CN114799032A - 螺杆锻件、螺杆锻件的成型方法以及螺杆锻件的成型模具 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及汽车零部件技术领域，尤其是涉及一种螺杆锻件、螺杆锻件的成型方法以及螺杆锻件的成型模具，其中，螺杆锻件的成型方法用于成型螺杆锻件，且包括如下步骤：步骤100、对坯料进行冷锻，使其形成头部以及杆部；步骤200、对冷锻成型后的中间坯料的头部进行加热，而后进行热锻。利用本方法生产的螺杆锻件的整体的流线垂直连贯分布，连贯的流线使金属性能呈现异向性，具体地，沿着流线方向(纵向)的抗拉强度较高，生产中若利用流线组织纵向强度高的特点，使锻件中的流线组织连续分布，与其受力方向一致，则会显著提高螺杆锻件的承载能力。
Description
技术领域
本申请涉及汽车零部件技术领域，尤其是涉及一种螺杆锻件及螺杆锻件的成型方法。
背景技术
目前，汽车转向螺杆广泛应用在载货车、越野车、MPV、大中型客车等商用车转向系统中，要求零件表面具有较高的疲劳性能，内部具有较高的强度和韧性。目前以圆棒料直接车削加工或普通模锻方式生产加工，这两种生产方式的原材料利用率低、能耗高、生产效率低，最主要的是加工的螺杆零件的沿其高度的纵向力学性能差，容易断裂等。随着对于商用车安全性要求的提高，作为影响商用车转向系统安全性的重要零部件的转向螺杆，其综合的机械性能需要进一步提高。
发明内容
本申请的目的在于提供一种螺杆锻件、螺杆锻件的成型方法以及螺杆锻件的成型模具，在一定程度上解决了现有技术中存在的汽车转向螺杆的纵向力学性能较差的技术问题。
本申请提供了一种螺杆锻件，所述螺杆锻件形成有从其顶部朝向其底部延伸的连贯的金属流线；所述螺杆锻件包括顺次相连接的头部以及杆部，其中，所述杆部的组织为冷锻拉长的晶粒组织，并且经由热处理回复后再结晶细化后的组织；所述头部的组织为热锻的晶粒组织，并且经由热处理再结晶细化后的组织。
在上述技术方案中，进一步地，所述金属流线沿所述螺杆锻件的轮廓垂直延伸。
本申请还提供了一种螺杆锻件的成型方法，用于成型上述任一技术方案所述的螺杆锻件，因而，具有该螺杆锻件的全部有益技术效果，在此，不再赘述。
在上述技术方案中，进一步地，所述螺杆锻件的成型方法包括如下步骤：
步骤100、对坯料进行冷锻，使其形成头部以及杆部；
步骤200、对冷锻成型后的中间坯料的头部进行加热，而后进行热锻。
在上述任一技术方案中，进一步地，在所述步骤100之前还包括如下步骤：
下料，以形成预设尺寸的坯料；
对坯料进行热处理，以去除应力。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述下料包括如下步骤：以扎制成形的金属型材为原材料，根据最终产品成形所需的体积进行等体积下料。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述对坯料进行热处理包括如下步骤：坯料首先经过退火处理，而后再经过抛丸处理，去除表面氧化皮，最后，再经过润滑处理。
在上述任一技术方案中，进一步地，在所述步骤200之后还包括如下步骤：
对热锻成型后的中间坯料进行等温正火处理，而后去除表面氧化皮，得到螺杆锻件成品；
在步骤200中，将冷锻成型后的中间坯料的头部加热至1050℃后，再进行热锻。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述等温正火处理的工艺为经过1小时升温，将热锻后的锻件的温度加热到920℃，并保温3小时，之后将锻件的温度降至550℃，并保温3小时，最后进行空冷。
