CN117161289A - 一种卧式钢管镦粗分体式成型装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种卧式钢管镦粗分体式成型装置及方法，它包括下模底板结构和上模底座结构，下模底板结构和上模底板结构上分别对应安装有平行布置的的模座结构，其中一组模座结构的内部安装有用于将钢管夹紧的夹钳模套，另一组模座结构的顶端固定有用于镦粗成型的组合式成型模具结构；还包括用于和组合式成型模具结构相配合的内模结构。通过采用本发明的分体式的镦粗模具，并采用热挤压锻造的方式，通过反向反复压制钢管的方法，最终将坯料局部锻压至特定的形状后再进行车加工，改善锻压直线度问题，使其最终直线度减小，减少材料加工量和加工周期，减少了制造成本。

Description

一种卧式钢管镦粗分体式成型装置及方法

技术领域

本发明属于钢材热锻造制造装置领域，具体涉及一种卧式钢管镦粗分体式成型装置及方法，具体涉及金属及非金属材料先进制备、加工成型技术。

背景技术

中缸作为工程机械油缸的一个零件，由于其形状较复杂，传统的加工方式加工量较大，加工周期长，材料损耗大，生产成本高。采用热挤压锻造的方式将坯料局部锻压至特定的形状后再进行车加工，可以减少材料加工量和加工周期。钢管在锻压过程中，由上下两半夹钳固定在锻压设备上。当内模向内推进导致钢管壁厚增大时，由于上半夹钳由液压活塞杆固定，其最后会有一小段回弹，这样导致锻压形成的钢管在某一位置出现上翘。将其放置在车床上检测直线度，发现其检测表跳动在5-8mm，从而导致其加工余量需要增大，变相增加的制造成本。为了改善锻压直线度问题，现通过一种反向反复压制钢管的方法，使其最终直线度减小，大大减少了制造成本。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种卧式钢管镦粗分体式成型装置及方法，此采用分体式的镦粗模具，并采用热挤压锻造的方式，通过反向反复压制钢管的方法，最终将坯料局部锻压至特定的形状后再进行车加工，改善锻压直线度问题，使其最终直线度减小，减少材料加工量和加工周期，减少了制造成本。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种卧式钢管镦粗分体式成型装置，它包括下模底板结构和上模底座结构，下模底板结构和上模底板结构上分别对应安装有平行布置的的模座结构，其中一组模座结构的内部安装有用于将钢管夹紧的夹钳模套，另一组模座结构的顶端固定有用于镦粗成型的组合式成型模具结构；

还包括用于和组合式成型模具结构相配合的内模结构。

成型过程中，所述下模底板结构和上模底板结构上成对的模座结构之间通过安装在侧壁上的定位块相定位配合。

所述下模底板结构包括下模底板，下模底板的顶部设置有安装凸台，下模底座的长边两侧对称设置有多组下模固定槽，安装凸台上对称加工有多组对称布置的第一阶梯孔，下模底板的底端对称加工有第一矩形槽，安装凸台的顶端中心部位加工有第二矩形槽。

所述上模底板结构包括下模底板，下模底板的长边两侧对称设置有多组上模固定槽，下模底板上对称加工有多组对称布置的第二阶梯孔，下模底板的顶端加工有对称布置的第三矩形槽。

所述模座结构的中心部位加工有弧形定位凹槽，弧形定位凹槽的顶端对称加工有多组第一阶梯螺纹孔，模座结构的底端中心加工有第四矩形槽，模座结构的长边外壁中间部位加工有侧壁凹槽，侧壁凹槽用于安装定位块，侧壁凹槽的内侧壁上加工有侧向螺纹孔，模座结构的底端加工有用于和下模底板结构或上模底板结构相配合的螺纹盲孔。

所述夹钳模套采用半圆弧套结构，半圆弧套结构的内弧形壁上加工有用于和钢管外壁相咬合的深槽结构，半圆弧套结构的外弧形壁上加工有夹钳模套定位阶梯，夹钳模套定位阶梯与模座结构的弧形定位凹槽相配合。

