CN112045124B - 一种缸筒内孔内凹台阶的专用芯棒及成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种缸筒内孔内凹台阶的专用芯棒，包括一个活塞室加工部、两个活塞杆通道加工部和两个圆柱形连接件；活塞室加工部的长度与锻造后的缸筒的活塞室的长度相等，活塞室加工部上设有活塞室内壁加工面；两个活塞杆通道加工部固定在活塞室加工部的两端，且两个活塞杆通道加工部的弧面轴线与活塞室加工部的弧面轴线重合，活塞杆通道加工部上设有活塞杆通道内壁加工面，活塞杆通道内壁加工面的弧形截面直径与锻造后的缸筒的活塞杆通道的内径相等；两个圆柱形连接件分别设置在两个活塞杆通道加工部的两端，且两个圆柱形连接件的轴线相重合。本发明还涉及一种缸筒内孔内凹台阶的成型方法，其缩短了加工工时，降低了坯料质量，节省了生产成本。

Description

一种缸筒内孔内凹台阶的专用芯棒及成型方法
技术领域
本发明涉及金属材料锻造方法，特别是一种缸筒内孔内凹台阶的专用芯棒及成型方法。
背景技术
目前工程液压机械市场需求旺盛，但价格普遍低廉，而缸体是液压机械中最主要部件，在整个液压机械中扮演一个执行元件的角色。为了能更好的适应并抢占市场，在保证质量的前提下打价格战就需要降低液压机械中各个元件的成本，其中最主要的元件缸体属于锻件产品，其成本占比在很大程度上决定了整机的价格，因此，降低缸体坯料重量，降低机加工工时才能使成本下降，才能更具有市场竞争力。
液压机械的缸体常规工艺主要通过传统芯棒Ⅰ和传统芯棒Ⅱ进行锻造；如图4所示，传统芯棒Ⅰ的结构是圆柱形结构，在其两端或者一端设置支撑轴，其作用是对钢锭的内孔进行扩孔处理；如图5所示，传统芯棒Ⅱ为一端大，另一端小的圆台形结构，在其两端或者一端设置支撑轴，其主要作用是对钢锭拔长并滚圆出坯处理，传统芯棒Ⅱ一端大，另一端小的目的是为了在对钢锭拔长并滚圆出坯处理后方便拔出；但是上述方法锻造出的钢锭内孔是直的，中间的内凹台阶没有压出，因此下料重量较重，而后对锻造后的半成品的内孔进行机加工生产出最终的产品，机加工工时长。
因此，期望提供一种缸筒内孔内凹台阶的专用芯棒及成型方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种缸筒内孔内凹台阶的专用芯棒，包括一个活塞室加工部、两个活塞杆通道加工部和两个圆柱形连接件；
所述活塞室加工部的长度与锻造后的缸筒的活塞室的长度相等，所述活塞室加工部上设有活塞室内壁加工面，所述活塞室内壁加工面的弧形截面直径与锻造后的缸筒的活塞室的内径相等；
所述两个活塞杆通道加工部分别固定在活塞室加工部的两端，且两个活塞杆通道加工部的弧面轴线均与活塞室加工部的弧面轴线相重合，所述活塞杆通道加工部的长度大于或者等于锻造后的缸筒的活塞杆通道的长度，所述活塞杆通道加工部上设有活塞杆通道内壁加工面，所述活塞杆通道内壁加工面的弧形截面直径与锻造后的缸筒的活塞杆通道的内径相等；
所述两个圆柱形连接件分别设置在两个活塞杆通道加工部的两端，且两个圆柱形连接件的轴线相重合。
优选地，所述活塞室内壁加工面的截面弧度与所述活塞杆通道内壁加工面的截面弧度相等。
优选地，所述活塞室内壁加工面的截面弧度与所述活塞杆通道内壁加工面的截面弧度均为π/3。
本发明的另一个目的在于提供一种缸筒内孔内凹台阶的成型方法，即如上所述的一种缸筒内孔内凹台阶的专用芯棒在缸筒内孔内凹台阶成型中的应用，其主要步骤如下：