本申请还提供了一种螺杆锻件的成型模具，基于前述的螺杆锻件的成型方法，所述螺杆锻件的成型模具包括冷锻成型装置以及热锻成型装置，所述冷锻成型装置用于对坯料进行冷锻处理，所述热锻成型装置用于对坯料进行热锻处理，因而，具有该螺杆锻件的成型方法的全部有益技术效果，在此，不再赘述。
在上述技术方案中，进一步地，所述冷锻成型装置包括冷挤顶杆、冷挤垫块、垫块模芯、正挤模芯、下模外套、下模中圈、下模模芯、上模外套、上模中圈、上模模芯以及冷挤冲头；
其中，所述冷挤冲头设置于压力机的上移动机构；所述上模中圈安装于所述上模外套的锥孔内，所述上模模芯安装于所述上模中圈的锥孔内；所述下模中圈安装于所述下模外套的锥孔内，所述下模模芯安装于所述下模中圈的锥孔内；
所述正挤模芯设置于所述下模模芯的型腔内；所述垫块模芯安装于所述冷挤垫块内的阶梯孔中；所述冷挤顶杆位于所述垫块模芯的安装通孔内；
所述热锻成型装置包括热锻顶杆、热锻下模、热锻凹模以及热锻冲头；其中，所述热锻冲头设置于冲压机的上移动机构，所述热锻凹模与所述热锻下模通过凹凸形的止扣结构定位，所述热锻顶杆位于所述热锻下模的通孔内。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述上模模芯与所述上模中圈的锥孔、所述上模中圈与所述上模外套的锥孔、所述下模模芯与所述下模中圈的锥孔、所述下模中圈与所述下模外套的锥孔为过盈配合，且过盈量为配合直径的千分之四到千分之八；
所述下模外套分别与所述冷挤垫块以及所述上模外套通过凹凸形的止扣结构定位；
所述正挤模芯的模腔的侧壁形成有环状的正挤韧带；所述正挤韧带的宽度为3mm-4mm；所述正挤韧带的直径比其下方的模腔的直径小0.5mm-1mm；
所述垫块模芯的模腔的侧壁形成有环状的细杆导正带；所述细杆导正带的直径比其上方的模腔的直径小0.5mm-1mm。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本申请提供的螺杆锻件形成有从其顶部朝向其底部延伸的连贯的金属流线，沿着流线方向(纵向)的抗拉强度较高生产中若利用流线组织纵向强度高的特点，使锻件中的流线组织连续分布，与其受力方向一致，则会显著提高螺杆锻件的承载能力。
本申请提供的螺杆锻件的成型方法用于生产出前述的螺杆锻件，利用本方法生产的螺杆锻件的整体的流线垂直连贯分布，连贯的流线使金属性能呈现异向性，具体地，沿着流线方向(纵向)的抗拉强度较高，生产中若利用流线组织纵向强度高的特点，使锻件中的流线组织连续分布，与其受力方向一致，则会显著提高螺杆锻件的承载能力。此外，本方法生产的螺杆锻件无需切削，材料的利用率高，减少工艺步骤，生产效率也较高，能耗低。
利用螺杆锻件的成型模具辅以螺杆锻件的成型方法用于生产出前述的螺杆锻件，因而具有前述的效果，在此，不再详述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的螺杆锻件的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的螺杆锻件的金属流线分布示意图；
图3为本申请实施例提供的螺杆锻件的冷、热锻复合成形工艺简图；
图4为本申请实施例提供的冷锻成型装置的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的正挤模芯的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的下模垫块的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的热锻成型装置的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的等温正火后的工艺简图；
图9为本申请实施例提供的等温正火后的杆部的金相组织图；
