細長厚壁變截面內孔液力擠壓裝置及方法
2023-10-11 05:31:34
細長厚壁變截面內孔液力擠壓裝置及方法
【專利摘要】一種金屬成形【技術領域】的厚壁細長變截面內孔液力擠壓裝置及方法，該裝置包括：由上而下依次設置於充滿液態介質的壓力容器內的柱塞、定位套、錐形凹模以及背壓頂杆；壓力容器的內部依次設有用於設置柱塞和定位套的內孔和用於設置錐形凹模的內臺階孔，其中：內臺階孔的內徑大於內孔的內徑；柱塞側面與壓力容器的內孔為動配合；定位套外壁與壓力容器的內孔為靜配合；錐形凹模外壁與壓力容器的內臺階孔為靜配合。本發明通過採用高壓液體擠壓空心毛坯，能夠實現機械加工方法無法達到的細長內孔變截面結構。
【專利說明】細長厚壁變截面內孔液力擠壓裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種金屬成形【技術領域】的裝置及方法，具體是一種厚壁細長變截面內孔液力擠壓裝置及方法。
【背景技術】
[0002]在機械製造中，許多關鍵重要零件需要有厚壁又細又長變截面內孔，如錐形和其他形狀孔徑。具有長錐孔或小直徑孔平滑過渡到大直徑孔件。類似零件廣泛應用在高壓液壓系統和燃料燃燒裝置中，這樣零件用切削加工方法難以完成，對小於Imm細長孔則根本無法實現。
[0003]經過對現有技術檢索發現:中國專利文獻號CN1698991，
【公開日】2005 - 11 - 23，公開了一種曲線母線孔擠壓成形方法，該技術採用開式冷擠壓成形工藝，坯料外廓形狀與工件內孔母線的鏡相線近似；設計模具，使模具刃口直徑Dm與坯料最大直徑Dtl之間滿足Dtl -Dm=(0.14-0.18)Dm;然後在模具中擠壓坯料。該技術實質上是把坯料外徑上突出部位的坯料擠到內徑上。該擠壓過程是剛塑性變形，金屬變形能力遠不如液體擠壓；坯料表面形狀需根據內孔形狀仿形銑出，不適合批量生產，成本當然很高；內孔處於自由變形狀態，因此內孔精度、表面粗糙度都難以控制。
【發明內容】
[0004]本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種厚壁細長變截面內孔液力擠壓裝置及方法，用高壓液體擠壓空心毛坯，能夠實現機械加工方法無法達到的細長內孔變截面結構。
[0005]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0006]本發明涉及一種厚壁細長變截面內孔液力擠壓裝置，包括:由上而下依次設置於充滿液態介質的壓力容器內的柱塞、定位套、錐形凹模和背壓頂杆。
[0007]所述的壓力容器的內部依次設有用於設置柱塞和定位套的內孔和用於設置錐形凹模的內臺階孔，其中:內臺階孔的內徑大於內孔的內徑。
[0008]所述的柱塞為迴轉體結構，其上端面通過法蘭與壓機上滑塊的底平面固定連接並隨壓機上滑塊同步運動，其側面與壓力容器的內孔為滑配合，即動配合(內孔的實際尺寸大於柱塞的實際尺寸所組成的配合)，當柱塞向下運動時，對壓力容器中液體施壓。
[0009]所述的柱塞端部設有密封圈以防止高壓油從柱塞和壓力容器之間洩露。
[0010]所述的定位套為空心圓柱體結構，其外壁與壓力容器的內孔為靜配合(定位套的外壁的實際尺寸大於壓力容器的內孔的實際尺寸所組成的配合)，可容許坯料在內孔滑動。
[0011]所述的錐形凹模由YG3硬質合金製成，其外壁與壓力容器的內臺階孔為靜配合。
[0012]所述的錐形凹模的上端面沿外圓設有密封圈。
[0013]所述的錐形凹模的凹模錐角2 α及凹模內逕取決於工件變形壁厚比值AS/S和變形程度ε，凹模錐角2 α範圍優選為20°?45°。[0014]所述的液態介質優選為抗磨液壓油YB32 - 68。
[0015]所述的壓機的輸出力優選為4000kN。
[0016]本發明涉及上述內孔液力擠壓裝置的厚壁變截面內孔液力擠壓方法，通過將空心毛坯安放在帶有定位套的壓力容器內的錐形凹模上，通過定位套實現中心定位；然後向壓力容器中注入液態介質，並通過柱塞下壓以增加介質壓力；在變形過程中，高壓液體作用到上述內孔液力擠壓裝置的定位套、錐形凹模以及毛坯上，促使對毛坯壁建立均勻壓力。
[0017]所述的下壓採用入口角2α =20?45°的模具進行擠壓，具體由以下兩個階段組成:
[0018]I)在2α =45°凹模擠壓時，第一階段壓力P1 = 760MPa，歷時30秒；第二階段壓力 P2 = 920MPa，歷時 3O 秒；
[0019]2)在2α =20°凹模擠壓時，第一階段壓力P1 = 700MPa，歷時30秒；第二階段壓力 P2 = 820MPa，歷時 3O 秒。
[0020]所述的下壓優選在完成後將半成品的前端切除，或在其末端鑽成孔，製成不同用途零件，如高壓油管，燃氣噴嘴等。
技術效果
[0021]與現有技術相比，本發明所製成的厚壁細長孔填補了該領域技術的空白，製備得到的零件孔有精確幾何形狀，與毛坯表面一樣有光潔內表面，沒有摺疊和顯微裂紋。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為毛坯的形狀和尺寸示意圖；
[0023]圖中:a毛坯、b變形後的零件。
