环状零件内径多台阶锻造工艺的制作方法

1.本发明涉及锻造技术领域，尤其是涉及一种环状零件内径多台阶锻造工艺。


背景技术：

2.对于环状零件，如金属垫圈、轴承环等，可能存在内孔台阶结构，常规的环状零件锻造工艺由于工艺步骤、模具结构等限制而无法通过锻造形成内孔台阶结构，因此内孔台阶结构往往需要靠后道的机加工获得，所以现有的环状零件锻造工艺往往具有以下缺点：1、坯料需要从锻造机床转移到机加工机床，工序步骤繁琐；2、转移步骤需要配备专人或设置专门的转移机构，成本过高；3、零件经过锻造工艺后并未形成台阶结构，机加工需要削切部分的坯料才能形成台阶结构，削切下来的该部分坯料被浪费，材料利用率低，增加了原材料的消耗；4、形成的零件相较成品存在较大加工余量，造成原料浪费；5、对于有同轴度要求的零件而言，机加工形成的台阶与内孔和/或外圆的同轴度可能存在偏差。


技术实现要素：

3.本发明的目的是要提供一种环状零件内径多台阶锻造工艺。
4.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明提供了一种环状零件内径多台阶锻造工艺，环状零件具有中心孔、分别位于中心孔两端并与中心孔同轴设置且孔径大于中心孔的上沉孔和下沉孔，上沉孔与中心孔相连处形成第一台阶，下沉孔与中心孔相连处形成第二台阶。
5.制备所述环状零件的锻造工艺包括以下具体步骤：（1）原料锯切下料，制得坯料；（2）对坯料进行加热并保温；（3）对加热后的坯料进行镦粗，得到圆柱状的第一毛坯；（4）对第一毛坯进行预锻，在第一毛坯上端面形成圆形的第一凹槽并在第一毛坯下端面形成与第一凹槽同轴设置的圆形的第二凹槽和与第二凹槽同轴设置且孔径大于第二凹槽直径的预制沉孔，得到第二毛坯；第一凹槽的底壁与第二凹槽的底壁之间的部分被定义为连皮部；（5）对第二毛坯进行冲孔，去除连皮部，使第一凹槽与第二凹槽连通，得到第三毛坯；相连通的第一凹槽和第二凹槽被定义为中通结构；（6）通过辗扩设备对第三毛坯进行辗扩，使中通结构形成中心孔，预制沉孔形成下沉孔而得到第二台阶，使中通结构的上端部形成上沉孔而得到第一台阶，从而制得环状零件。
6.上述锻造工艺辗扩设备，包括机身、一端与机身转动连接的能够供第三毛坯挂置其上的芯辊、转动设置于机身上的与芯辊配合对第三毛坯进行辗轧以使第三毛坯直径扩大且形状改变的辗压辊，辗压辊位于芯辊的上方。芯辊的外壁具有沿芯辊径向向外凸出的用于在对第三毛坯辗轧时形成上沉孔和下沉孔的第一环形凸起和第二环形凸起，第一环形凸
起和第二环形凸起沿芯辊长度方向排列且第一环形凸起和第二环形凸起之间形成用于在对第三毛坯辗轧时形成中心孔的凹部；辗压辊的外壁具有在对第三毛坯辗轧时与第三毛坯的外侧面抵压接触的辗压面。需要说明的是，上下文中，用于描述环状零件的方位术语“上”“下”是按照该环状零件正常摆放状态下的方位定义的，用于描述辗扩设备的方位术语“上”“下”是按照公知的方位定义的。
7.按照上述工艺，第一台阶、第二台阶的形状同在辗扩设备上依靠辗压形成，无需削切坯料，减少工件转移并通过机械加工的工序，形成的环状零件相对零件成品的加工余量较小，降低原料消耗，节省人力、设备成本。第一台阶、第二台阶的形成与第三毛坯的直径增大同时进行，从而使第一台阶、第二台阶与环状零件的内孔及外圆都具有较好的同轴性。
8.进一步地，辗扩设备还包括设置于芯辊中心的用于通过冷却液的管道，管道包括沿芯辊轴心线设置的中心通道、分别自中心通道延伸至第一环形凸起内部和第二环形凸起内部的第一分支通道和第二分支通道。冷却液通过中心通道后可以从中心通道的远离辗扩设备的一端直接排出，也可以通过设置回收机构/结构对冷却液进行回收。第一分支通道和第二分支通道的数量可以根据实际需求设定。由于实际生产速率很快，平均每分钟辗扩设备需要对多个第三毛坯进行辗扩，芯辊不能及时得到冷却而进入下一轮辗扩，且芯辊在接触第三毛坯时迅速受热，芯辊基材容易发生金属变形，进而影响后续辗扩的零件尺寸，由此在芯辊中设置管道以对芯辊进行降温，减小金属变形的概率，提高零件的质量。优选地，第一分支通道和第二分支通道均自中心通道沿芯辊的径向延伸。优选地，冷却液为水，中心通道的一端延伸至机身内部并通过设置于机身内部的旋转接头与进水管道相连。
