一種中碳低合金結構鋼的深孔擠壓成形工藝的製作方法

2023-04-30 22:50:01

專利名稱：一種中碳低合金結構鋼的深孔擠壓成形工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於金屬材料成型工藝領域，涉及一種中碳低合金結構鋼的深孔擠壓成形 工藝。
背景技術：
中碳低合金結構鋼包括40Cr、42CrMo、40MnB、40CrMnMo、35 CrMo、35CrMnSi、40CrV 等。目前，這類材質的空心件的擠壓成形方法主要有反擠壓，如圖1所示；正擠壓，如圖2所 示；正反擠壓同時進行的複合擠壓。由於這類材質的金屬變形抗力較大，受模具強度及結構 的限制，擠壓成形金屬坯料的溫度高於800°C，屬於熱擠壓，而且，空心件內孔的表面質量較 差，擠壓成形對金屬組織及其力學性能的改善也不明顯；同時，在擠壓成形過程中金屬變形 抗力會對衝頭或芯軸產生一偏心力，迫使衝頭或芯軸偏離坯料的中心。因此，要求衝頭具有 較高的剛性，模座及設備的導向剛性、精度要求較高，擠壓空心件的壁厚差較大，達到2 - 4 毫米，而且擠孔深度越大，壁厚差越大，因此，擠孔的深度也受到限制，通常孔深與孔徑之比 小於5。由於無法解決擠壓成形過程中存在的兩個問題第一、金屬的變形抗力大；第二、 金屬變形抗力對衝頭形成偏心力。因此，現有的擠壓成形方法反擠壓、正擠壓和複合擠壓難 以加工孔深與孔徑之比大於5的空心件，由於，上述兩個問題都與金屬的變形方法有關，而 不同的金屬變形方法遵循不同的金屬流動規律，其變形抗力的大小及變形抗力的分布也是 不同的，反擠壓的變形抗力約為正擠壓變形抗力的60 %。由此可見，設計出一種降低擠壓成 形過程中金屬的變形抗力和減小金屬變形抗力對衝頭形成的偏心力的擠壓成形工藝，用於 擠壓成形孔深與孔徑之比大於5的空心件，解決細長空心杆件的擠壓成形問題顯得尤為必 要。

發明內容
本發明的目的就是要提供一種降低擠壓成形過程中金屬的變形抗力和減小金屬 變形抗力對衝頭形成的偏心力的中碳低合金結構鋼的深孔擠壓成形工藝，用於擠壓成形孔 深與孔徑之比大於5的空心件，解決細長空心杆件的擠壓成形問題。本發明是這樣實現的金屬坯料置於內壁有臺階的筒形凹模內，筒形凹模內壁的 形狀尺寸與擠壓工件的外形的形狀尺寸對應，衝頭直徑小於凹模直徑，凹模直徑與衝頭直 徑之差的二分之一為擠壓工件的壁厚，當衝頭向下擠壓時，坯料的上端保持不動，坯料的下 端沿凹模筒壁向下擠出，根據深孔成形的要求採用一根或多根衝頭擠壓。將擠壓成形的坯料分成A、B、C三個區A區為不變形區，其位置保持不變；B區為 變形區；C區為剛性下移區。衝頭軸心線處的變形區的軸向寬度為零，從軸心線沿徑向，變 形區的軸向寬度逐漸變寬，在衝頭外圓表面處達到最寬，在衝頭橫截面上軸向變形抗力的 分布是衝頭軸心處變形抗力最小，沿徑向逐漸變大，在衝頭外圓表面處達到最大，當衝頭 周圍金屬坯料的壁厚均勻時，由於軸心線處的金屬變形抗力最小，衝頭將沿坯料的中心向下擠壓；當衝頭周圍金屬坯料的壁厚不均勻時，由於金屬流動的方向與衝頭的擠壓方向相 同，較薄的一邊金屬流動較劇烈、成形溫度也較低，較薄一邊金屬坯料會形成較大的徑向變 形抗力迫使衝頭向較厚的一邊移動，因此，在擠壓成形的過程中，衝頭始終會受到由金屬變 形抗力形成的向心力，迫使衝頭沿坯料的中心向下擠壓。