细长厚壁变截面内孔液力挤压装置及方法
【专利摘要】一种金属成形【技术领域】的厚壁细长变截面内孔液力挤压装置及方法，该装置包括：由上而下依次设置于充满液态介质的压力容器内的柱塞、定位套、锥形凹模以及背压顶杆；压力容器的内部依次设有用于设置柱塞和定位套的内孔和用于设置锥形凹模的内台阶孔，其中：内台阶孔的内径大于内孔的内径；柱塞侧面与压力容器的内孔为动配合；定位套外壁与压力容器的内孔为静配合；锥形凹模外壁与压力容器的内台阶孔为静配合。本发明通过采用高压液体挤压空心毛坯，能够实现机械加工方法无法达到的细长内孔变截面结构。
【专利说明】细长厚壁变截面内孔液力挤压装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种金属成形【技术领域】的装置及方法，具体是一种厚壁细长变截面内孔液力挤压装置及方法。
【背景技术】
[0002]在机械制造中，许多关键重要零件需要有厚壁又细又长变截面内孔，如锥形和其他形状孔径。具有长锥孔或小直径孔平滑过渡到大直径孔件。类似零件广泛应用在高压液压系统和燃料燃烧装置中，这样零件用切削加工方法难以完成，对小于Imm细长孔则根本无法实现。
[0003]经过对现有技术检索发现:中国专利文献号CN1698991，
【公开日】2005 - 11 - 23，公开了一种曲线母线孔挤压成形方法，该技术采用开式冷挤压成形工艺，坯料外廓形状与工件内孔母线的鏡相线近似；设计模具，使模具刃口直径Dm与坯料最大直径Dtl之间满足Dtl -Dm=(0.14-0.18)Dm;然后在模具中挤压坯料。该技术实质上是把坯料外径上突出部位的坯料挤到内径上。该挤压过程是刚塑性变形，金属变形能力远不如液体挤压；坯料表面形状需根据内孔形状仿形铣出，不适合批量生产，成本当然很高；内孔处于自由变形状态，因此内孔精度、表面粗糙度都难以控制。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种厚壁细长变截面内孔液力挤压装置及方法，用高压液体挤压空心毛坯，能够实现机械加工方法无法达到的细长内孔变截面结构。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]本发明涉及一种厚壁细长变截面内孔液力挤压装置，包括:由上而下依次设置于充满液态介质的压力容器内的柱塞、定位套、锥形凹模和背压顶杆。
[0007]所述的压力容器的内部依次设有用于设置柱塞和定位套的内孔和用于设置锥形凹模的内台阶孔，其中:内台阶孔的内径大于内孔的内径。
[0008]所述的柱塞为回转体结构，其上端面通过法兰与压机上滑块的底平面固定连接并随压机上滑块同步运动，其侧面与压力容器的内孔为滑配合，即动配合(内孔的实际尺寸大于柱塞的实际尺寸所组成的配合)，当柱塞向下运动时，对压力容器中液体施压。
[0009]所述的柱塞端部设有密封圈以防止高压油从柱塞和压力容器之间泄露。
[0010]所述的定位套为空心圆柱体结构，其外壁与压力容器的内孔为静配合(定位套的外壁的实际尺寸大于压力容器的内孔的实际尺寸所组成的配合)，可容许坯料在内孔滑动。
[0011]所述的锥形凹模由YG3硬质合金制成，其外壁与压力容器的内台阶孔为静配合。
[0012]所述的锥形凹模的上端面沿外圆设有密封圈。
[0013]所述的锥形凹模的凹模锥角2 α及凹模内径取决于工件变形壁厚比值AS/S和变形程度ε，凹模锥角2 α范围优选为20°?45°。[0014]所述的液态介质优选为抗磨液压油YB32 - 68。
[0015]所述的压机的输出力优选为4000kN。
[0016]本发明涉及上述内孔液力挤压装置的厚壁变截面内孔液力挤压方法，通过将空心毛坯安放在带有定位套的压力容器内的锥形凹模上，通过定位套实现中心定位；然后向压力容器中注入液态介质，并通过柱塞下压以增加介质压力；在变形过程中，高压液体作用到上述内孔液力挤压装置的定位套、锥形凹模以及毛坯上，促使对毛坯壁建立均匀压力。
[0017]所述的下压采用入口角2α =20?45°的模具进行挤压，具体由以下两个阶段组成:
[0018]I)在2α =45°凹模挤压时，第一阶段压力P1 = 760MPa，历时30秒；第二阶段压力 P2 = 920MPa，历时 3O 秒；
[0019]2)在2α =20°凹模挤压时，第一阶段压力P1 = 700MPa，历时30秒；第二阶段压力 P2 = 820MPa，历时 3O 秒。
[0020]所述的下压优选在完成后将半成品的前端切除，或在其末端钻成孔，制成不同用途零件，如高压油管，燃气喷嘴等。
技术效果
[0021]与现有技术相比，本发明所制成的厚壁细长孔填补了该领域技术的空白，制备得到的零件孔有精确几何形状，与毛坯表面一样有光洁内表面，没有折叠和显微裂纹。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为毛坯的形状和尺寸示意图；
[0023]图中:a毛坯、b变形后的零件。
