专利名称：旋转挤压成形方法及其模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用旋转挤压成形加工制造方法，本发明同时还涉及这种旋转挤
压成形加工方法中所采用模具装置。
背景技术：
在汽车起动机单向器中离合器套筒大都为内螺旋花键，现有的加工方法基本上是 使用拉刀在专门的拉床上拉削完成。目前使用拉刀拉削加工存在如下问题，拉刀制作要求 高，工艺复杂，且拉刀的拉削寿命一般最多为1万多一点，中间还要进行多次修磨，同时拉 床的拉削效率也不高。内螺旋花键虽然可以采用冷挤压方法成形加工，但是目前相关研究 及应用并不是很多。专利号为03134183. 7的中国发明专利公开了一种内螺旋花键挤压成 形加工方法及装置，该发明专利所披露的技术方案虽然可以用于内螺旋花键挤压加工，但 是由于其结构上的原因，使得生产加工工序复杂，内螺旋花键表面粗糙度大，并且废料较 多。现有技术中冲头挤压进工件后，往往需要将含有挤压冲头的工件放置在其它装置中再 次进行挤压，方可将冲头取出，工序复杂，效率较低；同时该专利中的冲头的锥角较小，大致 为20-25度，这样产生的废料较多，不够经济。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在上述冷挤压成形加工方法的基础上提供一种加 工工序更加简单，效率更高且废料较少的旋转挤压成形方法；为此，本发明还提供该旋转挤 压成形方法中所使用的模具装置。 为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案一种旋转挤压成形方法，包括冲
头的制备、毛坯工件的准备及挤压花键步骤，其特征在于还包含以下步骤 a.冲头的制备步骤，对冲头毛坯进行车削加工，沿冲头轴向依次加工成定位部分、
挤入部分、成形部分、修整部分及夹紧部分，其中将成形部分加工成韧带； b.毛坯工件的准备步骤，按冲头定位部分尺寸加工工件的内孔； c.挤压花键步骤，将工件固定在下模内凹模中，将冲头安装在上模的冲头套中，上
模带动冲头下行，将冲头的定位部分插入工件内孔中，继续下行，所述冲头的挤入部分、成
形部分及修整部分依次挤入工件内孔中，冲头在与之配合的推力球轴承作用下旋转下压前
进，直至挤至所需花键有效长度； d.冲头退出步骤，上模上行，带动冲头上行，冲头随花键螺旋角旋转退出。
作为本发明所述的旋转挤压成形方法一种优选方案，其中所述步骤a中，将成形 部分加工成宽度为0. 5毫米-5毫米的韧带；所述步骤c中，上模下行挤压时，冲头在冲头套 内向心球轴承与推力球轴承的作用下挤压工件；所述步骤d中，上模上行，所述冲头在轴承 作用下螺旋退出。 作为本发明所述的旋转挤压成形方法一种优选方案，其中所述步骤C中，上模带 动冲头下行，将冲头的各部分依次挤入工件内孔中，凹模及其中的工件在冲头螺旋径向力与推力球轴承的作用下旋转，直至挤至所需花键有效长度；所述步骤d中，上模上行，带动 冲头上行，所述凹模及其中的工件在冲头螺旋的径向力与推力球轴承的作用下旋转，直至 冲头退出。 作为实施本发明所述的旋转挤压成形方法一种模具，其中所述模具由上模和下
模组成，所述上模设置有冲头套，其中安装有冲头，所述下模设置有凹模，其中可放置工件，
所述冲头沿轴向依次由定位部分、挤入部分、成形部分、修正部分及夹紧部分组成，所述成
形部分为一韧带，冲头与凹模两部件至少有一部件配合设置有推力球轴承。
作为实施本发明所述的旋转挤压成形方法模具的一种优选方案，其中所述冲头
