CN112742956A - 转向节切边挤孔校正复合模具及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及转向节锻造模具技术领域，特别是涉及一种转向节切边挤孔校正复合模具及其设计方法，包括上模座、切边上模、切边下模、下模芯、下模座、导柱、顶杆及弹簧，该复合模具在工作过程中依次实现转向节锻件切边、压中心孔和校正功能，使用该复合模具，减少了转向节锻件生产工序，缩短了转向节锻件加工周期；通过对转向节锻件进行校正，提高了锻件轮廓质量；在下模芯中精压转向节锻件中心孔，提高了转向节锻件中心孔精度；此外，由于转向节锻件轮廓精度、中心孔精度的提高，转向节锻件机加工余量小，提高了转向节锻件材料利用率。

Description

转向节切边挤孔校正复合模具及其设计方法
技术领域
本发明涉及转向节锻造模具技术领域，特别是涉及一种转向节切边、挤孔、校正复合模具及其设计方法。
背景技术
转向节因其外形又称“羊角”，是汽车转向桥中的重要零件之一，能够使汽车稳定行驶并灵敏传递行驶方向。转向节的功用是传递并承受汽车前部载荷，支承并带动前轮绕主销转动而使汽车转向。在汽车行驶状态下，它承受着多变的冲击载荷，因此，要求其具有很高的强度。随着我国汽车产业的高速发展，转向节产品的生产研发也得到了迅速的发展，转向节的种类变得多种多样，因此也需要更先进完善的模具结构来满足生产需求。
现有的转向节切边模具存在如下技术问题，转向节锻件结构较为复杂，其分模面为一空间曲面，相应的，飞边也是一空间曲面，在进行切边时，难以精确定位，并且导致在切边时存在较大错移力，切边痕迹大且不均匀；另一方面，为了提高材料利用率，转向节锻件拔模斜度小，导致锻件容易粘切边上模，工艺不顺畅；第三，转向节锻件杆部需要加工中心孔用于后续工序，现有技术中该中心孔无法在终锻成型，需要在切边后单独安排一工序钻中心孔，增加了加工工序和生产成本。
近年来出现了一些切边、校正复合模具结构，但是该类模具结构仍不能满足复杂转向节锻件切边、压中心孔、校正一工位先后成型，且在实践过程中该类模具结构不稳定，工艺不顺畅。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种转向节切边、挤孔、校正复合模具及其设计方法，其可以在切边的同时挤中心孔、校正，缩短了生产周期，保证了产品质量，适用于该类具有中心孔类转向节锻件的生产，具有现实意义和良好的应用前景。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种转向节切边、挤孔、校正复合模具，包括上模座、切边上模、切边下模，所述切边上模的下侧设置有与转向节锻件的耳部和盘部对应的上模腔，所述切边下模位于所述切边上模正下方处设置有下模芯，所述下模芯的上侧设置有与转向节锻件的杆部和盘部对应的下模腔，所述转向节锻件杆部的倾斜角度与其在锻造步骤中的倾斜角度一致，所述下模腔的底部设置有向下贯穿的顶杆孔，所述顶杆孔内设置有顶杆，所述顶杆的上端设置有用于形成转向节杆部中心孔的凸起部，所述顶杆的下端通过弹簧与下模座连接，所述下模芯的下部通过导柱、弹簧与所述下模座连接，所述切边下模与所述下模座固定连接。
初始状态下，所述下模芯的上表面高出所述切边下模上表面5～10mm；当所述下模芯下行至底部抵触所述下模座，所述顶杆的凸起部在转向节杆部挤孔形成中心孔；然后，切边上模继续下行0.2～0.5mm至最低点，对转向节锻件进行校正。
优选的，所述顶杆的下端伸出所述顶杆孔，当所述切边上模下行完成切边后，所述下模芯随所述切边上模继续下行，所述顶杆的下端与所述下模座抵触，所述顶杆相对所述下模芯上行进行挤孔。
优选的，所述弹簧为氮气弹簧。
优选的，所述下模芯与所述下模座之间设置有两个导柱，所述导柱的上端与所述下模芯间隙配合，所述导柱的下端与所述下模座过盈配合。
优选的，所述氮气弹簧为四个，其中三个设置于所述下模芯的底部靠近边缘处，另一个设置于顶杆的下方。
优选的，所述下模座为“U”字形，所述下模座的上侧设置有凹槽，所述切边下模的底部与所述切边下模通过该凹槽卡嵌连接。
优选的，所述顶杆孔内设置有为所述顶杆导向的导向块。
所述的转向节切边挤孔校正复合模具的设计方法，包括如下步骤。
a、使用Deform-3D或Abaqus平台对转向节锻件进行数值模拟，得到转向节锻件切边、挤孔、校正时，所述切边下模和所述下模芯承受的正压力、错移力，得到转向锻件顶出时所述切边上模、所述下模芯的脱模力以及所需的顶出力。
