CN106825093A - 载重车轴头套管热挤压精密成型工艺及模具组 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种载重车轴头套管热挤压精密成型工艺及模具组，其成型工艺步骤为：毛坯确定—下料（称重法）—加热—压型—成型法兰—反挤内孔—冲底。其使用的模具组包括压型模具装置、成型法兰模具装置、反挤内孔模具装置和冲底模具装置，其中，设置有调整装置的压型模具装置、成型法兰模具装置、反挤内孔模具装置分别包括底座、压盖、上模板，在对应装置的压盖上分别设有对应的凹模，在对应装置的上模板上分别通过对应的接杆连设有对应的凸模；在冲底模具装置定位垫板上设凹模，压盖上设定位套，在上模板上设冲底凸模。本发明成型的轴头毛坯获得沿轴向分布的金属流线，大幅提高轴管机械性能和抗疲劳寿命，毛坯精度高、一致性强、工序简便合理、模具调整方便。

Description

载重车轴头套管热挤压精密成型工艺及模具组

技术领域

本发明涉及载重车轴头套管，具体涉及一种载重车轴头套管热挤压精密成型工艺，本发明还涉及该工艺所使用的模具组。

背景技术

轴头套管（以下简称轴头）是汽车后桥的I类保安件，用于各类载重汽车的后桥桥壳两端及工程机械驱动桥两端的轮边支承，其焊装在桥壳两端，半轴从轴头中穿过，形状属空心回转体。轴头承受着整个车身及车载物的重量，因路况复杂，在使用过程中，既要考虑正常载重和瞬间冲击的影响，又要承受复杂的交变应力和疲劳循环应力的交变作用。因此，轴头质量的优劣，直接影响到车辆的行驶安全。这就要求轴头具有沿轴向分布的金属流线、致密的金属组织和极高的抗疲劳寿命。目前其常规锻造工艺为：毛坯计算（人工）—下料（按尺寸）—加热—制坯（压型）—成型法兰—冲孔。根据“钢质模锻件公差及机械加工余量”（GB/T12362-2003）中表1、表12规定，达到普通级。此工艺在河南英威东风机械有限公司运行近二十年，使用表明，存在毛坯重量误差大及尺寸精度差、后续加工余量大、模具可靠性不足和不易调整的弊端。

发明内容

针对目前轴头套管常规锻造工艺所存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何使轴头毛坯获得沿轴向分布的金属流线以大幅提高轴管机械性能和抗疲劳寿命。同时,根据“钢质模锻件公差及机械加工余量”（GB/T12362-2003）中表2、表13规定，毛坯尺寸达到精密级，生产工艺高效、可靠、后续机加工余量小。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种载重车轴头套管热挤压精密成型工艺，其步骤为：毛坯确定—下料（称重法）—加热—压型—成型法兰—反挤内孔—冲底；

毛坯确定：即确定毛坯重量及各工序毛坯的尺寸，在AutoCAD软件下设计毛坯及模具，毛坯在最终尺寸即冲底尺寸确定后，根据各工序设置和“体积不变”的原理，先确定“反挤工序”毛坯尺寸，采用“逆向设计”的方案，依次逆向确定成型、压型工序状态下的毛坯尺寸；

各工序模具工作部分尺寸的确定：确定各工序状态下的毛坯尺寸后，热涨量参考值为1.010—1.015 %，再使用AutoCAD的同比缩放功能，确定加热状态下的毛坯尺寸，并考虑各工序模具装置的间隙配合（≤0.5mm），从而确定模具工作尺寸，最大限度的保证设计的精密与准确；

下料（称重法）：采用以下料重量为标准、以尺寸为参考的方法称重下料，精确度控制在±0.1Kg；

加热：将下料后的棒料放在中频感应炉内，加热至1180±50℃；

压型：利用压型模具装置对所下的坯料进行压型，将坯料放入模具装置的凹模内，压机带着上模下行，凸模进入凹模内，凸模与坯料先接触，因无下行空间，坯料只能充满整个剩余空间；

