CN110153363B - 一种转向导杆冷热锻结合的成形方法 - Google Patents

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Abstract

一种转向导杆冷热锻结合的成形方法，其特征在于：所述方法步骤如下：a、首先对被加工的金属棒料一端进行加热，当温度达到1100℃‑1180℃时将坯料未加热一端插入热镦头凹模当中，加热一端朝上置于模具中，热镦成成形杆头部；b、对步骤a得到的已成形头部的坯料立即放置于热反挤凹模当中，完成锻件反挤过程，使锻件头部反挤成形沉孔；c、对步骤b得到的坯料进行处理，首先进行退火处理，然后在已成形坯料沉孔底端钻孔，该孔的直径小于转向螺杆零件图中该位置的孔径，钻孔后将坯料润滑；d、对步骤c取得的坯料细杆部插入缩径反挤复合挤压模具中，进行细杆部位的缩径成形以及头部沉孔部位蝶形槽的反挤成形，坯料出模后得到所需锻件。

Description

一种转向导杆冷热锻结合的成形方法
技术领域
本发明属于金属件压力加工领域，具体说是涉及一种转向导杆冷热锻结合的成形方法。
技术背景
电动转向导杆是电动助力转向系统的核心部件，起到传递扭矩的作用，要求其表面具有高耐磨性和良好的疲劳韧性，心部具有较高强度和韧性。在汽车领域高速发展的今天电动助力转向系统正在逐步的代替传统液压助力转向系统，同时催生了其相应配件市场的蓬勃发展。
电动转向导杆为长轴阶梯状，细杆部带有花键，大端一侧带有圆形凹槽，凹槽底部有一蝶形凹槽，蝶形凹槽底部有一细孔，在圆形凹槽侧壁上开有方形槽。该零件蝶形凹槽采用机械加工法加工效率低费用高，且零件的尺寸同一性不好。采用锻造方法成形该零件，可以直接将蝶形槽锻出，蝶形槽不再加工，可以有效的保证难加工部位蝶形凹槽的精度，节省后续机加工时间和费用，同时通过锻造可以有效提高零件的机械性能。但是由于该件形状较为复杂，整体成形难度较大。目前已有汽车零部件制造厂实现了该锻件的成形，具体工艺如下：将该零件分为头部、细杆部两部分锻造并机加工，两部分加工完成后焊接起来组成整体的转向导杆零件，这种方法生产的转向导杆容易造成头部与细杆部对接位置不准或同心同轴度差异太大，而且焊接部位强度难以保证，存在潜在的安全隐患。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种电动转向导杆冷热锻结合的成形方法。本发明的方法可以实现转向导杆的整体成形，即实现转向导杆杆部缩径以及头部蝶形槽的反挤成形，且成形锻件的蝶形槽精度高，节省加工工时和成本，锻件整体强度高。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的转向导杆冷热锻结合的成形方法的步骤如下：
a、首先对被加工的金属棒料一端进行加热，当温度达到1100℃-1180℃时将坯料未加热一端插入热镦头凹模当中，加热一端朝上置于模具中，热镦成成形杆头部；
b、对步骤a得到的已成形头部的坯料立即放置于热反挤凹模当中，完成锻件反挤过程，使锻件头部反挤成形沉孔；
c、对步骤b得到的坯料进行处理，首先进行退火处理，然后在已成形坯料沉孔底端钻孔，该孔的直径小于转向导杆零件图中该位置的孔径，钻孔后将坯料润滑；
d、对步骤c取得的坯料细杆部插入缩径反挤复合挤压模具中，进行细杆部位的缩径成形以及头部沉孔部位蝶形槽的反挤成形，坯料出模后得到所需锻件。
综上所述，本发明成形方法步骤为：下料—加热—热镦—热反挤—退火—钻孔—润滑—缩径反挤复合挤压。
本发明步骤d中所述缩径反挤复合挤压模具包括冲头、冲头导向套、上层凹模、中层凹模、下层凹模、顶杆；其中上、中、下三层凹模高度之和要保证反挤压蝶形槽开始时，冲头导向套已有部分体积伸入模具型腔进行导向；所述中层凹模为三层套圈结构，外层圈采用中碳钢45号钢或合金结构钢40Cr，中层圈采用硬度较高的模具钢如42CrMo、H13等，作为模芯的内层套圈采用高速钢或硬质合金钢如W18Cr4V、LD、YG10等，模芯设置有用于缩径成形的缩径韧带结构；所述下层凹模为整体凹模结构，采用中碳钢45号钢或合金结构钢40Cr；所述冲头采用合金工具钢如Cr12、Cr12MoV、LD等，头部蝶形部位设置有反挤韧带结构，杆部直径略大于蝶形韧带最大尺寸；所述冲头导向套为中碳钢45号钢或合金结构钢40Cr，冲头杆部需要热装于冲头导向套中，冲头伸出冲头导向套部分长度大于冲头挤压行程与坯料热反挤沉孔深度总和。
