專利名稱：一種內孔具有臺階的套筒零件的加工模具及其方法
一種內孔具有臺階的套筒零件的加工模具及其方法本發明涉及一種內孔具有臺階的套筒零件的加工模具及其方法，屬于機械制造中的金屬塑性成形工藝技術領域。
背景技術：
內孔具有臺階的套筒零件是汽車、摩托車及其它各種機器中一類十分常見而又重要的結構連接件；這類零件經常用于裝配軸承或連接其它零件，這類零件既要求結構緊湊、 重量輕，又要求滿足結構強度、力學性能的特定要求，對整部機器的穩定運轉有著重要的意義。內部具有臺階結構的套筒零件的傳統加工方法是采用棒材作坯料，通過機械加工切除多余金屬材料來實現，這種方法浪費了大量原材料和加工工時效率低。

發明內容
針對現有技術存在的不足，本發明公開了一種內孔具有臺階的套筒零件的加工模具及其方法，從而減少切削用量，提高材料的利用率，延長模具壽命。為了解決上述技術問題，本發明一種內孔具有臺階的套筒零件的加工模具，包括凹模、上凸模、下凸模、頂件套，其特征在于所述的凹模內部帶有等直徑且上下貫通的模腔，所述的下凸模包括頂桿和導向軸和上凸模包括頂桿和導向軸，所述導向軸分別位于頂桿頂部，所述頂桿尾部套有頂件套；所述帶有導向軸端的下凸模和上凸模分別從凹模兩端伸入凹模模腔，所述導向軸的直徑小于位于凹模模腔內待加工管還的內徑，所述凹模模腔內徑與待加工管坯的外徑相適應；所述頂件套封住凹模模腔下端口。本發明另一個要解決的問題，一種利用權利要求I所述的模具加工內孔具有臺階的套筒零件的方法，其步驟如下
步驟I :將管坯放入凹模模腔內，所述下凸模和上凸模的導向軸分別插入管坯內孔，根據管坯和插入凹模模腔頂桿的體積，設定由管坯擠壓的套筒零件上、下臺階的長度；
步驟2 :外力通過所述頂桿尾部施加軸向壓力，使下凸模和上凸模相互接近，擠壓管坯，使管坯的金屬材料進入頂桿與凹模模腔內壁的間隙直至形成設定尺寸的內上、下臺階的套筒零件；
步驟3 :上凸模回程，頂件套通過下凸模向上頂出由管坯加工成的套筒零件，并用復合刀具或普通鏜刀對所述套筒零件的內上、下臺階根部和端面進行機加工。采用本發明內孔具有臺階的套筒零件的加工模具，因可以直接進行套筒零件冷擠壓，此裝置結構簡單，操作方便，提高材料的利用率，延長加工裝置壽命。采用這樣的方法后，能夠使管材內部直接形成臺階結構，得到與工件形狀更加接近的冷擠壓零件，再用復合定制刀具進行少量的機械精切削加工，即可得到合格的零件，大大的節約了原材料，而且加工效率高，生產的零件內部組織致密，有更好的力學性能。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的說明。
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具體實施例方式圖I是是本發明加工內部具有臺階結構套筒零件的裝配剖視圖。一種內孔具有臺階的套筒零件的加工模具，包括凹模3、上凸模、下凸模、頂件套6，其特征在于所述的凹模 3內部帶有等直徑且上下貫通的模腔，所述的下凸模包括頂桿51和導向軸52，上凸模包括頂桿21和導向軸22，所述導向軸52、22分別位于頂桿51、21頂部，所述頂桿51尾部套有頂件套6 ;所述帶有導向軸端的下凸模和上凸模分別從凹模3兩端伸入凹模模腔，所述導向軸22、52的直徑小于位于凹模模腔內待加工管還的內徑,所述凹模模腔內徑與待加工管還的外徑相適應；所述頂件套6封住凹模模腔下端口。頂桿21、51直徑與管坯4加工后套筒零件的上、下臺階的直徑相適應。上凸模頂桿尾部的限流套用于控制管坯4在加工套筒零件時內上臺階長度。凹模模腔內徑比頂桿 21、51直徑至少大于10毫米。所述的頂桿21、51與其導向軸22、52分別由一錐臺連接， 所述的上凸模的錐臺半錐角a小于40°，所述的下凸模的錐臺半錐角小于所述上半錐角 10° 15°。所述的下凸模和上凸模的導向軸的直徑小于管坯4的內徑1-3毫米，導向軸與管坯4內徑之間留有圓環狀間隙，用于存儲上凸模下壓過程中沿徑向向中心流動的少量的金屬材料。所述的頂桿21直徑比導向軸22直徑至少大于8毫米；所述的頂桿51直徑比導向軸52直徑至少大于8毫米
