薄壁内花键管的冷挤压成型工艺的制作方法

1.本发明涉及管材成型制作领域，具体涉及一种薄壁内花键管的冷挤压成型工艺。


背景技术：

2.目前，制作带内花键的管材时，其花键一般采用拉刀拉削的方式成形，其拉削花键的长径比极限一般不超过 6 倍，对于长径比较大的内花键管采用用拉刀拉削的方式显然很难甚至无法实现。如采用旋锻技术也可生产长径比比较大的花键管，但旋锻技术投资成本高，风险大，生产率低，不够实用。为了解决上述问题，申请号为2011102390817的中国专利公开了一种精密细长内花键管成形方法，包括以下步骤 ：选择合适规格的无缝钢管锯料、球化退火、车外圆校正、抛丸、磷皂化处理、将毛坯进行贯穿正挤、低温退火、抛丸、磷皂化处理、挤压内花键。在对毛坯进行贯穿正挤时，将毛坯放入正挤凹模中，然后上滑块带动筒上模芯和芯上模芯一同下行挤压，挤压时，毛坯材料沿着凹模刃带和芯上模芯向下流动变形，变形后，半成品的外径和内径都缩小，挤压至下死点时，上模回程，半成品留于凹模内，接着放入第二件产品挤压，由产品推挤产品，随后第一件产品便从凹模内挤出。在挤压内花键时，将半成品先放入液压机工作台面的凹模中，再把花键上模芯放入半成品中，然后上滑块下行，压杆压住花键上模芯一同下行，挤压终了时花键上模芯脱离产品，不再从挤压完的产品中退回，顶出时，产品、环形退料器和花键上模芯一同顶出凹模。
3.由上可知，采用挤压的方式制作内花键管时，需要两套模具，分别用于对毛坯正挤压，使管材挤压变长，最后再通过花键上模芯对半成品进行花键挤压。上述方式，正挤压和花键成型分别采用一套模具形成，模具成本高，制作工艺复杂。同时，只能对常规直筒状的管材进行花键成型，不能满足上下两端管径不一的内花键管制作。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种能够经过一次性挤压即能制作出上下两端管径不一，且成型精度高的模具。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种薄壁内花键管的冷挤压成型工艺，其特征在于，包括如下步骤：s1，下料，选取断面收缩率为30％-50％的无缝拉拔退火钢管进行下料；s2，对下料后的管材坯料进行磷化、皂化处理；s3，将磷皂化处理后的管材坯料放入预制的挤压模具内进行冷挤压，所述挤压模具包括上模芯和凹模，所述上模芯呈竖向设置，中部设有台阶，且台阶下具有上扩孔部和下花键成型部；在凹模中部设有一竖向设置并与上模芯相对应的成型孔，包括上成型孔和下成型孔，所述上成型孔的直径大于上扩孔部的直径，上成型孔直径大于下成型孔直径，且上成型孔与下成型孔之间通过一锥形面过渡；冷挤压时，先将管材坯料放入凹模的成型孔内，然后通过压力机控制上模芯下行，上模芯插入管材坯料的中空部内，并随着上模芯的持续下行，使上模芯的上扩孔部对管材坯料上端周向挤压，使得管材坯料孔径被扩大，直至上模芯上的台阶与坯料上端相抵，完成对坯料管材的扩孔；扩孔完成后，上模芯上的台阶面
推压扩孔后的管材坯料一同下移，并在下移过程中，管材坯料下端产生流动，长度变长，管材产生一定断面收缩，具体的，所述断面收缩率为30％-50％；同时，管材在台阶、锥形面以及下花键成型部的共同作用下，实现墩粗，并完成内花键挤压；s4，将挤压后的管材取出并根据产品尺寸对内花键管进行车削。这样，下料时采用具有较大断面收缩率的无缝拉拔退火钢管，可有效确保管材坯料在被挤压后，能够形成一定的挤压阻力，保证扩孔和镦粗能顺利进行，最终保证成品尺寸。采用一个挤压模具，即能一次性完成扩孔、墩粗和花键挤压成型，有效减少了挤压工序。凹模中部所设置的锥形面能够确保管材坯料初步放入时定位，不会下移，同时，还能够在上模芯挤压时，形成向上阻力，与上模芯上的台阶一起，对管材坯料上端墩粗，形成薄壁内花键管上端的厚壁。另外，在上模芯不断向下挤压过程中，锥形面能够很好地将管材材料引入下成型腔内，与上模芯的下花键成型部一起，对流动到下成型腔内的材料形成侧向挤压，实现收径和内花键成型。