本发明步骤d中所述缩径反挤复合挤压方法步骤如下：将步骤c得到的金属坯料插入中层凹模上部的模孔中，冲头与冲头导向套向下运动，冲头挤压金属坯料 ，金属坯料向下运动通过中层凹模韧带实现缩径变形，冲头持续挤压金属坯料，当坯料下端与顶杆接触时缩径变形完成，此时冲头导向套已经深入上层凹模型腔，冲头导向套外圆与上层凹模模腔相互作用起到了冲头导正作用；冲头及冲头导向套继续向下运动，冲头挤压金属坯料，使沉孔底部金属材料流向坯料所钻孔位置，随着冲头的挤压孔逐渐闭合，实现蝶形槽的反挤成形，冲头挤压到位后停止，此时冲头导向套下端面与坯料上端面不接触；最后顶杆顶出锻件，取出锻件后顶杆退回，重复以上动作。
本发明步骤d中所述缩径反挤复合挤压方法中其缩径变形的变形力小于反挤蝶形槽的成形力，反挤蝶形槽的成形力要小于已缩径变形杆部镦粗变形力，方法设计时需合理计算变形量。
本发明的有益效果如下：
1.本发明成形方法可以实现整体成形转向导杆，避免现有分体结构零件的弊端。
2、本发明成形方法结合冷锻、热锻的成形特点，热锻工序成形锻件基本形状，减少多次冷锻过程必须进行的退火润滑等工序，缩短成形时间，冷锻工序可以保证难加工部位——蝶形槽的成形，整体上缩短了该零件的加工周期，同时也节省了加工费用。
3、本发明的转向导杆缩径反挤复合挤压模具结构成本低，只在受力较大的部位使用价格较高的冷作模具钢材料，模具结构简单，冲头及冲头导向套的导向结构有效保证了蝶形槽的位置精度。
附图说明
图1是转向导杆零件三维图。
图2是转向导杆零件图。
图3是图2的左视图。
图4是转向导杆锻件图。
图5是图4的左视图。
图6是转向导杆成形方法过程简图。
图7是转向导杆缩径反挤复合挤压模具结构图，其中a是缩径过程，b是反挤过程。
图8是中层三层套圈凹模图。
图9是冲头三维图。
图中序号：1、冲头，2、冲头导向套，3、上层凹模，4、中层凹模，5、下层凹模，6、顶杆，100、反挤韧带结构，400、缩径韧带结构。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：
如图6所示，本发明的转向导杆冷热锻结合的成形方法方法步骤如下：
a、首先对被加工的金属棒料一端进行加热，当温度达到1100℃-1180℃时将坯料未加热一端插入热镦头凹模当中，加热一端朝上置于模具中，热镦成成形杆头部；
b、对步骤a得到的已成形头部的坯料立即放置于热反挤凹模当中，完成锻件反挤过程，使锻件头部反挤成形沉孔；
c、对步骤b得到的坯料进行处理，首先进行退火处理，然后在已成形坯料沉孔底端钻孔，该孔的直径小于转向导杆零件图中该位置的孔径，钻孔后将坯料润滑；
d、对步骤c取得的坯料细杆部插入缩径反挤复合挤压模具中，进行细杆部位的缩径成形以及头部沉孔部位蝶形槽的反挤成形，坯料出模后得到所需锻件（参见图4、5）。
综上所述，本发明成形方法步骤为：下料—加热—热镦—热反挤—退火—钻孔—润滑—缩径反挤复合挤压。
本发明步骤d中所述缩径反挤复合挤压模具包括冲头1、冲头导向套2、上层凹模3、中层凹模4、下层凹模5、顶杆6（参见图7、8、9所示）；其中上、中、下三层凹模高度之和要保证反挤压蝶形槽开始时，冲头导向套2已有部分体积伸入模具型腔进行导向；所述中层凹模4应为三层套圈结构（参见图8），外层圈采用中碳钢45号钢或合金结构钢40Cr，中层圈采用硬度较高的模具钢如42CrMo、H13等，作为模芯的内层套圈采用高速钢或硬质合金钢如W18Cr4V、LD、YG10等，模芯设置有用于缩径成形的缩径韧带结构400；所述下层凹模为整体凹模结构，采用中碳钢45号钢或合金结构钢40Cr；所述冲头采用合金工具钢如Cr12、Cr12MoV、LD等，头部蝶形部位设置有反挤韧带结构100，杆部直径略大于蝶形韧带最大尺寸；所述冲头导向套2为中碳钢45号钢或合金结构钢40Cr，冲头杆部需要热装于冲头导向套中，冲头伸出冲头导向套部分长度大于冲头挤压行程与坯料热反挤沉孔深度总和。
本发明步骤d中所述缩径反挤复合挤压方法步骤如下：将步骤c得到的金属坯料插入中层凹模4上部的模孔中，冲头1与冲头导向套2向下运动，冲头挤压金属坯料 ，金属坯料向下运动通过中层凹模韧带实现缩径变形，冲头持续挤压金属坯料，当坯料下端与顶杆接触时缩径变形完成，此时冲头导向套2应已经深入上层凹模型腔，冲头导向套2圆与上层凹模模腔相互作用起到了冲头导正作用；冲头及冲头导向套2继续向下运动，冲头挤压金属坯料，使沉孔底部金属材料流向坯料所钻孔位置，随着冲头的挤压孔逐渐闭合，实现蝶形槽的反挤成形，冲头挤压到位后停止，此时冲头导向套2下端面应该与坯料上端面不接触；最后顶杆6顶出锻件，取出锻件后顶杆退回，重复以上动作。
本发明步骤d中所述缩径反挤复合挤压方法中其缩径变形变形力应小于反挤蝶形槽的成形力，反挤蝶形槽的成形力要小于已缩径变形杆部镦粗变形力，方法设计时需合理计算变形量。

