专利名称：一种金属筒圆孔扩口方法
技术领域：
本发明涉及孔的加工方法，具体指一种在金属筒原有管口的基础上对其扩口的方法。
背景技术：
基于各种目的，在金属筒原有管口基础上进行扩口处理有相当的实用场合。目前 扩口主要有两种工艺刀具镗孔和挤压扩口。刀具镗孔通常是在数控机床上利用专用刀具 对原有金属筒进行切削加工，切削量和加工深度由数控机床上的控制电路控制。这种扩口 方式虽然加工精度高，控制性好，但往往不能一次成型，需要多次镗孔，因此效率低，设备投 入大，而且对一些异形孔加工难度大。另外，镗孔仅能满足内孔的尺寸需要。如遇到一端为 大头形状的零件时，为了达到零件的最终形状，往往需要选择以大头端的最大外径作为坯 管尺寸再进行内外加工，不仅大大浪费原材料，而且也增加了加工工序，降低了生产效率。
挤压扩口是利用挤压头在原有管口上直接挤压而成。由于挤压头的形状预先加工 成与扩口形状对应，因此能够一次成型。扩口后，材料外径也会形成与挤压头相似的形状， 且外径也会增大，形成头部加工余量。这样就可以使用较小外径尺寸的坯管加工一些大头 零件，从而达到节约材料，减少加工工序的目的。挤压扩口成型的快慢跟挤压头推进速度直 接相关，而且扩口形状适应面大。挤压扩口虽然效率高，但对金属筒的硬度有要求，局限性 较大，过硬则容易涨裂，过软则挤压时金属筒会发生弯曲。而且挤压过程涉及的相关因素较 多，除了材料硬度外，还包括金属筒内径、外径、厚度等因素，如何选择合适的挤压力和推进 速度难以掌握，目前还只能根据经验来挤压扩口。
发明内容
针对现有扩口工艺存在的上述不足，本发明的目的是提供一种容易掌握的金属筒 圆孔扩口方法。 本发明的技术方案是这样实现的
—种金属筒圆孔扩口方法，其步骤为 (1)将金属筒通过定位机构定位，避免挤压扩口时产生移动；金属筒硬度为 HB75° 110° ，壁厚5 10mm，外径30 80mm ; (2)挤压头在动力机构的推动下进入金属筒扩口端并沿金属筒轴向运动，直到挤 压头到达行程的终点，挤压头的推进速度v《13mm/S，挤压力F = ZW^(1 + ^!;M ;
挤压头为硬质挤压头，其形状与需要成型的扩口对应，挤压头由位于前端与挤压前管口直 径大小对应的起导向作用的导向段、位于中部起主要变形作用的变形段和位于尾端与挤压 后管口直径大小对应的起定型作用的定型段构成，变形段纵截面为等腰梯形、鼓形、鹏铃形
等形状； 式中，F为挤压力，H为挤压头变形段高度，D为挤压头导向段直径；A为导向段和定型段横截面面积之差，o b为挤压材料抗拉强度，Z为变形系数，N为工具形状系数，k为 挤压部分形状系数，P为摩擦因数。 进一步地，所述挤压材料抗拉强度o b为350 550Mpa，变形系数Z为1 1. 8， 工具形状系数N为1 2. 5，挤压部分形状系数k为1.3 3，摩擦因数ii为0.05 0. 3。
本发明根据金属筒和挤压头的相关数据即可得到扩口的控制数据(速度和挤压 力)，按照该控制数据进行加工即可稳定地得到所需的扩口，扩口后成型稳定。本方法易于 掌握，避免了依靠经验扩口可能带来的对金属筒的损坏，而且经验扩口对金属筒的依赖性 强。由于扩口后孔不会回縮，产品一致性好。
图1-本发明挤压头结构示意图； 图2-本发明挤压头变形段各种形状示意图。
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
对本发明作进一步说明。
