CN113878086B - 一种高压柱塞泵中空柱塞锻件及其二步成形工艺和模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压柱塞泵中空柱塞锻件及其二步成形工艺和模具，包括高压柱塞泵中空柱塞锻件、高压柱塞泵中空柱塞锻件的成形工艺与成型工艺使用的模具。高压柱塞泵中空柱塞锻件包含外部壳体、中间凸起、外轮廓面、环形上端面、下端面和第一内轮廓面、圆形上端面和第二内轮廓面；成形工艺包括步骤1至步骤5；成形工艺使用的模具包括挤压下模顶杆、挤压下模模芯、挤压下模中层应力圈、挤压下模外层应力圈。中空柱塞锻件易于冷锻成形，无需对深孔进行切削加工，节省了原材料且提高了产品制造效率；中空柱塞锻件力学性能相比切削加工更加高且稳定，产品致密性好，无气孔等铸造缺陷；冷挤压模具M1和M2的寿命相比一次冷挤压显著提高。

Description

一种高压柱塞泵中空柱塞锻件及其二步成形工艺和模具

技术领域

本发明属于高压柱塞泵中空柱塞锻件技术领域，具体涉及一种高压柱塞泵中空柱塞锻件及其二步成形工艺和模具。

背景技术

现有的用于高压柱塞泵的柱塞零件力学性能要求很高且具有封闭型腔，现有技术一般采用两个柱塞结构件进行焊接而成，其中一个柱塞结构件具有深窄的环形深腔，采用棒料进行深孔切削后获得。为了进一步提升其生产效率，降低材料损耗，现有技术人员考虑采用锻造或铸造工艺对深窄型腔的柱塞结构件进行预制毛坯后再局部切削加工，但是采用铸造工艺的零件力学性能不能满足要求，只能考虑采用锻造工艺。

进一步衍生出现的问题是，现有的锻造工艺一般分为温热锻和冷锻，温热锻的材料和能源消耗大且需要设置额外的脱模结构和顶出结构，而冷锻一般只适用于杯形中空件，且对于杯形内孔的高径比要求不超过3。而柱塞结构件一般没有脱模斜度，且中空部分一般是高径比大于3的环形孔，因而想要采用锻造工艺制备获得环形深孔型腔柱塞结构件存在较大困难，本领域技术人员一般认为是不可行的。此外，如果采用冷锻工艺制备高径比大于3的环形孔还存在冷锻模具寿命低的问题，为此我们提出一种高压柱塞泵中空柱塞锻件及其二步成形工艺和模具来解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压柱塞泵中空柱塞锻件及其二步成形工艺和模具，克服本领域技术人员技术偏见，提供了一种可由冷挤压工艺获得的中空柱塞锻件及其制造工艺和模具，解决现有技术制造柱塞结构件切削刀具损耗大、材料浪费严重且生产效率比较低的问题，且同时能够解决现有技术无法制备包含高径比大于3的环形孔的柱塞结构件及冷锻模具寿命低的问题，以解决上述背景技术中提出现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高压柱塞泵中空柱塞锻件，材质为合金结构钢，包含外部壳体以及和外部壳体一体连接的中间凸起，所述外部壳体包含外轮廓面、环形上端面、下端面和第一内轮廓面，所述和外部壳体一体连接的中间凸起还包含圆形上端面和第二内轮廓面，所述中间凸起设置为下段直径大、上段直径小的两段式结构；