成型：利用成型法兰模具装置对压型后的坯料进行成型；压机带着上模下行，法兰成型凸模进入凹模内，内形凸模与坯料先接触，因无下行空间，坯料只能向上流动，直到和法兰成型凸模接触，并充满整个剩余空间，法兰和部分内孔已成型；

反挤内孔：利用反挤内孔模具装置，毛坯放入反挤内孔模具装置后，反挤凸模下行至坯料底部，因下模封闭、凸模有反挤刃带设计，坯料只能沿反挤凹模内壁向上流动，从而成型内孔；

冲底：利用冲底模具装置，毛坯放入冲底模具装置的定位套内，冲底凸模下行，与冲底凹模剪切掉多余的连皮，连皮从机座下方掉出，至此轴头套管毛坯热挤压精密成型完成。

本发明采用上述工艺所使用的模具组包括压型模具装置、成型法兰模具装置、反挤内孔模具装置和冲底模具装置，其中，压型模具装置、成型法兰模具装置、反挤内孔模具装置分别包括底座、压盖、上模板，在所述每个底座的座壁内侧底部设大垫，大垫中部设模垫，模垫外侧依次向外设有过水套和预应力外套；在压型模具装置的压盖上设压型凹模，在成型法兰模具装置的压盖上设成型凹模，在反挤内孔模具装置的压盖上设反挤凹模；压型凹模、成型凹模、反挤凹模分别嵌入在对应的预应力外套内，压型凹模、成型凹模、反挤凹模底部分别设穿过对应预应力外套内、底座的顶杆；在所述压型模具装置、成型法兰模具装置、反挤内孔模具装置上分别设调整装置；在所述压型模具装置、成型法兰模具装置、反挤内孔模具装置的上模板上分别通过对应的接杆连设压型凸模、成型凸模、反挤凸模，在成型凸模内还设有与其上下滑动配合的内形凸模，在成型法兰模具装置、反挤内孔模具装置的压盖上部还分别设成型卸料板、反挤卸料板；所述冲底模具装置是在机座上设定位垫板，在定位垫板上设冲底凹模，在冲底模具装置的压盖上设定位套，定位套嵌入在机座内，在冲底模具装置的上模板上通过其接杆连设冲底凸模，在冲底模具装置的压盖上设冲底卸料板。

所述调整装置是在底座的座壁上设调整块，调整块内穿设调整螺栓，在调整块与底座座壁接触处的内侧设防止调整块转动的垫块。

本发明采用上述技术方案所设计的载重车轴头套管热挤压精密成型工艺和模具组，因采用一次加热、封闭模具内热挤压成型，可获得沿轴向分布的金属流线，大幅提高轴管机械性能和抗疲劳寿命。同时由于运用软件辅助设计，坯料重量计算精准，各工序毛坯变形量及尺寸确定更加严谨；下料方法（称重法）合理、毛坯重量的一致性控制在±0.1Kg；模具工作尺寸准确度控制在0.05mm内，因此毛坯尺寸可达精密级（符合GB/T12362-2003表2、表13的规定）。同时，因在模具内设计有调整装置，使毛坯壁偏差控制在2mm以内（符合GB/T12362-2003表2规定）；设计有预应力外套，保证凹模等下模组件均匀受力；设计有卸料板，可保证毛坯脱模率100%。本发明相比传统热挤压技术，具有毛坯精度高、一致性强、工序简便合理、模具调整方便的优点。

附图说明

图1是本发明轴头套管的工艺加工过程；

图2是本发明压型模具装置的结构示意图；

图3是本发明成型模具装置的结构示意图；

图4是本发明反挤内孔模具装置的结构示意图；

图5是本发明冲底模具装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明载重车轴头套管热挤压精密成型工艺和模具组作具体说明。

本发明载重车轴头套管热挤压精密成型工艺所用的模具组，包括压型模具装置、成型法兰模具装置、反挤内孔模具装置和冲底模具装置。

参见图2，压型模具装置包括其底座16、压盖4、上模板1等，在底座16的座壁内侧底部设大垫15，大垫15中部设模垫14，模垫14外侧依次向外设有过水套8和预应力外套6。在压盖4上设压型凹模5，压型凹模5伸入在过水套8内。在模垫14上设顶杆头12，顶杆头12上连设顶杆13，顶杆13穿过模垫14、大垫15、底座16。在底座16的座壁上设调整块9，调整块9与底座16的座壁接触处的内侧设防止调整块9转动的垫块11，调整块9内穿设有调整螺栓10，调整螺栓10与大套6相接触，调整块9和调整螺栓10构成压型模具装置的调整装置，用于调整毛坯7出现的壁偏差，控制毛坯壁偏差在2mm以内。在上模板1上通过接杆2连设压型凸模3，压型凸模3在压机的带动下能够下行进入到压型凹模5内。

