CN112828117B - 一种薄壁深孔带法兰零件的冷锻成型工艺及成型模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄壁深孔带法兰零件的冷锻成型工艺及成型模具，该工艺步骤为：下料、表面处理、冷反挤压得到杯型件、退火、再次表面处理、复合拉伸、镦法兰和机加工；所述成型模具包括用于复合拉伸工序的、具有上打料功能的复合拉伸模具以及用于法兰成形的镦法兰模具。本发明可以提高薄壁深孔带法兰零件的加工效率和质量，并缩短工艺路线，降低生产成本。

Description

一种薄壁深孔带法兰零件的冷锻成型工艺及成型模具

技术领域

本发明属于金属冷锻成型领域，具体涉及一种薄壁深孔带法兰零件的冷锻成型工艺及成型模具。

背景技术

本发明所述的薄壁深孔带法兰零件包括圆筒形的筒身101，筒身101对应的为零件的深孔102，筒壁为厚度0.68至0.75mm的薄壁，深孔102孔口的椭圆度要求在0.1mm以内，孔深为孔内径的4倍以上，筒身101一端为零件的端面，并具有法兰104，深孔102的孔底加工有凸起部分103。

目前在加工该类零件中采用的方法之一是：将钢件坯料加热至热锻温度1100℃后，进行反挤压并锻造法兰，然后再进行车内孔、内孔底部凸起部分、外圆及法兰部分。

上述方法存在的缺陷是：采用热反挤压成型时，所采用的模具寿命短，这样就导致生产成本的居高不下，而且由于零件为深孔薄壁件，为了减少变形，车内孔、外圆的难度高、效率低，经车加工的内孔和外圆部分会存在很明显的微观波峰波谷，导致零件抗拉强度的降低。

考虑到深孔薄壁件的深孔部分易变性的特点，另一种加工该零件的方法将坯件在不同的拉伸模具内进行反复多次的拉伸，但是这就需要每次拉伸前都需要对零件进行退火、抛丸和皮膜处理，这样在零件转运、处理的过程中就存在零件表面磕碰伤的风险，或者可能会造成零件筒壁部分的形变，影响零件产品的质量，并且相应的也会带来生产成本的增加。

目前的拉伸模具一般采用下卸料板卸料，由于该零件薄壁深孔的特点，下卸料板的方式会导致孔口薄壁弯曲变形、并且由于受力状态不均会导致孔口直径椭圆偏差1mm、甚至由于卸料板刀口磨损而无法卸料，从而凸模带着拉伸件回程，在回程的过程中，卸料板会划伤锻件表面，导致锻件报废。

因此，现有的加工方法在成型该类零件时，都存在不同的缺陷，需要针对该类零件的自身特点提出一种更加合适的成型方法和相应的成型模具。

发明内容

本发明的目的是提供一种薄壁深孔带法兰零件的冷锻成型工艺及成型模具，提高该类零件的加工效率和质量，并缩短工艺路线，降低生产成本。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种薄壁深孔带法兰零件的冷锻成型工艺，首先，以退火态磨光圆棒料为材料进行下料，然后经表面处理后冷反挤压成型得到杯型件，杯型件内孔孔底的外端面形成有山丘状的凸起，之后将所得杯型件依次进行退火和表面处理，表面处理后的杯型件在一套复合拉伸模具内进行多次拉伸，以增加零件的孔深并减薄零件的壁厚，拉伸后的拉伸件通过上打料机构自上而下的脱模，脱模后的拉伸件在镦法兰模具内成型目标零件端面的法兰以及目标零件深孔底部的凸起部分，最后，经机加工得到目标零件；所述杯型件在拉伸模具内完成所有拉伸后所得拉伸件的孔深大于或等于目标零件的孔深，壁厚符合目标零件的设计要求，且杯型件在多次拉伸的过程中，每次拉伸所得的中间拉伸件在进入下一次拉伸的拉伸凹模时，中间拉伸件的上端已完全离开上一个拉伸凹模的工作带。

下料后的表面处理以及杯型件退火后的表面处理均包括抛丸和皮膜处理，皮膜处理采用磷皂化处理或者石墨烯润滑结合皂化处理的方法。

所述冷反挤压的变形量为78%~83%，壁厚为2.2~2.6mm。

所述杯型件在退火时采用无氧化退火，退火温度为650℃~700℃，在真空或保护气氛中保温2h~3h，然后随炉冷却至500℃后，空冷。

所述杯型件在拉伸模具内依次经过三次拉伸，第一次拉伸的变薄系数为0.6~0.7，第二次拉伸的变薄系数为0.65~0.75，第三次拉伸的表薄系数为0.7~0.8，第三次拉伸后得到的第三拉伸件的壁厚为0.68~0.75mm，孔口椭圆度在0.1mm以内。