图10为本申请实施例提供的等温正火后的头部的金相组织图。
附图标记：
1-冷挤顶杆，2-冷挤垫块，3-垫块模芯，31-细杆导正带，4-正挤模芯，41-正挤韧带，5-下模外套，6-下模中圈，7-下模模芯，8-上模外套，9-上模中圈，10-上模模芯，11-坯料，12-冷挤冲头，13-热锻顶杆，14-热锻下模，15-热锻凹模，16-中间坯料，17-热锻冲头，18-螺杆锻件，181-头部，182-杆部。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。
基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面参照图1至图10描述根据本申请一些实施例所述的螺杆锻件、螺杆锻件的成型方法以及螺杆锻件的成型模具。
实施例一
参见图1和图2所示，本申请的实施例提供了一种螺杆锻件18，螺杆锻件18形成有从其顶部朝向其底部延伸的连贯的金属流线，且进一步，优选地，金属流线沿螺杆锻件18的轮廓垂直延伸；
螺杆锻件18包括顺次相连接的头部181以及杆部182，其中，杆部182的组织为冷锻拉长的晶粒组织，并且经由热处理回复后再结晶细化后的组织；
头部181的组织为热锻的晶粒组织，并且经由热处理再结晶细化后的组织。
本申请提供的螺杆锻件18形成有从其顶部朝向其底部延伸的连贯的金属流线，沿着流线方向(纵向)的抗拉强度较高，生产中若利用流线组织纵向强度高的特点，使锻件中的流线组织连续分布，与其受力方向一致，则会显著提高螺杆锻件18的承载能力。
此外，其杆部182也即细杆部的组织为冷锻拉长的晶粒组织，并且经由热处理回复后再结晶细化后组织，头部181也即粗头部的组织为热锻的晶粒组织，并且经由热处理再结晶细化后的组织，锻件各部分晶粒细小且大小均匀，有助于提升其机械性能。
实施例二
参见图1至图3、图8至图10所示，本申请的实施例提供了一种螺杆锻件18的成型方法，用于生产螺杆锻件18，具体地，螺杆锻件18的成型方法包括如下步骤：
步骤100、下料：以扎制成形的金属型材为原材料，根据最终产品成形所需的体积进行等体积下料，以形成预设尺寸的坯料11；
步骤200、热处理：坯料11首先经过退火处理，而后再经过抛丸处理，去除表面氧化皮，最后，再经过润滑处理(注意：对坯料11进行预处理，使得所生产的锻件的组织更均匀，使得各位置的性能更加一致)；
步骤300、对坯料11进行冷锻，使其形成头部181以及杆部182；
步骤400、对冷锻成型后的中间坯料16的头部181进行加热，而后进行热锻；
步骤500、对热锻成型后的中间坯料16进行等温正火处理，而后去除表面氧化皮，得到螺杆锻件18成品。
注意：上述的步骤100、步骤200以及步骤500是可以根据实际需要进行选择操作的。
经由上述加工方法可以的螺杆锻件18，其杆部182也即细杆部的组织为冷锻拉长的晶粒组织，并且经由热处理回复后再结晶细化后组织，头部181也即粗头部的组织为热锻的晶粒组织，并且经由热处理再结晶细化后的组织，锻件各部分晶粒细小且大小均匀，有助于提升其机械性能(可参见图9和图10所示)。
此外，锻件具有热处理组织的遗留效应，保留了棒料原始扎制时形成的纵向流线和冷锻时形成的正挤纵向流线，保证了锻件整体的流线垂直连贯分布(注：沿着平行于螺杆锻件18的高度方向的纵截面将螺杆锻件18剖开看，无数条金属流线是沿着螺杆的中轴线朝着外部排布的，且任一金属流线沿着螺杆锻件18的形状(轮廓)垂直分布，并且连贯、无断续，可参见图2所示)，连贯的流线使金属性能呈现异向性，具体地，沿着流线方向(纵向)抗拉强度较高，生产中若利用流线组织纵向强度高的特点，使锻件中的流线组织连续分布，与其受力方向一致，则会显著提高螺杆锻件18的承载能力。相反，如果流线有重大缺陷，如乱流、穿流等金属流线乱的现象出现时，则会影响螺杆锻件18的力学性能。