参见图3，成型法兰模具装置包括其底座34、压盖23、上模板17等，在底座34的座壁内侧底部设大垫33，大垫33中部设模垫32，模垫32外侧依次向外设有过水套26和预应力外套25。在压盖23上设成型凹模24，成型凹模24伸入在过水套26内。在模垫32上设顶杆头30，顶杆头30上连设顶杆31，顶杆31穿过模垫32、大垫33、底座34。在底座34的座壁上设调整块27，调整块27与底座34的座壁接触处的内侧设防止调整块27转动的垫块29，调整块27内穿设有调整螺栓28，调整螺栓28与大套25相接触，调整块27和调整螺栓28构成成型法兰模具装置的调整装置，用于调整毛坯7加工时出现的壁偏差。在上模板17上通过接杆18、接螺19连设成型凸模20，成型凸模20在压机的带动下能够下行进入到成型凹模24内。在成型凸模20内还设内形凸模21，内形凸模21的作用是挤压出毛坯7大端内形部分，其与成型凸模20上下滑动配合。在压盖23的上部还设卸料板22，卸料板22与压盖23一侧相连，并以连接处为圆心，可沿圆周方向转动，毛坯7脱模时，卸料板22卡在内形凸模21上，可保证毛坯7脱模率能够达到100%。

参见图4，反挤内孔模具装置包括其底座50、压盖39、上模板35等，在底座50的座壁内侧底部设大垫49，大垫49中部设模垫48，模垫48外侧依次向外设有过水套42和预应力外套41。在压盖39上设反挤凹模40，反挤凹模40伸入在过水套42内。在模垫48上设顶杆头46，顶杆头46上连设顶杆47，顶杆47穿过模垫48、大垫49、底座50。在底座50的座壁上设调整块43，调整块43与底座50的座壁接触处的内侧设防止调整块43转动的垫块45，调整块43内穿设有调整螺栓44，调整螺栓44与预应力外套41相接触，调整块43和调整螺栓44构成反挤内孔模具装置的调整装置，用于调整毛坯7加工时出现的壁偏差。在上模板35上通过接杆36连设反挤凸模37，反挤凸模37在压机的带动下能够下行进入到反挤凹模40内。在压盖39的上部还设卸料板38，卸料板38与压盖39一侧相连，并以连接处为圆心，可沿圆周方向转动，毛坯脱模时，卸料板38卡在反挤凸模37上，卸料板38可保证毛坯7脱模率能够达到100%。

上述压型模具装置、成型法兰模具装置、反挤内孔模具装置所述的预应力外套，均是防止压机下行时，瞬间冲击力过大对模具的损坏，使相应凹模等下模组件均匀受力。

参见图5，冲底模具装置是在机座58上设定位垫板57，在定位垫板57上设冲底凹模56，在冲底模具装置的压盖54上设定位套55，定位套55嵌入在机座58内，在冲底模具装置的上模板51上通过其接杆连设冲底凸模53，在冲底模具装置的压盖54上设冲底卸料板52。毛坯7脱模时，卸料板52卡在冲底凸模53上，保证毛坯7脱模率能够达到100%。冲底模具装置的下模部分采用中空设计，可以排除连皮（10±5mm）废料，实现冲底。

本发明的模具装置安装使用时，下模预应力外套装在对应的底座内，凹模装在对应的预应力外套内，压盖压紧凹模并固定在对应底座上。将模具装置分别放置在四台不同吨位的压力机上，再通过螺栓联接与设备结合在一起来实现加工任务。