在零件底部的法兰成型后，对零件的机加工包括对法兰外圆和外端面部分的车削以及对孔口部分的车削。

所述的冷锻成型工艺用的复合拉伸模具，包括上模组件和下模组件，上模组件设有中空的上凸模，所述上打料机构中能够上下活动的打料杆设置在上凸模的中心通孔中；下模组件包括模孔上下对应的第一拉伸凹模、第二拉伸凹模和第三拉伸凹模，第一拉伸凹模、第二拉伸凹模和第三拉伸凹模分别设置在对应的凹模外圈中，上下两个相邻拉伸凹模之间设有支撑上一个拉伸凹模及凹模外圈的柱形垫环，第三拉伸凹模及对应的第三凹模外圈支撑在复合拉伸模座底部的下模垫板上，下模垫板以及支撑复合拉伸模座的下模法兰板上分别设有与第三拉伸凹模模孔对应的通孔；所述复合拉伸模座的顶部与凹模压圈连接并锁紧，以将各个拉伸凹模、凹模外圈、柱形垫环及下模垫板固定在复合拉伸模座内。

所述上模组件包括上固定圈、螺纹固定套和凸模弹性套、所述上凸模的上端安装在凸模弹性套的中心孔中，凸模弹性套安装在螺纹固定套的内孔中，并借助弹力夹紧上凸模，凸模弹性套外圆面和螺纹固定套的内圆面为锥面配合，螺纹固定套外圆面设有外螺纹，以螺纹连接在上固定圈的螺纹孔中；所述上固定圈的上端面与上模法兰板固定连接，上模组件还包括安装在上固定圈内的倒金字塔垫块，倒金字塔垫块上端面与上模法兰板的下表面接触，下端面和所述上凸模的上端面接触，侧面为台阶面，上固定圈的内壁与倒金字塔垫块侧面形状吻合。

所述的打料杆上端依次伸出上凸模、倒金字塔垫块和上模法兰板，连接压机上打料油缸的活塞杆，压机上打料油缸和上模法兰板均固定在压机上能够上下活动的滑块上。

所述打料杆和活塞杆通过螺栓连接，活塞杆的活动行程大于或等于完成第三次拉伸所得的第三拉伸件的孔深。

所述镦法兰模具包括上模组件和下模组件，上模组件包括上模块和安装在上模块中心的上模芯轴，上模芯轴的下端凸出于上模块的下表面；所述下模组件包括下凹模、下模芯轴、顶件器和定位装置，所述下凹模的中心通孔内设置所述下模芯轴，下凹模的上端面围绕所述中心通孔设有用于能够成型法兰的环形槽，下凹模的内圆面和下模芯轴的外圆面之间留有容纳零件薄壁的间隙，下模芯轴的内孔设置所述顶件器，下模芯轴上端面中心设有用于成型目标零件深孔底部凸起部分的凹孔，凹孔底部的开口由所述顶件器封堵，下模芯轴上端面的外缘设有圆角，所述下凹模、下模芯轴和顶件器同轴设置；所述定位装置用于确保合模时上模组件和下模组件的同心。

本发明的有益效果是：第一，本发明要制备的零件为薄壁深孔件，壁厚为0.68至0.75mm，孔深为孔径的至少4倍，如果拉伸采用一次拉伸直接成型，就会造成材料的开裂，因此需要对其进行多次拉伸，使得杯型件逐渐变薄拉伸；为此，本发明在对杯型件进行拉伸时，采用复合拉伸，只需要采用一套复合拉伸模具即可，这样就避免了每次拉伸之前的退火、抛丸、皮膜处理等工序，即降低生产成本，又提高了生产效率，而且还避免了多次处理时的多次转运过程，以避免因转运而出现的磕碰伤的情况。

第二，本发明的复合拉伸模具采用上打料的脱模方式，打料杆在上凸模中空位置向下运动将拉伸后的拉伸件顶出，避免了拉伸件孔口薄壁部分受力，从而保证整个薄壁部分不受压应力的作用，孔口圆度保持完好，孔口不会弯曲变形也不会椭圆。

