用于穿甲钢钉多工步自动冷模锻的模具及其锻造工艺

摘要

一种机械锻造技术领域的用于穿甲钢钉多工步自动冷模锻的模具及其锻造工艺，包括：同轴设置的凹模、凸模以及活塞顶出机构，内置待锻材的凹模滑动设置于活塞顶出机构内且末端与活塞顶出机构相连。所述的活塞顶出机构包括：固定腔以及依次滑动设置于其内部的缓冲件和顶出件。所述的缓冲件的两端分别与固定腔的末端以及凹模的末端相连。所述的顶出件依次穿过固定腔和缓冲件并与设置于凹模内的待锻材相接触。所述的固定腔的内表面两端分别设有第一台阶和开口，所述凹模和缓冲件依次滑动设置于固定腔内部并由第一台阶实现限位，所述顶出件通过开口穿过固定腔。本发明的顶出杆长度小，特别在成形瞬间没有波及到凹模，因此提高了顶出杆的寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机械锻造技术领域的装置及方法，具体是一种用于穿甲钢钉多工步自 动冷模锻的模具及其锻造工艺。

背景技术

在机械制造业中经常需要模锻细长的杆件，如带有法兰的长杆，具有穿甲能力的高强度钢 钉，杆部细长，甚至杆的一端还要有尖。这样的锻模装置必须配有合理的变形工步及细长的顶 杆方能满足终锻后顶出锻件要求。就目前生产情况看，由于变形工步设计不合理，如此细长的 顶杆寿命极短，远远不能满足生产尤其是大规模自动化生产需求。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101181813A，公开日2007-12-14，记载 了一种主辅多顶式注塑顶模机构，该技术公开了：动模板设置有筋板，筋板与动模板主体相平 行，顶出板位于筋板与动模板主体之间，支撑板穿过顶出板，两端分别与筋板及动模板主体相 固接，顶出油缸包括主顶出油缸及辅助顶出油缸。但是该技术仅仅是注塑模的顶出机构，并非 穿透钢板、混凝土等坚硬物体的穿甲钢钉的冷模锻方法。注塑件的顶出力要比钢质冷锻件小得 多且容易得多，注塑模顶出机构的顶杆是不能作为穿甲钢钉冷锻模顶出用的。

中国专利文献号CN202037289U，公开日2011-11-16，记载了一种U铁的冷锻模，该技术 包括冲头1、凹模2、凸模顶杆3、顶件器4以及垫板5，所述的凸模顶杆3间隙配合在凹模2 内并与垫板5连接固定，所述的冲头1、凹模2、凸模顶杆3以及顶件器4组合构成冲压型腔， 其特征在于：所述的凹模2与垫板5之间设有弹性推顶装置，所述的凹模2与垫板5动配合连 接；所述的顶件器4动配合在凹模2和凸模顶杆3之间的间隙内。但是该技术仅仅是普通冷模 锻模具结构，是一个单模膛简单冷模锻，穿甲钢钉仅用单模膛模锻，不能完成高强度合金钢的 冷变形。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于穿甲钢钉多工步自动冷模锻的模具及 其锻造工艺，锻造得到的细长杆件尖头部分力学性能好，并且模具的顶出杆寿命长，满足自动 化规模生产的多工步冷模锻需要。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种用于穿甲钢钉多工步自动冷模锻的模具，包括：同轴设置的凹模、凸模以 及带有固定腔、缓冲件和顶出件的活塞顶出机构，其中：内置待锻材的凹模滑动设置于活塞顶 出机构内且凹模的末端与活塞顶出机构相连；缓冲件和顶出件依次滑动设置于固定腔内部。