本发明金属筒圆孔扩口方法，其步骤为 (1)将金属筒通过定位机构定位，避免挤压扩口时产生移动； (2)挤压头在动力机构的推动下进入金属筒扩口端并沿金属筒轴向运动，直到挤 压头到达行程的终点。挤压头为硬质挤压头，其形状与需要成型的扩口对应。挤压扩口方 法要求金属筒扩口段孔的大小必然与未扩口段孔的大小之间存在尺寸上的过渡，即孔径 不能一步扩到位，需要逐步到位，否则按本方法是无法扩口的，因此扩口后金属筒由三段构 成-未扩口段、过渡段和扩口段。相应地，挤压头也由三段构成-位于前端与挤压前管口直 径大小对应的起导向作用的导向段1、位于中部起主要变形作用的变形段2和位于尾端与 挤压后管口直径大小对应的起定型作用的定型段3构成，见图1 ;变形段2纵截面为等腰梯 形、鼓形、哑铃形等形状，金属筒的变形主要在变形段经过时产生。 本发明的关键在于确定挤压头的推进速度和挤压力。理论上挤压头的推进速度越 慢，越有利于材料变形，但这影响生产效率，综合考虑后确定推进速度v《13mm/S。
而挤压力与材料特性有关，如材料硬度、厚度、直径等。材料的硬度要求在 HB75° 110°之间，太软挤压时容易导致材料变弯，硬度太高则容易使材料在变形时破 裂。本方法要求壁厚为5 10mm，外径为30 80mm。外径越小，壁厚应相应选择较小规格，
否则材料容易弯曲变形。挤压力计算公式为F = ZA^A(1 + ^^)J 式中F——挤压力(N);
H——挤压头变形段高度(mm);
D——挤压头导向段直径(mm); A——导向段和定型段横截面面积之差(mm2) ;A=[《)2 _(|)2]X Ji ，其中d为
挤压头定型段直径； o b为挤压材料抗拉强度，o b为350 550Mpa ;Z为变形系数，Z为1 1. 8 ;N为 工具形状系数，N为1 2. 5 ;k为挤压部分形状系数，k为1. 3 3 ;为摩擦因数，y0. 05 0. 3。这五个系数的具体取值根据不同情况、结合经验由下表给出。
符号项目条件数但.符s-项日条件数值
o b挤压材 料抗拉 强度 /MPa10钢350k挤压部 分形状 系数圆形1.3
20钢400止多边形(二边及 以h)2
25钢500矩形2.3
30钢550t-对称形、复杂形2.5~3
z变形 系数l:序形状系数摩擦 闪数面润滑系数
预挤简单1 1.2研磨有0.05~0.1
精挤简争1.2 1.5似下磨无0.1~0.15
精挤复杂1.5 1.8精加|-有0.15 0.2
N状系数凹陷棱角系数精加:[:无0.2 0.3
无无1
有无1.75~2无有有有2.5
挤压材料抗拉强度在相关手册上可以直接查到，上表列出了实际应用较多的四种 钢材的挤压材料抗拉强度值。 变形系数工序中的预挤指导向段1对金属筒的挤压过程，精挤指变形段2对金属 筒的挤压过程；形状指挤压头变形段2纵截面形状。如果挤压头变形段2纵截面为直线或 光滑曲线的形状，则称为简单，如图2a的等腰梯形、图2b的鼓形、图2c的哑铃形等形状。如 果为一些连续曲线或棱角线段，则称之为复杂，如图2d和图2e。 工具形状系数中的凹陷指变形段2表面是否有凹陷，凹陷包括外凸和内凹(如图 2b的鼓形、图2c的哑铃形)，直线(如图2a的等腰梯形)则无凹陷；棱角指导向段和变形 段之间是否平滑(弧线)过渡，如为平滑过渡则棱角为无，否则为有。