第三，本发明在法兰部分成型时，采用了镦法兰模具，利用材料近净成形的特点，形成零件的法兰部分，在法兰成形时，薄壁筒身不参与变形，只是进行刚性平移，保证了内孔与外圆尺寸的稳定性，成型后仅需要配合少量的机加工即可。利用本发明提供的模具成形零件的法兰部分后，只需要对法兰上远离筒身一侧的端面及圆周进行车削加工，而法兰的另一端面及与零件筒身连接位置则直接锻造到位，不需要进一步的机加工，这样就避免了筒身的变形，而且由于这些无需机加工的部位的分隔，使得法兰上需要机加工的部分不会在加工过程中造成筒身的变形。

附图说明

图1为薄壁深孔带法兰零件的结构示意图；

图2为本发明所述复合拉伸模具的结构示意图；

图3为本发明所述复合拉伸模具在合模后的状态图；

图4为本发明所述复合拉伸模具在卸料时的状态图；

图5为凸模弹性套的结构示意图；

图6为第一柱形垫环的结构示意图；

图7为复合拉伸模座的结构示意图；

图8为零件经冷反挤压得到的杯型件的结构示意图；

图9为杯型件经第一次拉伸后得到的第一拉伸件的示意图；

图10为杯型件经第二次拉伸后得到的第二拉伸件的示意图；

图11为杯型件经第三次拉伸后得到的第三拉伸件的示意图；

图12为镦法兰后的锻件示意图；

图13为本发明所述镦法兰模具的结构示意图；

图14为本发明所述镦法兰模具在合模后的示意图；

图中标记：101、筒身，102、深孔，103、凸起部分，104、法兰，105、杯型件，106、第一拉伸件，107、第二拉伸件，108、第三拉伸件；

201、上模法兰板Ⅰ，202、倒金字塔垫块，203、上固定圈，204、螺纹固定套，205、凸模弹性套，205-1、分隔缝，206、上凸模，207、打料杆，208、凹模压圈，209、第一拉伸凹模，210、第一凹模外圈，211、第一柱形垫环，212、第二拉伸凹模，213、第二凹模外圈，214、第二柱形垫环，215、复合拉伸模座，216、第三拉伸凹模，217、第三凹模外圈，218、下模垫板Ⅰ，219、下模法兰板，220、第一螺栓，221、第二螺栓，222、第三螺栓，223、活塞杆；

301、上模法兰板Ⅱ，302、上模垫块，303、上模外圈，304、上模连接法兰，305、上模芯轴，306、上模块，307、定位硬圈，308、上下模定位圈，309、顶件器，310、下模芯轴，311、下凹模，312、下凹模外圈，313、顶件器座，314、下模垫板Ⅱ，315、模座，316、顶杆，317、第四螺栓，318、压紧法兰，319、第五螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。

参照附图所示，一种薄壁深孔带法兰零件的冷锻成型工艺，包括如下的步骤：

步骤一，取退火态磨光圆棒料为材料根据目标零件设计尺寸和加工余量的要求下料，退火态磨光圆棒料为10号钢，其外圆直径为53.5~53.55mm，外圆面无裂纹、夹渣等缺陷，粗糙度为Ra1.6以内，退火硬度≤100HB；

步骤二，抛丸：采用直径0.6mm的不锈钢钢丸进行抛丸处理，抛丸时间为10~15分钟；

步骤三，皮膜处理：对抛丸后的坯件进行磷皂化处理或者石墨烯润滑+皂化处理；

步骤四，杯型件冷反挤压：该工序是将坯件经反挤压模成形一个带底的杯型件105，结构如图8所示，杯型件105具有一个深度较浅的内孔，孔底的外端面形成一个山丘状的凸起，该道工序的变形量为78%~83%，优选为82.2%，杯型件105的壁厚为2.2~2.6mm ，优选为2.5mm；

步骤五，无氧化退火：将上一步得到的杯型件105放在真空或保护气氛中退火，退火温度为650℃~700℃，保温时间2h~3h ，然后随炉冷却至500℃后，空冷；进一步，退火条件优选为退火温度680℃，保温时间2h；

