棚车用内铆式套环成型方法及模具与流程

(一)技术领域：本发明涉及一种拉铆钉套环冷镦加工成型技术，属于连接件类(e06b)及金属的锻造类(b21j)。

(二)

背景技术：
：

铁路棚车(货车)用的内铆式拉铆钉套环成品7的形状见图7和图8,套环成品由套筒7b和法兰7a(又称套环头)组成。套筒7b包括两段:内孔为大孔7.2的簿壁圆筒的弯钩段以及内孔为小孔7.1的厚壁圆筒的锁紧段组成。(详见中国发明专利<可拆缷双锁紧铆接拆卸方法及拉铆钉>专利号zl201410650279.8)。法兰内孔也为小孔7.1,本文称为法兰内小孔7.1,大孔7.2本文称为套筒内大孔7.2,均为光孔。

传统的棚车用内铆式拉铆钉套环成型方法主要是采用车削。见图7,首先提供一块车削坯料8(见图7中虚线),其尺寸为:车削坯料外径φ8＝套环法兰外径φa+外径车削加工量。车削坯料高度h8＝套环总长+总长车削加工量,套环总长＝h7a+h7b。一般法兰外径φa是套筒外径φb的3-4倍,所以采用车削加工存在下列问题:1)原材料利用率低,生产效率低,导致成本高:因为法兰与套筒直径差距大，消耗大量的材料,且又因加工量大也导致效率低。2)车削中和车削之后产品的强度低。

(三)

技术实现要素：

本发明提供的棚车用内铆式套环制作方法及模具，就是解决传统棚车用内铆式拉铆钉套环用车削方法成型,存在原材料利用率低、加工效率低、强度低等问题。技术方案如下：

棚车用内铆式套环制作方法,其特征是包括如下步骤：

1)切料：①确定圆柱体冷镦坯料9外径φ9＝k9φa,②确定圆柱体冷镦坯料高度h9＝4u5.4/πφ9²；其中φa为套环成品7法兰最大直径；k9＝0.6∽0.7；u5.4为冷镦五工位产品5.4体积。2)一工位冷镦：加工要求:对冷镦坯料两端面进行平整整形，同时冷镦出上倒角外锥面1.4a；加工步骤:①将冷镦坯料放在成型一模1.2的上一模大孔φ1.21内；一模顶针1.3上升到成型一模下一模小孔上倒角面1.22c位置；②一模冲棒1.1下压冷镦坯料成型；③一模顶针将一工位产品1.4顶出。3)二工位冷镦：加工要求:对一工位产品两端面再次整形,并冷镦出下倒角外锥面2.4a；加工步骤:①将一工位产品转180°后放入冷镦二模2的二模大孔φ2.21内；二模顶针2.3上升到下二模小孔上倒角面2.22c位置；②二模冲棒2.1下压一工位产品直至成型；③二模顶针上升顶出二工位产品2.4。4)三工位冷镦：加工要求:使三工位产品3.4成型后具有:法兰坯料3.41、套筒坯料3.42及在法兰坯料上的三工位预成孔3.44；加工步骤:①将二工位产品平移后放入成型三模3.2小孔3.22顶面；三模顶针3.3上升到距成型三模小孔顶面低h3.42的面3.22c,h3.42为三工位产品套筒坯料3.42高；②三模冲芯3.1b带动三模上管3.1a同时下降,先由三模冲芯下压二工位产品,当三模上管随三模冲芯下降到三模大孔φ3.21内后,两者同时下压,使二工位产品料在三模大孔和小孔内成型为三工位产品；③三模冲芯在顶部的复位弹簧3.1c作用下离开三工位预成孔3.44时,三模上管挡住三工位产品向上退,同时三模顶针将三工位产品顶出到模具口。5)四工位冷镦：加工要求:冷镦后使四工位产品4.4具有:进一步成型的四工位法兰4.4a、四工位套筒4.4b、套环前大孔4.41和四工位法兰顶上的四工位预成孔4.42；