在擠壓成形的過程中，金屬變形抗力比反擠壓、正擠壓都要小，為反擠壓的66%， 為正擠壓的40% ；上述深孔擠壓成形方法在擠壓成形過程中衝頭始終會受到由變形抗力形成的向 心力，使衝頭不偏離坯料中心。這樣一來，擠壓成形過程對衝頭的剛性要求降低，衝頭的外 形尺寸可以更細長，即衝孔的深度與孔徑之比可以更大，當採用一根衝頭擠壓時，可以擠壓 成形孔深與孔徑之比大於6的空心杆件，當採用多根衝頭擠壓時，可以擠壓成形孔深與孔 徑之比大於10的空心杆件，擠壓工件的壁厚大於5毫米。另外，擠壓成形過程對模座及擠 壓成形設備的導向剛性要求降低，這樣一來，可以簡化模座及擠壓成形設備的結構。上述深 孔擠壓成形方法的金屬變形抗力比反擠壓、正擠壓大幅度降低，擠壓成形溫度可以低於共 析轉變溫度723°C，即可以進行溫擠壓，溫擠壓可以顯著地改善金屬的組織結構及其力學性 能，擠壓成形後材料的強度與調質熱處理的強度相同，擠壓成形後材料的韌性大於調質熱 處理的韌性；擠壓成形後材料的內孔表面粗糙度為3. 2…1. 6，孔徑公差為士0. 2毫米，空 心件的壁厚也較均勻，孔壁厚差小於1. 5毫米。本發明具體的擠壓成形過程是這樣的首先，衝頭、凹模、初始坯料的尺寸一及 其之間的關係應滿足以下成形條件如圖9所示，設衝頭直徑為d，坯料初始長度Ll為 (1.5…6)d;坯料的初始直徑與凹模上部內徑Dl相同，坯料的初始直徑的尺寸範圍為大 於d+10毫米，小於2d，即d+10毫米< Dl 5毫米；凹模內壁下一級臺階口徑D2與衝頭之間應有一環形間隙，其環形 間隙的單邊寬度應大於1毫米，小於0.4d，S卩1毫米 0. 39d2 ；衝頭的頭部形狀為15° 錐面，衝頭的頭部最前端為圓弧面，衝頭的頭部長度應為(0.8…l)d0優選為衝頭直徑為d的尺寸範圍為18毫米至78毫米。將初始坯料放置於凹模內的臺階上，當衝頭對坯料施加一向下的壓力時，凹模內 的臺階也對坯料施加一向上的反作用力。由於衝頭與凹模臺階之間有一環形間隙，衝頭 的作用力與凹模臺階的反作用力之間也有一環形間隙，位於該環形間隙區間內的金屬坯料 (如圖6所示的B區)受到一對上下剪切力的作用而向下流動，而處於該環形區外側的金 屬坯料(如圖6所示的A區)為不變形區，因其受到凹模臺階的支撐而保持不動。在環形 區的芯部有一形狀呈圓錐體的金屬坯料(如圖6所示的C區)，該圓錐體的中心線與整個 坯料的中心線(即凹模的中心線)重合，其頂點位於衝頭前端圓弧面的頂點，其底面為臺 階內圓口，直徑為D1，這部分金屬坯料也是不變形區，隨衝頭剛性下移。隨著衝頭的向下移 動，該圓錐體的高度變小，同時圓錐體的底部從臺階口部沿內模壁向下擠出，這時的剛性下 移區由圓錐體和位於臺階下方的圓柱體組成(如圖7所示的B區)，該圓柱體的直徑為D2, 與相接觸的內模壁直徑相同。由於坯料的上端保持不動，因此坯料上端已擠出孔的空腔體 積與凹模臺階口部下方擠出的圓柱體的體積相等(根據擠壓過程中坯料整體體積不變的 原理推算)，由此可推算出衝頭下移長度與與凹模臺階口部下方圓柱體的擠出長度之間的關係，即L2 = (cf/D/)!^，其中L1為坯料的初始長度，也是衝頭對第一個臺階擠壓過程的下 行長度，根據這一公式可以計算出某一設定長度的初始坯料所擠出的圓柱體的長度，這個 擠出長度也就是凹模內腔第一個臺階與第二個臺階的軸向長度，從而據此確定第二個臺階 的位置。