CN107262613B - 带不锈钢套的高强悬浮式单体液压支柱及套层复合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带不锈钢套的高强悬浮式单体液压支柱及套层复合方法，涉及冷塑加工领域，利用组合冷拔模具中内模的外圆锥度与圆台型凹口的内圆锥度相同，推动内模沿圆台型凹口的轴向方向向圆台型凹口的小口端运动到达一定位置受外模径向挤压力缩径达到要求的模具尺寸，将安装好不锈钢套的活柱通过模具内孔挤压缩径达到定径、复合的目的；完成复合后再拉动内模向外模圆台型凹口的大口端移动，使内模自然弹回到自由状态下回弹扩径，而脱离被复合不锈钢套的活柱完成脱模；通过变径模具一次冷拔便可实现不锈钢套与活柱的复合，复合后的活柱总壁厚增加，复合层硬度远高于活柱本体，有效解决了现有技术由于脱模形成二次挤压而破坏复合工件的技术问题。

Description

带不锈钢套的高强悬浮式单体液压支柱及套层复合方法

技术领域

本发明涉及冷塑加工技术领域，特别是涉及一种带不锈钢套的高强悬浮式单体液压支柱及套层复合方法。

背景技术

悬浮式单体液压支柱是外注式单体液压支柱的一种，是高档机械化普采工作面的配套设备，也是综采工作面的端头支护设备；其适用于煤矿回采工作面的顶板支护、综采工作面的端头支护、巷道掘进的超前支护。悬浮式单体液压支柱的活柱外表面的镀层(镀铬或镀锌镍合金)在井下潮湿的工作介质中受酸、碱等离子的锈蚀作用磨损密封件，进而影响悬浮式单体液压支柱密封性能，因此使用一段周期后，必须升井重新电镀，每一次电镀过程又会产生经济费用且对环境产生一定污染，而且锈蚀严重无法进行修复的，只能进行报废处理。此外，传统的悬浮式单体液压支柱，活柱因其选用标准材型和造价等原因壁厚较薄且是整个悬浮支柱强度最薄弱的环节，母材硬度不够坚硬，不能够防炮崩、防划伤，在井下采煤工作使用中受冲击矿压影响下以产生活柱弯曲、甚至折断，严重威胁井下矿工生命安全。

为解决上述技术问题，现有技术中在活柱体的外壁复合加装防腐层，通过将制成的不锈钢套以动配合的配合尺寸装配于加工好的活柱表面上，再将小于工件尺寸的冷拔模具沿装配口向活塞底部运动达到不锈钢套缩径与活柱体紧密复合的目的。在复合过程中因底部的活塞外径大于需加装防腐层的活柱外径，不能够进行通孔复合加工，冷拔模具行至活塞底端后必须返回向入口运动退出工件方可形成脱模，这样模具便会对复合工件产生二次冷加工；因第一次冷拔复合时，不锈钢外套的底层已经被挤压缩径镶嵌于活柱体外表的加工细牙螺纹中，脱模过程产生的二次挤压会使第一次冷拔挤压成的细牙镶嵌螺纹被迫形成第二次错峰乱牙镶嵌，导致已镶嵌完毕的不锈钢套被第二次延展与活柱体脱离，反而失去了第一次冷拔复合时紧密结合的镶嵌层。

相应的，现有技术中在解决工件与套层之间的复合问题时，都存在上述二次挤压的技术问题，如何避免脱模过程产生二次挤压对第一次冷拔复合时紧密结合的镶嵌层产生破坏是亟待解决的一个技术问题。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种带不锈钢套的高强悬浮式单体液压支柱及套层复合方法，通过变径模具一次冷拔便可实现活柱与不锈钢套的复合，使复合后的活柱总壁厚增加，复合层硬度远高于活柱本体。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种带不锈钢套的高强悬浮式单体液压支柱及套层复合方法，带不锈钢套的高强悬浮式单体液压支柱的套层复合方法基于一种组合冷拔模具，所述组合冷拔模具包括内模和外模，所述外模的一端开设有圆台型凹口，所述外模的另一端开设有与所述圆台型凹口连通的外模加工圆孔，所述外模加工圆孔位于所述圆台型凹口的小口端，所述圆台型凹口的小口端直径大于所述外模加工圆孔的直径；所述内模为圆台型内模，且所述内模外侧壁的锥度与所述圆台型凹口的内侧壁的锥度相同，所述内模的大口端直径等于所述圆台型凹口的大口端直径，所述圆台型凹口的轴向深度大于所述内模的轴向高度；所述内模内沿轴向开设有内圆孔，所述内圆孔的直径不大于所述外模加工圆孔的直径；所述圆台型凹口内用于卡放所述内模，且在所述圆台型凹口对所述内模产生径向挤压之前，所述内圆孔的直径大于待复合不锈钢套的直径，在所述内模从所述圆台型凹口的大口端向所述圆台型凹口的小口端移动过程中，所述内模受到所述外模的径向挤压力逐渐增大，所述内圆孔直径逐渐变小且所述内圆孔的直径能够被压缩至小于所述待复合不锈钢套的直径并使所述待复合不锈钢套紧密复合在所述高强悬浮式单体液压支柱的活柱上。