上凸模的作用主要是在冷擠壓過程中傳遞向下的擠壓力，其頂桿頂端的導向軸直徑小于管坯4內徑，所述導向軸與管坯4內徑之間留有圓環狀間隙，用于存儲上凸模下壓過程中沿徑向向中心流動的少量的金屬材料。對于加工后的套筒零件為上下臺階等直徑的加工方法為首先，將管坯4放入凹模3模腔內，所述下凸模和上凸模的導向軸分別插入管坯4內孔，根據管坯4和插入凹模3 模腔頂桿的體積，設定由管坯4擠壓的套筒零件上、下臺階的長度；其次，外力以穩定的速度通過所述上凸模頂桿尾部施加軸向壓力進行反擠壓，使下凸模和上凸模相互接近，管坯4 作塑性變形，即管坯4的金屬材料沿凹模模腔內壁與上凸模頂桿之間的間隙向上流動，直至所述向上流動的金屬材料與限流套I接觸，形成套筒零件的內上臺階部分；再其次，外力以穩定的速度通過上凸模頂桿尾部繼續施加軸向壓力，進行正擠壓，即管坯4的金屬材料沿凹模模腔內壁與下凸模頂桿之間的間隙向下流動，直至所述向下流動的金屬材料與頂件套6接觸，形成套筒零件的內下臺階部分；最后，上凸模回程，頂件套6通過下凸模向上頂出由管坯4加工成的套筒零件如圖2所示，并用復合刀具或普通鏜刀對所述套筒零件的內上、 下臺階根部和端面進行機加工，得到上下臺階等直徑的套筒零件，如圖3所示。由于管坯4 加工后的套筒零件是一種依靠在模具的作用之下，迫使金屬材料體積轉移形成所需零件， 但總體積不變的塑性成形方法，所以管坯4的體積可以由加工后的套筒零件的體積計算而得，為了保證加工后的套筒零件下端面與內部臺階之間的距離達到要求，在確定管坯體積時要加上管坯下端面有2 3毫米的機加工余量。裝配時先將頂件套6，下凸模以及凹模3固定在外部壓力機下模板，再把上凸模，限流套6固定在外部壓力機的上模板，此時上凸模與凹模3之間有一定距離，最后將管坯4裝入凹模3，管坯4的外徑要小于凹模內徑O. 5毫米。本發明所涉及的工藝及加工模具，既可以用于擠壓兩端壁厚相等的內部具有臺階結構的套筒零件，也可以用于加工上、下臺階非等直徑的套筒零件。如果用本發明加工成上、下臺階非等直徑的套筒零件如圖4所示，此時上凸模的頂桿直徑大于下凸模頂桿直徑。首先，將管坯4放入凹模3模腔內，所述下凸模和上凸模的導向軸分別插入管坯4 內孔；調整與下凸模相配合的頂件套6的位置，確定由管坯4擠壓成的套筒零件的下臺階之間的尺寸，其次，外力以穩定的速度通過上凸模頂桿尾部施加速度均勻軸向壓力，進行正擠壓，即管坯4的金屬材料沿凹模3模腔內壁與下凸模頂桿之間的間隙向下流動，直至所述向下流動的金屬材料與頂件套6接觸，形成套筒零件的內下臺階部分；再其次，外力通過所述上凸模頂桿尾部繼續施加速度均勻軸向壓力進行反擠壓，對所述凹模模腔內的管坯作塑性變形，即管坯4的金屬材料沿凹模模腔內壁與上凸模頂桿之間的間隙向上流動，形成套筒零件的內上臺階部分；最后，上凸模回程，頂件套6通過下凸模向上頂出由管坯4加工成上、下臺階壁厚不等的套筒零件，并用復合刀具或普通鏜刀對所述套筒零件的內上、下臺階根部和端面進行機加工，如圖4所示。由于管坯4加工后的套筒零件是一種依靠在模具的作用之下，迫使金屬材料體積轉移形成所需零件，但總體積不變的塑性成形方法，所以管坯 4的體積可以由加工后的套筒零件的體積計算而得，為了保證加工后的套筒零件下端面與內部臺階之間的距離達到要求，在確定管坯體積時要加上管坯4下端面有2 3毫米的機加工余量。本發明加工內部具有臺階結構套筒零件的裝置不光彌補了傳統切削加工工藝的不足之處，在擠壓過程中壓力均勻，特別在成形即將結束時擠壓力不會急劇上升，有利于裝置壽命的延長。由于導向軸22、52比較短，即使受偏心力的影響，也不會造成導向軸的折斷，同時較短的導向軸有利于方便裝配裝置的各個零件。本發明的加工方法為冷擠壓，而冷擠壓時金屬材料處于三向壓應力狀態，通過塑性變形的加工硬化，可以使材料內部組織更加致密，獲得比機加工更好的力學性能，可以大大提高零件的強度，發揮出了冷擠壓成形工藝特殊的優勢。