加工步骤:①将三工位产品平移后放入成型四模4.2中；四模顶针4.3顶端的四模顶针头4.31顶住三工位产品下平面3.43；②四模上管4.1a和四模冲芯4.1b同时下降下压三工位产品在成型四模大孔和小孔内成型为四工位产品；③四模冲芯在顶部四模复位弹簧4.1c作用下向上离开四工位预成孔,四模上管挡住四工位产品随同上退；同时由四模小孔内的外推管4.3a,将四工位产品顶出到模具口。6)五工位冷镦：加工要求:使五工位产品5.4具有:从前向后的套环前大孔5.41、套环中小孔5.42、套环后小孔5.43以及套筒与法兰接触部位的凹槽5.4c；加工步骤:：①将四工位产品平移后放入成型五模5.2中；五模顶针5.3的顶针头5.31伸进并穿过套环粗前孔4.41,顶在套环粗前孔内后端面；②五模上管5.1a和五模冲芯5.1b同时下降下压四工位产品,在成型五模大孔和小孔内成型为五工位产品；③五模冲芯在顶部的复位弹簧5.1c作用下向上离开五工位预成孔5.43,五模上管挡住五工位产品随同上退,同时由五模小孔内的五模外推管5.3a,将五工位产品顶出到模具口。7)冲孔:加工要求:将五工位产品5.4套环前大孔5.41、套环中小孔5.42、套环后小孔5.43,变成套筒内大孔7.2、法兰内小孔7.1两个孔,形成套环成品7。加工步骤:①将五工位产品旋转180°后,固定在冲孔模6.2上平面；②冲孔冲棒6.1下行冲挤五工位产品三个孔，将三个孔内废料冲出孔外。

按上述棚车用内铆式套环制作方法制作产品需提供的模具,包括:六工位冷镦零件成型机和运转夹钳,其特征是：各工位模具的功能和各工位模具结构、设计参数等与具体实施方式相同,这里不再重复。

本发明有益效果:

1)由冷镦替代车削,材料利用率提高,材料用量大大减少。首先用冷镦坯料9替代车削坯料8,每个冷镦坯料用料约25g，材料利用率为85％-95％；而每个车削坯料用料约75g，材料利用率仅为25％-35％。每个坯料体积缩小了3倍，材料利用率提高3倍,材料用量下降为1/3。

2)由冷镦替代车削,加工效率大大提高。本发明按套环形状设计为六工位冷镦零件成型机,其上均配置有出口处装的自动完成上下工位工件的取装运转的自动运转夹钳。此六工位冷镦工艺1分钟至少冷镦出30件套环产品,而现有的车削机加工1件套环产品至少需要5分钟,本发明效率提高150倍以上。

3)采用冷镦成型与车削相比，产品组织的致密度增加，产品强度提高。

(四)附图说明：

图1一工位冷镦启动前刻模具及工件位置示意图及冷镦后产品截面图。包括:

图1.1一工位冷镦启动前模具及工件位置示意图(工件9还未放入成型一模内)。

图1.2一工位产品1.4截面图。

图2二工位冷镦启动前模具及工件位置示意图及冷镦后产品截面图。包括:

图2.1二工位冷镦启动前模具及工件位置示意图。(工件1.4还未放入成型二模内)。

图2.2二工位产品2.4截面图。

图3三工位冷镦启动前模具及工件位置示意图及冷镦后产品截面图。

图3.1三工位冷镦启动前刻模具及工件位置示意图。(工件2.4已放入成型三模内)。

图3.2三工位产品3.4截面图。

图4四工位冷镦启动前模具及工件位置图示及冷镦后产品截面图。

图4.1冷镦启动前模具及工件位置示意图。(工件3.4已放入成型四模内)。

图4.2四工位产品4.4截面图。

图5五工位冷镦启动前模具及工件位置图示及冷镦后产品截面图。

图5.1冷镦启动前模具及工件位置示意图。(工件4.4已放入成型五模内)。

图5.2五工位产品5.4截面图。

图5.3为图5.1中局部放大图a。

图6冲孔启动前模具及工件位置示意图。

图7成型套环产品7截面图和车削坯料8截面示意图。

图8图7俯视图。

(五)具体实施方式

本实施例棚车用内铆式拉铆钉套环制作方法,包括在多工位冷镦零件成型机上,固定有下述六工位冷镦模具和出口处装的自动运转夹钳,由运转夹钳自动完成上下工位工件的取装运转。其制作方法有如下步骤:

1)切料：见图1.1，冷镦坯料9形状为圆柱体,其尺寸一般按产品不同型号尺寸而确定。本实施例确定的尺寸如下:①确定冷镦坯料9外径φ9＝k9xφa＝0.6x27.5＝16.5mm。②确定圆柱体冷镦坯料高度h9＝4u5.4/πφ9²＝12.5mm。上两公式中:见图7,套环成品7法兰最大直径选为φa＝27.5mm；这里取k9＝0.6；由图5.2五工位产品形状确定冷镦完五工位产品5.4体积u5.4＝2671mm³。

