CN101912939A - 一种挤压镦粗成型模具及相应镦粗工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种挤压镦粗成型模具，包括上模板组件、下模板组件、冲头、模芯及镦粗腔，其由所述上半镦粗腔及下半镦粗腔相匹配地闭合形成，所述镦粗腔的内部整体高度与放料通孔的直径的比值小于待镦粗毛坯的极限镦粗比。根据本发明还提供一种应用上述挤压镦粗成型模具进行头部镦粗工艺步骤的镦粗工艺方法。本发明提供的挤压镦粗成型模具结构简单，镦粗部位及形状控制准确，且不会产生飞边，即使待镦粗毛坯本身超过了常规的极限镦粗比将近一倍也不会出现锻造缺陷，通过一次挤压镦粗就能完成毛坯所需的中部镦粗所要求的尺寸与形状，实现了毛坯的局部锻造，提高了材料的利用率，降低了生产成本。

Description

一种挤压镦粗成型模具及相应镦粗工艺方法

技术领域

本发明涉及金属锻造模具技术领域，涉及一种成型模具，具体地，涉及一种用于挤压镦粗工艺中的成型模具及相应镦粗工艺方法。

背景技术

镦粗是锻造加工的一种常用工艺，在自由锻、模锻与挤压等锻造加工中，都会使用到镦粗的工序。根据现有的技术资料，镦粗的极限锻粗比最大不超过2.5，(镦粗比为镦粗前毛坯长度与镦粗前的毛坯直径之比)，超过2.5的镦粗比，镦粗时锻件会产生双鼓形变形，而在继续变形过程中将产生锻造折叠现象，从而造成锻件报废。如果镦粗比超过3.5，还可能发生锻件失稳的现象，故此一般的镦粗工艺取的镦粗比值在0.8到2.2之间。

然而金属棒材锻件头部的镦粗工艺的镦粗比通常都超过2.5，故此锻件头部很容易出现上述的双鼓形变形或折叠现象。现有技术中，一般采用两次镦粗的方法或使用镦锻机镦粗来解决，从而导致生产效率降低，成本偏高。另外，还可以将锻件加热后通过压力机和镦粗开式模具对锻件的端部镦粗，然后再切削加工，这种镦粗开式模具由于其对锻件只有简单的固定作用，因此只能对锻件进行端部镦粗，而不能对锻件的中部进行镦粗，而且镦粗部位有飞边。

此外，中国专利申请号为CN200720188529.6的《金属棒材局部加热镦粗闭式简易模》披露了一种镦粗工艺所使用当模具结构。其公开了一种金属棒材局部加热镦粗闭式简易模，其由下模座、模芯、上模、下顶料杆、上顶料杆构成，在模芯内设有模芯棒料孔，在模芯棒料孔的上部设镦粗腔，当上模向下移动到下止点时，形成闭式的镦粗腔。尽管该专利在所述模芯棒料孔中设置了一个镦粗腔，但是该镦粗腔的是为了控制镦粗部位以及消除飞边而存在，其镦粗原理仍旧是利用对锻件局部进行加热来进行镦粗，并没有涉及根据锻件的极限镦粗比设计特殊形状的镦粗腔对锻件进行镦粗的技术内容。

发明内容

本发明要解决的问题是：针对上述存在的问题提供一种能够对金属棒材超过其材料本身极限镦粗比进行镦粗的挤压镦粗成型模具及相应镦粗工艺方法。

本发明所采用的技术方案是：一种挤压镦粗成型模具，包括：上模板组件，其设置在模具的上部；下模板组件，其设置在模具的下部；冲头，其固定在所述上模板组件上；其特征在于，还包括：模芯，所述模芯由上模芯及下模芯组成；所述上模芯连接到所述上模板组件上，且能够相对所述上模板组件上下运动，在与所述冲头相对应的下方设有一与待镦粗毛坯相匹配的上放料通孔，在所述上放料通孔的下方，所述上模芯底部上凹形成上半镦粗腔；所述下模芯设置在所述下模板组件上，在与所述上半镦粗腔相对应的下方，所述下模芯顶部下凹形成下半镦粗腔，所述下半镦粗腔的下方设有一与所述上放料通孔相对应的下放料通孔，所述上放料通孔与下放料通孔组成放料通孔；镦粗腔，其由所述上半镦粗腔及下半镦粗腔相匹配地闭合形成，所述镦粗腔的内部整体高度与放料通孔的直径的比值(实际镦粗比)小于待镦粗毛坯的极限镦粗比。

优选地，所述镦粗腔的体积为V，所述放料通孔的截面积为S、直径为D，待镦粗毛坯的极限镦粗比为K₁，则V≥S×D×K₁，保证毛坯在进行镦粗比等于极限镦粗比时的镦粗工艺中，所述镦粗腔的体积足以容纳镦粗后的毛坯。