6.进一步的，所述上模芯由上连接段和下成型段组成，所述下成型段由所述上扩孔部和下花键成型部组成，所述台阶位于上连接段和下成型段之间；上成型孔的轴向高度大于管材坯料的轴向高度，下成型孔的轴向高度大于管材坯料的轴向高度，下成型孔的轴向高度大于上模芯的轴向高度。这样，上模芯中部所设置的台阶能够形成对管材坯料的下推，确保管材坯料能够在上模芯的推动下进入到下成型孔内。上连接段上端与压力机相接，确保压力机能够直接作用于上模芯。而所设置的下成型段能够有效确保管材坯料被挤压后，下端的成型直径与待成型产品下端直径相对应，且内壁与上模芯一起，形成对管材的双向挤压。
7.进一步的，所述管材坯料的外径小于上成型孔的直径，大于下成型孔的直径，管材坯料的内孔直径大于下花键成型部的大径，小于上扩孔部的直径。这样，管材坯料能够放入凹模内，并在初始放入时，位于上成型孔内，在持续挤压后，将管材坯料向下推动，对管材坯料进行墩粗和内花键挤压。
8.进一步的，所述管材坯料的外径小于成品内花键管上端外径，大于成品内花键管下端外径。这样，该设置能够有效确保所选取的管材坯料在被挤压后，有效实现墩粗和内花键挤压。
9.进一步的，所述凹模的上成型腔和下成型腔的轴向长度均大于成型后内花键管对应成型段的轴向长度。这样，管材在挤压变形时，有足够的空间延伸，确保初步成型的产品长度大于产品预设长度。
10.进一步的，在凹模下还设有一与成型腔相对应的顶升杆，所述顶升杆能够在一液压气缸的带动下在轴向方向上下移动；当管材坯料完成挤压后，所述顶升杆即在液压气缸的带动下上升，并将冷挤压后的管材从凹模内顶出。这样，顶升杆能够在管材坯料被挤压成型后，通过顶升杆向上顶升后，将挤压后的型材挤压出凹模。
11.进一步的，在顶升杆的上端还设有一弹性垫片。这样，在顶升过程中，顶升杆与挤压成型后，不会硬接触，对成型产品具有较好的保护作用。
12.相比现有技术，本发明具有如下有益效果：1、坯料直接通过一次性冷加压后，即能实现扩孔、墩粗、收径和花键挤压成型这几道工序，挤压成型质量好，成型工艺简单。
13.2、所采用挤压模具主要由上模芯和凹模组成，结构简单，制作成本低。
14.3、挤压时，凹模中部所设置的锥形面能够确保管材坯料初步放入时定位，不会下移，同时，还能够在上模芯挤压时，形成向上阻力，与上模芯上的台阶一起，对管材坯料上端墩粗，形成薄壁内花键管上端的厚壁。另外，在上模芯不断向下挤压过程中，锥形面能够很好地将管材材料引入下成型腔内，与上模芯的下花键成型部一起，对流动到下成型腔内的材料形成侧向挤压，实现收径和内花键成型。
附图说明
15.图1为实施例中成型后薄壁内花键管的剖面结构示意图；图2为实施例中管材坯料扩孔、墩粗、收径及外花键挤压成型的挤压过程图；图3为实施例中挤压模具的结构示意图。
具体实施方式
16.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
18.下面结合附图对本技术作进一步说明。图1为所需制作的内花键管的剖视图，所制作产品的上端管壁厚度为3.5mm，下端带花键部分的壁厚为2.81mm，且上端管径大于下端，下端内壁设有长花键，花键轴向长度大，花键壁最薄处仅有1.62mm。
19.如图2所示，本实施例中的薄壁内花键管的冷挤压成型工艺如下：s1，下料，选取无缝拉拔退火钢管进行下料；s2，对下料后的管材坯料进行磷化、皂化处理；s3，将磷皂化处理后的管材坯料放入预制的挤压模具内进行冷挤压，所述挤压模具包括上模芯1和凹模2，所