2)一工位冷镦：见图1,

加工要求:见图1.2,对冷镦坯料9两端面进行平整整形，同时冷镦出上倒角外锥面1.4a。

加工步骤:见图1.1,①(由运转夹钳)将冷镦坯料放在成型一模1.2的上一模1.21大孔φ1.21内；一模顶针1.3上升到成型一模下一模1.22小孔φ1.22上倒角面1.22c位置；②一模冲棒1.1下压冷镦坯料成型；③最后一模顶针将一工位产品1.4顶出(在模具口的运转夹钳内)。

3)二工位冷镦：见图2

加工要求:见图2.2,对一工位产品两端面再次整形,并冷镦出下倒角外锥面2.4a。

加工步骤:见图2.1,①将一工位产品1.4转180°后放入冷镦二模2的二模大孔φ2.21内；二模顶针2.3上升到下二模2.22小孔上倒角面2.22c位置；②二模冲棒2.1下压一工位产品直至成型；③二模顶针2.3上升顶出二工位产品2.4。

4)三工位冷镦：见图3。

加工要求:见图3.2,使三工位产品3.4成型后具有:法兰坯料3.41、套筒坯料3.42及在法兰坯料上的三工位预成孔3.44。

加工步骤:见图3.1、图3.2,①将二工位产品2.4平移后放入成型三模3.2小孔3.22顶面；三模顶针3.3上升到距成型三模3.2小孔顶面低h3.42的面3.22c,h3.42为加工要求的三工位产品3.4套筒坯料3.42高(见图3.2)；②三模冲芯3.1b带动三模上管3.1a同时下降,先由三模冲芯3.1b下压二工位产品2.4,当三模上管随三模冲芯下降到三模大孔φ3.21内后,两者同时下压,使二工位产品料在三模大孔和小孔内成型为三工位产品。③三模冲芯在顶部的复位弹簧3.1c作用下离开三工位产品中三工位预成孔3.44时,三模上管挡住三工位产品3.4向上退,同时三模顶针3.3将三工位产品顶出到模具口。

5)四工位冷镦：见图4。

加工要求:见图4.2,冷镦后使四工位产品4.4具有:进一步成型的四工位法兰4.4a、四工位套筒4.4b、套环前大孔4.41和四工位法兰上的四工位预成孔4.42。

加工步骤:见图4.1、图4.2,①将三工位产品3.4平移后放入成型四模4.2中；四模顶针4.3顶端的四模顶针头4.31顶住三工位产品3.4下平面3.43；②四模上管4.1a和四模冲芯4.1b同时下降下压三工位产品在成型四模大孔4.21和小孔4.22内成型为四工位产品4.4。③四模冲芯4.1b在顶部四模复位弹簧4.1c作用下向上离开四工位产品顶部的四工位预成孔4.42时,四模上管4.1a挡住四工位产品随同上退,同时由四模小孔4.22内的横截面与四工位套筒前段相同的外推管4.3a,将四工位产品4.4顶出到模具口。

6)五工位冷镦：见图5

加工要求:见图5.2,使五工位产品5.4具有:从前向后的套环前大孔5.41、套环中小孔5.42、套环后小孔5.43以及套筒与法兰接触部位的凹槽5.4c。

加工步骤:见图5.1、见图5.2,：①将四工位产品4.4平移后放入成型五模5.2中；五模顶针5.3的五模顶针头5.31伸进并穿过套环粗前孔4.41,顶在套环粗前孔内后端面；②五模上管5.1a和五模冲芯5.1b同时下降下压四工位产品4.4,在成型五模大孔5.21和小孔5.22内成型为五工位产品5.4。③五模冲芯在顶部的复位弹簧5.1c作用下向上离开五工位产品顶部的五工位预成孔5.43时,五模上管挡住五工位产品随同上退,同时由五模小孔内横截面与五工位套筒前段相同的五模外推管5.3a,将五工位产品顶出到模具口。

7)冲孔:见图6

加工要求:将五工位产品中三孔:套环前大孔5.41、套环中小孔5.42、套环后小孔5.43(见图5.2)变成两个孔:套筒内大孔7.2、法兰内小孔7.1,成为套环成品7(见图7)。即套筒内大孔7.2孔径＝套环前大孔5.41孔径；法兰内小孔7.1孔径＝套环中小孔5.42孔径＝套环后小孔5.43孔径。

