冷挤压成型模具内，将冷挤压成型模具安装在液压机上，通过液压机对冷挤压成型模具施加压力，使毛胚9的外周面和内孔壁同时受到挤压，完成具有内孔的输出轴成型；
F、二次机加工：对工件外圆进行机加工；
G、二次热处理：对工件进行渗碳、淬火处理，最后进行抛丸处理。
作为优选方案，步骤C中的球化退火的温度为740℃～760℃，保持3个小时。经过上述球化退火过程，改善了毛胚9的冷塑性变形。
本具有内孔的输出轴的冷挤压成型工艺通过对毛胚9进行预先的机加工和热处理，使得毛胚9达到冷挤压成型加工要求。再将处理过的毛胚9装入冷挤压成型模具的型腔4a内，进行冷挤压成型。最后，通过二次机加工和二次热处理，得到具有内孔的输出轴的成品。本具有内孔的输出轴的冷挤压成型工艺通过对毛胚9镗内孔加工，在输出轴上加工出内孔，并通过对工艺流程的优化，满足了冷挤压成型模具的加工需要。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了上模座1、固定套一1a、固定套二1b、垫块一1c、垫块二1d、垫块三1e、垫块四1f、下模座2、安装腔2a、冲头3、凹模4、型腔4a、凹模体4b、固定块4c、凹模外套4d、芯轴5、顶料杆6、导向孔6a、冲头护套7、固定螺钉8、毛胚9、顶料气缸10等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (8)
1.一种具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具，所述冷挤压成型模具包括上模座(1)和下模座(2)，所述上模座(1)上固定有冲头(3)，所述下模座(2)上固定有凹模(4)，所述凹模(4)上具有与冲头(3)位置正对的型腔(4a)，其特征在于，所述冲头(3)中心具有贯通冲头(3)两端的容纳孔一，所述容纳孔一内穿设有芯轴(5)，所述芯轴(5)的上端与冲头(3)固定，下端伸出冲头(3)，所述下模座(2)上具有与型腔(4a)相连通的安装腔(2a)，所述安装腔(2a)内设置有能够伸入型腔(4a)内的顶料杆(6)，所述顶料杆(6)与芯轴(5)位置正对，且顶料杆(6)上具有供芯轴(5)伸入的导向孔(6a)，所述上模座(1)包括固定套一(1a)和固定套二(1b)，所述固定套一(1a)套设在固定套二(1b)外周并与固定套二(1b)螺纹连接；所述冲头(3)通过一冲头护套(7)安装到固定套二(1b)上；所述芯轴(5)穿过容纳孔一并通过台阶面限位，所述冲头护套(7)内具有容纳孔二，所述冲头(3)穿过上述容纳孔二并通过台阶面限位；所述容纳孔二内设置有能抵靠在芯轴(5)端部的垫块一(1c)，所述固定套二(1b)内设置有垫块二(1d)，所述固定套一(1a)内设置有垫块三(1e)，所述固定套一(1a)端面上固定有垫块四(1f)，所述垫块一(1c)、垫块二(1d)、垫块三(1e)和垫块四(1f)中相邻两块相互抵靠呈阶梯状排列，所述垫块一(1c)、垫块二(1d)、垫块三(1e)和垫块四(1f)的硬度大于上模座(1)其他零部件的硬度。
2.根据权利要求1所述的具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具，其特征在于，所述冲头护套(7)通过倒置的锥形面与固定套二(1b)定位。
3.根据权利要求1或2所述的具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具，其特征在于，所述凹模(4)包括至少两个凹模体(4b)，每个所述凹模体(4b)内具有成型凹腔，所述凹模体(4b)相互叠加并固定使得成型凹腔连通形成型腔(4a)。
4.根据权利要求3所述的具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具，其特征在于，其中一个所述凹模体(4b)的成型凹腔为齿形成型凹腔。
5.根据权利要求3所述的具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具，其特征在于，每个所述凹模体(4b)外套设有固定块(4c)，所述凹模体(4b)通过锥形面与固定块(4c)定位，相邻的固定块(4c)通过固定螺钉(8)固定。
6.根据权利要求5所述的具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具，其特征在于，位于最上端的所述固定块(4c)的外套设有凹模外套(4f)，所述凹模外套(4f)通过台阶面搭接在位于最上端的固定块(4c)上并通过连接螺钉与下模座(2)固连，所述凹模外套(4f)延伸到最下端的固定块(4c)处。
7.一种针对权利要求1至6中任一项所述的具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具的成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A、原料下料：先按需要长度、尺寸锯取一段圆柱形棒材毛胚(9)；
B、成型前机加工：对毛胚(9)进行平头处理，并镗内孔；
C、成型前热处理：对毛胚(9)进行球化退火；
D、成型前润滑处理：对毛胚(9)进行磨外圆，并进行磷化皂化处理；
E、冷挤压成型：将毛胚(9)放置在冷挤压成型模具内，将冷挤压成型模具安装在液压机上，通过液压机对冷挤压成型模具施加压力，使毛胚(9)的外周面和内孔壁同时受到挤压，完成具有内孔的输出轴成型；
F、二次机加工：对工件外圆进行机加工；
G、二次热处理：对工件进行渗碳、淬火处理，最后进行抛丸处理。
8.根据权利要求7所述的具有内孔的输出轴的冷挤压成型模具的成型工艺，其特征在于，所述步骤C中的球化退火的温度为740℃～760℃，保持3个小时。
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