b、根据步骤a得到的所述切边下模、所述下模芯承受的正压力、错移力，确定导柱的材料、尺寸。
c、根据步骤a得到的转向锻件顶出时所述切边上模、所述下模芯的脱模力，设计切边上模和下模芯的结构。
d、根据步骤a得到的转向锻件顶出时的顶出力，确定校正时所述上模座的下行行程。
e、选择标称压力合适的氮气弹簧。
本发明的有益效果是：1、本发明将原有的转向节锻件切边、钻（压）中心空、校正工序整合到一个工序，在一套复合模具中先后完成这些过程，减少了转向节锻件加工工序、缩短了转向节加工周期。
2、本发明采用仿形下模芯，切边时转向节由于有下模芯的约束，锻件定位准确，切边痕迹均匀，有利于提高转向节锻件精度。
3、本发明采用导柱和弹簧，将下模芯所受力分解为水平方向错移力和竖直方向正压力，分别将两种分力传递给导向柱和弹簧，显著提高模具运动精度，提高复合模具运动顺畅性和转向节锻件轮廓精度。
4、本发明转向节中心孔在热态时成型，成型力低；转向节柄部受下模芯型腔约束，中心孔定位准确，锻件机加工余量小，原材料利用率高。
附图说明
图1是本发明的转向节切边、挤孔、校正复合模具的结构示意图。
图2是本发明的下模的爆炸示意图。
附图标记说明：
1——上模座 2——切边上模
21——上模腔 3——切边下模
4——下模芯 41——下模腔
5——顶杆 6——下模座
7——导柱 8——弹簧
9——转向节锻件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围限制于此。
如图1、图2所示，本实施例的转向节切边、挤孔、校正复合模具，包括上模和下模，上模包括上模座1、切边上模2，下模包括下模座6、切边下模3、下模芯4，所述切边上模2的下侧设置有与转向节锻件的耳部和盘部对应的上模腔21，所述切边下模3位于所述切边上模2正下方处设置有下模芯4，所述下模芯4的上侧设置有与转向节锻件的杆部和盘部对应的下模腔41，所述转向节锻件杆部的倾斜角度与其在锻造步骤中的倾斜角度一致，即对应主销孔轴线的位置位于水平方向。上模腔21、下模腔41共同形成完整的型腔，工作时，将转向节锻件杆部向下放入下模腔41中，锻件的飞边搭在下模芯4的上侧面，从而利用下模芯4对转向节进行定位。
所述下模腔41的底部设置有向下贯穿的顶杆孔，所述顶杆孔内设置有顶杆5，所述顶杆5的上端设置有用于形成转向节杆部中心孔的凸起部，所述顶杆5的下端通过弹簧8与下模座6连接，所述下模芯4的下部通过导柱7、弹簧8与所述下模座6连接。
进一步的，所述顶杆5的下端伸出所述顶杆孔，当所述切边上模2下行完成切边后，所述下模芯4随所述切边上模2继续下行，所述顶杆5的下端与所述下模座6抵触，所述顶杆5相对所述下模芯4上行进行挤孔。
初始状态下，所述下模芯4的上表面高出所述切边下模3上表面5～10mm。工作时，切边上模2下行至接触转向节锻件，下模芯4和转向节锻件随之下行，从而使得上模腔21和下模腔41闭合实现对转向节锻件的定位和压紧，然后飞边接触切边上模2，切除飞边。然后切边上模2驱动下模芯4、转向节锻件继续下行，当顶杆5的底部抵触所述下模座6时，顶杆5停止下行，而下模芯4和转向节锻件继续下行直至下模芯4的底部抵触所述下模座6，在这个过程中，顶杆5相对转向节锻件向上运动，从而在转向节锻件的杆部挤压形成中心孔。需要说明的是，该中心孔沿杆部轴线，因此顶杆5的上端面应有一定倾斜。在形成中心孔后，下模芯4停止下行，切边上模2继续下行0.2～0.5mm至最低点，对转向节锻件进行校正。
进一步的，所述弹簧8为氮气弹簧。所述下模芯4与所述下模座6之间设置有两个导柱7，所述导柱7的上端与所述下模芯4间隙配合，所述导柱7的下端与所述下模座6过盈配合。所述氮气弹簧为四个，其中三个设置于所述下模芯4的底部靠近边缘处，另一个设置于顶杆5的下方。导柱7与下模座6由于过盈配合形成一整体，而导柱7与下模芯4可以平稳的相对滑动，使得导柱承受锻压过程中的水平压力。而氮气弹簧承受下模芯4的竖直压力。下模芯4和下模座6均设置有容纳氮气弹簧端面的凹槽。
所述切边下模3与所述下模座6固定连接，进一步的，所述下模座6为“U”字形，所述下模座6的上侧设置有凹槽，所述切边下模3的底部与所述切边下模3通过该凹槽卡嵌连接。利用该卡嵌式的耦合结构，约束切边下模3沿水平方向的位移。
在切边上模2向下运动及退回的过程中，依次实现切边、压中心孔、校正和顶出，复合模具运动过程平稳。
进一步的，所述顶杆孔内设置有为所述顶杆5导向的导向块。