加工步骤:①将五工位产品5.4旋转180°后,固定在冲孔模6.2上平面；②冲孔冲棒6.1下行冲挤五工位产品5.4三个孔，将三个孔内废料冲出孔外。

按上述本实施例棚车用内铆式拉铆钉套环成型方法制作产品需提供的模具，如下组成：包括:多工位冷镦零件成型机,其上固定有下述六工位模具,在每工位模具另件出口处设有完成上、下工位自动取装运转零件的运转夹钳。

1)冷镦一模1:见图1,

一模功能：见图1.2,对冷镦坯料9两端面进行平整整形,同时冷镦出下倒角外锥面1.4a。

冷镦一模构成:见图1.1、图1.2,从上至下设有:

①一模冲棒1.1:一模冲棒底端外径为φ1.1＝冷镦坯料外径φ9；

②成型一模1.2:由有一模上大孔的上一模1.21和有一模下小孔的下一模1.22组成:

一模上大孔孔径φ1.21＝一工位产品外径φ1.4；

一模上大孔包括倒角的高度h1.21大于一工位产品高度h1.4；

一模下小孔孔径φ1.22＝一工位产品倒角后直径φ1.4a；

③一模顶针1.3:一模顶针上端外径φ1.3微小于一模下小孔孔径φ1.22，两者间间隙配合。

2)冷镦二模2:见图2

二模功能：见图2.2,对一工位产品两端面再次整形,并冷镦出下倒角外锥面2.4a。

冷镦二模构成:见图2.1、图2.2,由从上至下设有:

①二模冲棒2.1:二模冲棒外径φ2.1＝一工位产品外径φ1.4。

②成型二模2.2:由有二模上大孔的上二模2.21和有二模下小孔的下二模2.22组成；

二模上大孔孔径φ2.21＝二工位产品外径

二模上大孔包括倒角高度h2.21大于二工位产品高度h2.4；

二模下小孔孔径φ2.22＝二工位产品倒角后直径φ2.4a；

③二模顶针2.3:二模顶针外径φ2.3微小于二模下小孔孔径φ2.22,两者间间隙配合。

3)冷镦三模3:见图3

三模功能：见图3.2,冷镦完的三工位产品3.4具有:法兰坯料3.41、套筒坯料3.42及在法兰坯料上的三工位预成孔3.44。

冷镦三模构成:见图3.1,图3.2,从上至下设有:

①设三模上管3.1a及装在其内的三模冲芯3.1b:中段有一台阶,该处孔内装有三模冲芯复位弹簧3.1c；台阶上段的三模冲芯上外径φ3.1b大于台阶下段的三模冲芯下外径φ3.1b。

三模上管3.1a下内径φ3.1a微大于三模冲芯3.1b下外径φ3.1b，两者间间隙配合。(此设计便于三模冲芯在三模上管内活动,三模冲芯在加工完三工位预成孔3.44后,在三膜复位弹簧作用下后退上升时，由三模上管挡住三工位产品，防止随三模冲芯移动。)

三模上管下外径φ3.1a微小于成型三模上大孔3.21孔径φ3.21,两者间间隙配合。

②设成型三模3.2:顶端有三模上大孔3.21和与其连通的三模下小孔3.22。

三模上大孔孔径φ3.21＝＝法兰毛胚外径φ3.41；

三模上大孔高度h3.21大于法兰坯料高度h3.41；

三模小孔孔径φ3.22＝套筒坯料外径φ3.42；

三模下小孔顶端空出高度＝套筒坯料高度h3.42；

③设三模顶针3.3:三模顶针上外径φ3.3＝套筒坯料外径φ3.42。

4)冷镦四模4:见图4

四模功能:见图4.2,冷镦完的四工位产品4.4具有:进一步成型的四工位法兰4.4a、四工位套筒4.4b、套环粗前孔4.41、四工位法兰上的四工位预成孔4.42。

冷镦四模构成:见图4.1、图4.2,从上至下设有:

①四模上管4.1a及装在其内的四模冲芯4.1b:中段有一台阶,该处孔内装有四模冲芯复位弹簧4.1c。台阶上段的四模冲芯上外径φ4.1b大于台阶下段的四模冲芯下外径φ4.1b。

四模上管4.1a下内径φ4.1a微大于四模冲芯4.1b下外径φ4.1b，两者间隙配合。(此设计便于四模冲芯在四模上管内活动,四模冲芯在加工完四工位预成孔4.42在四工位复位弹簧4.1c作用下后退向上时，由四模上管挡住四工位产品，防止随四模冲芯移动。)