所述组合式成型模具结构包括用于和模座结构相配合的模套，模套的内部通过压板压紧安装有用于和钢管镦粗部位相配合的第一模芯和第二模芯。

所述模套的内弧形壁上加工用于定位第一模芯的第一弧形阶梯，第一弧形阶梯的另一侧设置有用于和第一模芯相配合的第一弧形支撑阶梯，第一弧形支撑阶梯的另一侧设置有用于和第二模芯相配合的第二弧形阶梯，第二弧形阶梯的另一侧设置有用于和第二模芯相配合的第二弧形支撑阶梯，所述模套的外壁中间部位加工有用于和模座结构相配合的模套定位台阶，模套的顶端加工有用于和压板相配合的压板螺纹孔；

所述第一模芯的端头加工有用于和第一弧形阶梯相配合的第一模芯定位阶梯，第一模芯的内部加工有第一内成型模腔，第一内成型模腔的末端设置有过渡阶梯，第一模芯的顶端两侧加工有用于和压板相配合的第一压板安装槽；

所述第二模芯的端头加工有用于和第二弧形阶梯相配合的第二模芯定位阶梯，第二模芯的内部加工有第二内成型模腔，第二内成型模腔的一端与过渡阶梯过渡对接，第二模芯的顶端两侧加工有用于和压板相配合的第二压板安装槽，第二内成型模腔与钢管镦粗段的尺寸相配合。

所述内模结构包括内模，内模通过长螺栓同时与顶盘和第一法兰固定相连，第一法兰的另一端通过第二法兰与连接杆相连，连接杆的另一端设置有第三法兰。

采用一种卧式钢管镦粗分体式成型装置进行钢管镦粗成型的方法，包括以下步骤：

步骤一，将待镦粗钢管待镦粗的一端放置在高频电炉中局部加热；

步骤二，将加热完毕的待镦粗钢管放置在夹钳模套和组合式成型模具结构的内部，并保证加热端放置在组合式成型模具结构的第二模芯的内部；

步骤三，将夹钳模套和组合式成型模具结构上部分下压至待镦粗钢管完全固定；

步骤四，将内模结构从右端推入待镦粗钢管的镦粗端内孔，内模结构的顶盘推进第二模芯的第二内成型模腔，直至无法推动为止；此时待镦粗钢管的镦粗端会在第二内成型模腔内外径逐渐增大至第二内成型模腔的尺寸，内径缩小至内模尺寸；

步骤五，将内模拉出镦粗端，并将上模底板结构部分上抬，得到锻压完成的中缸，但此时直线度较差，需要反向压制；

步骤六，将初步成型的待镦粗钢管转动180°，进而使得待镦粗钢管在模具内部上下翻转180°，趁着钢管加热段的余热再通过上部液压活塞杆下压钢管，再反复压制转动3-5次，每次压制停留时间10-15秒。

本发明有如下有益效果：

1、通过采用本发明的分体式的镦粗模具，并采用热挤压锻造的方式，通过反向反复压制钢管的方法，最终将坯料局部锻压至特定的形状后再进行车加工，改善锻压直线度问题，使其最终直线度减小，减少材料加工量和加工周期，减少了制造成本。

2、通过定位块保证了上模和下模在压合之后的定位精度，进而保证了后续镦粗工艺过程中，对待镦粗钢管的尺寸精度。

3、通过上述的下模底板结构能够用于对相应的模座结构进行固定安装，而且保证了下模底板结构与工作台之间的固定安装。

通过上述的上模底板结构能够用于对相应的模座结构进行固定安装，而且保证了上模底板结构与上部液压活塞杆相连，进而提供压紧力，保证了对待镦粗钢管的可靠压紧。

4、通过上述的模座结构能够用于对夹钳模套和组合式成型模具结构进行固定安装。通过弧形定位凹槽保证了对夹钳模套和组合式成型模具结构的定位精度。

5、通过上述的夹钳模套能够用于对待镦粗钢管进行可靠的夹紧，进而便于后续写镦粗工艺，防止其在镦粗过程中发生移动。通过深槽结构保证了夹持力。

6、通过上述的组合式成型模具结构保证了在镦粗过程中，实现待镦粗钢管的镦粗端的镦粗工艺过程。而且采用多段组合式的结构，相对于整体模具，模具采用分体式设计，可以充分利用内圈部分抗高温高压和外圈部分高韧性的特性，不仅可以使模具便于加工，还能增加模具使用寿命和产品尺寸精度。