所述的缓冲件的两端分别与固定腔的末端以及凹模的末端相连。

所述的顶出件依次穿过固定腔和缓冲件并与设置于凹模内的待锻材相接触。

所述的固定腔的内表面两端分别设有第一台阶和开口，所述凹模和缓冲件依次滑动设置于 固定腔内部并由第一台阶实现限位，所述顶出件通过开口穿过固定腔。

所述的固定腔的内侧前部固定有限定凹模滑动位置的衬套。

所述的顶出件为二级伸缩结构，包括：同轴设置的顶杆机构和推杆机构，其中：顶杆机构 活动设置于缓冲件和凹模内，推杆机构活动设置于缓冲件和固定腔内。

所述的顶杆机构包括第一杆体和顶块，其中：第一杆体外径与凹模内径相匹配且滑动设置 于凹模内部，顶块与第一杆体末端相连且位于凹模外部。

所述的缓冲件包括弹性组件和端轴承，其中：弹性组件通过预压弹簧或液压或气压实现。

所述的推杆机构包括第二杆体和推块，其中：第二杆体外径与端轴承的内径相匹配且两端 分别与顶块和推块相连，推块位于端轴承与固定腔之间且由机床带动实现伸缩运动。

所述的端轴承为臼型轴承，端轴承的中部设有第二台阶，所述顶块通过第二台阶实现限位 且顶块与第二杆体在第二台阶处相接触。

所述的凸模内设有工作型腔，该工作型腔结构为内锥体。

所述的工作型腔的内锥体的锥角为50°-10°，优选为45°-15°。

本发明涉及上述钢钉模锻方法，包括以下步骤：

第一步、将待锻材设置于上述模具的凹模内，使用工作型腔的锥角为45°的凸模，将凸模 和凹模合模，使凹模受力滑动直至弹性组件的极限位置，待锻材受力变形；

第二步、使用工作型腔的锥角为30°的凸模；待锻材的尖头部长度为1.175d，其中，d为 待锻材的圆柱段横截面直径，将凸模和凹模合模，使凹模受力滑动直至弹性组件的极限位置， 进行第二工步冷锻；

第三步、使用工作型腔的锥角为15°的凸模；待锻材的尖头部长度为1.81d，其中，d为待 锻材的圆柱段横截面直径，将凸模和凹模合模，使凹模受力滑动直至弹性组件的极限位置，进 行第三工步冷锻。

本发明涉及上述方法制造得到的高强度穿甲钢钉，钢钉的圆柱段长度和圆柱段横截面直径 之比为4.3，钢钉的顶尖为球头，顶尖的强度为800～1000MPa。

本发明的顶出杆长度小，特别在成形瞬间没有波及到凹模，因此提高了顶出杆的寿命。

由于顶出杆一端的挡块的直径加大且厚度亦加大，故增加了顶出杆的轴向载荷的承载力， 从而降低顶出杆端部的接触应力。顶杆端部加粗的挡块可在端轴承的凹槽内滑动，因而减少了 顶杆长度，也不会干扰取出锻件，故此，提高了顶出杆寿命。

附图说明

图1为本发明的模具结构及细长顶杆顶出机构图；

图中：a-模锻开始瞬间，b-模锻终了瞬间，c-半成品取出瞬间。

图2为实施例中高强度的穿甲钢钉冷塑性成形工步略图；

图中：a-待加工件置入模具中，b-模锻中，c-模锻结束。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给 出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本实施例锻造高强度穿甲钢钉，所列出穿甲钢钉典型结构特点，具有穿透各种障碍物力学 性能，具有设计单独完成冷模锻多工步工艺过程。所提出的主要工艺课题之一——保证高力学 性能材料成形最小故障率，尤其是头尖部分。

本实施例钢钉圆柱段横截面直径d为材质为42crMo退火态，冷锻目标为：钢 钉的圆锥段长度为36.6mm，锥角为15°，钢钉的顶尖为直径球头，顶尖的 强度达到800～1000MPa。

