锻造模具、活塞锻造方法及活塞与流程

1.本发明涉及活塞锻造领域，特别地，涉及一种锻造模具、活塞锻造方法及活塞。


背景技术：

2.活塞是发动机里面一个非常重要的零件,主要在高温、高压、高速的条件下工作，受工作环境的影响，要求其具备高强度、高精度、耐腐蚀等特性，高强度与耐腐蚀等性能多为材料特性，而高精度的要求主要是通过不同的加工工艺来达到。
3.通常，活塞类零件主要是采用模锻锤锻造出锻件形状(余量约2mm)后用压力机精压出锻件(余量约1.5mm)，最后再采用机加的工艺以达到零件无余量的要求，但是这种方法费时费力，在模锻前需进行加热，而转移精压前还需再次回炉加热，加工工序长，且涉及加工工位较多，模锻和精压需分别设计模具，两模具的尺寸精度差异进一步影响了锻件的尺寸精度，过程可控性差。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种锻造模具、活塞锻造方法及活塞，以解决现有技术中对深筒薄壁类活塞锻件加工工序长、效率低、尺寸精度可控性差的技术问题。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种锻造模具，用于在模锻锤上进行深筒薄壁活塞锻件的加工，所述锻造模具包括：
7.冲头，沿轴向分别包括冲击端和固定端，所述冲头的冲击端的形状构造与所述活塞锻件的内壁的形状构造相适配；
8.上模块，用于固定于所述模锻锤的上模架，所述上模块的底部沿轴向开设有与所述冲头的固定端匹配的固定腔，所述上模块设置有轴向定位组件，用于将所述冲头的固定端于所述固定腔内轴向定位并使所述冲头的固定端和冲击端的过渡面与所述上模块的端面齐平；
9.下模块，用于固定所述模锻锤的下模架，所述下模块的顶端面开设有用于放置胚料的型腔，所述型腔与所述固定腔正对；
10.限位件，可拆卸连接于所述上模块或可拆卸连接于所述下模块，用于限制所述模锻锤的行程进而使所述模锻锤带动所述冲头冲击所述胚料对所述胚料预锻使所述胚料充满所述型腔，所述限位件还用于在拆除后解除对所述模锻锤的行程限制进而使所述模锻锤带动所述冲头冲击所述胚料对所述胚料进行精锻。
11.作为上述技术方案的进一步改进，所述模具包括止扣构造，用于对所述上模块和所述下模块径向定位并轴向滑动导向，进而对所述冲头导向并防止所述胚料径向移动。
12.作为上述技术方案的进一步改进，所述上模块的侧壁在第一设定高度位置开设有连通至所述固定腔的配合孔，所述配合孔包括靠近所述固定腔设置的配合段，所述冲头在第二设定高度位置开设有锥形孔；所述轴向定位组件包括锥形销以及锁紧螺栓，所述锥形
销用于从所述配合孔的一端插入所述配合孔至所述锥形孔并伸出，进而分别与所述配合段以及所述锥形孔过盈配合从而对所述冲头轴向定位；所述锁紧螺栓用于螺纹连接于所述配合孔的插入端进而将所述锥形销限位固定于所述锥形孔。
13.作为上述技术方案的进一步改进，所述锥形孔的过轴线的竖直截面呈第一梯形，所述第一梯形的一腰与所述上模块的端面平行，所述配合段的过轴向的竖直截面呈第二梯形，所述第二梯形与所述第一梯形对应一侧的腰与所述上模块的端面平行。
14.作为上述技术方案的进一步改进，所述上模块和所述冲头的固定端的端部对应开设有销孔，用于设置紧固销进行周向定位。
15.作为上述技术方案的进一步改进，所述上模块沿轴向开设有连通至所述上模块顶部和所述固定腔的冲击孔，用于在取消对所述冲头的定位后，通过所述冲击孔冲击所述冲头进而拆卸所述冲头。
16.作为上述技术方案的进一步改进，所述下模块设置有卸件组件，用于在所述胚料锻造成型后使锻件脱离所述型腔。