7、第二模芯采用耐热钢，热处理状态为淬火态，基体硬度较高，从而保证其耐高温和耐磨的性能。

8、通过上述的内模结构能够用于和待镦粗钢管的镦粗端相配合。进而实现镦粗端的成型。

9、通过以上方法复压后的钢管，直线度可以控制在3mm以内，大大减小了加工余量，从而降低了制造成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明整体结构三维图。

图2为本发明下模底板结构主视图。

图3为本发明图2中下模底板结构A-A视图

图4为本发明下模底板结构三维图。

图5为本发明上模底座结构主视图。

图6为本发明图5中上模底座结构B-B视图。

图7为本发明上模底座结构三维图。

图8为本发明模座结构主视图。

图9为本发明图8中模座结构C-C视图。

图10为本发明图8中模座结构半剖视图。

图11为本发明模座结构三维图。

图12为本发明夹钳模套主视图。

图13为本发明夹钳模套侧视图。

图14（a）（b）为本发明镦粗前和镦粗后对比图。

图15（a）（b）为本发明待镦粗钢管镦粗前和镦粗后对比图。

图16为本发明夹钳模套与组合式成型模具结构组合结构图。

图17为本发明模套主视图。

图18为本发明模套侧视图。

图19为本发明第一模芯主视图。

图20为本发明第一模芯侧视图。

图21为本发明第二模芯主视图。

图22为本发明第二模芯侧视图。

图中：下模底板结构1、上模底座结构2、模座结构3、定位块4、夹钳模套5、组合式成型模具结构6、第一模芯7、压板8、模套9、第二模芯10、内模11、顶盘12、长螺栓13、第一法兰14、第二法兰15、连接杆16、第三法兰17、待镦粗钢管18；

下模底板101、下模固定槽102、安装凸台103、第一阶梯孔104、第一矩形槽105、第二矩形槽106；

下模底板201、上模固定槽202、第二阶梯孔203、第三矩形槽204；

第一阶梯螺纹孔301、弧形定位凹槽302、侧壁凹槽303、螺纹盲孔304、第四矩形槽305、侧向螺纹孔306；

深槽结构501、夹钳模套定位阶梯502；

第一模芯定位阶梯701、第一压板安装槽702、第一内成型模腔703；

第一弧形阶梯901、第一弧形支撑阶梯902、压板螺纹孔903、模套定位台阶904、第二弧形阶梯905、第二弧形支撑阶梯906；

第二模芯定位阶梯1001、第二压板安装槽1002、第二内成型模腔1003。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-22，一种卧式钢管镦粗分体式成型装置，它包括下模底板结构1和上模底座结构2，下模底板结构1和上模底板结构2上分别对应安装有平行布置的的模座结构3，其中一组模座结构3的内部安装有用于将钢管夹紧的夹钳模套5，另一组模座结构3的顶端固定有用于镦粗成型的组合式成型模具结构6；还包括用于和组合式成型模具结构6相配合的内模结构。通过采用本发明的分体式的镦粗模具，并采用热挤压锻造的方式，通过反向反复压制钢管的方法，最终将坯料局部锻压至特定的形状后再进行车加工，改善锻压直线度问题，使其最终直线度减小，减少材料加工量和加工周期，减少了制造成本。

进一步的，成型过程中，所述下模底板结构1和上模底板结构2上成对的模座结构3之间通过安装在侧壁上的定位块4相定位配合。通过定位块4保证了上模和下模在压合之后的定位精度，进而保证了后续镦粗工艺过程中，对待镦粗钢管18的尺寸精度。

进一步的，所述下模底板结构1包括下模底板101，下模底板101的顶部设置有安装凸台103，下模底座101的长边两侧对称设置有多组下模固定槽102，安装凸台103上对称加工有多组对称布置的第一阶梯孔104，下模底板101的底端对称加工有第一矩形槽105，安装凸台103的顶端中心部位加工有第二矩形槽106。通过上述的下模底板结构1能够用于对相应的模座结构3进行固定安装，而且保证了下模底板结构1与工作台之间的固定安装。