如圖8所示，L2為凹模第一個臺階與第二個臺階之間的軸向長度，也是衝頭對第二 個臺階擠壓過程的下行長度，衝頭對凹模內第二個臺階的擠壓過程的成形條件與上述第一 個臺階的成形條件相同。衝頭對凹模內多個臺階的擠壓過程可以分解為衝頭對每一臺階的 擠壓過程，所擠出的孔的長度等於所在臺階上擠壓坯料的長度，而衝頭對每一臺階的擠壓 過程的成形條件是相同的，上一臺階擠出的圓柱體即是下一臺階擠壓的坯料，如此循環。由 於本發明所要求的擠壓成形條件中，衝頭與臺階內口有一環形間隙，衝頭直徑小於臺階內 口直徑，因此，根據擠壓過程中坯料整體體積不變的原理推算，每次擠出的圓柱體的長度總 是小於上一個臺階擠壓的坯料長度，也就是說，每一次在坯料上擠出的孔的長度總是小於 上一個臺階所擠出的孔的長度，在凹模內最後一個臺階的擠壓過程完成後所擠出的圓柱體 (實心)就是擠壓工件的尾部。當使用一根衝頭連續完成對坯料的擠壓過程時，由於本發明 的成形條件中要求「衝頭與凹模上部內徑的單邊間隙大於5毫米」，因此，第一個臺階擠壓 的衝頭與第一個臺階口部的單邊間隙應大於5n(毫米)，n為凹模內臺階的數 量，η越大，第 一個臺階擠出的圓柱體的橫截面積越大，其長度越短。當η > 3時，即當第一個臺階擠壓的 衝頭與第一個臺階口部的單邊間隙大於15毫米時，根據擠壓過程中坯料整體的體積不變 的原理推算，第一個臺階擠出的圓柱體的長度會小於1.5d，由於本發明的成形條件中要求 擠壓坯料的長度應為(1.5…6)d(衝頭直徑)，因此，這個長度的坯料不宜進行下一次擠壓， 因此，當使用一根衝頭連續完成對坯料的擠壓過程時，其凹模內只能設置二個臺階，由同一 根衝頭在同一凹模內對二個臺階連續進行二個擠壓過程，圖6、圖8、圖9分別表示第一個臺 階擠壓的初始狀態及第一、二臺階的擠壓過程完成時的狀態。這樣擠出來的工件的內孔上 下段直徑一致，其孔深與孔徑之比大於6，即(LJL2)M >6。當使用多根衝頭完成對坯料 的擠壓過程時，由於下一臺階的擠壓衝頭直徑小於上一臺階的擠壓衝頭直徑，因此，擠壓衝 頭與凹模臺階內口直徑的單邊間隙不受「第一個臺階擠壓的衝頭與第一個臺階口部的單邊 間隙應大於5η毫米，η為凹模內臺階的數量」的條件限制，當衝頭對各臺階的擠壓能夠滿足 衝頭與凹模臺階口部內徑單邊間隙大於1毫米、小於5毫米的條件時，根據擠壓過程中坯料 整體的體積不變的原理推算，衝頭的橫截面積約為擠出的圓柱體橫截面積的70%…80%, 擠出的圓柱體長度比上一臺階的擠壓坯料長度縮短約20%…30%，也就是說，後一臺階的 擠壓坯料長度較上一臺階的擠壓坯料長度減短量較小，長度的縮短率為70%…80%。設長 度的縮短率為P，坯料的最大擠壓次數(即凹模的臺階數)為η，根據本發明成形條件「坯 料初始長度L1S (1.5^6)(1」的要求，則有6(11(11) = 1.5d(式中ρ(η)表示ρ的η次 冪)，η = IogpO. 25 (式中log表示對數符號，ρ為底數，0. 25為真數)，當ρ = 0. 75時，η值 取4，因此，凹模內最多可設置四個臺階。由四根直徑不同的衝頭依次在同一凹模的四個臺 階上自上而下分別完成對坯料的擠壓過程。