如图1所示，本实施例同轴设置的凹模1、凸模2以及活塞顶出机构3，内置待锻材4的 凹模1滑动设置于活塞顶出机构3内且末端与活塞顶出机构3相连。

所述的活塞顶出机构3包括：固定腔5以及依次滑动设置于其内部的缓冲件6和顶出件7。

所述的缓冲件6的两端分别与固定腔5的末端以及凹模1的末端相连；

所述的顶出件7依次穿过固定腔5和缓冲件6并与设置于凹模1内的待锻材4相接触。

所述的固定腔5的内表面两端分别设有第一台阶8和开口9，所述凹模1和缓冲件6依次 滑动设置于固定腔5内部并由第一台阶8实现限位，所述顶出件7通过开口9穿过固定腔5。

所述的固定腔5的内侧前部固定有限定凹模1滑动位置的衬套10。

所述的顶出件7为二级伸缩结构，包括：同轴设置的顶杆机构11和推杆机构12，其中： 项杆机构11活动设置于缓冲件6和凹模1内，推杆机构12活动设置于缓冲件6和固定腔5内。

所述的顶杆机构11包括第一杆体13和顶块14，其中：第一杆体13外径与凹模1内径相 匹配且滑动设置于凹模1内部，顶块14与第一杆体13末端相连且位于凹模1外部。

所述的缓冲件6包括弹性组件15和端轴承16，其中：弹性组件15通过预压弹簧或液压或 气压实现。

所述的推杆机构12包括第二杆体17和推块18，其中：第二杆体17外径与端轴承16的内 径相匹配且两端分别与顶块14接触并和推块18相连，推块18位于端轴承16与固定腔5之间 且由机床带动实现伸缩运动。

所述的端轴承16为臼型轴承，端轴承16的中部设有第二台阶19，所述顶块14通过第二 台阶19实现限位且顶块14与第二杆体17在第二台阶19处相接触。

所述的凸模2内设有工作型腔，该工作型腔结构为内锥体。

所述的工作型腔的内锥体的锥角为50°-10°，优选为45°-15°。

本实施例的待加工件14为经过退火并经表面处理，d＝10mm，总长为50mm，材料为 42CrMo，置于凸模1和凹模2之间，如图1所示，本实施例使用立式自动压机，压机台面下 设置顶出装置，当压机滑块向下行，凸模1的工作形腔中成形毛坯尖部，之后包括步骤：

第一步、将待锻材4设置于上述模具的凹模1内，使用工作型腔的锥角为45°的凸模2，凸 模2和凹模1合模，凹模1受力滑动直至弹性组件15的极限位置，变形仅限于待锻材4的尖 头部体积，并实现模锻带锥角部分半成品；该半成品具有锥角45°，锥体长11.75mm，圆柱段 长为46.08mm。

第二步、使用工作型腔的锥角为30°的凸模2；凸模2的工作型腔的锥角减小，半成品待 锻件4与凸模2的工作型腔初始接触线沿着第一步成形的锥底，随后扩展到杆部顶峰，并将圆 柱体毛坯在第一步中未变形体积强行拖入参与变形，经过该工步变形后半成品的尖头部长度为 18.1mm，圆柱段长为43.97mm。

第三步、使用工作型腔的锥角为15°的凸模2；经过该工步变形后半成品的尖头部长度为 36.6mm，圆柱段长为37.8mm。

每一工步成形结束，压机顶出缸工作，推动施力杆7驱动顶出杆3顶出工件。

如计算和实验研究结果所指出的，所提出的模锻方法与具有同样工步锥角工作型腔模锻凸 模相比，在实现钢钉材料改善力学性能条件下，特别在杆尖部位，最大程度使用材料塑性储备， 减少了成形工步的数量并摈弃原工艺成形期间的热化学循环。

在成形的整个过程中，凸模2和凹模1没有打靠，因而消除了凸凹模间的冲击力；新颖的 模具结构缩短了顶出杆的长度；合理的变形规范，保证高强度钢钉的力学性能并减少了变形工 步。