进一步地，在所述上模芯与上模板组件之间设有弹簧，所述弹簧上下抵住所述上模芯与上模板组件且处于压缩状态，从而使所述上模芯始终具有向下运动的趋势，以避免在镦粗过程中上模芯上移而影响镦粗腔的密闭效果，避免了在镦粗过程中毛坯产生飞边。

优选地，所述上模芯通过若干螺栓连接到所述上模板组件上，所述螺栓的底部与所述上模芯相固定，所述螺栓的上部与所述上模板组件活动连接，使得所述上模芯相对所述上模板组件能上下运动，从而能够方便地实现模具开模及合模工作。

优选地，所述下模板组件通过设置一顶料杆顶住待镦粗毛坯，以减少镦粗过程中对下模板组件的磨损而影响镦粗过程。

优选地，所述镦粗腔的内部整体高度与待镦粗毛坯的直径的比值小于等于2.5，更优选地，所所述镦粗腔的内部整体高度与待镦粗毛坯的直径的比值小于等于2.2。在该镦粗比范围内，能够比较理想地控制待镦粗毛坯在镦粗过程中避免出现双鼓形变形或折叠现象等现象。

根据本发明的另一个方面，一种镦粗工艺方法，其特征在于，应用上述挤压镦粗成型模具进行镦粗，其包括以下步骤：

落料：根据锻造产品的需要截取一段特定长度及截面的待镦粗毛坯；

加热：将待镦粗毛坯需要镦粗的部分进行加热；

放料：将待镦粗毛坯放入下放料通孔，所述上模芯往下运动直至与所述下模芯闭合；

镦粗：所述冲头向下运动并挤压待镦粗毛坯，镦粗完成后，所述上模板组件带动所述上模芯向上运动进行开模，在开模情况下取出镦粗完的毛坯；

进一步地，在进行所述头部镦粗工艺步骤过程中，所述冲头持续挤压待镦粗毛坯，直至所述冲头运动到所述镦粗腔的预设下止点，从而一次完成对毛坯的挤压镦粗工艺。

与现有技术相比，本发明提供的挤压镦粗成型模具结构简单，镦粗部位及形状控制准确，且不会产生飞边，即使待镦粗毛坯本身超过了常规的极限镦粗比将近一倍也不会出现锻造缺陷；在镦粗过程中，能够结合现有技术中挤压与镦粗的工艺，通过一次挤压镦粗就能完成毛坯所需的中部镦粗所要求的尺寸与形状；实现了毛坯的局部锻造，提高了材料的利用率，通过减少工艺流程中所需的流水线工人、机器及消耗的能源从而降低了生产成本。

附图说明

图1示出了本发明提供的挤压镦粗成型模具在合模状态下的结构示意图。

图2示出了本发明的挤压镦粗成型模具在开模放料后的结构示意图。

图3示出了本发明的挤压镦粗成型模具在镦粗工序完成后的结构示意图。

图4示出了本发明的挤压镦粗成型模具的下模芯的正面视图。

图5示出了本发明的挤压镦粗成型模具的下模芯的侧视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述：

实施例1：如图1至图5所示，本实施例中的挤压镦粗成型模具包括上模板组件6、下模板组件7、冲头8以及模芯。上模板组件6及下模板组件7安装在工作台上，上模板组件6设置在模具的上部，下模板组件7设置在模具的下部，从而起到对模具整体的固定安装作用。

冲头8固定在上模板组件6上，具体地，冲头8位于待镦粗毛坯12及放料通孔3的上方。当待镦粗毛坯12在模芯中放置好后，冲头8向下运动即可实现对待镦粗毛坯12的挤压墩粗工艺。

模芯设置在下模板组件7上，其由上模芯1及下模芯2组成。模芯中设有一位于冲头8下方的与待镦粗毛坯12相匹配的放料通孔3。

在与冲头8相对应的下方，上模芯1设有一与待镦粗毛坯12相匹配的上放料通孔，在上放料通孔的下方，上模芯1底部上凹形成上半镦粗腔。上模芯1与四根内六角螺栓13的底部相固定，螺栓13上部与上模板组件6活动连接，例如上模板组件底部设有限制螺栓13的头部向下移动的限制部，使得在螺栓13的头部位于限制部上方的情况下，上模芯1能够相对于上模板组件6进行上下运动。上模芯1与上模板组件6之间设有四根弹簧9，弹簧9优选地套在内六角螺栓13上且处于压缩状态，产生的压缩力使得上模芯1在合模镦粗工作时能够与下模芯2紧密贴合，从而有效地避免了在镦粗过程中毛坯产生飞边。