Claims (1)

1.一种转向导杆冷热锻结合的成形方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
a、首先对被加工的金属棒料一端进行加热，当温度达到1100℃-1180℃时将坯料未加热一端插入热镦头凹模当中，加热一端朝上置于模具中，热镦成成形杆头部；
b、对步骤a得到的已成形头部的坯料立即放置于热反挤凹模当中，完成锻件反挤过程，使锻件头部反挤成形沉孔；
c、对步骤b得到的坯料进行处理，首先进行退火处理，然后在已成形坯料沉孔底端钻孔，该孔的直径小于转向导杆零件图中该位置的孔径，钻孔后将坯料润滑；
d、对步骤c取得的坯料细杆部插入缩径反挤复合挤压模具中，进行细杆部位的缩径成形以及头部沉孔部位蝶形槽的反挤成形，坯料出模后得到所需锻件；缩径反挤复合挤压方法步骤如下：将步骤c得到的金属坯料插入中层凹模上部的模孔中，冲头与冲头导向套向下运动，冲头挤压金属坯料 ，金属坯料向下运动通过中层凹模韧带实现缩径变形，冲头持续挤压金属坯料，当坯料下端与顶杆接触时缩径变形完成，此时冲头导向套已经深入上层凹模型腔，冲头导向套外圆与上层凹模型腔相互作用起到了冲头导正作用；冲头及冲头导向套继续向下运动，冲头挤压金属坯料，使沉孔底部金属材料流向坯料所钻孔位置，随着冲头的挤压孔逐渐闭合，实现蝶形槽的反挤成形，冲头挤压到位后停止，此时冲头导向套下端面与坯料上端面不接触；最后顶杆顶出锻件，取出锻件后顶杆退回，重复以上动作；所述缩径反挤复合挤压方法中其缩径变形的变形力小于反挤蝶形槽的成形力，反挤蝶形槽的成形力要小于已缩径变形杆部镦粗变形力；
步骤d中所述缩径反挤复合挤压模具包括冲头、冲头导向套、上层凹模、中层凹模、下层凹模、顶杆；其中上、中、下三层凹模高度之和要保证反挤压蝶形槽开始时，冲头导向套已有部分体积伸入模具型腔进行导向；所述中层凹模为三层套圈结构，外层圈采用中碳钢45号钢或合金结构钢40Cr，中层圈采用硬度较高的42CrMo或H13模具钢，作为模芯的内层套圈采用W18Cr4V、LD或YG10，模芯设置有用于缩径成形的缩径韧带结构；所述下层凹模为整体凹模结构，采用中碳钢45号钢或合金结构钢40Cr；所述冲头采用Cr12、Cr12MoV或LD合金工具钢，头部蝶形部位设置有反挤韧带结构，杆部直径略大于蝶形韧带最大尺寸；所述冲头导向套为中碳钢45号钢或合金结构钢40Cr，冲头杆部需要热装于冲头导向套中，冲头伸出冲头导向套部分长度大于冲头挤压行程与坯料热反挤沉孔深度总和。
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