进一步的，切边上模2设置有类似顶杆的凸起部相同的结构，用于在转向节盘部形成与与中心孔同轴的孔，便于后续进行加工。进一步的，该凸起部为圆锥形，且均匀设置有三个凹槽，从而在中心孔中形成三个均匀分布的凸起，便于在后续加工时提高定位精度。该挤孔形成的中心孔在后续依然继续精加工，但通过本方案减少了对该孔的定位、初加工，并且该挤孔是在热态下进行，易于加工。
所述的转向节切边挤孔校正复合模具的设计方法包括如下步骤：
a、使用Deform-3D或Abaqus平台对转向节锻件进行数值模拟，得到转向节锻件切边、挤孔、校正时，所述切边下模3和所述下模芯4承受的正压力、错移力，得到转向锻件顶出时所述切边上模2、所述下模芯4的脱模力以及所需的顶出力；
b、根据步骤a得到的所述切边下模3、所述下模芯4承受的正压力、错移力，确定导柱的材料、尺寸；
c、根据步骤a得到的转向锻件顶出时所述切边上模2、所述下模芯4的脱模力，设计切边上模和下模芯的结构；
d、根据步骤a得到的转向锻件顶出时的顶出力，确定校正时所述上模座1的下行行程；
e、选择标称压力合适的氮气弹簧。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种转向节切边挤孔校正复合模具，其特征在于：包括上模座（1）、切边上模（2）、切边下模（3），所述切边上模（2）的下侧设置有与转向节锻件的耳部和盘部对应的上模腔（21），所述切边下模（3）位于所述切边上模（2）正下方处设置有下模芯（4），所述下模芯（4）的上侧设置有与转向节锻件的杆部和盘部对应的下模腔（41），所述转向节锻件杆部的倾斜角度与其在锻造步骤中的倾斜角度一致，所述下模腔（41）的底部设置有向下贯穿的顶杆孔，所述顶杆孔内设置有顶杆（5），所述顶杆（5）的上端设置有用于形成转向节杆部中心孔的凸起部，所述顶杆（5）的下端通过弹簧（8）与下模座（6）连接，所述下模芯（4）的下部通过导柱（7）、弹簧（8）与所述下模座（6）连接，所述切边下模（3）与所述下模座（6）固定连接；
初始状态下，所述下模芯（4）的上表面高出所述切边下模（3）上表面5～10mm；当所述下模芯（4）下行至底部抵触所述下模座（6），所述顶杆（5）的凸起部在转向节杆部挤孔形成中心孔；然后，切边上模（2）继续下行0.2～0.5mm至最低点，对转向节锻件进行校正。
2.根据权利要求1所述的转向节切边挤孔校正复合模具，其特征在于：所述顶杆（5）的下端伸出所述顶杆孔，当所述切边上模（2）下行完成切边后，所述下模芯（4）随所述切边上模（2）继续下行，所述顶杆（5）的下端与所述下模座（6）抵触，所述顶杆（5）相对所述下模芯（4）上行进行挤孔。
3.根据权利要求1所述的转向节切边挤孔校正复合模具，其特征在于：所述弹簧（8）为氮气弹簧。
4.根据权利要求1所述的转向节切边挤孔校正复合模具，其特征在于：所述下模芯（4）与所述下模座（6）之间设置有两个导柱（7），所述导柱（7）的上端与所述下模芯（4）间隙配合，所述导柱（7）的下端与所述下模座（6）过盈配合。
5.根据权利要求3所述的转向节切边挤孔校正复合模具，其特征在于：所述氮气弹簧为四个，其中三个设置于所述下模芯（4）的底部靠近边缘处，另一个设置于顶杆（5）的下方。
6.根据权利要求1所述的转向节切边挤孔校正复合模具，其特征在于：所述下模座（6）为“U”字形，所述下模座（6）的上侧设置有凹槽，所述切边下模（3）的底部与所述切边下模（3）通过该凹槽卡嵌连接。
7.根据权利要求1所述的转向节切边挤孔校正复合模具，其特征在于：所述顶杆孔内设置有为所述顶杆（5）导向的导向块。
8.根据1-7任意一项所述的转向节切边挤孔校正复合模具的设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
a、使用Deform-3D或Abaqus平台对转向节锻件进行数值模拟，得到转向节锻件切边、挤孔、校正时，所述切边下模（3）和所述下模芯（4）承受的正压力、错移力，得到转向锻件顶出时所述切边上模（2）、所述下模芯（4）的脱模力以及所需的顶出力；
b、根据步骤a得到的所述切边下模（3）、所述下模芯（4）承受的正压力、错移力，确定导柱的材料、尺寸；
c、根据步骤a得到的转向锻件顶出时所述切边上模（2）、所述下模芯（4）的脱模力，设计切边上模和下模芯的结构；
d、根据步骤a得到的转向锻件顶出时的顶出力，确定校正时所述上模座（1）的下行行程；
e、选择标称压力合适的氮气弹簧。
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