當第一根衝頭向下擠壓到其前端圓弧頂點達到 凹模內第一個臺階的水平位置時，第一個擠壓過程完成；將第一根衝頭拔出，換上第二根衝 頭在同一凹模內的第二個臺階上對由第一次擠壓所擠出的圓柱體坯料進行擠壓，當第二根 衝頭向下擠壓到其前端圓弧頂點達到凹模內第二個臺階的水平位置時，第二個擠壓過程完 成；如此循環，直到完成第四個擠壓過程。從第一個擠壓過程到第四個擠壓過程，衝頭的直徑依次減小，第一個衝頭直徑最大，第四個衝頭直徑最小。衝頭的更換採用快速換模裝置自 動完成，一次換模時間只需2…3秒鐘，該裝置將另案申請專利。圖10、圖11、圖12、圖13、 圖14分別表示擠壓開始時的狀態及上述四個擠壓過程完成時的狀態。使用四根直徑不同 的衝頭在同一凹模內的四個臺階上依次完成四個擠壓過程，從第一次至第四次擠出孔的長 度分別是L」L2= (Cl1VD22)L1 ,L3= (d22/D32)L2、L4= (d32/D42)L3，擠壓工件尾部(實心圓柱 體)的長度L5 = (d42/D52)L4，其長度關係是=L1 > L2 > L3 > L4 > L5。採用多根衝頭擠出來 的工件內孔是有臺階的，自上而下各段內孔的直徑依次變小，其孔深與孔徑之比大於10，即 L1/d1+L2/d2+L3/d3+L4/d4 > 10。採用本發明 獲得的擠壓工件可以是成品零件，直接使用，也 可以再進行後續加工，如縮徑成形、切削加工等，因其與本發明無關，在這裡不作介紹。在本發明的擠壓成形過程中，由於衝頭對坯料施加的作用力與凹模臺階對坯料施 加的反作用力之間有一環形間距，處於該環形區內的金屬坯料受到一對剪切力的作用，因 此，其軸向流動應力大幅降低；由於衝頭下方中心處有一形狀呈圓錐體的不變形區隨衝頭 剛性下移，變形區的軸向寬度是這樣變化的衝頭軸心線處的變形區軸向寬度為零，從軸心 線沿徑向，變形區的軸向寬度逐漸變寬，在衝頭外圓表面處達到最寬。因此，坯料作用於衝 頭的變形抗力在衝頭橫截面上呈現這樣的分布在截面外圓處受力最大，各點的受力隨其 距圓心的距離的減小而變小，在截面圓心處受力最小。綜上所述，本發明能夠高質量地完成中碳低合金結構鋼孔深與孔徑之比大於10 的深孔擠壓成形。該項技術適用於細長空心杆件的擠壓成形，如汽車空心半軸的擠壓成形。本發明的有益效果在深孔擠壓成形過程中衝頭始終會受到由金屬變形抗力形 成的向心力，迫使衝頭不偏離坯料的中心；擠壓力比反擠壓、正擠壓都要小，約為反擠壓的 66%、正擠壓的40%，孔深與孔徑之比大，當使用一根衝頭進行深孔擠壓時擠孔深度與擠孔 直徑之比大於6、當使用多根衝頭進行深孔擠壓時擠孔深度與擠孔直徑之比大於10，孔壁 厚差小於1. 5毫米；可以在低於723°C (共析轉變溫度)的溫度下進行深孔溫擠壓成形，能 夠獲得比調質熱處理更好的強度和韌性的綜合機械性能。


圖1、現有技術的金屬反擠壓的變形原理示意圖。圖2、現有技術的金屬反擠壓時衝頭橫截面上軸向變形抗力的分布示意圖。圖3、現有技術的金屬正擠壓的變形原理示意圖。圖4、本發明金屬深孔擠壓的變形原理示意圖。圖5、本發明金屬深孔擠壓時衝頭橫截面上軸向變形抗力的分布示意圖。圖6、本發明一根衝頭具體擠壓成形過程第一臺階擠壓的初始狀態。圖7、本發明一根衝頭具體擠壓成形過程第一臺階擠壓進行中的狀態。圖8、本發明一根衝頭具體擠壓成形過程第一臺階擠壓完成時的狀態。圖9、本發明一根衝頭具體擠壓成形過程第二臺階擠壓完成時的狀態。圖10、本發明多根衝頭具體擠壓成形過程第一根衝頭對第一個臺階擠壓的初始狀 態。圖11、本發明多根衝頭具體擠壓成形過程第一根衝頭對第一個臺階擠壓完成時的 狀態。