17.作为上述技术方案的进一步改进，所述卸件组件包括顶出杆和卸件杆；所述下模块开设有用于穿设所述卸件杆的卸件孔；所述下模块于所述型腔的底面开设有用于安装所述顶出杆的顶出孔，以使所述顶出杆放置于所述顶出孔时所述顶出杆的第一端面与所述顶出孔的孔口匹配并与所述型腔的底面齐平；所述顶出孔连通至所述卸件孔，通过将所述顶出杆放置于所述顶出孔以使所述顶出杆的第二端伸入所述卸件孔；所述卸件杆的端部设置有斜面构造，用于沿所述卸件孔方向移动的与所述顶出杆的第二端接触进而改变所述顶出杆的第二端的轴向位置从而顶出所述锻件。
18.根据本发明的另一方面，还提供了一种活塞锻造方法，应用有以上任一所述的锻造模具，所述活塞锻造方法包括以下步骤：
19.s1.将上模块安装于模锻锤的上模架，将下模块安装于模锻锤的下模架，安装限位件；
20.s2.冲头安装于上模块的固定腔内并与固定腔过盈配合，通过轴向定位组件将所述冲头于定位腔内轴向定位；
21.s3.润滑型腔；
22.s4.预锻，将加热的胚料放入型腔内，控制模锻锤带动冲头冲击胚料使胚料充满型腔；
23.s5.拆除限位件，精锻成型，控制模锻锤带动冲头冲击胚料使胚料成型；
24.s6.取出成型锻件。
25.根据本发明的另一方面，还提供了一种活塞，应用有以上任一所述的锻造模具或上述活塞锻造方法。
26.本发明具有以下有益效果：本锻造模具的上模块定位固定于模锻锤的上模架，即相当于固定于模锻锤的锤头以随锤头动作，上模块开设的固定腔用于与冲头的固定端匹配，通过轴向定位组件将冲头固定端轴向定位于固定腔内使冲头的固定端和冲击端的过渡面与上模块的端面齐平，即仅冲头的冲击端部分位于固定腔外，下模块定位固定于模锻锤的下模架，下模块开设的型腔用于放置锻件胚料，型腔的外壁面与目标活塞的外壁尺寸相适配，冲头的冲击端形状构造以及尺寸与目标活塞的内腔形状构造及尺寸相匹配；锻造时，
加热的胚料放置于型腔内，由模锻锤动作带动冲头多次冲击型腔内的胚料，限位件承受部分冲击压力，使胚料基本充满型腔完成预锻，取下限位件后，再次由模锻锤动作带动冲头冲击型腔内胚料，模具尺寸与锻件尺寸匹配，精锻成型；通过使用本模具对活塞进行锻造，将加热后的锻件胚料放置于型腔后通过限位件承压完成预锻，后取下限位件基于模具尺寸完成活塞精锻成型，实现活塞锻件一火次锻造成型，生产符合加工要求的少余量或无余量的活塞锻件，避免多火次锻造加工工序多、需进行机台转移加工以及加工效率低的问题，通过使用本模具基于上述操作方法利用了模锻锤具有较好的填充性能及普适性，提高了精度控制实现压力机精压效果，将模锻锤的预锻成型和压力机的精压成型改进为在模锻锤上同时进行，取消了中间的回炉加热工序，避免多次拆装，减少生产辅助时间，降低劳动强度提高生产效率，锻件的尺寸由本锻造模具保证，冲头的冲击端形状构造以及尺寸与目标活塞的内腔形状构造及尺寸相匹配，通过保证冲头冲击端的尺寸精度及轴向位置保证深筒薄壁活塞锻件内腔精度，同时避免因精压模具和锻造模具尺寸精度差异对锻件尺寸造成的影响，提高锻件尺寸一致性，更减少了精压模具和压力机台的使用，大幅度降低工装制造成本。
27.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
28.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
29.图1是本发明优选实施例的剖面图；
30.图2是本发明优选实施例的结构示意图一；
31.图3是本发明优选实施例的结构示意图二；
32.图4是本发明优选实施例的活塞锻件成型结构示意图；
33.图5是本发明优选实施例的活塞锻件成型侧视图；
34.图6是本发明优选实施例的活塞锻件成型俯视图；