此外，本方法生产的螺杆锻件18无需切削，材料的利用率高，减少工艺步骤，生产效率也较高，能耗低。
进一步，优选地，在步骤400中，将冷锻成型后的中间坯料16的头部181加热至1050℃后，再进行热锻。
进一步，优选地，参见图8所示，步骤500中的等温退火热处理工艺为：为经过1小时升温，将热锻后的锻件的温度加热到920℃，并保温3小时，之后将锻件的温度降至550℃，并保温3小时，最后进行空冷。
实施例三
参见图1至图4、图6所示，本申请的实施例提供了一种螺杆锻件18的成型模具，基于实施例二的螺杆锻件18的成型方法，螺杆锻件18的成型模具包括冷锻成型装置以及热锻成型装置，冷锻成型装置用于对坯料11进行冷锻处理，热锻成型装置用于对坯料11进行热锻处理。
可见，利用本螺杆锻件18的成型模具能够依次对坯料11进行冷锻和热锻处理，进而生产出纵向机械性能较好的螺杆锻件18。
在该实施例中，优选地，如图4所示，冷锻成型装置包括冷挤顶杆1、冷挤垫块2、垫块模芯3、正挤模芯4、下模外套5、下模中圈6、下模模芯7、上模外套8、上模中圈9、上模模芯10以及冷挤冲头12；
其中，冷挤冲头12设置于压力机的上移动机构；上模中圈9安装于上模外套8的锥孔内，上模模芯10安装于上模中圈9的锥孔内；下模中圈6安装于下模外套5的锥孔内，下模模芯7安装于下模中圈6的锥孔内；
正挤模芯4设置于下模模芯7的型腔内；垫块模芯3安装于冷挤垫块2内的阶梯孔中；冷挤顶杆1位于垫块模芯3的安装通孔内。
基于上述结构可知，使用过程中，可将坯料11放入到模腔内，而后利用冷挤冲头12进行冲压，正挤压成形细杆部182。
此外，将上模模芯10与下模模芯7设计为分体结构，方便加工安装，也方便后续使用过程中模具磨损或失效部分的修复或替换，节约模具成本。
在上述结构的基础上，优选地，上模模芯10与上模中圈9的锥孔、上模中圈9与上模外套8的锥孔、下模模芯7与下模中圈6的锥孔、下模中圈6与下模外套5的锥孔为过盈配合，使得相邻的结构紧密配合，并且形成朝向模腔的内部的预紧力，这样可抵消螺杆成型时由模腔外侧的膨胀力，起到保护成型装置，延长成型装置的使用寿命的作用，且进一步，优选地，过盈量为配合直径的千分之四到千分之八。
进一步，优选地，如图4所示，下模外套5分别与冷挤垫块2以及上模外套8通过凹凸形的止扣结构定位，保证内部的模孔同心。
且在本实施例中，上模外套8、上模中圈9以及上模模芯10所组成的上模结构形成有凹槽，下模外套5、下模中圈6以及下模模芯7所组成的下模结构形成有凸起，凸起装配于此凹槽内。
进一步，优选地，如图5所示，正挤模芯4的内侧壁形成有正挤韧带41，且优选地，正挤韧带41的直径d1比其下方的模腔的直径d2小0.5mm-1mm，成形的细杆部与这一部分的成型装置不接触，没有摩擦力，因而可以有效减小挤压成形力，此外，正挤韧带41的宽度h可优选为3mm-4mm。
进一步，优选地，如图6所示，垫块模芯3的内侧壁形成有细杆导正带31，进一步起到导正细杆部182，防止细杆部偏心的作用，进一步，优选地，细杆导正带31的直径d3比其上方的模腔的直径d4小0.5mm-1mm。
在该实施例中，优选地，如图7所示，热锻成型装置包括热锻顶杆13、热锻下模14、热锻凹模15以及热锻冲头17；其中，热锻冲头17设置于冲压机的上移动机构，热锻凹模15与热锻下模14通过凹凸形的止扣结构定位，热锻顶杆13位于热锻下模14的通孔内。
且在本实施例中，热锻下模14形成有凸起，热锻凹模15形成有凹槽，凸起装配于此凹槽内，起到定位的作用。
基于以上描述的结构可知，冷锻成形后的中间坯料16直径较粗，将其头部181局部加热至1050℃，放入热锻凹模15的型腔中，而后利用热锻冲头17镦粗头部181。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种螺杆锻件，其特征在于，所述螺杆锻件形成有从其顶部朝向其底部延伸的连贯的金属流线；