圖12、本發明多根衝頭具體擠壓成形過程第二根衝頭對第二個臺階擠壓完成時的 狀態。圖13、本發明多根衝頭具體擠壓成形過程第三根衝頭對第三個臺階擠壓完成時的 狀態。圖14、本發明多根衝頭具體擠壓成形過程第四根衝頭對第四個臺階擠壓完成時的 狀態。圖15、本發明實施例1擠壓前的毛坯圖。圖16、本發明實施例1深孔擠壓第一工步圖。圖17、本發明實施例1深孔擠壓第二工步圖。圖18、本發明實施例2擠壓前的毛坯圖。圖19、本發明實施例2深孔擠壓第一工步圖。圖20、本發明實施例2深孔擠壓第二工步圖。圖21、本發明實施例2深孔擠壓第三工步圖。圖22、本發明實施例2深孔擠壓第四工步圖。圖1中衝頭1，金屬坯料2，凹模3，上、下箭頭表示衝頭和金屬坯料的運動方向。圖2中曲線4表示軸向變形抗力的分布、FmaX、Fmin分別表示最大和最小變形抗 力。圖3中衝頭5、金屬坯料6、凹模7、向下的箭頭表示衝頭和金屬坯料的運動方。圖4中衝頭8、金屬坯料9、凹模10、向下的箭頭表示衝頭和金屬坯料的運動方。圖5中曲線11表示軸向變形抗力的分布、Fmax, Fmin分別表示最大和最小變形 抗力。圖6中衝頭12，坯料13，凹模14，第一個臺階15，第二個臺階16，上、下箭頭表示 衝頭和金屬坯料的運動方向。圖7中上、下箭頭表示衝頭和金屬坯料的運動方向。圖8中上、下箭頭表示衝頭和金屬坯料的運動方向。圖10中第一根衝頭17，坯料21，凹模22，第一個臺階23，第二個臺階24，第三個 臺階25，第四個臺階26，上、下箭頭表示衝頭和金屬坯料的運動方向。圖12中第二根衝頭18。圖13中第三根衝頭19。圖14中第四根衝頭20。圖16中第一個臺階27。圖17中第二個臺階28。圖19中第一個臺階29。圖20中第二個臺階30。圖21中第三個臺階31。圖22中第四個臺階32。
具體實施例方式通過下面的實施例可以對本發明進行進一步的描述，然而，本發明的範圍並不限於下述實施例。實施例1材質為42CrMo的空心杆件的深孔擠壓工步圖圖15表示擠壓前的毛坯，棒料直徑62豪米、長度160毫米；圖16表示深孔擠壓第一工步圖，衝頭直徑40毫米，衝頭工作部分長度(與坯料相接觸部分長度)160毫米，第一 工步的擠孔直徑40毫米、擠孔深度160毫米；圖17表示深孔擠壓第二工步圖，擠壓坯料位 於第一臺階與第二臺階之間，坯料直徑57毫米，坯料長度81. 6毫米，衝頭直徑40毫米，衝 頭工作部分長度(與坯料相接觸部分長度)241毫米，第二工步的擠孔直徑40毫米、擠孔深 度241毫米。第一、第二工步金屬坯料置於同一凹模中，筒形凹模內壁的形狀尺寸與擠壓工 件的外形的形狀尺寸相同，使用同一根衝頭連續完成深孔擠壓成形過程。該空心杆件的孔 深與孔徑之比為6。實施例2材質為40Cr的空心杆件的深孔擠壓工步圖圖18表示擠壓前的毛坯圖，棒料直徑80豪米、長度248毫米；圖19表示深孔擠壓 第一工步圖，衝頭直徑62毫米，衝頭工作部分長度(與坯料相接觸部分長度)248毫米，第 一工步的擠孔直徑62毫米、擠孔深度248毫米，孔深與孔徑之比值為4 ；圖20表示深孔擠 壓第二工步圖，擠壓坯料位於第一臺階與第二臺階之間，坯料直徑70毫米，坯料長度194. 