[0024]圖2為在液壓裝置上液體擠壓毛坯裝置示意圖；
[0025]圖中:a為整體結構示意圖；b為圖a局部放大示意圖；S為壓力、I柱塞、2容器、3左側未擠壓毛坯、4定位套、5錐形凹模、6右側擠壓後半成品、7背壓頂杆。
[0026]圖3為實施例工藝過程示意圖；
[0027]圖中:a毛坯、b變形後半成品、c切去底部形成新零件、d鑽孔後形成的新零件。
[0028]圖4為液體壓力與變形程度關係示意圖；
[0029]圖中:1為 2α =20。、2 為 2α =45。。
[0030]圖5為相對壁厚與變形程度的關係不意圖；
[0031]圖中:1為 2α =45。、2 為 2α =20。。
【具體實施方式】
[0032]下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
實施例1
[0033]本實施例是在5ΜΝ裝有專用裝置的雙動液壓擠壓機上進行的，液力擠壓裝置如圖2所示。
[0034]本實施例採用50鋼製空心毛坯(如圖3中a所示)，該空心毛坯由軋材經機械加工後的尺寸(mm)為=D1 = 32,d = 10 ；D2 = 36,1 = 45，L = 55，其中=D11D2, d, L, I, S1, S21F1和F2分別對應毛坯的第一和第二圓柱體段的外徑、毛坯長度、孔的長度、壁厚和毛坯第一段及第二段橫截面積。
[0035]毛坯變形前退火規範:加熱到850°C，保溫1.5h，隨後空冷；去除氧化皮後磷化處理，表面塗以蜂蠟基潤滑材料和MoS2。在有規定變形程度的毛坯液壓擠壓時，零件的外徑由錐形凹模口工作帶內徑確定，內孔逕取決於變形條件下的壁厚值。相對壁厚值△ s/s取決於毛坯材料變形程度ε及錐形凹模口錐角2α。
[0036]如圖2所示，本實施例涉及的擠壓裝置包括:由上而下依次設置於充滿液態介質的壓力容器2內的柱塞1、定位套4、錐形凹模5以及背壓頂杆7。通過將空心毛坯3a安放在壓力容器2內錐形凹模5上，並藉助於定位套4定中心。然後向容器中注入計算好的液體量，柱塞I壓向液體並使容器內液體壓力增加。在壓力達到必須值P1時毛坯下半段被擠入凹模內開始變形，壓力繼續升高到P2，位於上半段的毛坯開始變形，形成半成品6。實施結果數據分別列於表1和表2。
[0037]表1在液壓裝置中，50鋼坯擠壓結果
【權利要求】
1.一種厚壁細長變截面內孔液力擠壓裝置，其特徵在於，包括:由上而下依次設置於充滿液態介質的壓力容器內的柱塞、定位套、錐形凹模以及背壓頂杆； 所述的壓力容器的內部依次設有用於設置柱塞和定位套的內孔和用於設置錐形凹模的內臺階孔，其中:內臺階孔的內徑大於內孔的內徑； 所述的柱塞側面與壓力容器的內孔為動配合； 所述的定位套外壁與壓力容器的內孔為靜配合； 所述的錐形凹模外壁與壓力容器的內臺階孔為靜配合。
2.根據權利要求1所述的厚壁細長變截面內孔液力擠壓裝置，其特徵是，所述的柱塞為迴轉體結構，其上端面通過法蘭與壓機上滑塊的底平面固定連接並隨壓機上滑塊同步運動，當柱塞向下運動時，對壓力容器中液體施壓。
3.根據權利要求1或2所述的厚壁細長變截面內孔液力擠壓裝置，其特徵是，所述的柱塞端部設有密封圈以防止高壓油從柱塞和壓力容器之間洩露。
4.根據權利要求1所述的厚壁細長變截面內孔液力擠壓裝置，其特徵是，所述的錐形凹模由YG3硬質合金製成。
5.根據權利要求1所述的厚壁細長變截面內孔液力擠壓裝置，其特徵是，所述的錐形凹模的上端面沿外圓設有密封圈。
6.根據權利要求1或4或5所述的厚壁細長變截面內孔液力擠壓裝置，其特徵是，所述的錐形凹模的凹模錐角2 α為20°?45°。
7.一種根據上述任一權利要求所述內孔液力擠壓裝置的厚壁變截面內孔液力擠壓方法，其特徵在於，通過將空心毛坯安放在帶有定位套的壓力容器內的錐形凹模上，通過定位套實現中心定位；然後向壓力容器中注入液態介質，並通過柱塞下壓以增加介質壓力；在變形過程中，高壓液體作用到上述內孔液力擠壓裝置的定位套、錐形凹模以及毛坯上，促使對毛坯壁建立均勻壓力。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵是，所述的下壓具體由以下兩個步驟組成: 1)在2α=45°凹模擠壓時，第一階段壓力P1 = 760MPa，歷時30秒；第二階段壓力ρ2=920MPa，歷時 30 秒； 2)在2α=20°凹模擠壓時，第一階段壓力P1 = 700MPa，歷時30秒；第二階段壓力p2=820MPa，歷時 30 秒。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵是，下壓完成後將半成品的前端切除，並在其末端鑽成孔，製成高壓管。
10.一種高壓管，其特徵在於，根據權利要求9所述方法製備得到。
【文檔編號】B21C23/02GK103978061SQ201410201714
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月14日 優先權日:2014年5月14日
【發明者】張暉, 費寧忠, 孫華標, 王佳佳 申請人:上海保捷汽車零部件鍛壓有限公司