可选的，所述外模为圆柱形外模，所述圆台型凹口的轴线与所述外模的轴线重合，所述外模加工圆孔的轴线与所述圆台型凹口的轴线重合。

可选的，所述内模的内圆孔的轴线与所述内模的轴线重合。

可选的，所述圆台型凹口的内侧壁锥角为7°～12°。

可选的，所述内模为高硬度合金内模，所述外模为高硬度合金外模。

可选的，所述外模加工圆孔为圆台型孔，所述外模加工圆孔的小口端位于所述圆台型凹口的小口端，所述内模的内圆孔直径不大于所述外模加工圆孔的小口端直径。

本发明还提供一种带不锈钢套的高强悬浮式单体液压支柱的套层复合方法，包括如下步骤：

步骤一，在外力作用下推动所述内模在所述圆台型凹口内由所述圆台型凹口的大口端向所述圆台型凹口的小口端移动，在所述圆台型凹口对所述内模产生径向挤压力之前，所述内圆孔的直径大于所述待复合不锈钢套的直径，缓慢推动所述内模向所述圆台型凹口的小口端继续移动的过程中，所述内模受到所述外模的径向挤压力逐渐增大，所述内圆孔直径逐渐变小，直至所述内圆孔的直径被压缩至小于所述待复合不锈钢套的直径并使所述待复合不锈钢套紧密复合在活柱上，停止推动所述内模在所述圆台型凹口内的轴向移动；

步骤二，将所述待复合不锈钢套装在活柱外围形成待复合工件，将所述待复合工件由所述外模加工圆孔推入至所述内模的所述内圆孔内，并继续向所述圆台型凹口的大口端方向推动所述待复合工件在所述内圆孔内前移，所述待复合不锈钢套在所述内圆孔的挤压下缩径，使所述待复合不锈钢套紧密复合在活柱上；

步骤三，拉动所述内模向所述圆台型凹口的大口端移动，使所述内模沿径向自由回弹，所述内圆孔扩径而使得所述内模脱离复合有不锈钢套的活柱；

步骤四，将复合有不锈钢套的活柱从所述外模加工圆孔一端取出，完成脱模。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的带不锈钢套的高强悬浮式单体液压支柱及套层复合方法，活柱与不锈钢套在经过变径组合冷拔模具一次冷拔实现了活柱与不锈钢套的复合与脱模，再经焊接、外磨回火处理即形成了与活柱紧密结合的超硬不锈钢防腐层，不仅永久性解决了悬浮式单体支柱的活柱外圆表面易防腐的问题，消除了周期电镀所带来的经济费用、环境污染；而且杜绝了由于脱模形成二次挤压对活柱复合层带来的弊端，在保证活柱原壁厚不变的前提下，增加了活柱复合总壁厚、不锈钢防腐层的硬度以及活柱的抗挠强度，且增强了悬浮式单体液压支柱抗炮崩和抗折断的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明组合冷拔模具中内模与外模分体放置的结构示意图；

图2为本发明组合冷拔模具中内模与外模接触配合的结构示意图；

图3为本发明组合冷拔模具用于复合工件与套层的方法示意图；

图4为悬浮式单体液压支柱的结构示意图；

图5为本发明组合冷拔模具用于复合活柱与不锈钢套的方法示意图。

附图标记说明：1、内模；11、内圆孔；2、外模；21、圆台型凹口；22、外模加工圆孔；23、第二横向管；3、工件；4、待复合套层；5、缸体；6、活柱；7、不锈钢套。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种带不锈钢套的高强悬浮式单体液压支柱及套层复合方法，通过变径模具一次冷拔便可实现活柱与不锈钢套的复合，使复合后的活柱总壁厚增加，复合层硬度远高于活柱本体。