步骤六，抛丸：采用直径0.5mm的不锈钢钢丸进行抛丸处理，抛丸时间为5分钟；

步骤七，皮膜处理：对抛丸后的杯型件105进行磷皂化处理或者石墨烯润滑+皂化处理；

步骤八，复合拉伸：将上一步处理后的杯型件105放在组装好的复合拉伸模具的下模组件中进行复合拉伸，该道工序为变薄拉伸的过程，在不改变杯型件105底部厚度的前提下，将壁厚减薄，内孔孔深加大，具体的变薄系数是：第一次拉伸的变薄系数是0.58~0.63，第二次拉伸的变薄系数是0.63~0.68，最后一次也就是第三次拉伸的变薄系数是0.68~0.75，第三次拉伸后所得的第三拉伸件的筒壁厚度为0.68~0.75mm，壁厚偏差为0.07mm，孔口椭圆度在0.1mm以内；完成拉伸后，由上模组件的打料杆自上而下的将第三拉伸件卸料，脱离上凸模，落在下方的接料框内；经先后三次拉伸分别得到的第一拉伸件、第二拉伸件和第三拉伸件结构如图9~11所示；

步骤九，镦法兰：将脱模后的第三拉伸件108放在镦法兰模具的下模组件中，通过上模组件和下模组件的合模，在第三拉伸件108的底部形成法兰104以及内孔底部形成凸起部分103，并脱模，所得锻件如图12所示；

步骤十，机加工，将形成法兰后的锻件的法兰外圆和外端面部分以及孔口部分进行车削，得到目标零件。

上述步骤中，杯型件105在多次拉伸的过程中，每次拉伸所得的拉伸件在进入下一次拉伸的拉伸凹模时，拉伸件的上端已完全离开上一个拉伸凹模的工作带。

在上述步骤中，由于采用了复合拉伸模具，因此只需要在拉伸前进行一次无氧化退火、抛丸和皮膜处理就可以连续拉伸三次，这样就避免了三次拉伸需要分别进行三次退火、抛丸与皮膜处理，因此相对于单次重复拉伸来说，可以极大地降低生产成本，提高生产效率，而且避免了多次转运过程会对工件表面造成磕碰伤的风险。

还有，本发明采用复合拉伸的过程中，还采用了上打料的方式脱模，这是因为目标零件的壁厚只有0.68~0.75mm，且孔深为内孔径的4倍多，如果采用通常的下卸料板装置，会导致孔口薄壁弯曲变形、并且由于受力状态不均会导致孔口直径椭圆偏差超过1mm、甚至由于卸料板刀口磨损而无法卸料，从而凸模带着锻件回程，在回程的过程中，卸料板会划伤锻件表面，导致锻件报废。而采用本发明的上打料方式后，打料杆从凸模中空位置运动将锻件顶出，避免了孔口薄壁部分受力，从而保证整个薄壁部分不受压应力的作用，孔口圆度保持完好，孔口不会弯曲变形也不会椭圆。

在法兰成形阶段，薄壁筒身不参与变形，只是进行刚性平移，保证了内孔与外圆尺寸的稳定性。

本发明还提出一种复合拉伸模具和一种镦法兰模具，用于上述冷锻成型工艺，下面结合相关附图对这两种模具进行说明。

复合拉伸模具的结构参照图2~7所示，包括上模组件和下模组件。

复合拉伸模具的上模组件包括上模法兰板Ⅰ201，倒金字塔垫块202，上固定圈203，螺纹固定套204，凸模弹性套205，上凸模206和打料杆207，上凸模206为中空结构，具有较长的长度，上凸模206上端套在凸模弹性套205的中心孔中，凸模弹性套205以锥面配合的方式装在螺纹固定套204内，螺纹固定套204的内圆面为上大下小的圆锥面，外圆面设有外螺纹，以安装在上固定圈203的螺纹孔中，随着螺纹固定套204在上固定圈203内的旋紧，螺纹固定套204的圆锥面挤压凸模弹性套205，使得凸模弹性套205逐渐夹紧上凸模206。所述的倒金字塔垫块202安装在上固定圈203内，且倒金字塔垫块202的下表面和上凸模206及凸模弹性套205的上表面接触，倒金字塔垫块202的侧面为台阶面，与上固定圈203的内壁凸凹配合，倒金字塔垫块202的上表面和上固定圈203的上表面齐平，并通过第三螺栓222将上固定圈203安装在上模法兰板Ⅰ201的下表面，上模法兰板Ⅰ201中心孔和倒金字塔垫块202的中心孔对应，并和上凸模206的中心通孔对应，所述打料杆207活动设置在上凸模206的中心通孔内，打料杆207的上端依次穿过倒金字塔垫块202和上模法兰板Ⅰ201，和压机上打料油缸的活塞杆223连接。压机上打料油缸和上模法兰板Ⅰ201均固定在压机的滑块上，滑块的上下活动可以带动上模组件和压机上打料油缸同步升降。

