一种锥形沉头孔连续冲锻成形工艺及模具的制作方法

本发明术语冲锻成形技术领域，特别涉及一种锥形沉头孔冲锻成形工艺及模具。

背景技术：

锥形沉头孔常用于安装螺栓或者其他的连接部件，它的作用是使螺栓头埋入零件内部，无超出部分，不影响外观及转动等使用性能。

传统的锥形沉头孔一般采用机加工的方法，存在着生产效率低、成本高的问题，在面对大批量生产时显得非常被动。

而金属板料冲锻成形，如冲底孔+压沉头孔、压沉头+冲过孔、冲底孔+压沉头孔+修中心孔等几种工艺，在生产浅锥形沉头孔还可以，但是用来生产中厚板上的锥形沉头孔，则容易造成压沉头孔时材料向外流动过多导致的孔胀裂、制件外形尺寸变化过大、尺寸超差等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种锥形沉头孔连续冲锻成形工艺及模具，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锥形沉头孔连续冲锻成形模具，包括凹模，凹模上设置有四个工位；

第一工位处：凹模的第一工位上设有冲孔模孔，冲孔模孔上对应设置有第一凸模；第一工位上还设有用于压紧坯料的板状第一压边圈；第一压边圈中心开设有孔径大于第一凸模的第一通孔，以供第一凸模穿过；

第二工位处：凹模的第二工位上设有压预制锥形沉头孔模孔，压预制锥形沉头孔模孔上对应设置有前端带有圆台的第二凸模；第二工位上还设有用于压紧坯料的板状第二压边圈；第二压边圈中心开设有直径大于第二凸模直径的第二通孔，以供第二凸模穿过；

第三工位处：凹模的第三工位处为平面；凹模的第三工位上方设有强力压平板，强力压平板下部设有圆台；圆台和最终锥形沉头孔的锥面角度相同；

第四工位处：凹模的第四工位上设有修孔模孔；第四工位上方设有圆柱形修孔凸模和第三压边圈；第三压边圈的底部设有凸台，第三压边圈上设有能够供修孔凸模穿过的第三通孔；第三通孔贯穿凸台中心。

进一步的，第一凸模与冲孔模孔配合，使冲切坯料获得的预孔的孔径大于最终锥形沉头孔的小口直径而小于最终锥形沉头孔的大口直径。

进一步的，第一凸模与冲孔模孔的横截面均为梅花形，预孔的横截面形状类似于梅花形，便于后序压锥面时材料向中心流动。

进一步的，第二凸模的圆台的圆台角度比最终获得锥形沉头孔的锥面角度小100-200。

进一步的，压预制锥形沉头孔模孔的直径比冲孔模孔的最大孔径大，但小于预制锥形沉头孔锥面大口直径，且压预制锥形沉头孔模孔的模孔孔口带有圆角，便于材料流入压预制锥形沉头孔模孔中。

进一步的，修孔凸模的直径与最终锥形沉头孔的小端直径相同。

进一步的，凹模的第四工位上的修孔模孔与凸模公差配合。

进一步的，强力压平板下部设有圆台，圆台中心设有第四通孔，圆台底部为弧面，便于将第二工位处获得的工序件的凸起反向压平时，材料能顺利向中心流动。

一种锥形沉头孔连续冲锻成形工艺，包括以下步骤：

工序1、冲孔：第一压边圈将坯料压在凹模的第一工位上，第一凸模冲切坯料获得带有预孔的工序件；

工序2、压预制锥形沉头孔：将工序1获得的带预孔的工序件转移到第二工位上；第二压边圈压住工序件后，前端带有圆台的第二凸模向下压出一个预制锥形沉头孔；且工序件的部分金属向下流动进入压预制锥形沉头孔模孔形成凸起；预制锥形沉头孔的锥角小于最终锥形沉头孔的锥角；

工序3、压平：将工序2获得工序件送至第三工位，采用强力压平板将工序2最终获得的工序件的凸起反向压平并对预制锥形沉头孔进行整形；

工序4、修中心孔：第三压边圈将工序3获得的工序件压在凹模的第四工位上，圆柱形修孔凸模冲切坯料的中心孔，去除中心孔中心多余的金属材料，获得最终锥形沉头孔。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、采用连续模，条料自动送料连续冲锻成形，成形效率高。

2、可防止传统的锥形沉头孔冲锻成形时出现的孔胀裂、外形尺寸变化大等问题。

3、提升制件精度、降低废品率、降低制造成本。

附图说明

图1为本发明一种锥形沉头孔连续冲锻成形模具第一工位处结构示意图；

图2为本发明预孔的横截面形状；

图3为本发明一种锥形沉头孔连续冲锻成形模具第二工位处结构示意图；

图4为本发明一种锥形沉头孔连续冲锻成形模具第三工位处结构示意图；

图5为本发明第三工位处局部放大图；

图6为本发明一种锥形沉头孔连续冲锻成形模具第四工位处结构示意图；

图7为本发明的坯料经过工序1至工序4成形后的结构示意图。

具体实施方式

本发明一种锥形沉头孔连续冲锻成形模具，包括凹模2，凹模2上设置有四个工位；

请参阅图1所示，第一工位处：凹模2的第一工位上设有冲孔模孔21，冲孔模孔21上对应设置有第一凸模1；第一工位上还设有用于压紧坯料10的板状第一压边圈3；第一压边圈3中心开设有孔径大于第一凸模的第一通孔，以供第一凸模1穿过。第一凸模1与冲孔模孔21配合，保证冲切坯料10获得的预孔101的孔径大于最终锥形沉头孔的小孔直径而小于最终锥形沉头孔的大口直径。预孔101的横截面形状如图2所示的梅花形。