所述第一内轮廓面、第二内轮廓面及下端面共同构成环形深孔型腔，所述环形深孔型腔的高度值和直径值的比值大于，所述中间凸起的高度值大于环形深孔型腔的高度值；

所述第一内轮廓面、第二内轮廓面以及下端面均为模具成形面，在柱塞制造过程中不进行切削加工。

优选的，所述外部壳体的外轮廓面上设计有正挤压锥角，所述正挤压锥角为79°～81°。

优选的，两段式结构的中间凸起(02)的下段直径比上段直径大0.3mm-0.4mm；

所述环形深孔型腔则跟随中间凸起(02)形成两段式，环形深孔型腔的下段直径比上段直径小0.3mm-0.4mm。

本发明还提出一种高压柱塞泵中空柱塞锻件的成形工艺，包括如下步骤：

步骤1、下料获得料坯P1；

步骤2、对料坯P1采用抛丸机进行表面抛丸处理，获得抛丸后料坯P2；

步骤3、对抛丸后料坯P2进行表面润滑处理，获得润滑后料坯P3；

步骤4、初次冷挤压，采用冷挤压模具M1将经过步骤3中的润滑后料坯P3在冷挤压设备上进行成形获得初次冷挤压成形件P4，成形时需要在料坯P3上端面涂覆润滑剂；

步骤5、将初次冷挤压成形件进行球化退火、抛丸和表面润滑处理后放入冷挤压模具M2中进行二次冷挤压并获得中空柱塞锻件。

优选的，步骤1中下料方法为采用锯床对圆棒料进行锯切。

优选的，步骤2中表面抛丸的钢丸直径为Ф0.6mm-Ф1.2mm，优选Ф0.8mm，抛丸时间15min。

优选的，步骤3中表面润滑处理具体过程为对抛丸后料坯P2进行表面磷皂化处理以降低其后续冷挤压成形时的压力，进而提高后续所述冷挤压模具M的使用寿命。

优选的，步骤4中在所述料坯P3上端面涂覆的润滑剂为二硫化钼和猪油的混合物。

优选的，步骤5中表面抛丸的钢丸直径为Ф0.6mm-Ф1.2mm，优选Ф0.8mm，抛丸时间15min。

本发明还提出一种高压柱塞泵中空柱塞锻件的成形工艺的模具，包括冷挤压模具M1与冷挤压模具M2，所述冷挤压模具M1与冷挤压模具M2均为组合凹模；

所述冷挤压模具M1与冷挤压模具M2均包括挤压下模顶杆、挤压下模模芯、挤压下模中层应力圈、挤压下模外层应力圈，挤压上模模芯、挤压上模模套及挤压上模垫块；

所述挤压上模模芯和挤压下模模芯型腔表面涂覆有PVD涂层；

所述挤压下模模芯设置有倒锥部位；所述挤压下模模芯还设置有模口导向部位以提高产品成形同轴度。

本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种高压柱塞泵中空柱塞锻件及其二步成形工艺和模具，与现有技术相比，具有以下优点：

1、所述的中空柱塞锻件易于冷锻成形，无需对深孔进行切削加工，节省了原材料且提高了产品制造效率；

2、所述的中空柱塞锻件力学性能相比切削加工更加高且稳定，产品致密性好，无气孔等铸造缺陷；

3、所述冷挤压模具M1和M2的寿命相比一次冷挤压显著提高。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本发明实施例中高压柱塞泵中空柱塞锻件的结构图；

图2为本发明实施例中初次冷挤压时各工件的示意图；

图3为本发明实施例中二次冷挤压时各工件的示意图；

图4为本发明实施例中料坯P1、抛丸后料坯P2、润滑后料坯P3各自的结构图；

图5为本发明实施例中冷挤压模具M1的结构图；

图6为本发明实施例中冷挤压模具M2的结构图。

图7为为本发明实施例中冷挤压模具M1与冷挤压模具M2的尺寸标注图；

图8为本发明实施例中冷挤压模具的挤压上模模芯的示意图；

图9为本发明实施例中冷挤压模具的挤压下模模芯的示意图。

图中：

01、外部壳体；02、中间凸起；011、外轮廓面；012、环形上端面；013、下端面；014、第一内轮廓面；021、圆形上端面；022、第二内轮廓面；

1、挤压上模垫块；2、挤压上模模套；3、挤压上模模芯；4、挤压下模外层应力圈；5、挤压下模中层应力圈；6、挤压下模模芯；7、挤压下模顶杆。

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。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。

本发明提供了如图1-9所示的实施例：

实施例1：

如图1或图3的第三工件所示，一种高压柱塞泵中空柱塞锻件，材质为合金结构钢，包含外部壳体01以及和外部壳体一体连接的中间凸起02，所述外部壳体包含外轮廓面011、环形上端面012、下端面013和第一内轮廓面014，所述和外部壳体一体连接的中间凸起02还包含圆形上端面021和第二内轮廓面022；