本发明通过安装在压力机上的压型模具装置、成型法兰模具装置、反挤内孔模具装置和冲底模具装置四套模具，将加热后的棒料依次经过压型、成型法兰、反挤内孔、冲底工序，一次加热即可生产出精密级轴头毛坯。

图1为本发明毛坯利用该模具组加工轴头套管的过程示意图。其工艺步骤为：毛坯确定（逆向设计）—下料（称重法）—加热—压型—成型法兰—反挤内孔—冲底。

毛坯确定（毛坯重量及各工序毛坯尺寸的确定）：毛坯及模具的设计均在AutoCAD软件下完成。并充分运用其辅助设计功能。毛坯在最终尺寸（冲底）确定后，根据各工序设置和“体积不变”（各工序毛坯尺寸虽有变化但其体积始终不变）的原理，采用“逆向设计”的方案：即先确定反挤工序毛坯尺寸、再依次逆向确定成型、压型工序状态下的毛坯尺寸；（原有毛坯确定的方法是：最终毛坯尺寸确定后，把毛坯尺寸分成三段计算体积：大端法兰部分、中间部分、小端部分，通过计算先确定压型工序尺寸，也分成三段。然后，计算成型部分，此时，确定大端内孔部分尺寸。最后，冲孔毛坯的直孔部分。）

各工序模具工作部分尺寸的确定：先确定各工序热变形状态下的毛坯尺寸，热涨量参考（1.010—1.015 %），再使用AutoCAD的同比缩放功能，并考虑各工序模具装置的间隙配合（≤0.5mm），从而确定模具工作尺寸，最大限度的保证设计的精密与准确。

下料：采用以下料重量为标准、以尺寸为参考的方法称重下料。原有方法是：毛坯尺寸采用人工计算的方法，误差大，下料时，据其体积换算成同值的圆钢棒料尺寸，即控制下料尺寸：直径及长短。因棒料直径有允差，故生产的毛坯长短不一，精度差，后续加工极为不便。本发明根据AutoCAD软件的重量计算结果确定下料重量，生产时称重确定（钢厂生产的圆钢每个炉号其外径允差在±0.2mm），故精确度可控制在±0.1Kg。

加热：将下料后的棒料放在中频感应炉内，加热至1180±50℃。

压型：利用压型模具装置对所下的坯料进行压型。将坯料7放入压型模具装置的压型凹模5内，压机带着上模下行，压型凸模3进入压型凹模5内，压型凸模3与坯料7先接触，因无下行空间，坯料7只能充满整个剩余空间。此工序，毛坯小端已变形到最终尺寸。

成型：利用成型法兰模具装置对压型后的坯料7进行成型。压机带着上模下行，成型凸模20（设计有导向结构）进入成型凹模24内，内形凸模21与坯料7先接触，因无下行空间，坯料7只能向上流动，直到和成型凸模20接触，并充满整个剩余空间。此工序，法兰和部分内孔（除直壁外）已成型。

反挤内孔：利用挤内孔模具装置，毛坯7放入反挤内孔模具装置后，反挤凸模37下行至坯料7底部，因下模封闭、凸模有反挤刃带设计，坯料7只能沿反挤凹模40内壁向上流动，从而成型内孔（留有10±5mm连皮）。顶杆装置装在反挤凹模40内的模垫48上，可上下移动，顶出毛坯7。此工序，毛坯内孔直孔部分完成，仅在底部留有10±5mm的连皮。

若毛坯7在前三道工序（压型、成型和反挤内孔）出现壁偏差，可在相应工序，根据偏差的大小和方向，前后左右调节对应的调整块，使相应的凹模移动，直至毛坯壁偏差合格（控制在2mm以内）；若其包在对应的凸模上，因凸模可上下滑动，相应的卸料板可卡在对应凸模的非工作面上，强制卸料。

冲底：冲底模具装置的冲底凸模53下行，与冲底凹模56剪切掉多余的连皮，连皮从机座58下方掉出，这是由于下模部分采用了中空设计，可以排除连皮（10±5mm）废料，实现冲底。至此，轴头套管毛坯热挤压精密成型完成。

Claims (4)