请参阅图3所示，第二工位处：凹模2的第二工位上设有压预制锥形沉头孔模孔22，压预制锥形沉头孔模孔22上对应设置有前端带有圆台的第二凸模11；第二工位上还设有用于压紧坯料10的板状第二压边圈31；第二压边圈31中心开设有直径大于第二凸模11直径的第二通孔，以供第二凸模11穿过。第二凸模11的圆台的圆台角度比最终获得锥形沉头孔的锥面角度小10°-20°。凹模2的第二工位的压预制锥形沉头孔模孔22的直径比冲孔模孔21的最大孔径大，但小于预制锥形沉头孔锥面大口直径，且压预制锥形沉头孔模孔22的模孔孔口带有小圆角，便于材料流入压预制锥形沉头孔模孔22中。

请参阅图4和图5所示，第三工位处：凹模2的第三工位处为平面；凹模2的第三工位上方设有强力压平板4，强力压平板4下部设有圆台41；圆台41和最终锥形沉头孔锥面角度相同。圆台41中心设有一个第四通孔，圆台41底部为弧面，便于将第二工位处获得的工序件的凸起111反向压平时，材料能顺利向中心流动，且始终有自由流动空间。

请参阅图6所示，第四工位处：凹模2的第四工位上设有修孔模孔23；第四工位上方设有圆柱形修孔凸模5和第三压边圈33；第三压边圈33的底部设有凸台330，第三压边圈33上设有能够供修孔凸模5穿过的第三通孔3300；第三通孔3300贯穿凸台330中心；修孔凸模5的直径与最终锥形沉头孔小端直径相同，凹模2的第四工位上的修孔模孔23与凸模5公差配合。

本发明一种锥形沉头孔连续冲锻成形工艺，包括以下步骤：

工序1、冲孔：

请参阅图1所示，第一压边圈3将坯料10压在凹模2的第一工位上，第一凸模1冲切坯料10获得带有预孔101的工序件，该工序凸凹模尺寸保证获得的预孔101的孔径大于最终锥形沉头孔的小孔直径而小于最终锥形沉头孔的大口直径。

预孔101的横截面形状如图2所示的梅花形。

工序2、压角度稍小的锥形孔：

请参阅图3所示，接下来，工序2中锻压出一个角度稍小的预制锥形沉头孔110。将工序1获得的带预孔101的工序件转移到第二工位上，凹模2的第二工位上设有压预制锥形沉头孔模孔22；第二压边圈31压住工序件后，前端带有圆台的第二凸模11向下压出一个预制锥形沉头孔110，其中第二凸模11的圆台角度比最终获得锥形沉头孔角度小10⁰-200。凹模2的第二工位的压预制锥形沉头孔模孔22的直径比冲孔模孔21的最大孔径大，但小于预制锥形沉头孔锥面大口直径，且压预制锥形沉头孔模孔22的模孔孔口带有小圆角。

让工序件的金属尽量向下流动进入压预制锥形沉头孔模孔22形成凸起111，或者是向中心流动，而不是向外流动导致孔胀裂和外形尺寸变化过大。

工序3、压平：

请参阅图4和图5所示，将工序2获得的工序件送至第三工位，采用强力压平板4将工序2最终获得的工序件的凸起111反向压平并对预制锥形沉头孔110的锥面进行整形。由于前序成形出角度小于最终锥形沉头孔10°-20°的锥面，压平工序采用强力压平板4，该强力压平板4上带圆台41，该圆台41和最终锥形沉头孔锥面角度相同，圆台41中心设有一个第四通孔，圆台41底部为弧面，该圆台41先进入前序形成的预制锥形沉头孔110中再压平工件，工序件上的凸起111反向向上弯曲然后贴合强力压平板4上的圆台41模面，把工序件压平的同时将锥面整形到最终所需角度。

这样有利于材料向中心流动，且总有自由流动的空间，防止材料外流过多导致的孔口胀裂、制件外形尺寸变化过大等问题。

工序4、修中心孔：

请参阅图6所示，第三压边圈33将工序3获得的工序件压在凹模2的第四工位上，圆柱形修孔凸模5冲切坯料10的中心孔，去除中心孔中心多余的金属材料，获得最终锥形沉头孔200；该工序修孔凸模5的直径与最终锥形沉头孔小端直径相同，凹模2的第四工位上的修孔模孔23与凸模5公差配合。

该工序主要用来修整中心孔，获得表面平整，中心孔尺寸精确的锥形沉头孔。