下模芯2设置在下模板组件7上，在与上半镦粗腔相对应的下方，下模芯2顶部下凹形成下半镦粗腔，下半镦粗腔的下方设有一与上放料通孔相对应的下放料通孔。下模板组件7通过设置一顶料杆10顶住待镦粗毛坯，顶料杆10设置在与放料通孔3相对应的下模板组件7下部的一定位套11中。

镦粗腔由上半镦粗腔及下半镦粗腔相匹配地闭合形成，镦粗腔的内部整体高度与放料通孔的直径(即待镦粗毛坯的直径)的比值(实际镦粗比)小于待镦粗毛坯的极限镦粗比。

优选地，镦粗腔的内部高度与待镦粗毛坯12的直径的实际镦粗比(即在镦粗腔中的毛坯部分长度与直径之比)小于待镦粗毛坯12的极限镦粗比(即毛坯在通常的镦粗工艺下，材料不会发生镦粗折叠变形等现象时的毛坯总体长度与直径之比)，优选地实际镦粗比的值小于等于2.5，更优选地小于等于2.2，以保证在镦粗过程中，不会存在缺陷。本领域技术人员理解，极限镦粗比是根据产品本身的材料、结构及形状确定的，当对毛坯12材料进行镦粗的镦粗比大于其极限镦粗比时，会发生锻造缺陷。设镦粗腔的体积为V，放料通孔的截面积为S、直径为D，待镦粗毛坯的极限镦粗比为K₁，则V≥S×D×K₁。进一步地，设镦粗腔的体积为V，放料通孔的截面积为S，下半镦粗腔底部到预设下止点的高度为H，则优选地V≥S×H。

实施例2：本发明还提供了一种镦粗工艺方法，具体地，其应用上述挤压镦粗成型模具进行镦粗，步骤如下：落料、加热、放料、镦粗。具体地，落料是根据锻造产品的需要截取一段特定长度及截面的待镦粗毛坯12；加热是将待镦粗毛坯12需要镦粗的部分进行加热；放料是将待镦粗毛坯12放入下放料通孔3，上模芯1往下运动直至与下模芯2闭合；镦粗是冲头8向下运动并挤压待镦粗毛坯，镦粗完成后，上模板组件6带动上模芯1向上运动进行开模，在开模情况下取出镦粗完的毛坯。

具体地，首先将要镦粗的待镦粗毛坯12(杆件)放入下模芯2中，设备开始工作。然后，上模芯1往下运动将待镦粗毛坯12的上部固定，冲头8开始挤压放料通孔3内的待镦粗毛坯12，使毛坯材料3往下挤压，镦粗腔内的材料产生镦粗变形，随着设备往下运动，毛坯材料不断被挤压到镦粗腔内。直到冲头8运动到预设下止点的位置，挤压镦粗变形结束。最后设备往上运动，在开模情况下，取出镦粗好的杆件零件。

结合图1至图3所示，在镦粗过程中，通过冲头8向下运动，不断挤压材料向下运动，挤压到镦粗变形区内，完成镦粗过程。由于镦粗区内的材料不断地被镦粗，直径将变得越来越大，从而使得实际镦粗比变得越来越小，因此更不会在挤压镦粗的过程里产生镦粗折叠变形，直到冲头8将材料全部挤压到镦粗变形区内，整个挤压镦粗工序完成。例如要将直径16mm的杆件头部镦粗到毛坯要求的尺寸与形状，则需要将由16mm×87mm的杆件头部进行镦粗，镦粗比为87/16＝5.43，远远超过普通镦粗允许的最大镦粗比2.5。在本发明中，优选地，设计镦粗腔的高度为30.8mm，使得实际镦粗比为30.8/16＝1.925≤2.5，因此，镦粗过程中，不会产生镦粗折叠变形。通过设备的向下运动，冲头8不断挤压材料向下运动，挤压到镦粗变形区内，完成镦粗过程。同时镦粗腔内的材料因不断地被镦粗，直径将变得越来越大，从而使得镦粗比变得越来越小，因此，更不会在挤压镦粗的过程里产生镦粗折叠变形等现象，直到设备运行到下止点。

进一步地，在进行头部镦粗工艺步骤过程中，由于冲头8是持续挤压待镦粗毛坯，直至冲头8运动到镦粗腔的预设下止点，从而一次完成对毛坯的挤压镦粗工艺。本领域技术人员理解，使用普通的镦粗方法，不可能一次镦粗成形，至少需要二到三次的镦粗，才能达到要求，否则毛坯将产生锻造折叠。在本发明中，采用了结合挤压与镦粗的工艺方法，只需一次挤压镦粗就能达到锻件要求的尺寸与形状，即使毛坯总体镦粗比(本发明进行的镦粗工艺中的毛坯镦粗总体上的镦粗比例，即毛坯总体长度与毛坯直径之比)超过了极限镦粗比将近一倍，也不会出现锻造缺陷。