S1、将牌号为45钢，截面为八角的钢锭加热至始锻温度1200～1240℃、保温10～14h后出炉；
S2、将钢锭依次进行镦粗拔长和镦粗滚圆处理，使得处理后的钢锭成圆柱形，且钢锭的外径与钢锭的长度比值在1～1.3之间；对其两端进行冲孔，且所述孔贯穿钢锭的两端，且所述孔的孔径比传统芯棒Ⅰ的外径大10～20mm；而后回炉加热至1200～1240℃，保温3～5h；
S3、钢锭出炉后，在钢锭的孔上套接传统芯棒Ⅰ，使用上平砧，在马架上对钢锭进行扩孔处理，使得扩孔后的钢锭孔径比传统芯棒Ⅱ的大端外径大10～20mm；
S4、换上平砧和下V型砧，在钢锭的孔上套接传统芯棒Ⅱ进行拔长并滚圆出坯，滚圆出坯后的钢锭成两端截面直径大，中间截面直径小的台阶结构，钢锭两端台阶的截面直径相等，且所述钢锭两端的台阶高出中间台阶的单边厚度与锻造后的缸筒内的活塞室与活塞杆通道之间的台阶单边厚度相等；
S5、脱出传统芯棒Ⅱ，换上专用芯棒，两端架上马架，使用上平砧将其两端的台阶压到与钢锭中间的台阶齐平，此时缸筒的内孔两端台阶形成。
优选地，在步骤S1中，将牌号为45钢，截面为八角的钢锭加热至始锻温度1220℃、保温12h后出炉。
优选地，在步骤S2中，回炉加热至1220℃，保温4h。
优选地，在步骤S5中，首先使用上平砧对位于其正下方的钢锭两端的台阶部位进行锻打至台阶压到与钢锭中间的台阶齐平为止，而后使得上平砧压住钢锭，将专用芯棒旋转α弧度，使用上平砧再次锻打至台阶压到与钢锭中间的台阶齐平，而后再次使用上平砧压住钢锭，使得其不能转动；将专用芯棒反向旋转α弧度，使用上平砧再次锻打至台阶压到与钢锭中间的台阶齐平；如此往复，直至钢锭两端的台阶压到与钢锭中间的台阶齐平。
优选地，所述α小于所述活塞室内壁加工面的截面弧度的1/2，为了防止钢锭与专用芯棒翻转后，钢锭卡住专用芯棒的边缘位置，使得专用芯棒不易翻转。
优选地，所述α为5π/36，综合考虑加工效率以及方便专用芯棒转动考虑，5π/36最佳。
优选地，在步骤S5之后，还包括步骤S6、去氧化皮，精整成型。
本发明的一种缸筒内孔内凹台阶的专用芯棒及成型方法，与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明提供的成型方法降低了坯料的重量，从而节省了生产成本，使得生产的产品更具有市场竞争力；
(2)本发明提供的成型方法缩短了加工工时，提高了生产效率；
(3)工艺过程简单，易操作，安全性高。
附图说明
图1为实施例1中的专用芯棒的结构示意图；
图2为实施例1中的专用芯棒的主视图；
图3为实施例1中的专用芯棒的侧视图；
图4为实施例1中的传统芯棒Ⅰ的主视图；
图5为实施例1中的传统芯棒Ⅱ的主视图；
图6为实施例1中步骤S4处理后的钢锭的剖面示意图；
图7为实施例1中S5的操作示意图；
图8为实施例1中经过S5锻造后的产品的剖面示意图；
图9为实施例1中专用芯棒被钢锭内孔卡住的示意图；
图10为实施例1中S6的操作示意图；
图11为实施例1中最终精整成型的产品剖面示意图；
图12为对比例1中传统芯棒Ⅱ的主视图；
图13为对比例1中步骤S3的操作示意图；
图14为对比例1中经过步骤S3之后的产品剖面图；
图15为实施例2中的专用芯棒的主视图；
图16为实施例2中的专用芯棒的侧视图；
图17为实施例2中的传统芯棒Ⅱ的主视图；
图18为实施例2中经过步骤S4之后的钢锭的剖面示意图；
图19为实施例2中经过S5锻造后的产品的剖面示意图；
图20为实施例2中最终精整成型的产品剖面示意图；
图21为对比例2中的经过步骤S3之后的产品剖面图；