的成形部分为宽度为0. 5-5毫米的韧带。 作为实施本发明所述的旋转挤压成形方法模具的一种优选方案，其中所述冲头 的挤入部分的入模角度为30度-70度。 作为实施本发明所述的旋转挤压成形方法模具的一种优选方案，其中所述冲头 的成形部分为3毫米宽的韧带，所述挤入部分的入模角为60度。 作为实施本发明所述的旋转挤压成形方法模具的一种优选方案，其中所述冲头 的定位部分前端设置有圆台状引导部分。 作为实施本发明所述的旋转挤压成形方法模具的一种优选方案，其中所述冲头 套内设置有向心球轴承与冲头相配合。 作为实施本发明所述的旋转挤压成形方法模具的一种优选方案，其中所述冲头 套上部设置有推力球轴承，其内部设置有向心球轴承和推力球轴承与冲头的导向部分相配 合，所述凹模外径与保持架配合安装在下模套内，下端由推力球轴承支承，上端通过一组滚 珠与旋转压板相连，所述下模设置有退料器。 采用本发明所述旋转挤压成形方法及其模具，由于在冲头上增加了韧带，该韧带 可以抵消工件受挤压后的一部分弹性变形量，从而减少挤压时的摩擦力，进一步减小挤压 力，使工件与冲头不至于因为摩擦力过大而拉毛损坏；同时韧带的设置还进一步减小挤压 完成后冲头退出时所遇到的摩擦力，这点至关重要，其使得冲头直接退出工件成为可能，明 显简化了工序。退让量，即韧带与修整部分之间A的数值范围在挤压黑色金属时一般取 0. 008-0. Oldl，有色金属时一般取O. 05-0. 15dl，韧带挤压黑色金属时H取2-3mm，挤压有色 金属H取0. 5-1. 5mm。冲头入模角度a为60度左右，选取此等角度则挤入部分较短，有利于 减少废料。冲头的引导部分具有当冲头与工件内孔有细小偏差时自动定位的功能。冲头套 内部与冲头的导向部分相配合的多个向心球轴承的目的是使冲头在工作过程中保持良好 的同轴度，使得冲头的稳定性得到改善，防止在挤压时发生偏移而使冲头折断。设置推力球 轴承，能够使得冲头挤压下行或上行时摩擦力更小，运行更加平滑。 将本发明的旋转挤压成形方法与传统的拉削加工进行比较效率方面，拉削一般 为80件/小时，旋转挤压为240件/小时；粗糙度方面，拉削为Ra 6.3，旋转挤压为Ra 1.0; 花键精度方面，拉削12级，旋转挤压为8级；刀具模具寿命方面，拉刀l万件左右，旋转挤压 冲头为5万件左右，且冲头的成本比拉刀的成本还低。
下面结合附图和实施方式对本发明做进一步详细的说明。
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图1为本发明所述模具中冲头的结构示意图。 图2为本发明所述模具中冲头的成形部分局部放大示意图。 图3为本发明一种冲头可旋转模具的结构示意图。 图4为本发明另一种凹模可旋转模具的结构示意图。
具体实施例方式
图1为本发明所述模具中冲头的结构示意图，其中冲头主要有以下七个部份组 成引导部份A、定位部份B、挤入部份C、成形部分D、修整部份E、导向部份F、夹紧部份G。 冲头各部分的主要功能引导部份A为使冲头自动进入工件孔中；定位部份B主要为使工 件自动定位；挤入部份C，主要参数为入模角，入模角一般取30-70度；成形部份D，即工作 韧带部份，一般长度取l-5mm，主要为减少磨擦力，防止模具产生拉毛现象；修整部份E，即 坯料进入修整部份后，在修整部份螺旋角控制下，毛坯工件完全按螺旋角的形状作稳定运 动；导向部份F，主要固定整个冲头的方向，与正常反挤冲头的功能相同；G夹紧部份，为挤 压退料时夹持冲头。 旋转挤压成形方法，包括冲头的制备、毛坯工件的准备及挤压花键与退出步骤，其 模具又可分为冲头可旋转模具与凹模可旋转模具两种不同结构，分别用图3及图4表示。图 3及图4中的模具主要由上模I与下模II组成，具体各部件为上模板1、推力球轴承2、上 模套3、上压力块4、定位套5、冲头套6、向心球轴承7、冲头8、工件9、下模内套10、下模外 套11、凹模12、退料器13、下模套14、退料滑块15、压力块16、中圈17、下模接套18、下模板 19、下压力块20、退料杆21、下并帽22、上模板压力块23、上并帽24、旋转压板25、滚珠26、 保持架27。 —、旋转挤压成形方法及冲头可旋转模具，详见图3 方法a.冲头的制备步骤，①对冲头毛坯进行车削加工，，材料选用高速钢或硬质 合金，沿旋转冲头轴向依次形成引导部分A、定位部分B、挤入部分C、成形部分D、修整部分 E及夹紧部分G，②视模具材料确定是否热处理，高速钢淬火至硬度为59-65HRC，硬质合金 不需热处理，③用电火花或数控磨加工花键部份，④将引导部分A加工成圆台形状，定位部 分B的外径按花键小径确定公差配合，其间隙为0. 2-0. 4mm，⑤挤入部分的入模角加工成30 度-70度，⑥成形部分加工成宽度为0. 5毫米-3毫米的韧带，也可宽至5毫米，⑦进行齿面 研磨抛光，使粗糙度达到RaO. 05 ; b.毛坯工件的准备步骤，按冲头定位部分尺寸加工毛坯工件9内孔，其间隙为 0. 05-0. 2mm，无需退火软化处理，直接进行磷皂化润滑处理； c.挤压花键步骤，将毛坯工件9置于下模II的凹模12的模腔中，将冲头8的夹紧 部分安装在上模I的冲头套6中，冲头套6与轴承2配合。挤压工作行程冲头8下行，将 冲头8的引导部分B插入毛坯工件内孔中，继续下行，从开始挤压到冲头修整部分挤入毛坯 工件，冲头8随螺旋运动旋转下压前进，直至挤至所需花键有效长度； d.冲头退出步骤，上模I上行，带动冲头上行，冲头8克服轴承的摩擦力随螺旋角 运动旋转，冲头8旋转退出。 所述步骤a中挤入部分C的入模角度为60度，所述成形部分D为3毫米宽的韧带。 所述步骤c与d中，将上模I下行挤压与上行退料时，冲头8顶端的压力块由于安装了推力球轴承2使摩擦力大大减少，冲头8挤入工件时，螺旋角形成的径向分力使冲头随之旋转挤 压与退出。 模具一种冲头可旋转挤压的模具，所述模具由上模I和下模II组成，上模内设置 有冲头套6，所述可旋转的冲头8安装在其中，冲头套6与轴承相配合。所述下模设置有凹 模12，所述凹模12与冲头8相配合。所述冲头成形部分D为宽度为0. 5-5毫米的韧带，韧 带与修整部分之间A为0. 008-0. 15dl， dl为花键外径。所述冲头8的挤入部分C的入模 角度为30度-70度。所述冲头8的定位部分B的前端设置有引导部分A，所述引导部分A 呈圆台状。所述冲头套6上部设置有推力球轴承2，内部设置有至少一个向心球轴承7与冲 头相配合。 二、凹模可旋转模具，详见图4 与冲头可旋转模具的不同在于凹模可旋转模具的冲头在挤压行程及退回行程中 均不旋转。冲头挤压前进及退出凹模时，在冲头螺旋的径向力及轴承的作用下凹模(12)旋 转。所述模具冲头8的夹紧部分安装在上模的冲头套6中，冲头套6由上并帽24压紧固定 与上模套3中。所述下模中凹模12可旋转，所述凹模12外径与保持架27配合安装在下模 套14内，下端由推力球轴承2支承，上端通过一组滚珠26与旋转压板25相联。
本发明不局限于内螺旋花键冷挤压加工，还适用于一般的金属旋转挤压加工行 业，同时本发明的保护范围也不局限于实施例中的方式，只要采用权利要求中所述技术方 案均属于本发明的保护范围。
权利要求
一种旋转挤压成形方法，包括冲头的制备、毛坯工件的准备及挤压花键步骤，其特征在于还包含以下步骤a.冲头的制备步骤，对冲头毛坯进行车削加工，沿冲头(8)轴向依次加工成定位部分(B)、挤入部分(C)、成形部分(D)、修整部分(E)及夹紧部分(G)，其中将成形部分(D)加工成韧带；b.毛坯工件的准备步骤，按冲头(8)定位部分(B)尺寸加工工件(9)的内孔；c.挤压花键步骤，将工件(9)固定在下模(II)内凹模(12)中，将冲头(8)安装在上模(I)的冲头套(6)中，上模(I)带动冲头(8)下行，将冲头(8)的定位部分(B)插入工件(9)内孔中，继续下行，所述冲头(8)的挤入部分(C)、成形部分(D)及修整部分(E)依次挤入工件(9)内孔中，冲头(8)在与之配合的推力球轴承(2)作用下旋转下压前进，直至挤至所需花键有效长度；d.冲头退出步骤，上模(I)上行，带动冲头(8)上行，冲头(8)随花键螺旋角旋转退出。