基于此，本发明提供一种带不锈钢套的高强悬浮式单体液压支柱及套层复合方法，带不锈钢套的高强悬浮式单体液压支柱的套层复合方法基于一种组合冷拔模具，组合冷拔模具包括内模和外模，外模的一端开设有圆台型凹口，外模的另一端开设有与圆台型凹口连通的外模加工圆孔，外模加工圆孔位于圆台型凹口的小口端，圆台型凹口的小口端直径大于外模加工圆孔的直径；内模为圆台型内模，且内模外侧壁的锥度与圆台型凹口的内侧壁的锥度相同，内模的大口端直径等于圆台型凹口的大口端直径，圆台型凹口的轴向深度大于内模的轴向高度；内模内沿轴向开设有内圆孔，内圆孔的直径不大于外模加工圆孔的直径；圆台型凹口内用于卡放内模，且在圆台型凹口对内模产生径向挤压之前，内圆孔的直径大于待复合不锈钢套的直径，在内模从圆台型凹口的大口端向圆台型凹口的小口端移动过程中，内模受到外模的径向挤压力逐渐增大，内圆孔直径逐渐变小且内圆孔的直径能够被压缩至小于待复合不锈钢套的直径并使待复合不锈钢套紧密复合在高强悬浮式单体液压支柱的活柱上。

本发明的组合冷拔模具，利用内模的外圆锥度与圆台型凹口的内圆锥度相同，推动内模在圆台型凹口内轴向运动，使得内模到达一定位置受外模径向挤压力而缩径达到要求的模具尺寸，将安装不锈钢套的活柱通过内模内圆孔挤压缩径，完成工件复合后再拉动内模向外模圆台型凹口的大口端移动，使内模自然弹回扩径，完成脱模；通过变径模具一次冷拔便可实现活柱与不锈钢套的复合，复合不锈钢套后的活柱总壁厚增加，复合层硬度远高于活柱本体，有效解决了现有技术由于脱模形成二次挤压而破坏复合工件的技术问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

如图1和2所示，组合冷拔模具包括内模1和外模2，外模2的一端开设有圆台型凹口21，外模2的另一端开设有与圆台型凹口21连通的外模加工圆孔22，外模加工圆孔22位于圆台型凹口21的小口端，圆台型凹口21的小口端直径大于外模加工圆孔22的直径；内模1为圆台型内模，且内模1外侧壁的锥度与圆台型凹口21的内侧壁的锥度相同，且内模1的大口端直径等于圆台型凹口21的大口端直径，圆台型凹口21的轴向深度大于内模1的轴向高度；内模1内沿轴向开设有内圆孔11，内圆孔11的直径不大于外模加工圆孔22的直径；内模1用于卡放在圆台型凹口21内，且内模1从圆台型凹口21的大口端向小口端移动，在圆台型凹口21对内模1产生径向挤压之前，内圆孔11的直径大于待复合套层4的直径，在内模1逐渐向圆台型凹口21的小口端移动过程中，内模1受到外模2的径向挤压力逐渐增大，内圆孔11直径逐渐变小，直至内圆孔11的直径被压缩至小于待复合套层4的直径并使待复合套层4紧密复合在工件3上，停止推动内模1在圆台型凹口21内的轴向移动。

于本实施例中，外模2为圆柱形外模，圆台型凹口21的轴线、外模2的轴线以及外模加工圆孔22的轴线均重合，内模1的内圆孔11的轴线与内模1的轴线也重合。圆台型凹口21的内圆锥度为7°～12°，即内模1的外圆锥度也为7°～12°。

进一步地，内模1为高硬度合金内模，外模2为高硬度合金外模。

进一步地，外模加工圆孔22为圆台型孔，且外模加工圆孔22的小口端位于圆台型凹口21的小口端，内模1的内圆孔11的直径不大于外模加工圆孔22的小口端直径。

如图3所示，利用上述组合冷拔模具的对待复合工件进行复合的方法步骤如下：

步骤一，在外力作用下向右推动内模1在圆台型凹口21内从圆台型凹口21大口端向小口端移动，由于内模1的外侧壁和圆台型凹口21的内侧壁锥度配合，且内模1的大口端直径等于圆台型凹口21的大口端直径，因此在内模1的大口端面与所述圆台型凹口21的大口端面重合之前，内模1与圆台型凹口21之间不存在力的关系，外模2对内模1是不存在径向挤压力的，此时内圆孔11的直径大于待复合套层4的直径；在推动内模1继续向圆台型凹口21的小口端移动过程中，内模1受到外模2的径向挤压力逐渐增大，内圆孔11直径逐渐变小，直至内圆孔11的直径被压缩至小于待复合套层4的直径并可以满足使待复合套层4紧密复合在工件3上，定径，并停止推动内模1在圆台型凹口21内的轴向移动；