所述第一内轮廓面014、第二内轮廓面022及下端面013共同构成环形深孔型腔，所述环形深孔型腔的高度值和直径值的比值大于3，所述中间凸起02的高度值大于环形深孔型腔的高度值；

所述第一内轮廓面014、第二内轮廓面022以及下端面013均为模具成形面，在柱塞制造过程中不进行切削加工，所述外部壳体的外轮廓面上设计有正挤压锥角，所述正挤压锥角为79°～81°；两段式结构的中间凸起02的下段直径比上段直径大0.3mm-0.4mm；

所述环形深孔型腔则跟随中间凸起02形成两段式，环形深孔型腔的下段直径比上段直径小0.3mm-0.4mm。

本发明还提出一种高压柱塞泵中空柱塞锻件的成形工艺，包括如下步骤：

步骤1、下料获得料坯P1；

步骤2、对料坯P1采用抛丸机进行表面抛丸处理，获得抛丸后料坯P2；

步骤3、对抛丸后料坯P2进行表面润滑处理，获得润滑后料坯P3；

步骤4、初次冷挤压，采用冷挤压模具M1将经过步骤3中的润滑后料坯P3在冷挤压设备上进行成形获得初次冷挤压成形件P4，成形时需要在料坯P3上端面涂覆润滑剂；

步骤5、将初次冷挤压成形件进行球化退火、抛丸和表面润滑处理后放入冷挤压模具M2中进行二次冷挤压并获得中空柱塞锻件。

图2为初次冷挤压时各工件；图3为二次冷挤压时各工件；图4中为料坯P1、抛丸后料坯P2、润滑后料坯P3；

步骤1中下料方法为采用锯床对圆棒料进行锯切；步骤2中表面抛丸的钢丸直径为Ф0.6mm-Ф1.2mm，优选Ф0.8mm，抛丸时间15min；步骤3中表面润滑处理具体过程为对抛丸后料坯P2进行表面磷皂化处理以降低其后续冷挤压成形时的压力，进而提高后续所述冷挤压模具M的使用寿命；步骤4中在所述料坯P3上端面涂覆的润滑剂为二硫化钼和猪油的混合物；步骤5中表面抛丸的钢丸直径为Ф0.6mm-Ф1.2mm，优选Ф0.8mm，抛丸时间15min。

本发明还提出一种高压柱塞泵中空柱塞锻件的成形工艺的模具，包括冷挤压模具M1与冷挤压模具M2，所述冷挤压模具M1与冷挤压模具M2均为组合凹模；

如图5、图6、图7所示：图5中为冷挤压模具M1，其中图中标注的H；模口导向部分长度H:加大H，要求上冲头接触到料坯前，上下模具已合模，且合模部分长度大于20mm,确保合模精度，从而保证冷挤件内孔与外圆的同轴度要求；

图6为冷挤压模具M2、图7为冷挤压模具M1与冷挤压模具M2在实际应用时尺寸的标注图，图7的下方为冷挤压模具M1，上方为冷挤压模具M2；

图8中为挤压下模模芯6，其中X放大图中，上冲头内孔工作带h1，设计长度0.5mm-1mm，可提高中间柱子在挤压成形时的流动性能；Y放大图中，上冲头外圆工作带h2，按常规冷挤压设计，长度2mm-3mm。

图9中为挤压上模模芯3，其中所标注的β角，倒锥设计，一般0.5度到2度，防止坯料备上冲头一起带出凹模。

所述冷挤压模具M1与冷挤压模具M2均包括挤压下模顶杆7、挤压下模模芯6、挤压下模中层应力圈5、挤压下模外层应力圈4，挤压上模模芯3、挤压上模模套2及挤压上模垫块1；

所述挤压上模模芯3和挤压下模模芯6型腔表面涂覆有PVD涂层；

所述挤压下模模芯6设置有倒锥部位，防止产品残留在挤压上模(油压机上模无顶出)，同时还可以省去卸料板；所述挤压下模模芯还设置有模口导向部位以提高产品成形同轴度，所述挤压上模模芯的外圆面和中孔面均设置有工作带部位，以减小摩擦和成形压力。