进一步的，所述上模底板结构2包括下模底板201，下模底板201的长边两侧对称设置有多组上模固定槽202，下模底板201上对称加工有多组对称布置的第二阶梯孔203，下模底板201的顶端加工有对称布置的第三矩形槽204。通过上述的上模底板结构2能够用于对相应的模座结构3进行固定安装，而且保证了上模底板结构2与上部液压活塞杆相连，进而提供压紧力，保证了对待镦粗钢管18的可靠压紧。

进一步的，所述模座结构3的中心部位加工有弧形定位凹槽302，弧形定位凹槽302的顶端对称加工有多组第一阶梯螺纹孔301，模座结构3的底端中心加工有第四矩形槽305，模座结构3的长边外壁中间部位加工有侧壁凹槽303，侧壁凹槽303用于安装定位块4，侧壁凹槽303的内侧壁上加工有侧向螺纹孔306，模座结构3的底端加工有用于和下模底板结构1或上模底板结构2相配合的螺纹盲孔304。通过上述的模座结构3能够用于对夹钳模套5和组合式成型模具结构6进行固定安装。通过弧形定位凹槽302保证了对夹钳模套5和组合式成型模具结构6的定位精度。通过第四矩形槽305保证了后续模座结构3与下模底板结构1和上模底板结构2可靠的定位安装。

进一步的，所述夹钳模套5采用半圆弧套结构，半圆弧套结构的内弧形壁上加工有用于和钢管外壁相咬合的深槽结构501，半圆弧套结构的外弧形壁上加工有夹钳模套定位阶梯502，夹钳模套定位阶梯502与模座结构3的弧形定位凹槽302相配合。通过上述的夹钳模套5能够用于对待镦粗钢管18进行可靠的夹紧，进而便于后续写镦粗工艺，防止其在镦粗过程中发生移动。通过深槽结构501保证了夹持力。

进一步的，所述组合式成型模具结构6包括用于和模座结构3相配合的模套9，模套9的内部通过压板8压紧安装有用于和钢管镦粗部位相配合的第一模芯7和第二模芯10。通过上述的组合式成型模具结构6保证了在镦粗过程中，实现待镦粗钢管18的镦粗端的镦粗工艺过程。而且采用多段组合式的结构，相对于整体模具，模具采用分体式设计，可以充分利用内圈部分抗高温高压和外圈部分高韧性的特性，不仅可以使模具便于加工，还能增加模具使用寿命和产品尺寸精度。同时，由于模具分体后的两部分相对于整体式壁厚较薄，长度较短便于采用钢管尾料进行模套加工，做到废物利用。

第一模芯7和第二模芯10根据直径大小不同，进而采用两段式结构。

进一步的，所述模套9的内弧形壁上加工用于定位第一模芯7的第一弧形阶梯901，第一弧形阶梯901的另一侧设置有用于和第一模芯7相配合的第一弧形支撑阶梯902，第一弧形支撑阶梯902的另一侧设置有用于和第二模芯10相配合的第二弧形阶梯905，第二弧形阶梯905的另一侧设置有用于和第二模芯10相配合的第二弧形支撑阶梯906，所述模套9的外壁中间部位加工有用于和模座结构3相配合的模套定位台阶904，模套9的顶端加工有用于和压板8相配合的压板螺纹孔903。通过上述的模套9其整体外形结构为带台阶的圆柱体，外圆有装配台阶，内圆与第一模芯7和第二模芯10外圆吻合。

进一步的，所述第一模芯7的端头加工有用于和第一弧形阶梯901相配合的第一模芯定位阶梯701，第一模芯7的内部加工有第一内成型模腔703，第一内成型模腔703的末端设置有过渡阶梯704，第一模芯7的顶端两侧加工有用于和压板8相配合的第一压板安装槽702。通过第一模芯7与待镦粗钢管18靠近镦粗端相配合，采用合金钢。

进一步的，所述第二模芯10的端头加工有用于和第二弧形阶梯905相配合的第二模芯定位阶梯1001，第二模芯10的内部加工有第二内成型模腔1003，第二内成型模腔1003的一端与过渡阶梯704过渡对接，第二模芯10的顶端两侧加工有用于和压板8相配合的第二压板安装槽1002，第二内成型模腔1003与钢管镦粗段的尺寸相配合。第二模芯10采用耐热钢，热处理状态为淬火态，基体硬度较高，从而保证其耐高温和耐磨的性能。

