專利名稱：用于穿甲鋼釘多工步自動(dòng)冷模鍛的模具及其鍛造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種機(jī)械鍛造技術(shù)領(lǐng)域的裝置及方法，具體是一種用于穿甲鋼釘多工步自動(dòng)冷模鍛的模具及其鍛造工藝。
背景技術(shù)：
在機(jī)械制造業(yè)中經(jīng)常需要模鍛細(xì)長(zhǎng)的桿件，如帶有法蘭的長(zhǎng)桿，具有穿甲能力的高強(qiáng)度鋼釘，桿部細(xì)長(zhǎng)，甚至桿的一端還要有尖。這樣的鍛模裝置必須配有合理的變形工步及細(xì)長(zhǎng)的頂桿方能滿足終鍛后頂出鍛件要求。就目前生產(chǎn)情況看，由于變形工步設(shè)計(jì)不合理，如此細(xì)長(zhǎng)的頂桿壽命極短，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)尤其是大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)需求。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CNlOl 181813A，
公開日
2007-12-14，記載了一種主輔多頂式注塑頂模機(jī)構(gòu)，該技術(shù)公開了 動(dòng)模板設(shè)置有筋板，筋板與動(dòng)模板主體相平行，頂出板位于筋板與動(dòng)模板主體之間，支撐板穿過(guò)頂出板，兩端分別與筋板及動(dòng)模板主體相固接，頂出油缸包括主頂出油缸及輔助頂出油缸。但是該技術(shù)僅僅是注塑模的頂出機(jī)構(gòu)，并非穿透鋼板、混凝土等堅(jiān)硬物體的穿甲鋼釘?shù)睦淠ｅ懛椒?。注塑件的頂出力要比鋼質(zhì)冷鍛件小得多且容易得多，注塑模頂出機(jī)構(gòu)的頂桿是不能作為穿甲鋼釘冷鍛模頂出用的。中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN202037289U，
公開日2011_11_16，記載了一種U鐵的冷鍛模，該技術(shù)包括沖頭I、凹模2、凸模頂桿3、頂件器4以及墊板5，所述的凸模頂桿3間隙配合在凹模2內(nèi)并與墊板5連接固定，所述的沖頭I、凹模2、凸模頂桿3以及頂件器4組合構(gòu)成沖壓型腔，其特征在于所述的凹模2與墊板5之間設(shè)有彈性推頂裝置，所述的凹模2與墊板5動(dòng)配合連接；所述的頂件器4動(dòng)配合在凹模2和凸模頂桿3之間的間隙內(nèi)。但是該技術(shù)僅僅是普通冷模鍛模具結(jié)構(gòu)，是一個(gè)單模膛簡(jiǎn)單冷模鍛，穿甲鋼釘僅用單模膛模鍛，不能完成高強(qiáng)度合金鋼的冷變形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種用于穿甲鋼釘多工步自動(dòng)冷模鍛的模具及其鍛造工藝，鍛造得到的細(xì)長(zhǎng)桿件尖頭部分力學(xué)性能好，并且模具的頂出桿壽命長(zhǎng)，滿足自動(dòng)化規(guī)模生產(chǎn)的多工步冷模鍛需要。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種用于穿甲鋼釘多工步自動(dòng)冷模鍛的模具，包括同軸設(shè)置的凹模、凸模以及帶有固定腔、緩沖件和頂出件的活塞頂出機(jī)構(gòu)，其中內(nèi)置待鍛材的凹?；瑒?dòng)設(shè)置于活塞頂出機(jī)構(gòu)內(nèi)且凹模的末端與活塞頂出機(jī)構(gòu)相連；緩沖件和頂出件依次滑動(dòng)設(shè)置于固定腔內(nèi)部。所述的緩沖件的兩端分別與固定腔的末端以及凹模的末端相連。所述的頂出件依次穿過(guò)固定腔和緩沖件并與設(shè)置于凹模內(nèi)的待鍛材相接觸。