进一步的，所述上凸模206的上端设有环形的径向凸起，可以与凸模弹性套205的内圆面凸凹配合，以免上凸模206脱落。

所述凸模弹性套205的结构可以参考图5所示，其整体为环形锥台体结构，在其侧壁上周向均匀分布四条分隔缝205-1，将环形侧壁分成四等份，每一条分隔缝205-1起始于侧壁靠上或靠下的位置，然后向下或向上延伸至底面或顶面，这样无论是从底面看还是从顶面看，都只能看到同一直径上的两条分隔缝205-1。

如图2、3所示，复合拉伸模具的下模组件包括凹模压圈208、第一拉伸凹模209、第一凹模外圈210、第一柱形垫环211、第二拉伸凹模212、第二凹模外圈213、第二柱形垫环214、复合拉伸模座215、第三拉伸凹模216、第三凹模外圈217、下模垫板Ⅰ218和下模法兰板219。其中复合拉伸模座215整体为柱体结构，两端敞口，下端通过第一螺栓220固定在下模法兰板219的上表面，然后将下模垫板Ⅰ218放在复合拉伸模座215底部，下模垫板Ⅰ218的中心孔和下模法兰板219的中心孔对应并连通；第三拉伸凹模216以过盈配合的方式装配在第三凹模外圈217内，第三凹模外圈217装入复合拉伸模座215内，支撑在下模垫板Ⅰ218上，第三拉伸凹模217的模孔和下模垫板Ⅰ218的中心孔对应连通；在第三凹模外圈217和第三拉伸凹模216上放置第二柱形垫环214，第二拉伸凹模212以过盈配合的方式装配在第二凹模外圈213内，第二凹模外圈213放置在第二柱形垫环214的上表面上，第二拉伸凹模212的模孔、第二柱形垫环214中心孔和第三拉伸凹模216的模孔上下对应并保持同心；在第二凹模外圈213和第二拉伸凹模212上放置第一柱形垫环211，第一拉伸凹模209以过盈配合的方式装配在第一凹模外圈210内，第一凹模外圈210放置在第一柱形垫环211的上表面上，且第一拉伸凹模209的模孔通过第一柱形垫环211中心孔和第二拉伸凹模212的模孔对应；最后将凹模压圈208的螺栓孔和复合拉伸模座215上端面的螺栓孔对应，通过第二螺栓221锁紧凹模压圈208，使得凹模压圈208的下表面能够压在第一凹模外圈210的上表面，从而压紧复合拉伸模座215内的部件。

进一步的，所述第一柱形垫环211、第二柱形垫环214的圆柱面上开设有多个镂空的孔，相应的，在复合拉伸模座215的对应位置也开设镂空的孔，这样可以随时观察拉伸件在锻造过程中的位置，方便观察锻件外表面的状态，是否存在拉伤等不良缺陷。其中第一柱形垫环211的结构如图6所示，第二柱形垫环214与第一柱形垫环211只是尺寸的差别，其结构是相同的。所述复合拉伸模座215的结构如图7所示。

上述第一凹模外圈210、第二凹模外圈213和第三凹模外圈217均是以过渡配合的方式装配在复合拉伸模座215内的。

需要说明的是，上下相邻拉伸凹模的距离不小于经前次拉伸后得到的拉伸件的长度，使得拉伸件在进入下一拉伸过程时，完全离开上一拉伸凹模的工作带。

图2中还给出了第一拉伸件106、第二拉伸件107和第三拉伸件108在下模组件中的示意，只是为了更好地说明拉伸过程，并不代表下模组件中同时具有三个拉伸件。

在对杯型件105进行复合拉伸时，组装好上模组件和下模组件，并在下模组件的第一拉伸凹模209的模孔放置一个凸凹模对正圈，以辅助上凸模206和第一拉伸凹模209的中心对正，对正后，将凸凹模对正圈取下，进行复合拉伸的操作：将杯型件以孔口朝上的方式放入第一拉伸凹模209的模孔中，然后压机上的滑块向下运动，并带动上模组件一起下行，当上凸模206的下端进入杯型件105并与杯型件105的孔底接触后，杯型件105底部承受拉伸力，上凸模206继续向下运动，带动杯型件105完全拉入并穿过第一拉伸凹模209，得到第一拉伸件106，完成第一次拉伸后，上凸模206继续向下运动，带动第一拉伸件106相继穿过第二拉伸凹模212和第三次拉伸凹模216，先后得到第二拉伸件107、第三拉伸件108，此时，上模组件和下模组件完成合模。