步骤二，将待复合套层4套装在工件3外围形成待复合工件，将待复合工件由外模加工圆孔22推入至内模1的内圆孔11内，并继续向圆台型凹口21的大口端方向推动待复合工件在内圆孔11内前移，待复合套层4在内圆孔11的挤压下缩径，并使待复合套层4紧密复合在工件3上；

步骤三，拉动内模1向圆台型凹口21的大口端移动，使内模1的径向自由回弹，内圆孔11扩径而使得内模1脱离复合后的工件；

步骤四，将复合有套层的工件从外模加工圆孔22一端取出，完成脱模。

可见，本实施例的组合冷拔模具，利用内模的外圆锥度与圆台型凹口的内圆锥度相同，推动内模沿圆台型凹口的轴向方向向圆台型凹口的小口端运动，使得内模到达一定位置受外模径向挤压力而缩径达到要求的模具尺寸，将安装好套层的待复合工件通过模具内孔挤压缩径达到定径、复合的目的；完成工件复合后再拉动内模向外模圆台型凹口的大口端移动，使内模自然弹回到自由状态下回弹扩径，而脱离被缩径的工件完成脱模；通过变径模具一次冷拔便可实现工件与套层的复合，复合后的工件总壁厚增加，复合层硬度远高于工件本体，有效解决了现有技术由于脱模形成二次挤压而破坏复合工件的技术问题。

下面以在悬浮式单体液压支柱的活柱外加装不锈钢套为例，对本实施例的组合冷拔模具作具体使用说明。

如图4所示，活柱6套装在悬浮式单体液压支柱的缸体5内。其中活柱的直径为106mm，材质为27SiMn，硬度为HB240-260，不锈钢套的厚度为1mm。

如图5所示，步骤一，在外力作用下向右推动内模1在圆台型凹口21内从圆台型凹口21大口端向小口端移动，直至内圆孔11的直径被压缩至小于不锈钢套7的直径并可以满足使不锈钢套7紧密复合在活柱6上，定径，并停止推动内模1在圆台型凹口21内的轴向移动；

步骤二，将不锈钢套7套装在活柱6外围形成待复合工件，将待复合工件由外模加工圆孔22推入至内模1的内圆孔11内，并继续向圆台型凹口21的大口端方向推动待复合工件在内圆孔11内前移，不锈钢套7在内圆孔11的挤压下缩径，并使不锈钢套7紧密复合在活柱6上；

步骤三，拉动内模1向圆台型凹口21的大口端移动，使内模1的径向自由回弹，内圆孔11扩径而使得内模1脱离复合有不锈钢套的活柱；

步骤四，将复合有不锈钢套的活柱从外模加工圆孔22一端取出，完成脱模。

由此可见，本实施例中的活柱与不锈钢套在经过变径组合冷拔模具一次冷拔实现了活柱与不锈钢套的复合与脱模，经焊接、外磨回火处理即形成了与活柱紧密结合的超硬不锈钢防腐层，不仅永久性解决了悬浮式单体支柱的活柱外圆表面易防腐的问题，消除了周期电镀所带来的经济费用、环境污染；而且杜绝了由于脱模形成二次挤压对活柱复合层带来的弊端，在保证活柱原壁厚不变的前提下，在活柱体外壁加装了1毫米超硬的不锈钢套层，使活柱复合总壁厚增加了1毫米，不锈钢防腐层的硬度达HB400-430，活柱的抗挠强度增加了20％，且增强了悬浮式单体液压支柱抗炮崩和抗折断的能力。