9.进一步地，辗扩设备还包括能够沿芯辊长度方向发生相对靠近、远离机身移动的活动托辊装置，活动托辊装置朝向芯辊的一侧设置有承托孔，芯辊的另一端部于承托孔可脱离地相插接。有些环状零件整体尺寸较小，对应的这些零件的中通结构的直径会更小，相适应的用于生产这些零件的辗扩设备的芯辊的直径小，因此芯辊容易断裂，设置活动托辊装置使芯辊的两端部都得到支撑，解决其易断裂的问题。优选地，活动托辊装置朝向芯辊的一侧连接有压紧块，防止第三毛坯辗轧时外溢，压紧块具有与承托孔同轴设置的贯穿孔，当芯辊的另一端部与承托孔相插接时，芯辊的另一端穿过该贯穿孔。压紧块具有在对第三毛坯辗轧时抵压第三毛坯的上端面的第一限位面，辗压辊具有在对第三毛坯辗轧时抵压第三毛坯的下端面的第二限位面，第一限位面、第二限位面相平行且均垂直于芯轴的轴心线。优选地，贯穿孔的孔径大于承托孔，方便芯辊伸入，在对第三毛坯辗轧时，第一环形凸起位于第一限位面处且第一环形凸起的一部分位于承托孔内，第一环形凸起与第一限位面的下端在不接触的前提下尽量靠近，可以防止辗轧时第三毛坯从此处外溢，第二限位面位于第二环形凸起的正上方，同理，第二环形凸起与第二限位面的上端在不接触的前提下尽量靠近，也可以防止辗轧时第三毛坯从此处外溢。
10.进一步地，坯料的加热温度为1150
±
20℃。
11.由于上述技术方案运用，本发明具有以下优点：第一台阶、第二台阶的形状同在辗扩设备上依靠辗压形成，无需削切坯料，减少工件转移并通过机械加工的工序，形成的环状零件相对零件成品的加工余量较小，降低原料消耗，节省人力、设备成本。第一台阶、第二台阶的形成与第三毛坯的直径增大同时进行，从而使第一台阶、第二台阶与环状零件的内孔及外圆都具有较好的同轴性；解决芯辊易断裂、
易变形的问题，提高环状零件良率。
附图说明
12.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的组件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：图1是本发明的环状零件内径多台阶锻造工艺的坯料的一个实施例的结构示意图；图2是本发明的环状零件内径多台阶锻造工艺的第一毛坯的一个实施例的结构示意图；图3是本发明的环状零件内径多台阶锻造工艺的第二毛坯的一个实施例的结构示意图；图4是本发明的环状零件内径多台阶锻造工艺的第三毛坯的一个实施例的结构示意图；图5是本发明的环状零件内径多台阶锻造工艺的环状零件的一个实施例的结构示意图；图6是本发明的环状零件内径多台阶锻造工艺的辗扩设备的一个实施例的结构示意图；图7是图6中a区域的局部放大图。
13.附图标记：1、环状零件；11、中心孔；12、上沉孔；13、下沉孔；14、第一台阶；15、第二台阶；2、坯料；3、第一毛坯；4、第二毛坯；41、第一凹槽；42、第二凹槽；43、预制沉孔；44、连皮部；5、第三毛坯；51、中通结构；6、辗扩设备；61、机身；62、芯辊；62a、第一环形凸起；62b、第二环形凸起；62c、凹部；62d、中心通道；62e、第一分支通道；62f、第二分支通道；63、辗压辊；63a、辗压面；63b、第二限位面；64、活动托辊装置；64a、承托孔；65、压紧块；65a、贯穿孔；65b、第一限位面；66、旋转接头。
具体实施方式
14.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.在本发明的描述中，需要说明的是，有关指示方位或位置关系的术语，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。用于描述环状零件的方位术语“上”“下”是按照该环状零件正常摆放状态下的方位定义的，用于描述辗扩设备的方位术语“上”“下”是按照公知的方位定义的。术语“第一”“第二”“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
16.参考附图1至附图7，本实施例的环状零件内径多台阶锻造工艺所生产的环状零件
1具有中心孔11、分别位于中心孔11两端并与中心孔11同轴设置且孔径大于中心孔11的上沉孔12和下沉孔13，上沉孔12与中心孔11相连处形成第一台阶，下沉孔13与中心孔11相连处形成第二台阶15，如附图5。
17.环状零件1锻造工艺包括以下具体步骤：（1）原料锯切下料，制得坯料2；（2）在1150
±