当上凸模206将拉伸后得到的第三拉伸件108完全推出下模法兰板219后，压机上打料油缸的活塞杆223向下伸出，带动打料杆207伸出上凸模206，推动套在上凸模206下端的第三拉伸件108向下脱离上凸模206（如图4所示），落入下方的接料框中，之后压机打料油缸回程，上凸模206回程，完成一个循环动作。

下面结合图13、14对镦法兰模具的结构进行详细说明。

本发明的镦法兰模具包括上模组件和下模组件，通过上模组件和下模组件的上下合模，将复合拉伸后的锻件端部镦挤形成目标零件的法兰。

镦法兰模具的上模组件包括上模法兰板Ⅱ301、上模垫块302、上模外圈303、上模连接法兰304、上模芯轴305和上模块306。上模法兰板Ⅱ301用于和压机的活动横梁板通过螺栓连接，所述的上模外圈303的中心设置有通孔，通孔为直径不同的两段，上段孔的直径大于下段孔的直径，在上段孔中以过盈配合的方式安装上模垫块302，上模垫块302的上表面和上模外圈303的上表面齐平，在下段孔中以过盈配合的方式安装上模块306，上模块306的上表面和上模垫块302的下表面紧密接触，在上模块306的中心设有纵截面呈T形的通孔，所述上模芯轴305的纵截面为T形，并以过盈配合的方式安装在上模块306中心的通孔内，且安装后上模芯轴305的下端从上模块306的通孔中伸出；所述的上模外圈303的上端沿圆周设有一圈径向凸起，所述的上模连接法兰304的内圆和该径向凸起配合，并由第五螺栓320连接上模连接法兰304和上模法兰板Ⅱ301，将上模外圈303的上端面压紧在上模法兰板Ⅱ301下表面的定位槽中。

装配时，先将上模块306强力压入上模外圈303的下段孔中，然后将上模芯轴305自上而下的压入上模块306的通孔，再将上模垫块302压入上模外圈303的上段孔中，接着将上模连接法兰304套在上模外圈303上，最后和上模法兰板Ⅱ301对接并用第五螺栓319锁紧。

镦法兰模具的下模组件包括定位硬圈307、上下模定位圈308、顶件器309、下模芯轴310、下凹模311、下凹模外圈312、顶件器座313、下模垫板Ⅱ314、模座315、顶杆316、第四螺栓317和压紧法兰318，下模组件的模座315通过螺栓固定到压机下模板上。所述模座315设有一个有一定深度的安装槽，安装槽底设置一个下模垫板Ⅱ314，下模垫板Ⅱ314的中心孔和模座315底板的中心孔上下对应且连通，以插设顶杆316；下模垫板Ⅱ314上支撑放置下凹模外圈312，下凹模外圈312的中心通孔内以过盈配合的方式安装下凹模311，优选为锥度过盈配合，即下凹模311外圆面设置为锥度为1°的锥面；下凹模311的高度和下凹模外圈312的高度相当；所述下凹模311的中心通孔设置下模芯轴310，下凹模311的上端面围绕所述中心通孔设有用于能够成型目标零件端部法兰的环形槽；所述下模芯轴310为一段中空的变径体，其下部的直径大于上部的直径，使得下部可以与下凹模311过渡配合连接，而上部和下凹模311之间留有一定的间隙，用于容纳第三拉伸件108的薄壁部分，下模芯轴310的内孔设置所述顶件器309，下模芯轴310上端面中心设有用于成型目标零件深孔底部凸起部分103的凹孔，凹孔底部的开口由所述顶件器309封堵，凹孔上部和所述环形槽连通，在上模组件和下模组件合模时，便于材料向环形槽流动以形成零件底部的法兰104，所述下模芯轴310上端面的外缘设有圆角，相应的用于成形过程中，零件内孔底部凸起部分103周围结构的成形；所述下凹模311、下模芯轴310和顶件器309同轴设置。

