齿形管柱冷锻成形方法及挤齿挤孔模具

摘要

本发明提供一种齿形管柱冷锻成形方法，其包括下料，反挤孔，挤齿挤孔和正火处理，所述反挤孔是对下料后的毛坯进行反挤压以形成具有桶状盲孔的圆柱体坯料；所述挤齿挤孔将所述具有桶状盲孔的圆柱体坯料放入挤齿成形模具中，通过对所述具有桶状盲孔的圆柱体坯料的实体端进行挤齿、镦粗和挤孔一次成形以形成具有直径大小不同一端为锥形孔、另一端为桶状盲孔的圆柱体以及它们之间的过渡段的锻坯，所述锥形孔底部带有面齿。与现有技术相比，本发明采用冷锻工艺锻造管柱毛坯，相对于传统的切削加工节约材料，锻造出的齿形、孔形精确，强度高，模具结构简单，便于大批量的生产与制造，节约成本，提高效率。

说明书

【技术领域】

本发明涉及金属精密锻造领域，特别涉及一种齿形管柱冷锻成形方法及挤 齿挤孔模具。

【背景技术】

管柱毛坯是用于电力系统中的一种绕线芯棒，锻造管柱毛坯须成形两端面 的孔和大端面锥形孔底面的面齿，请参阅图1所示，其为一种管柱毛坯，110为 大端的锥孔，120为锥孔110底部的面齿，130为小端的深孔，所述深孔130的 壁厚差△d≤0.5mm，由于对所述管柱毛坯的孔形和齿形精度要求较高，且要保 证很好的同轴度要求。目前，传统的加工多采用冲孔镦粗，再铣销加工的工艺 生产管柱毛坯，但是由于管柱的孔口壁厚较薄，切削后的产品经过轻微磕碰， 孔口部会产生裂纹、断裂等现象，并且生产效率低，切削内孔精度不高，强度 不足、一致性差，很难保证批量生产且浪费材料。

因此，有必要提出一种改进的技术方案来解决上述问题。

【发明内容】

本发明的目的之一在于提供一种齿形管柱冷锻成形方法，其可以节约材料、 保证产品精度，提高生产效率。

本发明的目的之二在于提供一种结构简便的挤齿挤孔模具，其可以节约成 本、提高效率，模具寿命长。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种齿形管柱 冷锻成形方法，该方法采用纯冷锻技术锻造管柱毛坯，其包括下料，反挤孔和 挤齿挤孔，所述反挤孔是对下料后的毛坯进行反挤压以形成具有桶状盲孔的圆 柱体坯料；其中所述挤齿挤孔是将所述具有桶状盲孔的圆柱体坯料放入挤齿成 形模具中，通过对所述具有桶状盲孔的圆柱体坯料的实体端进行挤齿、镦粗和 挤孔以形成具有直径大小不同一端为锥形孔、另一端为桶状盲孔的圆柱体以及 它们之间的过渡段的锻坯，所述锥形孔底部带有面齿。

进一步的，所述下料工序之后，反挤孔工序之前还包括退火，抛丸和润滑 处理工序；所述反挤孔工序之后，挤齿挤孔工序之前还包括抛丸和润滑处理工 序。

进一步的，所述下料工序采用圆盘锯精确下料，毛坯重量波动为±0.5g。

进一步的，所述反挤孔的壁厚差△d＜0.3mm。

进一步的，进行挤齿挤孔工序的挤齿挤孔模具包括冲头导向套，装配在冲 头导向套中的齿形冲头，下模导向套，下模，第一下模模芯和第二下模模芯， 所述齿形冲头与冲头导向套组合成一个整体冲头结构，所述下模导向套围成的 下模腔呈由上至下呈直径递减的桶状。