进一步的，所述内模结构包括内模11，内模11通过长螺栓13同时与顶盘12和第一法兰14固定相连，第一法兰14的另一端通过第二法兰15与连接杆16相连，连接杆16的另一端设置有第三法兰17。通过上述的内模结构能够用于和待镦粗钢管18的镦粗端相配合。进而实现镦粗端的成型。

实施例2：

采用一种卧式钢管镦粗分体式成型装置进行钢管镦粗成型的方法，包括以下步骤：

步骤一，将待镦粗钢管18待镦粗的一端放置在高频电炉中局部加热；

步骤二，将加热完毕的待镦粗钢管18放置在夹钳模套5和组合式成型模具结构6的内部，并保证加热端放置在组合式成型模具结构6的第二模芯10的内部；

步骤三，将夹钳模套5和组合式成型模具结构6上部分下压至待镦粗钢管18完全固定；

步骤四，将内模结构从右端推入待镦粗钢管18的镦粗端内孔，内模结构的顶盘12推进第二模芯10的第二内成型模腔1003，直至无法推动为止；此时待镦粗钢管18的镦粗端会在第二内成型模腔1003内外径逐渐增大至第二内成型模腔1003的尺寸，内径缩小至内模11尺寸；

步骤五，将内模拉出镦粗端，并将上模底板结构2部分上抬，得到锻压完成的中缸，但此时直线度较差，需要反向压制；

步骤六，将初步成型的待镦粗钢管18转动180°，进而使得待镦粗钢管18在模具内部上下翻转180°，趁着钢管加热段的余热再通过上部液压活塞杆下压钢管，再反复压制转动3-5次，每次压制停留时间10-15秒。

Claims (10)

1.一种卧式钢管镦粗分体式成型装置，其特征在于：它包括下模底板结构（1）和上模底座结构（2），下模底板结构（1）和上模底板结构（2）上分别对应安装有平行布置的的模座结构（3），其中一组模座结构（3）的内部安装有用于将钢管夹紧的夹钳模套（5），另一组模座结构（3）的顶端固定有用于镦粗成型的组合式成型模具结构（6）；

还包括用于和组合式成型模具结构（6）相配合的内模结构。

2.根据权利要求1所述一种卧式钢管镦粗分体式成型装置，其特征在于：成型过程中，所述下模底板结构（1）和上模底板结构（2）上成对的模座结构（3）之间通过安装在侧壁上的定位块（4）相定位配合。

3.根据权利要求2所述一种卧式钢管镦粗分体式成型装置，其特征在于：所述下模底板结构（1）包括下模底板（101），下模底板（101）的顶部设置有安装凸台（103），下模底座（101）的长边两侧对称设置有多组下模固定槽（102），安装凸台（103）上对称加工有多组对称布置的第一阶梯孔（104），下模底板（101）的底端对称加工有第一矩形槽（105），安装凸台（103）的顶端中心部位加工有第二矩形槽（106）。

4.根据权利要求2所述一种卧式钢管镦粗分体式成型装置，其特征在于：所述上模底板结构（2）包括下模底板（201），下模底板（201）的长边两侧对称设置有多组上模固定槽（202），下模底板（201）上对称加工有多组对称布置的第二阶梯孔（203），下模底板（201）的顶端加工有对称布置的第三矩形槽（204）。

5.根据权利要求2所述一种卧式钢管镦粗分体式成型装置，其特征在于：所述模座结构（3）的中心部位加工有弧形定位凹槽（302），弧形定位凹槽（302）的顶端对称加工有多组第一阶梯螺纹孔（301），模座结构（3）的底端中心加工有第四矩形槽（305），模座结构（3）的长边外壁中间部位加工有侧壁凹槽（303），侧壁凹槽（303）用于安装定位块（4），侧壁凹槽（303）的内侧壁上加工有侧向螺纹孔（306），模座结构（3）的底端加工有用于和下模底板结构（1）或上模底板结构（2）相配合的螺纹盲孔（304）。