述上模芯1呈竖向设置，中部设有台阶13，且台阶13下具有上扩孔部121和下花键成型部122（具体的，下花键成型部122由周向设置的多个）；在凹模2中部设有一竖向设置并与上模芯1相对应的成型孔，包括上成型孔21和下成型孔23，所述上成型孔21的直径大于上扩孔部121的直径，上成型孔21直径大于下成型孔23直径，且上成型孔21与下成型孔23之间通过一锥形面22过渡；冷挤压时，先将管材坯料放入凹模2的成型孔内，然后通过压力机控制上模芯1下行，上模芯1插入管材坯料的中空部内，并随着上模芯1的持续下行，使上模芯1的上扩孔部121对管材坯料上端周向挤压，使得管材坯料孔径被扩大，直至上模芯上的台阶13与坯料上端相抵，完成对坯料管材的扩孔；扩孔完成后，上模芯1上的台阶13推压扩孔后的管材坯料一同下移，并在下移过程中，管材坯料下端产生流动，长度变长，管材产生一定断面收缩，具体的，所述断面收缩率为30％-50％；同时，管材且在台阶13、锥形面22以及下花键成型部122的共同作用下，实现墩粗，并完成内花键挤压；s4，将挤压后的管材取出并根据产品尺寸对内花键管进行车削。这样，下料时采用一定规格的具有较大断面收缩率的无缝拉拔退火钢管，硬度在130-150hb，确保冷挤压时断面收缩率在30-50%，可有效确保管材坯料在被挤压后，能够形成一定的挤压阻力，保证扩孔和镦粗能顺利进行，最终保证成品尺寸。采用一个挤压模具，即能一次性完成扩孔、墩粗和花键挤压成型，有效减少了挤压工序。凹模中部所设置的锥形面能够确保管材坯料初步放入时定位，不会下移，同时，还能够在上模芯挤压时，形成向上阻力，与上模芯上的台阶和下花键成型部122一起，对管材坯料上端墩粗，形成薄壁内花键管上端的厚壁。另外，在上模芯不断向下挤压过程中，锥形面能够很好地将管材材料引入下成型腔内，与上模芯的下花键成型部一起，对流动到下成型腔内的材料形成侧向挤压，实现收径和内花键成型。
20.进一步的，所述上模芯1由上连接段11和下成型段12组成，所述下成型段12由所述上扩孔部121和下花键成型部122组成，所述台阶13位于上连接段11和下成型段12之间；上成型孔21的轴向高度大于管材坯料的轴向高度，下成型孔23的轴向高度大于管材坯料的轴向高度，下成型孔的轴向高度大于上模芯的轴向高度。这样，上模芯中部所设置的台阶能够形成对管材坯料的下推，确保管材坯料能够在上模芯的推动下进入到下成型孔内。上连接段上端与压力机相接，确保压力机能够直接作用于上模芯。而所设置的下成型段能够有效确保管材坯料被挤压后，下端的成型直径与待成型产品下端直径相对应，且内壁与上模芯一起，形成对管材的双向挤压。
21.进一步的，所述管材坯料的外径小于上成型孔21的直径，大于下成型孔23的直径，管材坯料的内孔直径大于下花键成型部的大径，小于上扩孔部的直径；所述管材坯料的外径小于成品内花键管上端外径，大于成品内花键管下端外径。这样，管材坯料能够放入凹模内，并在初始放入时，位于上成型孔内，在持续挤压后，将管材坯料向下推动，对管材坯料进行墩粗和内花键挤压。能够有效确保所选取的管材坯料在被挤压后，有效实现墩粗和内花键挤压。
22.在对所裁剪的管材进行挤压后，管材受压流动并变长后，端部位置因挤压会出现一定毛刺，故需要在挤压成型后，对内花键管的上下两端进行车削，以确保端面平整和长度要求，从而需确保挤压后的花键管长度大于成型产品的长度。为满足上述要求，所述凹模2的上成型孔21和下成型孔23的轴向长度均大于成型后内花键管对应成型段的轴向长度。这样，管材在挤压变形时，有足够的空间延伸，确保初步成型的产品长度大于产品预设长度。
23.在产品挤压成型后，为了方便将成型后的花键管取出，在凹模2下还设有一与成型孔相对应的顶升杆3，所述顶升杆3能够在一液压气缸的带动下在轴向方向上下移动，通过控制液压气缸向上顶升，即可将成型后的花键管从凹模的成型孔内顶出。为避免顶升杆与成型后的内花键管之间硬接触后，对产品造成损坏，在顶升杆3的上端设有一弹性垫片，该弹性垫片能够在对成型内花键管进行顶升时，形成一定的缓冲力，避免顶升杆与成型内花键管下端硬接触。
24.为了便于上模芯快速与管材坯料中部的通孔相对应，插入管材坯料内，在下成型段底部设有一环状倒角。
25.另外，为了确保上模芯1与凹模2的成型孔同轴心，在凹模2下方还设有一底座，在底座上呈矩形分布有四个导柱，在上模芯1上端的压板下端设有四个与导柱一一对应的导套，所述导套能够在下移时，套在导柱上，为上模芯导向。
26.最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。