进一步的，所述第二下模模芯设置于第一下模模芯的四周，并与第一下模 模芯采用间隙配合。

进一步的，所述第一下模模芯和第二下模模芯之间的间隙≤0.1mm，使得挤 压过程中第一下模模芯能在第二下模模芯中进行横向细微的滑动。

更进一步的，所述挤齿挤孔工序包括挤齿、镦粗和挤孔，将所述具有桶状 盲孔的反挤圆柱体坯料放入下模腔中，利用冲头导向套与下模导向套导向挤压， 将反挤圆柱体坯料的盲孔套在第一下模模芯上；所述齿形冲头向下运动压向圆 柱体坯料的实体端部，圆柱体坯料受力增加，在圆柱体坯料受力增大的情况下， 所述齿形冲头冲进圆柱体坯料中进而形成一锥形孔，同时锥形孔外沿的坯料金 属顺着冲头的锥度向上流动，使得圆柱体坯料加长，镦粗，此时齿形冲头端部 的齿面使得锥形孔底部成形有面齿。

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种挤齿挤孔模具，其用于对下料， 反挤孔后得到的具有桶状盲孔的圆柱体坯料进行挤齿挤孔以形成具有直径大小 不同一端为锥形孔、另一端为桶状盲孔的圆柱体以及它们之间的过渡段的锻坯， 所述锥形孔底部带有面齿，所述挤齿挤孔模具包括冲头导向套，装配在冲头导 向套中的齿形冲头，下模导向套，下模，第一下模模芯和第二下模模芯，所述 齿形冲头与冲头导向套组合成一个整体冲头结构，所述下模导向套围成的下模 腔呈由上至下呈直径递减的桶状。

更进一步的，使用所述挤齿挤孔模具进行挤齿挤孔工序包括挤齿，镦粗和 挤孔，将所述具有桶状盲孔的反挤圆柱体坯料放入下模腔中，利用冲头导向套 与下模导向套导向挤压，将反挤圆柱体坯料的盲孔套在第一下模模芯上；所述 齿形冲头向下运动压向圆柱体坯料的实体端部，圆柱体坯料受力增加，在圆柱 体坯料受力增大的情况下，所述齿形冲头冲进圆柱体坯料中进而形成一锥形孔， 同时锥形孔外沿的坯料金属顺着冲头的锥度向上流动，使得圆柱体坯料加长， 镦粗，此时齿形冲头端部的齿面使得锥形孔底部成形有面齿。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明齿形管柱冷锻成形方法，相 对于传统的切削加工节约材料，锻造出的齿形、孔形精确，强度高，模具结构 简单，便于大批量的生产与制造，节约成本，提高效率。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需 要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的 一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下， 还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1是一种管柱的产品简图；

图2是本发明齿形管柱冷锻成形方法在一个实施例中的工艺流程图；

图3是本发明在一个实施例中齿形管柱形状变化过程图；

图4是本发明中的进行挤齿挤孔工序的挤齿挤孔模具结构示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和 具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实 现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实 施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相 排斥的实施例。

本发明采用冷锻工艺锻造管柱毛坯，相对于传统的切削加工节约材料，锻 造出的齿形、孔形精确，强度高，模具结构简单，便于大批量的生产与制造， 节约成本，提高效率。

请参阅图2所示，其为本发明齿形管柱冷锻成形方法在一个实施例中的工 艺流程图。请参阅图3所示，其为本发明在一个实施例中齿形管柱形状变化过 程图。在一个实施例中，所述齿形管柱冷锻成形方法采用冷锻技术锻造管柱毛 坯，其工艺步骤为：

步骤210：下料。采用圆盘锯精确下料，毛坯重量波动为±0.5g，图3（a） 为下料工序得到的坯料棒材形状。

步骤220：反挤孔。所述反挤孔是将下料后的坯料棒材放入反挤压模具的模 腔中进行反挤压以形成具有桶状盲孔的圆柱体坯料，同时保证孔的壁厚差△d＜ 0.3mm。由于是在模腔内成形，因此可以保证坯料内孔对外圆的同轴度。图3（b） 为反挤工序得到的产品形状。由于反挤内孔的金属材料通过流动形成桶状盲孔， 反挤孔后的棒材轴向加长，因此降低了材料损耗。