35.1、上模块11、配合孔12、通孔13、固定腔14、配合凸起15、冲击孔2、下模块21、型腔22、卸件孔23、顶出孔24、圆台凸起3、卸件杆4、顶出杆5、冲头51、固定端52、冲击端53、锥形孔6、锥形销7、紧固销8、锁紧螺栓9、螺母10、限位件。
具体实施方式
36.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
37.图1是本发明优选实施例的剖面图；图2是本发明优选实施例的结构示意图一；图3是本发明优选实施例的结构示意图二；图4是本发明优选实施例的活塞锻件成型结构示意图；图5是本发明优选实施例的活塞锻件成型侧视图；图6是本发明优选实施例的活塞锻件成型俯视图；
38.参照图1至图6，本发明的优选实施例提供了一种锻造模具，用于在模锻锤上进行深筒薄壁活塞锻件的加工，锻造模具包括：
39.冲头5，沿轴向分别包括冲击端52和固定端51，冲头5的冲击端52的形状构造与活
塞锻件的内壁的形状构造相适配；
40.上模块1，用于固定于模锻锤的上模架，上模块1的底部沿轴向开设有与冲头5的固定端51匹配的固定腔13，上模块1设置有轴向定位组件，用于将冲头5的固定端51于固定腔13内轴向定位并使冲头5的固定端51和冲击端52的过渡面与上模块1的端面齐平进而保证冲头5对活塞锻件内腔的锻造精度；其中，固定腔13的内壁为斜面，冲头5的固定端51的外壁呈斜面(即冲头5固定端51呈圆台状)，固定腔13呈敞口状，使冲头5更易放入且具有导向作用；
41.下模块2，用于固定模锻锤的下模架，下模块2的顶端面开设有用于放置胚料的型腔21，型腔21与固定腔13正对；
42.限位件10，可拆卸连接于上模块1或可拆卸连接于下模块2，用于限制模锻锤的行程进而使模锻锤带动冲头5冲击胚料对胚料预锻使胚料充满型腔21，限位件10还用于在拆除后解除对模锻锤的行程限制进而使模锻锤带动冲头5冲击胚料对胚料进行精锻。
43.可以理解的是，本锻造模具的上模块1定位固定于模锻锤的上模架，即相当于固定于模锻锤的锤头以随锤头动作，上模块1开设的固定腔13用于与冲头5的固定端51匹配，通过轴向定位组件将冲头5固定端51轴向定位于固定腔13内使冲头5的固定端51和冲击端52的过渡面与上模块1的端面齐平，即仅冲头5的冲击端52部分位于固定腔13外，下模块2定位固定于模锻锤的下模架，下模块2开设的型腔21用于放置锻件胚料，型腔21的外壁面与目标活塞的外壁尺寸相适配，冲头5的冲击端52形状构造以及尺寸与目标活塞的内腔形状构造及尺寸相匹配；锻造时，加热的胚料放置于型腔21内，由模锻锤动作带动冲头5多次冲击型腔21内的胚料，限位件10承受部分冲击压力，使胚料基本充满型腔21完成预锻，取下限位件10后，再次由模锻锤动作带动冲头5冲击型腔21内胚料，模具尺寸与锻件尺寸匹配，精锻成型；通过使用本模具对活塞进行锻造，将加热后的锻件胚料放置于型腔21后通过限位件10承压完成预锻，后取下限位件10基于模具尺寸完成活塞精锻成型，实现活塞锻件一火次锻造成型，生产符合加工要求的少余量或无余量的活塞锻件，避免多火次锻造加工工序多、需进行机台转移加工以及加工效率低的问题，通过使用本模具基于上述操作方法利用了模锻锤具有较好的填充性能及普适性，提高了精度控制实现压力机精压效果，将模锻锤的预锻成型和压力机的精压成型改进为在模锻锤上同时进行，取消了中间的回炉加热工序，避免多次拆装，减少生产辅助时间，降低劳动强度提高生产效率，锻件的尺寸由一模具保证，冲头的冲击端形状构造以及尺寸与目标活塞的内腔形状构造及尺寸相匹配，通过保证冲头冲击端的尺寸精度及轴向位置保证深筒薄壁活塞锻件内腔精度，同时避免因避免精压模具和锻造模具尺寸精度差异对锻件尺寸造成的影响，提高锻件尺寸一致性，更减少了精压模具和压力机台的使用，大幅度降低工装制造成本。