1.一种载重车轴头套管热挤压精密成型工艺，其特征是步骤为：毛坯确定—下料（称重法）—加热—压型—成型法兰—反挤内孔—冲底；

毛坯确定：即确定毛坯重量及各工序毛坯的尺寸，在AutoCAD软件下设计毛坯及模具，毛坯在最终尺寸即冲底尺寸确定后，根据各工序设置和“体积不变”的原理，先确定“反挤工序”毛坯尺寸，采用“逆向设计”的方案，依次逆向确定成型、压型工序状态下的毛坯尺寸；

各工序模具工作部分尺寸的确定：确定各工序状态下的毛坯尺寸后，热涨量参考值为1.010—1.015 %，再使用AutoCAD的同比缩放功能，确定加热状态下的毛坯尺寸，并考虑各工序模具装置的间隙配合（≤0.5mm），从而确定模具工作尺寸，最大限度的保证设计的精密与准确；

下料（称重法）：采用以下料重量为标准、以尺寸为参考的方法称重下料，精确度控制在±0.1Kg；

加热：将下料后的棒料放在中频感应炉内，加热至1180±50℃；

压型：利用压型模具装置对所下的坯料进行压型，将坯料放入模具装置的凹模内，压机带着上模下行，凸模进入凹模内，凸模与坯料先接触，因无下行空间，坯料只能充满整个剩余空间；

成型：利用成型法兰模具装置对压型后的坯料进行成型；压机带着上模下行，法兰成型凸模进入凹模内，内形凸模与坯料先接触，因无下行空间，坯料只能向上流动，直到和法兰成型凸模接触，并充满整个剩余空间，法兰和部分内孔已成型；

反挤内孔：利用反挤内孔模具装置，毛坯放入反挤内孔模具装置后，反挤凸模下行至坯料底部，因下模封闭、凸模有反挤刃带设计，坯料只能沿反挤凹模内壁向上流动，从而成型内孔；

冲底：利用冲底模具装置，毛坯放入冲底模具装置的定位套内，冲底凸模下行，与冲底凹模剪切掉多余的连皮，连皮从机座下方掉出，至此轴头套管毛坯热挤压精密成型完成。

2.根据权利要求1所述的载重车轴头套管热挤压精密成型工艺，其特征是若毛坯在压型、成型和反挤内孔出现壁偏差，根据偏差的大小和方向，在相应工序前后左右调节对应模具装置上的调整块，使相应模具装置上的凹模移动，直至毛坯壁偏差合格。

3.一种权利要求1所述的载重车轴头套管热挤压精密成型工艺的模具组，包括压型模具装置、成型法兰模具装置、反挤内孔模具装置和冲底模具装置，其特征是压型模具装置、成型法兰模具装置、反挤内孔模具装置分别包括底座、压盖、上模板，在所述每个底座的座壁内侧底部设大垫，大垫中部设模垫，模垫外侧依次向外设有过水套和预应力外套；在压型模具装置的压盖上设压型凹模，在成型法兰模具装置的压盖上设成型凹模，在反挤内孔模具装置的压盖上设反挤凹模；压型凹模、成型凹模、反挤凹模分别嵌入在对应的预应力外套内，压型凹模、成型凹模、反挤凹模底部分别设穿过对应预应力外套内、底座的顶杆；在所述压型模具装置、成型法兰模具装置、反挤内孔模具装置上分别设调整装置；在所述压型模具装置、成型法兰模具装置、反挤内孔模具装置的上模板上分别通过对应的接杆连设压型凸模、成型凸模、反挤凸模，在成型凸模内还设有与其上下滑动配合的内形凸模，在成型法兰模具装置、反挤内孔模具装置的压盖上部还分别设成型卸料板、反挤卸料板；所述冲底模具装置是在机座上设定位垫板，在定位垫板上设冲底凹模，在冲底模具装置的压盖上设定位套，定位套嵌入在机座内，在冲底模具装置的上模板上通过其接杆连设冲底凸模，在冲底模具装置的压盖上设冲底卸料板。

4.根据权利要求3所述的一种载重车轴头套管热挤压精密成型工艺的模具组，其特征是所述调整装置是在底座的座壁上设调整块，调整块内穿设调整螺栓，在调整块与底座座壁接触处的内侧设防止调整块转动的垫块。