所述下凹模外圈312上端端面的外圆设置台阶结构，相应的所述上下模定位圈308的内圆面也设有相吻合的台阶结构，使得上下模定位圈308可以套装在下凹模外圈312的台阶结构处，并通过两者台阶结构的凸凹配合，压在下凹模外圈312上，并由压紧法兰318和第四螺栓317将上下模定位圈308压紧在下凹模外圈312上，进而将下凹模外圈312压紧在下模垫板Ⅱ314上；所述上下模定位圈308的内圆面还安装定位硬圈307，定位硬圈307的内孔孔径和所述上模外圈303的外径吻合，实现对合模过程中上模组的定位，并且通过更换定位硬圈307，可以延长整套模具的使用寿命，降低模具的投入成本。

进一步的，所述下模芯轴310内孔上端的孔径和顶件器309的直径吻合，顶件器309的底部安装在顶件器座313内，顶件器座313活动的设置在下模芯轴310的内孔中，顶杆316穿过所述模座315和下模垫板Ⅱ314顶在顶件器座313的底部。

镦法兰模具的下模组件按照以下顺序进行装配：首先，将下凹模311强力压入下凹模外圈312，然后将下模芯轴310敲入下凹模311中，再将上下模定位圈308加热到400℃，随后将定位硬圈307装入上下模定位圈308中，接着将上下模定位圈308套装在下凹模外圈312上，并且上下模定位圈308和下凹模外圈312之间为小间隙配合，配合间隙为0.01至0.03mm，再接着将顶件器座313加热到400℃后，将顶件器309的底端安装在顶件器座313的孔中，之后将顶件器309及顶件器座313装入下模芯轴310的内孔中，接下来将下模垫板314放在模座315的安装槽底部，并将前述安装完成的结构（包括定位硬圈307、上下模定位圈308、顶件器309、下模芯轴310、下凹模311、下凹模外圈312、顶件器座313）整体放在下模垫板Ⅱ314上，随后将压紧法兰318压在上下模定位圈308的上端面，且对准压紧法兰318和模座315侧壁上的螺栓孔，用第四螺栓317连接并锁紧。

利用镦法兰模具对第三拉伸件底部挤压成型法兰的过程如下：上模组件和下模组件通过上模外圈303和定位硬圈307进行定位，以确保上模组件和下模组件的同心，然后上模组件与压机的活动横梁板通过螺栓可靠连接，下模组件通过螺栓固定在压机的下模板上，压机的活动横梁板上升带动上模组件离开下模组件一定距离，将待成型法兰的第三拉伸件108放入下模组件的下凹模311中，第三拉伸件108的薄壁部分位于下凹模311和下模芯轴310之间的间隙中；接着，压机带动上模组向下压制，挤压第三拉伸件108的内孔孔底外端面的山丘状凸起，使得材料流动并充满下模芯轴310上端的凹孔以成形零件内孔底部的凸起部分，材料流动还可充满凹孔周围的环形槽，以成形零件底部的法兰，在成形过程中，第三拉伸件108的薄壁筒身部分不会参与变形，只是进行刚性平移，保证了零件内孔和外圆尺寸的稳定性，薄壁筒身的深度会略微有所伸长。

锻造完成后，压机的活动横梁板带动上模组件向上运动，离开下模组件一定距离后，压机下顶缸运动，通过顶杆316顶起顶件器座313和顶件器309的组合体，将成型后的零件顶出，完成镦法兰工序。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种薄壁深孔带法兰零件的冷锻成型工艺，其特征在于：首先，以退火态磨光圆棒料为材料进行下料，然后经表面处理后冷反挤压成型得到杯型件，杯型件内孔孔底的外端面形成有山丘状的凸起，之后将所得杯型件依次进行退火和表面处理，表面处理后的杯型件在一套复合拉伸模具内进行多次拉伸，以增加零件的孔深并减薄零件的壁厚，拉伸后的拉伸件通过上打料机构自上而下的脱模，脱模后的拉伸件在镦法兰模具内成型目标零件端面的法兰以及目标零件深孔底部的凸起部分，最后，经机加工得到目标零件；所述杯型件在复合拉伸模具内完成所有拉伸后所得拉伸件的孔深大于或等于目标零件的孔深，壁厚符合目标零件的设计要求，且杯型件在多次拉伸的过程中，每次拉伸所得的中间拉伸件在进入下一次拉伸的拉伸凹模时，中间拉伸件的上端已完全离开上一个拉伸凹模的工作带；