權利要求
1.一種內孔具有臺階的套筒零件的加工模具，包括凹模(3)、上凸模、下凸模、頂件套 (6)，其特征在于所述的凹模(3)內部帶有等直徑且上下貫通的模腔，所述的下凸模包括頂桿(51)和導向軸(52),上凸模包括頂桿(21)和導向軸(22),所述導向軸(52、22)分別位于頂桿(51、21)頂部，所述頂桿(51)尾部套有頂件套(6);所述帶有導向軸端的下凸模和上凸模分別從凹模(3 )兩端伸入凹模模腔,所述導向軸(22、52 )的直徑小于位于凹模模腔內待加工管坯的內徑，所述凹模模腔內徑與待加工管坯的外徑相適應；所述頂件套(6)封住凹模模腔下端口。
2.根據權利要求I所述的一種內孔具有臺階的套筒零件的加工模具，其特征在于所述頂桿(21)尾部帶有一個控制待加工管坯在加工時內上臺階長度的限流套(I)。
3.根據權利要求I或2所述的一種內孔具有臺階的套筒零件的加工模具，其特征在于 所述的頂桿(51)的直徑小于所述頂桿(21)。
4.根據權利要求3所述的一種內孔具有臺階的套筒零件的加工模具，其特征在于所述的頂桿(21)與導向軸(22 )和頂桿(51)與導向軸(52 )分別由一錐臺連接，所述上凸模的錐臺半錐角a小于40°，所述的下凸模的錐臺半錐角小于所述上半錐角10° 15°。
5.根據權利要求4所述的一種內孔具有臺階的套筒零件的加工模具，其特征在于所述的頂桿(21)直徑比導向軸(22)直徑至少大于8毫米；所述的頂桿(51)直徑比導向軸 (52)直徑至少大于8毫米。
6.根據權利要求5所述的一種內孔具有臺階的套筒零件的加工模具，其特征在于所述待加工的管坯的外徑比所述凹模(3)模腔內徑小于O. 5毫米。
7.根據權利要求6所述的一種內孔具有臺階的套筒零件的加工模具，其特征在于所述的下凸模和上凸模的導向軸的直徑小于待加工管還的內徑1-3毫米。
8.根據權利要求7所述的一種內孔具有臺階的套筒零件的加工模具，其特征在于所述凹模模腔內徑比所述頂桿(21、51)直徑至少大于10毫米。
9.一種利用權利要求I所述的模具加工內孔具有臺階的套筒零件的方法，其步驟如下步驟I :將管坯(4)放入凹模(3)模腔內，所述下凸模和上凸模的導向軸分別插入管坯(4)內孔，根據管坯(4)和插入凹模(3)模腔頂桿的體積，設定由管坯(4)擠壓的套筒零件上、下臺階的長度；步驟2 :外力通過所述頂桿(21)尾部施加軸向壓力，使下凸模和上凸模相互接近，擠壓管坯(4)，使管坯(4)的金屬材料進入頂桿(21、51)與凹模(3)模腔內壁的間隙直至形成設定尺寸的內上、下臺階的套筒零件；步驟3:上凸模回程，頂件套(6)通過下凸模向上頂出步驟2中由管坯(4)加工成的套筒零件，并用復合刀具或普通鏜刀對所述套筒零件的內上、下臺階根部和端面進行機加工。
10.根據權利要求9所述的一種加工內孔具有臺階的套筒零件的方法，其特征在于所述的設定由管坯(4)擠壓的套筒零件上、下臺階的長度通過頂桿(21)尾端套有限流套(I) 完成。
全文摘要
本發明涉及一種加工內部具有臺階結構套筒零件的裝置及其方法，包括凹模、上凸模、下凸模、限流套、頂件套，所述的凹模內部帶有等直徑的模腔，所述的下凸模和上凸模均包括一頂桿和一導向軸，所述的導向軸位于頂桿頂部，所述下凸模的頂桿尾部套有可以頂起下凸模在凹模模腔里向上運動的頂件套；所述上凸模的頂桿尾部帶有一個控制管坯在加工時內上臺階長度的限流套；所述帶有導向軸端的下凸模和上凸模分別從凹模兩端伸入凹模模腔，所述導向軸的直徑小于位于凹模模腔內管坯的內徑。采用本發明加工內部具有臺階結構套筒零件的裝置，因可以直接進行套筒零件進行冷擠壓，此裝置結構簡單，操作方便，提高材料的利用率，延長加工裝置壽命。
文檔編號B21C25/02GK102581056SQ201210060310
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月9日 優先權日2012年3月9日
發明者任家隆, 任近靜, 余建華, 劉曉飛, 管小燕 申請人:江蘇科技大學