2. 根据权利要求1所述的旋转挤压成形方法，其特征在于所述步骤a中，将成形部分 (D)加工成宽度为0.5毫米-5毫米的韧带；所述步骤c中，上模(I)下行挤压时，冲头(8) 在冲头套(6)内向心球轴承(7)与推力球轴承(2)的作用下挤压工件(9);所述步骤d中， 上模(I)上行，所述冲头(8)在轴承作用下螺旋退出。
3. 根据权利要求1所述的旋转挤压成形方法，其特征在于所述步骤c中，上模(I)带 动冲头(8)下行，将冲头(8)的各部分依次挤入工件(9)内孔中，凹模(12)及其中的工件 (9)在冲头(8)螺旋径向力与推力球轴承(2)的作用下旋转，直至挤至所需花键有效长度； 所述步骤d中，上模(I)上行，带动冲头(8)上行，所述凹模(12)及其中的工件(9)在冲头 (8)螺旋的径向力与推力球轴承(2)的作用下旋转，直至冲头(8)退出。
4. 一种实施权利要求1所述旋转挤压成形方法的模具，其特征在于所述模具由上模 (I)和下模(II)组成，所述上模(1)设置有冲头套(6)，其中安装有冲头(8)，所述下模(II) 设置有凹模(12)，其中可放置工件(9)，所述冲头(8)沿轴向依次由定位部分(B)、挤入部 分(C)、成形部分(D)、修正部分(E)及夹紧部分(G)组成，所述成形部分(D)为一韧带，冲 头(8)与凹模(12)两部件至少有一部件配合设置有轴承。
5. 根据权利要求4所述实施旋转挤压成形方法的模具，其特征在于所述冲头(8)的 成形部分(D)为宽度为0. 5-5毫米的韧带。
6. 根据权利要求4所述实施旋转挤压成形方法的模具，其特征在于所述冲头(8)的 挤入部分(C)的入模角度为30度-70度。
7. 根据权利要求4所述实施旋转挤压成形方法的模具，其特征在于所述冲头(8)的 成形部分(D)为3毫米宽的韧带，所述挤入部分(C)的入模角为60 度。
8. 根据权利要求4至7中任一所述实施旋转挤压成形方法的模具，其特征在于所述 冲头的定位部分(B)前端设置有圆台状引导部分(A)。
9. 根据权利要求4所述实施旋转挤压成形方法的模具，其特征在于所述冲头套(6) 内设置有至少一个向心球轴承(7)与冲头相配合。
10. 根据权利要求4所述实施旋转挤压成形方法的模具，其特征在于所述冲头套(6) 上部设置有推力球轴承(2)，其内部设置有向心球轴承(7)和推力球轴承(2)与冲头的导向 部分(F)相配合，所述凹模(12)外径与保持架(27)配合安装在下模套(14)内，下端由推力球轴承(2)支承，上端通过一组滚珠(26)与旋转压板(25)相连，所述下模(II)设置有 退料器(13)。
全文摘要
本发明公开了一种旋转挤压成形方法及其模具，包括a.冲头的制备步骤，冲头(8)轴向依次加工成定位部分(B)、挤入部分(C)、成形部分(D)、修整部分(E)及夹紧部分(G)，其中将成形部分(D)加工成韧带；b.工件的准备，按冲头(8)定位部分(B)尺寸加工工件(9)的内孔；c.挤压花键步骤，将工件(9)固定在下模(II)内凹模(12)中，将冲头(8)安装在上模(I)的冲头套(6)中，上模(I)带动冲头(8)下行，所述冲头(8)的挤入部分(C)、成形部分(D)及修整部分(E)依次挤入工件(9)内孔中，冲头(8)在与之配合的推力球轴承(2)作用下旋转下压前进，直至挤至所需花键有效长度；d.冲头退出步骤，上模(I)上行，冲头(8)随花键螺旋角旋转退出。
文档编号B21D37/00GK101733319SQ201010103090
公开日2010年6月16日 申请日期2010年1月27日 优先权日2010年1月27日
发明者杨进, 蔡永辉, 陈爱华 申请人:江苏森威集团有限责任公司