进一步地，在对完成本实施例镦粗工艺之后的毛坯进行锻造工艺过程中，仅对镦粗后的毛坯的头部进行锻造处理。由于模具的限制作用，毛坯镦粗后除头部镦粗外其他部分没有发生飞边等需要锻造处理的情况，因此在本发明提供的挤压镦粗工艺方法仅需对毛坯的头部进行锻造处理即可达到所需的工艺要求。

此外，球壳零件使用挤压镦粗头部工艺，满足了局部锻造的条件，即对毛坯的头部进行局部锻造，而杆部采用冷弯成形。锻件的材料利用率从原来的66％提高到94.4％，每件可以节约材料0.23kg，可以节约材料费用1.04元，锻造生产线从原来的7人减少到3人，使用设备从原来的辊锻机一台、冲车3台及400T摩擦压力机1台，减小到冲床2台及300t油压机1台，中频加热炉功率从原来的150kw降低到50kw。极大地降低了生产的设备成本、电费成本与工人成本，总计可以节约费用1.89元/件以上，每年按生产同种零件20万件计算，可以节约成本37.8万元，具有很大的经济效益。

Claims (9)

1.一种挤压镦粗成型模具，包括：

上模板组件，其设置在模具的上部；

下模板组件，其设置在模具的下部；

冲头，其固定在所述上模板组件上；

其特征在于，还包括：

模芯，所述模芯由上模芯及下模芯组成；

所述上模芯连接到所述上模板组件上，且能够相对所述上模板组件上下运动，在与所述冲头相对应的下方设有一与待镦粗毛坯相匹配的上放料通孔，在所述上放料通孔的下方，所述上模芯底部上凹形成上半镦粗腔；

所述下模芯设置在所述下模板组件上，在与所述上半镦粗腔相对应的下方，所述下模芯顶部下凹形成下半镦粗腔，所述下半镦粗腔的下方设有一与所述上放料通孔相对应的下放料通孔，所述上放料通孔与下放料通孔组成放料通孔；

镦粗腔，其由所述上半镦粗腔及下半镦粗腔相匹配地闭合形成，所述镦粗腔的内部整体高度与放料通孔的直径的比值小于待镦粗毛坯的极限镦粗比。

2.根据权利要求1所述的挤压镦粗成型模具，其特征在于，所述镦粗腔的体积为V，所述放料通孔的截面积为S、直径为D，待镦粗毛坯的极限镦粗比为K₁，则V≥S×D×K₁。

3.根据权利要求1或2所述的挤压镦粗成型模具，其特征在于，在所述上模芯与上模板组件之间设有弹簧，所述弹簧上下抵住所述上模芯与上模板组件且处于压缩状态。

4.根据权利要求1或2所述的挤压镦粗成型模具，其特征在于，所述上模芯通过若干螺栓连接到所述上模板组件上，所述螺栓的底部与所述上模芯相固定，所述螺栓的上部与所述上模板组件活动连接，使得所述上模芯相对所述上模板组件能上下运动。

5.根据权利要求1或2所述的挤压镦粗成型模具，其特征在于，所述下模板组件通过设置一顶料杆顶住待镦粗毛坯。

6.根据权利要求1或2所述的挤压镦粗成型模具，其特征在于，所述镦粗腔的内部整体高度与待镦粗毛坯的直径的比值小于等于2.5。

7.根据权利要求1或2所述的挤压镦粗成型模具，其特征在于，所述镦粗腔的内部整体高度与待镦粗毛坯的直径的比值小于等于2.2。

8.一种镦粗工艺方法，其特征在于，应用根据上述权利要求1至8任一项所述的挤压镦粗成型模具进行镦粗，其包括以下步骤： 

落料：根据锻造产品的需要截取一段特定长度及截面的待镦粗毛坯；

加热：将待镦粗毛坯需要镦粗的部分进行加热；

放料：将待镦粗毛坯放入下放料通孔，所述上模芯往下运动直至与所述下模芯闭合；

镦粗：所述冲头向下运动并挤压待镦粗毛坯，镦粗完成后，所述上模板组件带动所述上模芯向上运动进行开模，在开模情况下取出镦粗完的毛坯。

9.根据权利要求8所述的镦粗工艺方法，其特征在于，在进行所述头部镦粗工艺步骤过程中，所述冲头持续挤压待镦粗毛坯，直至所述冲头运动到所述镦粗腔的预设下止点。 

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