44.本实施例中，模具包括止扣构造，用于对上模块1和下模块2径向定位并轴向滑动导向，进而对冲头5导向并防止胚料径向移动，具体的，止扣构造包括形成于上模块1的端面的配合凸起14以及形成于下模块2的圆台凸起24，配合凸起14的内壁面和圆台凸起24的外壁面高度以及径向尺寸相匹配，且倾斜一定角度使配合凸起14呈敞口状，在模锻锤动作过程中，圆台凸起24嵌入配合凸起14中，进而使上模块1相对下模块2径向定位，同时止扣构造对冲头5的移动导向，进而避免胚料错移；进一步的，配合凸起14和圆台凸起24的间隙控制于0.05mm-0.1mm范围内，保证锻件周向尺寸的加工精度，具体取值根据不同锻件的加工精
度要求确定；
45.进一步的，上模块1的侧壁在第一设定高度位置开设有连通至固定腔13的配合孔11，配合孔11包括靠近固定腔13设置的配合段，冲头5在第二设定高度位置开设有锥形孔53；轴向定位组件包括锥形销6以及锁紧螺栓8，锥形销6用于从配合孔11的一端插入配合孔11至锥形孔53并伸出，进而分别与配合段以及锥形孔53过盈配合从而对冲头5轴向定位，保持仅冲头5冲击端52位于固定腔13外，进以保证活塞锻件精度；因冲头5长时间工作且承受较大冲击力，为易损件，本实施例通过在上模块1开设配合孔11设置配合段并于冲头5设置锥形孔53，并通过锥形销6与二者过盈配合对冲头5轴向定位，其保证定位精度的同时还方便进行冲头5的日常更换，上模块1的侧壁在第一设定高度位置还开设有与配合孔11相对设置的通孔12，以容置由锥销孔伸出的锥形销6，并且，通孔12的入口端用于伸入外部器械或设备以施力将锥形销6顶出，以便取出后进行冲头5更换；
46.其中，配合孔11的插入端设置有内螺纹，锁紧螺栓8用于螺纹连接于配合孔11的插入端进而将锥形销6限位固定于锥形孔53，进而保证锥形销6与冲头5配合紧固，进而防止使用过程中松动，从而保持冲头5轴向定位精度；应当理解的是，该内螺纹孔的孔径大于锥形销6的孔径；
47.需要说明的是，锥形孔53可以是圆锥孔或棱台状孔，均可保证对冲头5进行轴向定位的精度并便于拆装；
48.在本实施例中，锥形孔53的过轴线的竖直截面呈第一梯形，第一梯形的一腰与上模块1的端面平行，配合段的过轴向的竖直截面呈第二梯形，第二梯形与第一梯形对应一侧的腰与上模块1的端面平行，锥形销6的形状构造与锥形孔53匹配，具体的，锥形孔53的过轴线的竖直截面的位于下侧的腰线与上模块1的端面平行，配合段同理，在锥形销6和锥形孔53过盈配合过程状态下，保持锥形孔53和配合段的底侧位于同一水平面，冲头5与固定腔13过盈配合，进一步提高对冲头5的轴向定位精度，从而提高对活塞精压的加工尺寸精度控制。
49.本实施例中，上模块1和冲头5的固定端51的端部对应开设有销孔，用于设置紧固销7进行周向定位，该紧固销7为圆柱销，其中，销孔的的开设位置与冲头5不同轴，冲头5通过紧固销7对位嵌入固定腔13后无法旋转，此时锥形孔53与配合孔11位置匹配，便于安装锥形销6。
50.进一步的，上模块1沿轴向开设有连通至上模块1顶部和固定腔13的冲击孔15，用于在取消对冲头5的定位后(即拆除锥形销6后)，通过外部器械、设备等经冲击孔15施力冲击冲头5进而使冲头5脱离固定腔13以拆卸冲头5。
51.本实施例中，下模块2设置有卸件组件，用于在胚料锻造成型后使锻件脱离型腔21；
52.具体的，卸件组件包括顶出杆4和卸件杆3；下模块2开设有用于穿设卸件杆3的卸件孔22；下模块2于型腔21的底面开设有用于安装顶出杆4的顶出孔23，以使顶出杆4放置于顶出孔23时顶出杆4的第一端面与顶出孔23的孔口匹配并与型腔21的底面齐平；顶出孔23连通至卸件孔22，通过将顶出杆4放置于顶出孔23以使顶出杆4的第二端伸入卸件孔22；卸件杆3的端部设置有斜面构造，用于沿卸件孔22方向移动的与顶出杆4的第二端接触进而改变顶出杆4的第二端的轴向位置从而顶出锻件；其中，顶出孔23的上端呈锥形，顶出杆4的上