所述中空柱塞锻件易于冷锻成形，无需对深孔进行切削加工，节省了原材料且提高了产品制造效率；所述中空柱塞锻件力学性能相比切削加工更加高且稳定，产品致密性好，无气孔等铸造缺陷；所述冷挤压模具M1和M2的寿命相比一次冷挤压显著提高。

实施例2：

一种材质为31CrMoV9的环形深孔型腔柱塞结构件，采用柱塞锻件切削加工获得，柱塞锻件的结构，如图2与图3所示，该柱塞锻件包含外部壳体01以及和外部壳体一体连接的中间凸起02，所述外部壳体包含外轮廓面011、环形上端面012、下端面013和第一内轮廓面014，所述和外部壳体一体连接的中间凸起02还包含圆形上端面021和第二内轮廓面022。所述第一内轮廓面014、第二内轮廓面022及下端面013共同构成环形深孔型腔，所述环形深孔型腔的高度值和直径值的比值大于3，所述中间凸起02的高度值大于环形深孔型腔的高度值。所述第一内轮廓面014、第二内轮廓面022以及下端面013均为模具成形面，在柱塞制造过程中不进行切削加工。

所述外部壳体的外轮廓面上设计有正挤压锥角，所述正挤压锥角为79°-81°；两段式结构的中间凸起02的下段直径比上段直径大0.3mm-0.4mm；

所述环形深孔型腔则跟随中间凸起02形成两段式，环形深孔型腔的下段直径比上段直径小0.3mm-0.4mm。

一种制备上述柱塞锻件的成形工艺，如图2、图3与图4所示，按照如下步骤进行：

(1)采用圆盘锯将圆棒料切割成一定长度的料坯，料坯长度根据柱塞锻件的体积采用等体积原则换算。

(2)将图4所示的料坯采用抛丸机进行表面抛丸处理获得抛丸后的料坯，表面抛丸的钢丸直径为Ф0.6mm-Ф1.2mm，优选Ф0.8mm。

(3)将抛丸后的料坯进行全部表面磷皂化处理，再在其上端面额外涂覆二硫化钼和猪油的混合物组成的润滑剂，进而获得表面润滑后的料坯。

(4)将表面润滑后的料坯放入冷挤压设备上的冷挤压模具M1内进行成形获得初次冷挤压成形件，该冷挤压模具M1包括包括挤压下模顶杆7、挤压下模模芯6、挤压下模中层应力圈5、挤压下模外层应力圈4，挤压上模模芯3、挤压上模模套2及挤压上模垫块1。所述挤压上模模芯和挤压下模模芯型腔表面需要涂覆PVD涂层。所述挤压下模模芯设置有倒锥部位，防止产品残留在挤压上模(油压机上模无顶出)，同时还可以省去卸料板。所述挤压下模模芯还设置有模口导向部位以提高产品成形同轴度。所述挤压上模模芯的外圆面和中孔面均设置有工作带部位，以减小摩擦和成形压力。成形时，挤压上模下行接触料坯，合挤压下模共同对料坯进行挤压形成柱塞锻件，挤压完成后，挤压上模上行脱离柱塞锻件，顶料杆将柱塞锻件顶出，人工或通过机械手取出。

(5)将初次冷挤压成形件进行球化退火、抛丸和表面润滑处理后放入冷挤压模具M2中进行二次冷挤压并获得中空柱塞锻件。所述冷挤压模具M2包括包括挤压下模顶杆7、挤压下模模芯6、挤压下模中层应力圈5、挤压下模外层应力圈4，挤压上模模芯3、挤压上模模套2及挤压上模垫块1。所述挤压上模模芯和挤压下模模芯型腔表面需要涂覆PVD涂层。所述挤压下模模芯设置有倒锥部位，防止产品残留在挤压上模(油压机上模无顶出)，同时还可以省去卸料板。所述挤压下模模芯还设置有模口导向部位以提高产品成形同轴度。所述挤压上模模芯的外圆面和中孔面均设置有工作带部位，以减小摩擦和成形压力。成形时，挤压上模下行接触料坯，合挤压下模共同对料坯进行挤压形成柱塞锻件，挤压完成后，挤压上模上行脱离柱塞锻件，顶料杆将柱塞锻件顶出，人工或通过机械手取出。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种制造高压柱塞泵中空柱塞锻件的成形工艺，材质为合金结构钢，其特征在于，包含外部壳体（01）以及和外部壳体一体连接的中间凸起（02），所述外部壳体包含外轮廓面（011）、环形上端面（012）、下端面（013）和第一内轮廓面（014），所述和外部壳体一体连接的中间凸起（02）包含圆形上端面（021）和第二内轮廓面（022），所述中间凸起（02）设置为下段直径大、上段直径小的两段式结构；