需要说明的是，本发明中的组合冷拔模具的可以具备多种尺寸型号以满足多种型号高强悬浮式单体液压支柱的需求；同样的，外模的圆台型凹口的锥度也可以根据实际需求而适应性改变，圆台型凹口的轴向高度尺寸与内模轴向高度尺寸的比例也是可以根据实际需求适应性调整的，圆台型凹口的轴向高度尺寸相比内模轴向高度尺寸越大，定径范围便越广；此外，不锈钢套的厚度并不限于上述实施例中的壁厚1mm，可根据实际需求进行增减调整，只要满足支柱性能和便于加工复合即可；最后，在外模中只要保证圆台型凹口和外模加工圆孔的轴线重合，且内模与圆台型凹口契合后的内圆孔轴线与圆台型凹口以及外模加工圆孔的轴线重合即可实现对待复合工件的复合，并不限于上述实施例中圆台型凹口的轴线要与外模轴线重合、而内模的内圆孔轴线要与内模的轴线重合。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种带不锈钢套的高强悬浮式单体液压支柱及套层复合方法，其特征在于，带不锈钢套的高强悬浮式单体液压支柱的套层复合方法基于一种组合冷拔模具，所述组合冷拔模具包括内模和外模，所述外模的一端开设有圆台型凹口，所述外模的另一端开设有与所述圆台型凹口连通的外模加工圆孔，所述外模加工圆孔位于所述圆台型凹口的小口端，所述圆台型凹口的小口端直径大于所述外模加工圆孔的直径；所述内模为圆台型内模，且所述内模外侧壁的锥度与所述圆台型凹口的内侧壁的锥度相同，所述内模的大口端直径等于所述圆台型凹口的大口端直径，所述圆台型凹口的轴向深度大于所述内模的轴向高度；所述内模内沿轴向开设有内圆孔，所述内圆孔的直径不大于所述外模加工圆孔的直径；所述圆台型凹口内用于卡放所述内模，且在所述圆台型凹口对所述内模产生径向挤压之前，所述内圆孔的直径大于待复合不锈钢套的直径，在所述内模从所述圆台型凹口的大口端向所述圆台型凹口的小口端移动过程中，所述内模受到所述外模的径向挤压力逐渐增大，所述内圆孔直径逐渐变小且所述内圆孔的直径能够被压缩至小于所述待复合不锈钢套的直径并使所述待复合不锈钢套紧密复合在所述高强悬浮式单体液压支柱的活柱上。

2.根据权利要求1所述的组合冷拔模具，其特征在于，所述外模为圆柱形外模，所述圆台型凹口的轴线与所述外模的轴线重合，所述外模加工圆孔的轴线与所述圆台型凹口的轴线重合。

3.根据权利要求2所述的组合冷拔模具，其特征在于，所述内模的内圆孔的轴线与所述内模的轴线重合。

4.根据权利要求3所述的组合冷拔模具，其特征在于，所述圆台型凹口的内侧壁锥角为7°～12°。

5.根据权利要求1所述的组合冷拔模具，其特征在于，所述内模为高硬度合金内模，所述外模为高硬度合金外模。

6.根据权利要求1所述的组合冷拔模具，其特征在于，所述外模加工圆孔为圆台型孔，所述外模加工圆孔的小口端位于所述圆台型凹口的小口端，所述内模的内圆孔直径不大于所述外模加工圆孔的小口端直径。

7.根据权利要求1所述的带不锈钢套的高强悬浮式单体液压支柱的套层复合方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，在外力作用下推动所述内模在所述圆台型凹口内由所述圆台型凹口的大口端向所述圆台型凹口的小口端移动，在所述圆台型凹口对所述内模产生径向挤压力之前，所述内圆孔的直径大于所述待复合不锈钢套的直径，缓慢推动所述内模向所述圆台型凹口的小口端继续移动的过程中，所述内模受到所述外模的径向挤压力逐渐增大，所述内圆孔直径逐渐变小，直至所述内圆孔的直径被压缩至小于所述待复合不锈钢套的直径并使所述待复合不锈钢套紧密复合在活柱上，停止推动所述内模在所述圆台型凹口内的轴向移动；

步骤二，将所述待复合不锈钢套装在活柱外围形成待复合工件，将所述待复合工件由所述外模加工圆孔推入至所述内模的所述内圆孔内，并继续向所述圆台型凹口的大口端方向推动所述待复合工件在所述内圆孔内前移，所述待复合不锈钢套在所述内圆孔的挤压下缩径，使所述待复合不锈钢套紧密复合在活柱上；

步骤三，拉动所述内模向所述圆台型凹口的大口端移动，使所述内模沿径向自由回弹，所述内圆孔扩径而使得所述内模脱离复合有不锈钢套的活柱；

步骤四，将复合有不锈钢套的活柱从所述外模加工圆孔一端取出，完成脱模。