[0024]图2为在液压装置上液体挤压毛坯装置示意图；
[0025]图中:a为整体结构示意图；b为图a局部放大示意图；S为压力、I柱塞、2容器、3左侧未挤压毛坯、4定位套、5锥形凹模、6右侧挤压后半成品、7背压顶杆。
[0026]图3为实施例工艺过程示意图；
[0027]图中:a毛坯、b变形后半成品、c切去底部形成新零件、d钻孔后形成的新零件。
[0028]图4为液体压力与变形程度关系示意图；
[0029]图中:1为 2α =20。、2 为 2α =45。。
[0030]图5为相对壁厚与变形程度的关系不意图；
[0031]图中:1为 2α =45。、2 为 2α =20。。
【具体实施方式】
[0032]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
[0033]本实施例是在5ΜΝ装有专用装置的双动液压挤压机上进行的，液力挤压装置如图2所示。
[0034]本实施例采用50钢制空心毛坯(如图3中a所示)，该空心毛坯由轧材经机械加工后的尺寸(mm)为=D1 = 32,d = 10 ；D2 = 36,1 = 45，L = 55，其中=D11D2, d, L, I, S1, S21F1和F2分别对应毛坯的第一和第二圆柱体段的外径、毛坯长度、孔的长度、壁厚和毛坯第一段及第二段横截面积。
[0035]毛坯变形前退火规范:加热到850°C，保温1.5h，随后空冷；去除氧化皮后磷化处理，表面涂以蜂蜡基润滑材料和MoS2。在有规定变形程度的毛坯液压挤压时，零件的外径由锥形凹模口工作带内径确定，内孔径取决于变形条件下的壁厚值。相对壁厚值△ s/s取决于毛坯材料变形程度ε及锥形凹模口锥角2α。
[0036]如图2所示，本实施例涉及的挤压装置包括:由上而下依次设置于充满液态介质的压力容器2内的柱塞1、定位套4、锥形凹模5以及背压顶杆7。通过将空心毛坯3a安放在压力容器2内锥形凹模5上，并借助于定位套4定中心。然后向容器中注入计算好的液体量，柱塞I压向液体并使容器内液体压力增加。在压力达到必须值P1时毛坯下半段被挤入凹模内开始变形，压力继续升高到P2，位于上半段的毛坯开始变形，形成半成品6。实施结果数据分别列于表1和表2。
[0037]表1在液压装置中，50钢坯挤压结果
【权利要求】
1.一种厚壁细长变截面内孔液力挤压装置，其特征在于，包括:由上而下依次设置于充满液态介质的压力容器内的柱塞、定位套、锥形凹模以及背压顶杆； 所述的压力容器的内部依次设有用于设置柱塞和定位套的内孔和用于设置锥形凹模的内台阶孔，其中:内台阶孔的内径大于内孔的内径； 所述的柱塞侧面与压力容器的内孔为动配合； 所述的定位套外壁与压力容器的内孔为静配合； 所述的锥形凹模外壁与压力容器的内台阶孔为静配合。
2.根据权利要求1所述的厚壁细长变截面内孔液力挤压装置，其特征是，所述的柱塞为回转体结构，其上端面通过法兰与压机上滑块的底平面固定连接并随压机上滑块同步运动，当柱塞向下运动时，对压力容器中液体施压。
3.根据权利要求1或2所述的厚壁细长变截面内孔液力挤压装置，其特征是，所述的柱塞端部设有密封圈以防止高压油从柱塞和压力容器之间泄露。
4.根据权利要求1所述的厚壁细长变截面内孔液力挤压装置，其特征是，所述的锥形凹模由YG3硬质合金制成。
5.根据权利要求1所述的厚壁细长变截面内孔液力挤压装置，其特征是，所述的锥形凹模的上端面沿外圆设有密封圈。
6.根据权利要求1或4或5所述的厚壁细长变截面内孔液力挤压装置，其特征是，所述的锥形凹模的凹模锥角2 α为20°?45°。
7.一种根据上述任一权利要求所述内孔液力挤压装置的厚壁变截面内孔液力挤压方法，其特征在于，通过将空心毛坯安放在带有定位套的压力容器内的锥形凹模上，通过定位套实现中心定位；然后向压力容器中注入液态介质，并通过柱塞下压以增加介质压力；在变形过程中，高压液体作用到上述内孔液力挤压装置的定位套、锥形凹模以及毛坯上，促使对毛坯壁建立均匀压力。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征是，所述的下压具体由以下两个步骤组成: 1)在2α=45°凹模挤压时，第一阶段压力P1 = 760MPa，历时30秒；第二阶段压力ρ2=920MPa，历时 30 秒； 2)在2α=20°凹模挤压时，第一阶段压力P1 = 700MPa，历时30秒；第二阶段压力p2=820MPa，历时 30 秒。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征是，下压完成后将半成品的前端切除，并在其末端钻成孔，制成高压管。
10.一种高压管，其特征在于，根据权利要求9所述方法制备得到。
【文档编号】B21C23/02GK103978061SQ201410201714
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】张晖, 费宁忠, 孙华标, 王佳佳 申请人:上海保捷汽车零部件锻压有限公司