20℃的温度条件下对坯料2进行加热并保温；（3）对加热后的坯料2进行镦粗，得到圆柱状的第一毛坯3；（4）对第一毛坯3进行预锻，在第一毛坯3上端面形成圆形的第一凹槽41并在第一毛坯3下端面形成与第一凹槽41同轴设置的圆形的第二凹槽42和与第二凹槽42同轴设置且孔径大于第二凹槽42直径的预制沉孔43，得到第二毛坯4；第一凹槽41的底壁与第二凹槽42的底壁之间的部分被定义为连皮部44；（5）对第二毛坯4进行冲孔，去除连皮部44，使第一凹槽41与第二凹槽42连通，得到第三毛坯5；相连通的第一凹槽41和第二凹槽42被定义为中通结构51；（6）通过辗扩设备6对第三毛坯5进行辗扩，使中通结构51形成中心孔11，预制沉孔43形成下沉孔13而得到第二台阶15，使中通结构51的上端部形成上沉孔12而得到第一台阶，从而制得环状零件1。
18.辗扩设备6包括机身61、一端与机身61转动连接的能够供第三毛坯5挂置其上的芯辊62、转动设置于机身61上的与芯辊62配合对第三毛坯5进行辗轧以使第三毛坯5直径扩大且形状改变的辗压辊63、能够沿芯辊62长度方向发生相对靠近、远离机身61移动的活动托辊装置64，辗压辊63位于芯辊62的上方。
19.芯辊62的外壁具有沿芯辊62径向向外凸出的用于在对第三毛坯5辗轧时形成上沉孔12和下沉孔13的第一环形凸起62a和第二环形凸起62b，第一环形凸起62a和第二环形凸起62b沿芯辊62长度方向排列且第一环形凸起62a和第二环形凸起62b之间形成用于在对第三毛坯5辗轧时形成中心孔11的凹部62c。辗压辊63的外壁具有在对第三毛坯5辗轧时与第三毛坯5的外侧面抵压接触的辗压面63a。
20.按照上述工艺，第一台阶、第二台阶15的形状同在辗扩设备6上依靠辗压形成，无需削切坯料2，减少工件转移并通过机械加工的工序，降低原料消耗，节省人力、设备成本。第一台阶、第二台阶15的形成与第三毛坯5的直径增大同时进行，从而使第一台阶、第二台阶15与环状零件1的内孔及外圆都具有较好的同轴性。
21.芯辊62中心设置有的用于通过冷却液的管道，本实施例给出一种管道的具体结构，在实际应用中管道也可以应用现有技术中的其他能够供冷却液进入芯辊62对芯辊62进行降温的管道结构，管道包括沿芯辊62轴心线设置的中心通道62d、分别自中心通道62d延伸至第一环形凸起62a内部和第二环形凸起62b内部的第一分支通道62e和第二分支通道62f，第一分支通道62e和第二分支通道62f均自中心通道62d沿芯辊62的径向延伸，第一分支通道62e和第二分支通道62f的数量可以根据实际需求设定。冷却液通过中心通道62d后可以从中心通道62d的远离辗扩设备6的一端直接排出，也可以通过设置回收机构/结构对冷却液进行回收，回收机构/结构可以在现有技术中选择，在此不作具体限定。本实施例中的冷却液为水，同理也可以选择现有技术中的其他冷却液，中心通道62d的一端延伸至机身61内部并通过设置于机身61内部的旋转接头66与进水管道相连，中心通道62d在机身61内
部的与进水管道连接处的结构同理可以选择现有技术中其他具有相同作用的结构。管道的设置能够及时对芯辊62进行降温，减小金属变形的概率，提高零件的质量。
22.本实施例还给出一种活动托辊装置64的具体结构，活动托辊装置64朝向芯辊62的一侧设置有承托孔64a，芯辊62的另一端部于承托孔64a可脱离地相插接，设置活动托辊装置64使芯辊62的两端部都得到支撑，解决芯辊62易断裂的问题。活动托辊装置64朝向芯辊62的一侧连接有压紧块65，防止第三毛坯5辗轧时外溢，压紧块65具有与承托孔64a同轴设置的贯穿孔65a，当芯辊62的另一端部与承托孔64a相插接时，芯辊62的另一端穿过该贯穿孔65a。压紧块65具有在对第三毛坯5辗轧时抵压第三毛坯5的上端面的第一限位面65b，辗压辊63具有在对第三毛坯5辗轧时抵压第三毛坯5的下端面的第二限位面63b，第一限位面65b、第二限位面63b相平行且均垂直于芯轴的轴心线。优选地，贯穿孔65a的孔径大于承托孔64a，方便芯辊62伸入，在对第三毛坯5辗轧时，第一环形凸起62a位于第一限位面65b处且第一环形凸起62a的一部分位于承托孔64a内，第一环形凸起62a与第一限位面65b的下端在不接触的前提下尽量靠近，可以防止辗轧时第三毛坯5从此处外溢，第二限位面63b位于第二环形凸起62b的正上方，同理，第二环形凸起62b与第二限位面63b的上端在不接触的前提下尽量靠近，也可以防止辗轧时第三毛坯5从此处外溢。
23.在实际应用中，由于一些领域对于零件成品的尺寸精度要求，零件成品会在本发明环状零件1的基础上再加工，也应属于本发明的保护范畴。
24.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。