图22为对比例2中的传统芯棒Ⅱ的主视图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种缸筒内孔内凹台阶的专用芯棒，包括活塞室加工部1、活塞杆通道加工部3和圆柱形连接件5；
如图2～3所示，所述活塞室加工部1的长度为1600mm，所述活塞室加工部1上设有活塞室内壁加工面2，所述活塞室内壁加工面2的弧形截面的半径为335mm；
所述活塞杆通道加工部3的数量为两个，两个活塞杆通道加工部3分别固定在活塞室加工部1的两端，且两个活塞杆通道加工部3的弧面轴线均与活塞室加工部1的弧面轴线相重合，所述活塞杆通道加工部3的长度为500mm，所述活塞杆通道加工部3上设有活塞杆通道内壁加工面4，所述活塞杆通道内壁加工面4的弧形截面半径为225mm；
所述圆柱形连接件5的数量为两个，两个圆柱形连接件5分别设置在两个活塞杆通道加工部3的两端，且两个圆柱形连接件5的轴线相重合。
在本实施例中，所述活塞室内壁加工面2的截面弧度与所述活塞杆通道内壁加工面4的截面弧度均为π/3，为了便于加工的一致性。
一种缸筒内孔内凹台阶的成型方法，主要包括以下步骤，
S1、将牌号为45钢，截面为八角的钢锭加热至始锻温度1220℃、保温12h后出炉；
S2、将钢锭镦900mm高，外径为1310mm八角；拔850mm×850mm方，长度为1760m m；而后镦粗滚圆至φ1273mm，长1000mm，对其两端进行冲φ320mm的内孔，且所述内孔贯穿钢锭的两端，回炉加热至1220℃，保温4h；
S3、钢锭出炉后，在钢锭的内孔上套接传统芯棒Ⅰ，使用上平砧8，在马架7上将钢锭扩内孔至φ460mm，其中传统芯棒Ⅰ的尺寸如图4所示；
S4、换上平砧8和下V型砧11，在钢锭的孔上套接传统芯棒Ⅱ进行拔长并滚圆出坯，传统芯棒Ⅱ的尺寸如图5所示，滚圆出坯后的钢锭成两端截面直径为φ970mm，长度为500mm；中间截面直径为φ870mm，长度为1600mm的台阶结构10，如图6所示；
S5、如图7所示，脱出传统芯棒Ⅱ，换上专用芯棒9，两端架上马架7，首先使用上平砧8对位于其正下方的钢锭两端的台阶部位进行锻打至台阶压到与钢锭中间的台阶齐平为止，而后使得上平砧8压住钢锭，使得钢锭不能转动；将专用芯棒9旋转5π/36，使用上平砧再次锻打至台阶压到与钢锭中间的台阶齐平，而后再次使用上平砧压住钢锭，将专用芯棒9反向旋转5π/36，使用上平砧再次锻打至台阶压到与钢锭中间的台阶齐平；如此往复，直至钢锭两端的台阶压到与钢锭中间的台阶齐平；最终处理后的钢锭如图8所示；在这里，发明人需要说明的是，如果专用芯棒旋转的角度等于π/6，上平砧下压钢锭，使得专用芯棒的边角被卡在钢锭的内孔上，不易翻转，如图9所示；如果专用芯棒翻转的角度大于π/6时，由于上平砧的加工范围有限，在对缸筒内孔内凹台阶加工的过程中，容易导致缸筒内孔内凹台阶部分区域未加工成型。
S6、如图10所示，去氧化皮，精整成型，最终精整成型的产品如图11所示。
对比例1
S1、加热至始锻温度1220±20℃、保温10-14h后出炉；
S2、钢坯镦900mm高、外径1415mm八角；拔900mm×900mm方，长度1840mm、镦粗滚圆出坯至φ1375mm，长度为1000mm后冲孔φ320mm，回炉加热，加热温度为1220℃，保温4h；
S3、坯料出炉后上传统芯棒Ⅰ和马架7扩孔至φ560mm，换上平砧8和下V型砧11，如图13所示，用传统芯棒Ⅱ拔长滚圆成型，其中传统芯棒Ⅰ的尺寸和实施例1中的传统芯棒Ⅰ的尺寸相同，传统芯棒Ⅱ的尺寸如图12所示；最终锻造出的产品如图14所示；