6 毫米，衝頭直徑54毫米，衝頭工作部分長度(與坯料相接觸部分長度)230毫米，第二工步 的擠孔直徑54毫米、擠孔深度194. 6毫米，孔深與孔徑之比值為3. 6 ；圖21表示深孔擠壓 第三工步圖，擠壓坯料位於第二臺階與第三臺階之間，坯料直徑61毫米，坯料長度152. 5毫 米，衝頭直徑45毫米，衝頭工作部分長度(與坯料相接觸部分長度)176毫米，第三工步的 擠孔直徑45毫米、擠孔深度152. 5毫米，孔深與孔徑之比值為3. 4 ；圖22表示深孔擠壓第四 工步圖，擠壓坯料位於第三臺階與第四臺階之間，坯料直徑51毫米，坯料長度118. 7毫米， 衝頭直徑35毫米，衝頭工作部分長度(與坯料相接觸部分長度)136毫米，第三工步的擠孔 直徑35毫米、擠孔深度118. 7毫米，孔深與孔徑之比值為3. 4 ；上述四個擠壓工步的擠壓坯 料置於同一內腔帶有四個臺階(其各個臺階的直徑與長度與上述相應工步圖相同)的凹模 內，通過置換衝頭，分別由上述四個工步的衝頭完成深孔擠壓成形。該空心杆件的孔深與孔 徑之比值為上述四個工步孔深與孔徑之比值的總和，其比值為14. 4。
權利要求
一種中碳低合金結構鋼的深孔擠壓成形工藝，金屬坯料置於內壁有臺階的筒形凹模內，筒形凹模內壁的形狀尺寸與擠壓工件的外形的形狀尺寸對應，衝頭直徑小於凹模直徑，凹模直徑與衝頭直徑之差的二分之一為擠壓工件的壁厚，當衝頭向下擠壓時，坯料的上端保持不動，坯料的下端沿凹模筒壁向下擠出，根據深孔成形的要求採用一根或多根衝頭擠壓，其特徵在於衝頭、凹模、初始坯料的尺寸及其之間的關係應滿足以下條件設衝頭直徑為d，坯料初始長度L1為(1.5∽6)d；坯料的初始直徑與凹模上部內徑D1相同，坯料的初始直徑的尺寸範圍為大於d+10毫米，小於2d，即d+10毫米＜D1＜2d；衝頭與凹模上部內徑的單邊間隙大於5毫米，即(D1-d)/2＞5毫米；凹模內壁下一級臺階口徑D2與衝頭之間應有一環形間隙，其環形間隙的單邊寬度應大於1毫米，小於0.4d，即1毫米＜(D2-d)/2＜0.4d；凹模內壁下一級臺階的環形面積應大於衝頭橫截面積的39％，即D12-D22＞0.39d2；衝頭的頭部形狀為15°錐面，衝頭的頭部最前端為圓弧面，衝頭的頭部長度應為(0.8∽1)d。
2.根據權利要求1所述的一種中碳低合金結構鋼的深孔擠壓成形工藝，其特徵是所 述衝頭直徑d的尺寸範圍為18毫米至78毫米。
3.根據權利要求2所述的一種中碳低合金結構鋼的深孔擠壓成形工藝，其特徵是衝 頭下移長度與凹模臺階口部下方圓柱體的擠出長度之間的關係為L2 = (cf/D/)!^，其中k 為坯料的初始長度，也是衝頭對第一個臺階擠壓過程的下行長度，L2為凹模第一個臺階與 第二個臺階之間的軸向長度，也是衝頭對第二個臺階擠壓過程的下行長度，根據L2的長度 來確定第二個臺階的位置。
4.根據權利要求2或3所述的一種中碳低合金結構鋼的深孔擠壓成形工藝，其特徵是 當使用一根衝頭連續完成對坯料的擠壓過程時，其凹模內最多設置二個臺階，由同一根衝 頭在同一凹模內對二個臺階連續進行二個擠壓過程，這樣擠出來的工件的內孔上下段直徑 一致，其孔深與孔徑之比大於6，即(Li+U/d > 6。
5.根據權利要求2或3所述的一種中碳低合金結構鋼的深孔擠壓成形工藝，其特徵是 當使用多根衝頭完成對坯料的擠壓過程時，各衝頭對對應的臺階的擠壓需要滿足衝頭與凹 模臺階口部內徑單邊間隙大於1毫米、小於5毫米的條件，凹模內最多可設置四個臺階。