所述第一内轮廓面（014）、第二内轮廓面（022）及下端面（013）共同构成环形深孔型腔，所述环形深孔型腔的高度值和直径值的比值大于3，所述中间凸起（02）的高度值大于环形深孔型腔的高度值；

所述第一内轮廓面（014）、第二内轮廓面（022）以及下端面（013）均为模具成形面，在柱塞制造过程中不进行切削加工；

用于高压柱塞泵中空柱塞锻件的成形工艺的模具，包括冷挤压模具M1与冷挤压模具M2，所述冷挤压模具M1与冷挤压模具M2均为组合凹模；

所述冷挤压模具M1与冷挤压模具M2均包括挤压下模顶杆（7）、挤压下模模芯（6）、挤压下模中层应力圈（5）、挤压下模外层应力圈（4），挤压上模模芯（3）、挤压上模模套（2）及挤压上模垫块（1）；

所述挤压上模模芯（3）和挤压下模模芯（6）型腔表面涂覆有PVD涂层；

所述挤压下模模芯（6）设置有倒锥部位；所述挤压下模模芯（6）还设置有模口导向部位以提高产品成形同轴度；

还包括高压柱塞泵中空柱塞锻件的成形工艺，包括如下步骤：

步骤1、下料获得料坯P1；

步骤2、对料坯P1采用抛丸机进行表面抛丸处理，获得抛丸后料坯P2；

步骤3、对抛丸后料坯P2进行表面润滑处理，获得润滑后料坯P3；

步骤4、初次冷挤压，采用冷挤压模具M1将经过步骤3中的润滑后料坯P3在冷挤压设备上进行成形获得初次冷挤压成形件P4，成形时需要在料坯P3上端面涂覆润滑剂；

步骤5、将初次冷挤压成形件进行球化退火、抛丸和表面润滑处理后放入冷挤压模具M2中进行二次冷挤压获得中空柱塞锻件，

所述外部壳体的外轮廓面上设计有正挤压锥角，所述正挤压锥角为79°～81°，两段式结构的中间凸起（02）的下段直径比上段直径大0.3mm-0.4mm；

所述环形深孔型腔则跟随中间凸起（02）形成两段式，环形深孔型腔的下段直径比上段直径小0.3mm-0.4mm。

2.根据权利要求1所述的一种制造高压柱塞泵中空柱塞锻件的成形工艺，其特征在于：步骤1中下料方法为采用锯床对圆棒料进行锯切。

3.根据权利要求1所述的一种制造高压柱塞泵中空柱塞锻件的成形工艺，其特征在于：步骤2中表面抛丸的钢丸直径为Ф0.6mm-Ф1.2mm，抛丸时间15min。

4.根据权利要求1所述的一种制造高压柱塞泵中空柱塞锻件的成形工艺，其特征在于：步骤3中表面润滑处理具体过程为对抛丸后料坯P2进行表面磷皂化处理以降低其后续冷挤压成形时的压力，进而提高后续所述冷挤压模具M1和冷挤压模具M2的使用寿命。

5.根据权利要求1所述的一种制造高压柱塞泵中空柱塞锻件的成形工艺，其特征在于：步骤4中在所述料坯P3上端面涂覆的润滑剂为二硫化钼和猪油的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种制造高压柱塞泵中空柱塞锻件的成形工艺，其特征在于：步骤5中表面抛丸的钢丸直径为Ф0.6mm-Ф1.2mm，抛丸时间15min。