6.根据权利要求2所述一种卧式钢管镦粗分体式成型装置，其特征在于：所述夹钳模套（5）采用半圆弧套结构，半圆弧套结构的内弧形壁上加工有用于和钢管外壁相咬合的深槽结构（501），半圆弧套结构的外弧形壁上加工有夹钳模套定位阶梯（502），夹钳模套定位阶梯（502）与模座结构（3）的弧形定位凹槽（302）相配合。

7.根据权利要求2所述一种卧式钢管镦粗分体式成型装置，其特征在于：所述组合式成型模具结构（6）包括用于和模座结构（3）相配合的模套（9），模套（9）的内部通过压板（8）压紧安装有用于和钢管镦粗部位相配合的第一模芯（7）和第二模芯（10）。

8.根据权利要求7所述一种卧式钢管镦粗分体式成型装置，其特征在于：所述模套（9）的内弧形壁上加工用于定位第一模芯（7）的第一弧形阶梯（901），第一弧形阶梯（901）的另一侧设置有用于和第一模芯（7）相配合的第一弧形支撑阶梯（902），第一弧形支撑阶梯（902）的另一侧设置有用于和第二模芯（10）相配合的第二弧形阶梯（905），第二弧形阶梯（905）的另一侧设置有用于和第二模芯（10）相配合的第二弧形支撑阶梯（906），所述模套（9）的外壁中间部位加工有用于和模座结构（3）相配合的模套定位台阶（904），模套（9）的顶端加工有用于和压板（8）相配合的压板螺纹孔（903）；

所述第一模芯（7）的端头加工有用于和第一弧形阶梯（901）相配合的第一模芯定位阶梯（701），第一模芯（7）的内部加工有第一内成型模腔（703），第一内成型模腔（703）的末端设置有过渡阶梯（704），第一模芯（7）的顶端两侧加工有用于和压板（8）相配合的第一压板安装槽（702）；

所述第二模芯（10）的端头加工有用于和第二弧形阶梯（905）相配合的第二模芯定位阶梯（1001），第二模芯（10）的内部加工有第二内成型模腔（1003），第二内成型模腔（1003）的一端与过渡阶梯（704）过渡对接，第二模芯（10）的顶端两侧加工有用于和压板（8）相配合的第二压板安装槽（1002），第二内成型模腔（1003）与钢管镦粗段的尺寸相配合。

9.根据权利要求1所述的一种卧式钢管镦粗分体式成型装置，其特征在于：所述内模结构包括内模（11），内模（11）通过长螺栓（13）同时与顶盘（12）和第一法兰（14）固定相连，第一法兰（14）的另一端通过第二法兰（15）与连接杆（16）相连，连接杆（16）的另一端设置有第三法兰（17）。

10.采用权利要求1-9任意一项所述一种卧式钢管镦粗分体式成型装置进行钢管镦粗成型的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将待镦粗钢管（18）待镦粗的一端放置在高频电炉中局部加热；

步骤二，将加热完毕的待镦粗钢管（18）放置在夹钳模套（5）和组合式成型模具结构（6）的内部，并保证加热端放置在组合式成型模具结构（6）的第二模芯（10）的内部；

步骤三，将夹钳模套（5）和组合式成型模具结构（6）上部分下压至待镦粗钢管（18）完全固定；

步骤四，将内模结构从右端推入待镦粗钢管（18）的镦粗端内孔，内模结构的顶盘（12）推进第二模芯（10）的第二内成型模腔（1003），直至无法推动为止；此时待镦粗钢管（18）的镦粗端会在第二内成型模腔（1003）内外径逐渐增大至第二内成型模腔（1003）的尺寸，内径缩小至内模（11）尺寸；

步骤五，将内模拉出镦粗端，并将上模底板结构（2）部分上抬，得到锻压完成的中缸，但此时直线度较差，需要反向压制；

步骤六，将初步成型的待镦粗钢管（18）转动180°，进而使得待镦粗钢管（18）在模具内部上下翻转180°，趁着钢管加热段的余热再通过上部液压活塞杆下压钢管，再反复压制转动3-5次，每次压制停留时间10-15秒。