6.根據權利要求5所述的一種中碳低合金結構鋼的深孔擠壓成形工藝，其特徵是由 四根直徑不同的衝頭依次在同一凹模的四個臺階上自上而下分別完成對坯料的擠壓過程 當第一根衝頭向下擠壓到其前端圓弧頂點達到凹模內第一個臺階的水平位置時，第一個擠 壓過程完成；將第一根衝頭拔出，換上第二根衝頭在同一凹模內的第二個臺階上對由第一 次擠壓所擠出的圓柱體坯料進行擠壓，當第二根衝頭向下擠壓到其前端圓弧頂點達到凹模 內第二個臺階的水平位置時，第二個擠壓過程完成；如此循環，直到完成第四個擠壓過程； 從第一個擠壓過程到第四個擠壓過程，衝頭的直徑依次減小，第一個衝頭直徑最大，第四個 衝頭直徑最小；使用四根直徑不同的衝頭在同一凹模內的四個臺階上依次完成四個擠壓過程，從第一 次至第四次擠出孔的長度分別是七丄2= (d12/D22)Lia3= (d22/D32)L2、L4= (d32/D42)L3，擠 壓工件尾部即實心圓柱體的長度L5 = (d42/D52)L4，其長度關係是、> L2 > L3 > L4 > L5 ； 採用多根衝頭擠出來的工件內孔是有臺階的，自上而下各段內孔的直徑依次變小，其孔深 與孔徑之比大於10，即L1/D1+D2/D2+L3/D3+L4/D4 > 10。
7.根據權利要求2或3所述的一種中碳低合金結構鋼的深孔擠壓成形工藝，其特徵是擠壓成形過程中，由於衝頭對坯料施加的作用力與凹模臺階對坯料施加的反作用力之 間有一環形間距，處於該環形區內的金屬坯料受到一對剪切力的作用，因此，其軸向流動應 力大幅降低；由於衝頭下方中心處有一形狀呈圓錐體的不變形區隨衝頭剛性下移，變形區 的軸向寬度是這樣變化的衝頭軸心線處的變形區的軸向寬度為零，從軸心線沿徑向，變形 區的軸向寬度逐漸變寬，在衝頭外圓表面處達到最寬，因此，坯料作用於衝頭的變形抗力在 衝頭橫截面上呈現這樣的分布在截面外圓處受力最大，各點的受力隨其距圓心的距離的 減小而變小，在截面圓心處受力最小；所述深孔擠壓成形工藝獲得的擠壓工件可以是成品零件，直接使用，也可以再進行後 續加工，如縮徑成形和切削加工。
全文摘要
本發明屬於金屬材料成型領域，涉及一種中碳低合金結構鋼的深孔擠壓成形工藝，當衝頭向下擠壓時，坯料的上端保持不動，坯料的下端沿凹模筒壁向下擠出，根據深孔成形的要求採用一根或多根衝頭擠壓，衝頭、凹模、初始坯料的尺寸及其之間的關係應滿足以下成形條件設衝頭直徑為d，坯料初始長度L1為(1.5∽6)d；坯料的初始直徑與凹模上部內徑D1相同，坯料的初始直徑的尺寸範圍為大於d+10毫米，小於2d；衝頭與凹模上部內徑的單邊間隙大於5毫米；凹模內壁下一級臺階口徑D2與衝頭之間應有一環形間隙，其環形間隙的單邊寬度應大於1毫米，小於0.4d；凹模內壁下一級臺階的環形面積應大於衝頭橫截面積的39％；衝頭的頭部形狀為15°錐面，衝頭的頭部最前端為圓弧面，衝頭的頭部長度應為(0.8∽1)d。本發明能夠獲得比調質熱處理更好的強度和韌性的綜合機械性能。
文檔編號B21C25/02GK101829696SQ20101013987
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月6日 優先權日2010年4月6日
發明者鄧曉光 申請人:鄧曉光