四模上管下外径φ4.1a微小于成型四模上大孔4.21孔径φ4.21,两者间间隙配合。

②设有四模上大孔4.21、四模下小孔4.22的成型四模4.2:

四模上大孔外径φ4.21＝四工位法兰的外径φ4.4a

四模上大孔高度h4.21大于四工位法兰高度h4.4a

四模下小孔孔径φ4.22＝四工位套筒外径φ4.4b

③设四模顶针4.3:见图4.2、见图4.1,四模顶针顶端有随顶针移动的用于加工四工位产品的四模顶针头4.31。四模小孔4.22内装有推出四工位产品的四工位外推管4.3a。

四模顶针头4.31形状＝四工位套环粗前孔4.41形状。

四工位外推管4.3a横截面形状尺寸＝四工位套筒4.4b前段含套环粗前孔4.41的截面形状尺寸。四工位外推管4.3a设置位置为距小孔顶面为四工位套筒4.4b的高度h4.4b。四工位外推管4.3a与四模顶针头4.31间隙配合。

5)冷镦五模5:见图5。

五模功能:见图5.2：冷镦完的五工位产品5.4具有:从前向后的套环前大孔5.41、套环中小孔5.42、套环后小孔5.43以及套筒与法兰接触部位凹槽5.4c。

冷镦五模构成:见图5.1、图5.2,从上至下设有:

①五模上管5.1a及装在其内的五模冲芯5.1b:中段有一台阶,该处孔内装有五模冲芯复位弹簧5.1c。台阶上段的五模冲芯上外径φ5.1b大于台阶下段的五模冲芯下外径φ5.1b。

五模上管5.1a下内径φ5.1a微大于五模冲芯5.1b下外径φ5.1b，两者间间隙配合。(此设计便于五模冲芯在五模上管内活动,五模冲芯在加工完五工位产品套环后小孔5.43后,在五工位复位弹簧5.1c作用下向上后退时，由五模上管挡住五工位产品，防止随五模冲芯移动。)

五模上管下外径φ5.1a微小于成型五模上大孔5.21孔径φ5.21,两者间间隙配合。

②设有五模上大孔5.21、五模下小孔5.22、五模小孔顶面圆凸台5.23的成型五模5.2:五模上大孔孔径φ5.21＝五工位法兰5.4a的外径φ5.4a＝套环成品法兰外径φa(见图7)。

五模上大孔高度h5.21大于五工位法兰高度h5.4a。

五模下小孔孔径φ5.22＝五工位套环外径φ5.4b＝套环成品套筒外径φb(见图7)。

五模小孔顶面圆凸台5.23形状(见图5.3)＝五工位套筒与法兰连接处凹槽5.4c形状(见图5.2)＝套环成品7中套筒与法兰连接处凹槽7a1形状(见图7)。

③设五模顶针5.3:见图5.2、见图5.1,五模顶针顶端有五模顶针头5.31,用于加工五工位产品的套环中小孔5.42；五模冲芯5.1b头用于加工五工位产品的套环后小孔5.43。五模小孔5.22内装有推出五工位产品的五工位外推管5.3a。

五模顶针头5.31形状＝套环中小孔5.42形状＝套环后小孔5.43形状＝套筒内小孔7.1形状。

五工位外推管5.3a横截面形状尺寸＝五工位产品的五工位套筒5.42含套环前大孔5.41前段截面形状尺寸。

五工位外推管5.3a设置位置距小孔顶面为五工位套筒5.42的高度h5.4b。五工位外推管5.3a与五模顶针头5.31间间隙配合。

6)冲孔模6:见图6,

冲孔模功能:将五工位产品中三孔:套环前大孔5.41、套环中小孔5.42、套环后小孔5.43(见图5.2)变成两个孔:套筒内大孔7.2、法兰内小孔7.1,成为套环成品7(见图7)。即套筒内大孔7.2孔径＝套环前大孔5.41孔径；法兰内小孔7.1孔径＝套环中小孔5.42孔径＝套环后小孔5.43孔径。

冲孔模构成:从上到下设有:

①上方有冲孔棒6.1,冲孔棒底端有冲孔棒头6.1a。

冲孔棒头6.1a的外径微小于套环成品7法兰内小孔7.1孔径,冲孔棒头与法兰内小孔7.1间间隙配合。

②下方设成型冲孔模6.2,中心有排料通孔6.2a；排料通孔与外部或地面下的废料装置连通。