步骤230：挤齿挤孔。所述挤齿挤孔是对反挤孔后得到的具有桶状盲孔的圆 柱体坯料放入挤齿挤孔模具中进行挤齿，镦粗和挤孔，以形成具有直径大小不 同一端为锥形孔、另一端为桶状盲孔的圆柱体以及它们之间的过渡段的锻坯， 其中所述锥形孔底部带有面齿。本发明中在对坯料棒材挤齿挤孔时，挤齿，镦 粗和挤孔三道工序合一，在镦粗台阶时将锥孔挤出，同时也带出锥孔底部的面 齿，节约成本，缩短生产周期，相对于传统的切削加工节约成本，提高效率。 图3（c）为将挤齿挤孔工序得到的产品形状。

在所述步骤210之后，步骤220之前还包括退火工序，抛丸工序和润滑处 理工序。退火目的是软化棒材，降低棒材硬度，消除残余应力，稳定尺寸，减 少变形与裂纹倾向，细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。抛丸的目的是对坯 料棒材进行表面清理，增加坯料棒材内部的错位密度，提高棒材强度。

在所述步骤220之后，步骤230之前还包括抛丸工序和润滑处理工序。

在步骤230挤齿挤孔后，对所得管柱坯料进行了正火处理以提高管柱坯料 的机械性能。

综上所述，本发明的齿形管柱冷锻成形方法，首先下料后退火，抛丸，润 滑处理，再反挤孔，反挤孔后再进行抛丸，润滑处理，然后再挤齿、镦粗和挤 孔三道工序合一一次成形，最后进行正火处理。本发明工艺中挤齿挤孔一次成 形，在反挤孔成形好后的基础上以孔定位来挤锥形孔和锥形孔底面的面齿，达 到挤齿、镦粗、挤孔三道工序合一的效果，相对于传统的切削加工节约材料， 缩短生产周期，相对于传统的切削加工节约成本，提高效率。

请参阅图4所示，其为本发明中的进行挤齿挤孔工序的挤齿挤孔模具结构 示意图。图中所述挤齿挤孔模具包括冲头导向套410，装配在冲头导向套410中 的齿形冲头420，下模导向套430，下模440，第一下模模芯450，第二下模模 芯460，所述齿形冲头420与冲头导向套410组合成一个整体冲头；所述冲头 导向套410设于所述下模440内；所述冲头420为圆锥体状，其端部为齿状结 构；所述冲头420伸出冲头导向套410一定距离。

所述第一下模模芯450和第二下模模芯460之间采用间隙配合，使得挤压 过程中第一下模模芯450能在第二下模模芯460中进行横向细微的滑动。

所述第一下模模芯450和第二下模模芯460之间的间隙小于0.1mm。

挤齿挤孔模具进行挤齿挤孔工序的过程如下：将齿形冲头420装配到冲头 导向套410中，组合成一个整体冲头，再利用冲头导向套410与下模导向套430 导向挤压，将反挤管柱坯料的反挤孔套在第一下模模芯450上，以进行校正坯 料位置，以反挤孔定位来挤出锥形孔和面齿，这样在该工序中形成坯料的孔口 不会出现由于孔口壁厚较薄而产生开裂现象。由于反挤有壁厚差，挤压过程中 第一下模模芯450容易受到横向的力而折断，于是在设计此模具时，第一下模 模芯450与第二下模模芯460之间采用间隙配合，挤压过程中第一下模模芯450 可以在第二下模模芯460进行横向细微的滑动，让第一下模模芯450来适合反 挤管柱坯料的壁厚差，从而减小第一下模模芯450在挤压过程中承载的力，提 高模具寿命。

上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该 领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权 利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具 体实施方式。