S4、机加工，加工出缸筒的内孔凹台阶。
实施例1锻造时借助新式芯棒内孔锻出台阶，下料重量明显降低，机加工工时长缩短。
实施例,1相对于对比例1，锻件重量下降1637kg，按普通碳钢8.5元/kg计算，降低13914.5元，工时降低10h，费用降低1200元，合计降低15114.5元；
对比例1锻造价格为11705kg×8.5元/kg+3600＝103092.5元；
实施例1锻造价格为10068kg×8.5元/kg+2400＝87978元；
成本降低约为15％。
实施例2
一种缸筒内孔内凹台阶的专用芯棒的尺寸如图15和图16所示；所述活塞室内壁加工面2的截面弧度与所述活塞杆通道内壁加工面4的截面弧度均为π/3。
一种缸筒内孔内凹台阶的成型方法，主要包括以下步骤，
S1、将牌号为45钢，截面为八角的钢锭加热至始锻温度1220℃、保温12h后出炉；
S2、将钢锭镦950mm高，外径为1366mm八角；拔900mm×900mm方，长度为1810m m；而后镦粗滚圆至φ1260mm，长1150mm，对其两端进行冲φ320mm的内孔，且所述内孔贯穿钢锭的两端，回炉加热至1220℃，保温4h；
S3、钢锭出炉后，在钢锭的内孔上套接传统芯棒Ⅰ，使用上平砧8，在马架7上将钢锭扩内孔至φ580mm，其中传统芯棒Ⅰ的尺寸和实施例1中的传统芯棒Ⅰ尺寸相同；
S4、换上平砧8和下V型砧11，在钢锭的孔上套接传统芯棒Ⅱ进行拔长并滚圆出坯，传统芯棒Ⅱ的尺寸如图17所示，滚圆出坯后的钢锭成两端截面直径为φ1020mm，长度为550mm；中间截面直径为φ920mm，长度为1800mm的台阶结构10，如图18所示；
S5、脱出传统芯棒Ⅱ，换上专用芯棒9，两端架上马架7，首先使用上平砧8对位于其正下方的钢锭两端的台阶部位进行锻打至台阶压到与钢锭中间的台阶齐平为止，而后使得上平砧8压住钢锭，使得钢锭不能转动；将专用芯棒9旋转5π/36，使用上平砧再次锻打至台阶压到与钢锭中间的台阶齐平，而后再次使用上平砧压住钢锭，将专用芯棒9反向旋转5π/36，使用上平砧再次锻打至台阶压到与钢锭中间的台阶齐平；如此往复，直至钢锭两端的台阶压到与钢锭中间的台阶齐平；最终处理后的钢锭如图19所示；
S6、去氧化皮，精整成型，最终精整成型的产品如图20所示。
对比例2
S1、加热至始锻温度1220±20℃、保温10-14h后出炉；
S2、钢坯镦950mm高、外径1523mm八角；拔950mm×950mm方，长度2020mm、镦粗滚圆出坯至φ1405mm，长度为1150mm后冲孔φ320mm，回炉加热，加热温度为1220℃，保温4h；
S3、坯料出炉后上传统芯棒Ⅰ和马架7扩孔至φ650mm，换上平砧8和下V型砧11，用传统芯棒Ⅱ拔长滚圆成型，最终锻造产品如图21所示，其中传统芯棒Ⅰ的尺寸和实施例1中的传统芯棒Ⅰ的尺寸相同，传统芯棒Ⅱ的尺寸如图22所示；最终锻造出的产品如图14所示。
S4、机加工，加工出缸筒的内孔凹台阶。
实施例2相对于对比例2，锻件重量下降2795kg，按普通碳钢8.5元/kg计算，降低23757.5元，工时降低12h，费用降低1440元，合计降低25197.5元；
实施例2锻造价格为14320kg×8.5元/kg+4320＝126040元
对比例2锻造价格为11525kg×8.5元/kg+2880＝100842.5元