所述的复合拉伸模具包括上模组件和下模组件，上模组件设有中空的上凸模，所述上打料机构中能够上下活动的打料杆设置在上凸模的中心通孔中；

所述的镦法兰模具包括上模组件和下模组件，上模组件包括上模块和安装在上模块中心的上模芯轴，上模芯轴的下端凸出于上模块的下表面；所述下模组件包括下凹模、下模芯轴、顶件器和定位装置，所述下凹模的中心通孔内设置所述下模芯轴，下凹模的上端面围绕所述中心通孔设有用于能够成型法兰的环形槽，下凹模的内圆面和下模芯轴的外圆面之间留有容纳零件薄壁的间隙，下模芯轴的内孔设置所述顶件器，下模芯轴上端面中心设有用于成型目标零件深孔底部凸起部分的凹孔，凹孔底部的开口由所述顶件器封堵，下模芯轴上端面的外缘设有圆角，所述下凹模、下模芯轴和顶件器同轴设置；所述定位装置用于确保合模时上模组件和下模组件的同心。

2.根据权利要求1所述的薄壁深孔带法兰零件的冷锻成型工艺，其特征在于：下料后的表面处理以及杯型件退火后的表面处理均包括抛丸和皮膜处理，皮膜处理采用磷皂化处理或者石墨烯润滑结合皂化处理的方法。

3.根据权利要求1所述的薄壁深孔带法兰零件的冷锻成型工艺，其特征在于：所述冷反挤压的变形量为78%~83%，壁厚为2.2~2.6mm。

4.根据权利要求1所述的薄壁深孔带法兰零件的冷锻成型工艺，其特征在于：所述杯型件在退火时采用无氧化退火，退火温度为650℃~700℃，在真空或保护气氛中保温2h~3h，然后随炉冷却至500℃后，空冷。

5.根据权利要求1所述的薄壁深孔带法兰零件的冷锻成型工艺，其特征在于：所述杯型件在复合拉伸模具内依次经过三次拉伸，第一次拉伸的变薄系数为0.6~0.7，第二次拉伸的变薄系数为0.65~0.75，第三次拉伸的变薄系数为0.7~0.8，第三次拉伸后得到的第三拉伸件的壁厚为0.68~0.75mm，孔口椭圆度在0.1mm以内。

6.根据权利要求1~5任一项所述的薄壁深孔带法兰零件的冷锻成型工艺，其特征在于：所述复合拉伸模具的下模组件包括模孔上下对应的第一拉伸凹模、第二拉伸凹模和第三拉伸凹模，第一拉伸凹模、第二拉伸凹模和第三拉伸凹模分别设置在对应的凹模外圈中，上下两个相邻拉伸凹模之间设有支撑上一个拉伸凹模及凹模外圈的柱形垫环，第三拉伸凹模及对应的第三凹模外圈支撑在复合拉伸模座底部的下模垫板上，下模垫板以及支撑复合拉伸模座的下模法兰板上分别设有与第三拉伸凹模模孔对应的通孔；所述复合拉伸模座的顶部与凹模压圈连接并锁紧，以将各个拉伸凹模、凹模外圈、柱形垫环及下模垫板固定在复合拉伸模座内。

7.根据权利要求6所述的薄壁深孔带法兰零件的冷锻成型工艺，其特征在于：所述复合拉伸模具的上模组件包括上固定圈、螺纹固定套和凸模弹性套、所述上凸模的上端安装在凸模弹性套的中心孔中，凸模弹性套安装在螺纹固定套的内孔中，并借助弹力夹紧上凸模，凸模弹性套外圆面和螺纹固定套的内圆面为锥面配合，螺纹固定套外圆面设有外螺纹，以螺纹连接在上固定圈的螺纹孔中；所述上固定圈的上端面与上模法兰板固定连接，上模组件还包括安装在上固定圈内的倒金字塔垫块，倒金字塔垫块上端面与上模法兰板的下表面接触，下端面和所述上凸模的上端面接触，侧面为台阶面，上固定圈的内壁与倒金字塔垫块侧面形状吻合。

8.根据权利要求7所述的薄壁深孔带法兰零件的冷锻成型工艺，其特征在于：所述的打料杆上端依次伸出上凸模、倒金字塔垫块和上模法兰板，连接压机上打料油缸的活塞杆，压机上打料油缸和上模法兰板均固定在压机上能够上下活动的滑块上。

9.根据权利要求8所述的薄壁深孔带法兰零件的冷锻成型工艺，其特征在于：所述打料杆和活塞杆通过螺栓连接，活塞杆的活动行程大于或等于完成第三次拉伸所得的第三拉伸件的孔深。

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