所述螺杆锻件包括顺次相连接的头部以及杆部，其中，所述杆部的组织为冷锻拉长的晶粒组织，并且经由热处理回复后再结晶细化后的组织；
所述头部的组织为热锻的晶粒组织，并且经由热处理再结晶细化后的组织。
2.根据权利要求1所述的螺杆锻件的成型方法，其特征在于，所述金属流线沿所述螺杆锻件的轮廓垂直延伸。
3.一种螺杆锻件的成型方法，其特征在于，用于成型如权利要求1或2所述的螺杆锻件，且所述螺杆锻件的成型方法包括如下步骤：
步骤100、对坯料进行冷锻，使其形成头部以及杆部；
步骤200、对冷锻成型后的中间坯料的头部进行加热，而后进行热锻。
4.根据权利要求3所述的螺杆锻件的成型方法，其特征在于，在所述步骤100之前还包括如下步骤：
下料，以形成预设尺寸的坯料；
对坯料进行热处理，以去除应力。
5.根据权利要求4所述的螺杆锻件的成型方法，其特征在于，所述下料包括如下步骤：以扎制成形的金属型材为原材料，根据最终产品成形所需的体积进行等体积下料。
6.根据权利要求4所述的螺杆锻件的成型方法，其特征在于，所述对坯料进行热处理包括如下步骤：坯料首先经过退火处理，而后再经过抛丸处理，去除表面氧化皮，最后，再经过润滑处理。
7.根据权利要求3所述的螺杆锻件的成型方法，其特征在于，在所述步骤200之后还包括如下步骤：
对热锻成型后的中间坯料进行等温正火处理，而后去除表面氧化皮，得到螺杆锻件成品；
在步骤200中，将冷锻成型后的中间坯料的头部加热至1050℃后，再进行热锻。
8.根据权利要求7所述的螺杆锻件的成型方法，其特征在于，所述等温正火处理的工艺为经过1小时升温，将热锻后的锻件的温度加热到920℃，并保温3小时，之后将锻件的温度降至550℃，并保温3小时，最后进行空冷。
9.一种螺杆锻件的成型模具，其特征在于，基于如权利要求3至8中任一项所述的螺杆锻件的成型方法，所述螺杆锻件的成型模具包括冷锻成型装置以及热锻成型装置，所述冷锻成型装置用于对坯料进行冷锻处理，所述热锻成型装置用于对坯料进行热锻处理；
其中，所述冷锻成型装置包括冷挤顶杆、冷挤垫块、垫块模芯、正挤模芯、下模外套、下模中圈、下模模芯、上模外套、上模中圈、上模模芯以及冷挤冲头；
所述冷挤冲头设置于压力机的上移动机构；所述上模中圈安装于所述上模外套的锥孔内，所述上模模芯安装于所述上模中圈的锥孔内；所述下模中圈安装于所述下模外套的锥孔内，所述下模模芯安装于所述下模中圈的锥孔内；
所述正挤模芯设置于所述下模模芯的型腔内；所述垫块模芯安装于所述冷挤垫块内的阶梯孔中；所述冷挤顶杆位于所述垫块模芯的安装通孔内；
其中，所述热锻成型装置包括热锻顶杆、热锻下模、热锻凹模以及热锻冲头，所述热锻冲头设置于冲压机的上移动机构，所述热锻凹模与所述热锻下模通过凹凸形的止扣结构定位，所述热锻顶杆位于所述热锻下模的通孔内。
10.根据权利要求9所述的螺杆锻件的成型模具，其特征在于，所述上模模芯与所述上模中圈的锥孔、所述上模中圈与所述上模外套的锥孔、所述下模模芯与所述下模中圈的锥孔、所述下模中圈与所述下模外套的锥孔为过盈配合，且过盈量为配合直径的千分之四到千分之八；
所述下模外套分别与所述冷挤垫块以及所述上模外套通过凹凸形的止扣结构定位；
所述正挤模芯的模腔的侧壁形成有环状的正挤韧带；所述正挤韧带的宽度为3mm-4mm；所述正挤韧带的直径比其下方的模腔的直径小0.5mm-1mm；
所述垫块模芯的模腔的侧壁形成有环状的细杆导正带；所述细杆导正带的直径比其上方的模腔的直径小0.5mm-1mm。
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