成本降低约为20％。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种缸筒内孔内凹台阶的专用芯棒，其特征在于，包括一个活塞室加工部、两个活塞杆通道加工部和两个圆柱形连接件；
所述活塞室加工部的长度与锻造后的缸筒的活塞室的长度相等，所述活塞室加工部上设有活塞室内壁加工面，所述活塞室内壁加工面的弧形截面直径与锻造后的缸筒的活塞室的内径相等；所述活塞室内壁加工面的截面弧度与所述活塞杆通道内壁加工面的截面弧度均为π/3；
所述两个活塞杆通道加工部分别固定在活塞室加工部的两端，且两个活塞杆通道加工部的弧面轴线均与活塞室加工部的弧面轴线相重合，所述活塞杆通道加工部的长度大于或者等于锻造后的缸筒的活塞杆通道的长度，所述活塞杆通道加工部上设有活塞杆通道内壁加工面，所述活塞杆通道内壁加工面的弧形截面直径与锻造后的缸筒的活塞杆通道的内径相等；
所述两个圆柱形连接件分别设置在两个活塞杆通道加工部的两端，且两个圆柱形连接件的轴线相重合。
2.一种缸筒内孔内凹台阶的成型方法，其特征在于，主要步骤如下：
S1、将牌号为45钢，截面为八角的钢锭加热至始锻温度1200～1240℃、保温10～14h后出炉；
S2、将钢锭依次进行镦粗拔长和镦粗滚圆处理，使得处理后的钢锭成圆柱形，且钢锭的外径与钢锭的长度比值在1～1.3之间；对其两端进行冲孔，且所述孔贯穿钢锭的两端，且所述孔的孔径比传统芯棒Ⅰ的外径大10～20mm；而后回炉加热至1200～1240℃，保温3～5h；
S3、钢锭出炉后，在钢锭的孔上套接传统芯棒Ⅰ，使用上平砧，在马架上对钢锭进行扩孔处理，使得扩孔后的钢锭孔径比传统芯棒Ⅱ的大端外径大10～20mm；
S4、换上平砧和下V型砧，在钢锭的孔上套接传统芯棒Ⅱ进行拔长并滚圆出坯，滚圆出坯后的钢锭成两端截面直径大，中间截面直径小的台阶结构，钢锭两端台阶的截面直径相等，且所述钢锭两端的台阶高出中间台阶的单边厚度与锻造后的缸筒内的活塞室与活塞杆通道之间的台阶单边厚度相等；
S5、脱出传统芯棒Ⅱ，换上如权利要求1所述的专用芯棒，两端架上马架，使用上平砧将其两端的台阶压到与钢锭中间的台阶齐平，此时缸筒的内孔两端台阶形成。
3.如权利要求2所述的一种缸筒内孔内凹台阶的成型方法，其特征在于，在步骤S1中，将牌号为45钢，截面为八角的钢锭加热至始锻温度1220℃、保温12h后出炉。
4.如权利要求2或3所述的一种缸筒内孔内凹台阶的成型方法，其特征在于，在步骤S2中，回炉加热至1220℃，保温4h。
5.如权利要求2或3所述的一种缸筒内孔内凹台阶的成型方法，其特征在于，在步骤S5中，首先使用上平砧对位于其正下方的钢锭两端的台阶部位进行锻打至台阶压到与钢锭中间的台阶齐平为止，而后使得上平砧压住钢锭，将专用芯棒旋转α弧度，使用上平砧再次锻打至台阶压到与钢锭中间的台阶齐平，而后再次使用上平砧压住钢锭，使得其不能转动；将专用芯棒反向旋转α弧度，使用上平砧再次锻打至台阶压到与钢锭中间的台阶齐平；如此往复，直至钢锭两端的台阶压到与钢锭中间的台阶齐平。
6.如权利要求5所述的一种缸筒内孔内凹台阶的成型方法，其特征在于，所述α小于所述活塞室内壁加工面的截面弧度的1/2。
7.如权利要求6所述的一种缸筒内孔内凹台阶的成型方法，其特征在于，所述α为5π/36。
8.如权利要求2或3或6或7所述的一种缸筒内孔内凹台阶的成型方法，其特征在于，在步骤S5之后，还包括步骤S6、去氧化皮，精整成型。
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