挤压部分形状系数指变形段2横截面形状。 摩擦因数中的"面"指变形段2表面，分为研磨和精加工两种加工方式，而润滑指 挤压扩口过程中是否添加润滑材料。 为了更利于挤压，挤压头导向段可以设计为有一定锥度的结构，导向段最前端略 小于金属筒直径，导向段尾端略大于金属筒直径，这样在导向过程中有一个预挤压过程。而 为了应对金属筒挤压后回弹的问题，本发明将定型段也设计为有一定锥度的结构，定型段 最前端直径等于金属筒扩口实际直径，定型段尾端略大于金属筒扩口实际直径，即扩口后 孔的大小大于实际需要的尺寸，当因为回弹而收縮时，正好收缩到实际尺寸，即预先留有补 偿余量。如果挤压头导向段和定型段有一定锥度，那么前面所指的D就应当是导向段最大 直径，d就应当是定型段最小直径。 本方法专门针对一端具有大头结构的金属筒而设计，其方法最初来源于对摩托车 倒置式前减震器外筒的加工改进。倒置式前减震器外筒原有加工工艺为采用大外径尺寸
5规格的坯管进行镗孔加工，最后再加工外圆。由于外筒形状为一种大头形状零件，因此加工时往往需要按零件的最大外径确定坯管外径，这样，加工时就会去除大量多余的材料，造成浪费，而且也会增加加工时间，效率低。本方法不但效率高，而且能节省大量材料，可以从倒置式前减震器外筒推广到所有最终形态为一端具有大头结构的金属筒的扩口。
权利要求
一种金属筒圆孔扩口方法，其特征在于其步骤为(1)将金属筒通过定位机构定位，避免挤压扩口时产生移动；金属筒硬度为HB75°～110°度，壁厚5～10mm，外径30～80mm；(2)挤压头在动力机构的推动下进入金属筒扩口端并沿金属筒轴向运动，直到挤压头到达行程的终点，挤压头的推进速度v≤13mm/S，挤压力 <mrow><mi>F</mi><mo>=</mo><mi>ZN</mi><msub> <mi>σ</mi> <mi>b</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>kμ</mi> <mfrac><mi>D</mi><mrow> <mn>4</mn> <mi>H</mi></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mi>A</mi><mo>;</mo> </mrow>挤压头为硬质挤压头，其形状与需要成型的扩口对应，挤压头由位于前端与挤压前管口直径大小对应的导向段(1)、位于中部的变形段(2)和位于尾端与挤压后管口直径大小对应的定型段(3)构成；式中，F为挤压力，H为挤压头变形段高度，D为挤压头导向段直径；A为导向段和定型段横截面面积之差，σb为挤压材料抗拉强度，Z为变形系数，N为工具形状系数，k为挤压部分形状系数，μ为摩擦因数。
2. 根据权利要求1所述的金属筒圆孔扩口方法，其特征在于所述挤压材料抗拉强度o b为350 550Mpa，变形系数Z为1 1. 8，工具形状系数N为1 2. 5，挤压部分形状系 数k为1. 3 3，摩擦因数ii为0. 05 0. 3。
3. 根据权利要求1或2所述的金属筒圆孔扩口方法，其特征在于所述变形段(2)纵 截面为等腰梯形、鼓形或哑铃形。
全文摘要
本发明涉及一种金属筒圆孔扩口方法，先将金属筒通过定位机构定位，避免挤压扩口时产生移动；再使挤压头在动力机构的推动下进入金属筒扩口端并沿金属筒轴向运动，直到挤压头到达行程的终点，挤压头的推进速度v≤13mm/S，挤压力本发明根据金属筒和挤压头的相关数据即可得到扩口的控制数据(速度和挤压力)，按照该控制数据进行加工即可稳定地得到所需的扩口，扩口后成型稳定。本方法易于掌握，避免了依靠经验扩口可能带来的对金属筒的损坏，而且经验扩口对金属筒的依赖性强。由于扩口后孔不会回缩，产品一致性好。
文档编号B21D41/02GK101767158SQ20101004204
公开日2010年7月7日 申请日期2010年1月12日 优先权日2010年1月12日
发明者张兴海, 彭青松 申请人:小康汽车产业(集团)有限公司