端呈锥形，顶出杆4放置于顶出孔23时，顶出杆4的锥形段和顶出孔23的锥形段匹配，进而对顶出杆4轴向定位，且顶出杆4的端部外径和顶出孔23入口端孔径匹配，顶出杆4放置于顶出孔23时二者端面齐平呈整体状，保证锻造、精压后的活塞锻件的底面平整无瑕疵；卸件杆3插入卸件孔22时，其斜面构造朝上，其伸入卸件孔22一定深度后斜面构造即与顶出杆4的底端抵接，进一步移动卸件杆3即可通过斜面改造顶出顶出杆4进而顶出精锻成型的活塞锻件以便取出锻件。
53.在实际应用中，基于本锻造模具加工的活塞锻件，余量小于1.5mm，实际测试锻件超过两万件，合格率达到98％以上；
54.另一方面，本实施例还提供一种活塞锻造方法，应用上述锻造模具，活塞锻造方法包括以下步骤：
55.s1.将上模块1安装于模锻锤的上模架，将下模块2安装于模锻锤的下模架，安装限位件10；具体的，上模块1、下模块2均具有连接构造与模锻锤匹配连接并保证连接精度，模具与模锻锤安装连接属较为成熟的现有技术，本实施例中不作过多阐述；限位件10为一环形垫板，套设于圆台凸起24上，进而限制了配合凸起14的行程，其中，通过设置不同内径的环形垫板即可控制限位件10的设置高度，进而限制冲头5的不同行程；
56.s2.冲头5安装于上模块1的固定腔13内并与固定腔13过盈配合，通过轴向定位组件将冲头5于定位腔内轴向定位；
57.具体的，将冲头5的固定端51嵌入固定腔13内，二者过盈配合同时相对径向定位，并通过紧固销7进行周向定位，将锥形销6插入配合孔11至锥形孔53并伸出至通孔12，通过锁紧螺栓8进一步锁紧使锥形销6与锥形孔53过盈配合，并通过螺母9进一步锁紧防止松动；另外，卸件杆3移出，保证顶出杆4完全落入顶出孔23内，保证其端面与型腔21底面齐平；
58.s3.润滑型腔21，以便放入胚料；
59.s4.预锻，将加热的胚料放入型腔21内，控制模锻锤带动冲头5冲击胚料使胚料充满型腔21；
60.具体的，将胚料加热至于预设温度后，转移至经过润滑的型腔21内，控制模锻锤经过多锤利用模锻锤冲击惯性使胚料基本充满型腔21；
61.s5.精锻成型，拆除限位件10，控制模锻锤带动冲头5冲击胚料使胚料成型；具体的，将垫板移出，模锻锤对预锻后的胚料进行精压，精压两次成型；
62.s6.取出成型锻件；
63.具体的，将卸件杆3斜面构造朝上的伸入卸件孔22内并伸入移动，使顶出杆4顶出活塞锻件，后取出锻件，完成一锻造流程。
64.本活塞锻造方法通过使用本实施例的锻造模具对活塞进行锻造，将加热后的锻件胚料放置于型腔21后通过限位件10承压完成预锻，后取下限位件10基于模具尺寸完成活塞精锻成型，实现活塞锻件一火次锻造成型，生产符合加工要求的少余量或无余量的活塞锻件，避免多火次锻造加工工序多、需进行机台转移加工以及加工效率低的问题，通过使用本模具基于上述操作方法利用了模锻锤具有较好的填充性能及普适性，提高了精度控制实现压力机精压效果，将模锻锤的预锻成型和压力机的精压成型改进为在模锻锤上同时进行，取消了中间的回炉加热工序，避免多次拆装，减少生产辅助时间，降低劳动强度提高生产效率，锻件的尺寸由一模具保证，避免精压模具和锻造模具尺寸精度差异对锻件尺寸造成的
影响，提高锻件尺寸一致性，更减少了精压模具和压力机台的使用，大幅度降低工装制造成本。
65.另一方面，本实施例还提供一种活塞，应用有上述锻造模具或活塞锻造方法。
66.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。