所述的固定腔的內(nèi)表面兩端分別設(shè)有第一臺(tái)階和開口，所述凹模和緩沖件依次滑動(dòng)設(shè)置于固定腔內(nèi)部并由第一臺(tái)階實(shí)現(xiàn)限位，所述頂出件通過(guò)開口穿過(guò)固定腔。所述的固定腔的內(nèi)側(cè)前部固定有限定凹模滑動(dòng)位置的襯套。所述的頂出件為二級(jí)伸縮結(jié)構(gòu)，包括同軸設(shè)置的頂桿機(jī)構(gòu)和推桿機(jī)構(gòu)，其中頂桿機(jī)構(gòu)活動(dòng)設(shè)置于緩沖件和凹模內(nèi)，推桿機(jī)構(gòu)活動(dòng)設(shè)置于緩沖件和固定腔內(nèi)。所述的頂桿機(jī)構(gòu)包括第一桿體和頂塊，其中第一桿體外徑與凹模內(nèi)徑相匹配且滑動(dòng)設(shè)置于凹模內(nèi)部，頂塊與第一桿體末端相連且位于凹模外部。 所述的緩沖件包括彈性組件和端軸承，其中彈性組件通過(guò)預(yù)壓彈簧或液壓或氣壓實(shí)現(xiàn)。所述的推桿機(jī)構(gòu)包括第二桿體和推塊，其中第二桿體外徑與端軸承的內(nèi)徑相匹配且兩端分別與頂塊和推塊相連，推塊位于端軸承與固定腔之間且由機(jī)床帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)。所述的端軸承為白型軸承，端軸承的中部設(shè)有第二臺(tái)階，所述頂塊通過(guò)第二臺(tái)階實(shí)現(xiàn)限位且頂塊與第二桿體在第二臺(tái)階處相接觸。所述的凸模內(nèi)設(shè)有工作型腔，該工作型腔結(jié)構(gòu)為內(nèi)錐體。所述的工作型腔的內(nèi)錐體的錐角為50° -10°，優(yōu)選為45° -15°。本發(fā)明涉及上述鋼釘模鍛方法，包括以下步驟第一步、將待鍛材設(shè)置于上述模具的凹模內(nèi)，使用工作型腔的錐角為45°的凸模，將凸模和凹模合模，使凹模受力滑動(dòng)直至彈性組件的極限位置，待鍛材受力變形；第二步、使用工作型腔的錐角為30°的凸模；待鍛材的尖頭部長(zhǎng)度為I. 175d，其中，d為待鍛材的圓柱段橫截面直徑，將凸模和凹模合模，使凹模受力滑動(dòng)直至彈性組件的極限位置，進(jìn)行第二工步冷鍛；第三步、使用工作型腔的錐角為15°的凸模；待鍛材的尖頭部長(zhǎng)度為I. 81d，其中，d為待鍛材的圓柱段橫截面直徑，將凸模和凹模合模，使凹模受力滑動(dòng)直至彈性組件的極限位置，進(jìn)行第三工步冷鍛。本發(fā)明涉及上述方法制造得到的高強(qiáng)度穿甲鋼釘，鋼釘?shù)膱A柱段長(zhǎng)度和圓柱段橫截面直徑之比為4. 3，鋼釘?shù)捻敿鉃棣?·2~φ1·5π η球頭，頂尖的強(qiáng)度為800 lOOOMPa。本發(fā)明的頂出桿長(zhǎng)度小，特別在成形瞬間沒(méi)有波及到凹模，因此提高了頂出桿的壽命。由于頂出桿一端的擋塊的直徑加大且厚度亦加大，故增加了頂出桿的軸向載荷的承載力，從而降低頂出桿端部的接觸應(yīng)力。頂桿端部加粗的擋塊可在端軸承的凹槽內(nèi)滑動(dòng)，因而減少了頂桿長(zhǎng)度，也不會(huì)干擾取出鍛件，故此，提高了頂出桿壽命。


圖I為本發(fā)明的模具結(jié)構(gòu)及細(xì)長(zhǎng)頂桿頂出機(jī)構(gòu)圖；圖中a_模鍛開始瞬間，b_模鍛終了瞬間，C-半成品取出瞬間。圖2為實(shí)施例中高強(qiáng)度的穿甲鋼釘冷塑性成形工步略圖；圖中a_待加工件置入模具中，b_模鍛中，C-模鍛結(jié)束。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例本實(shí)施例鍛造高強(qiáng)度穿甲鋼釘，所列出穿甲鋼釘?shù)湫徒Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有穿透各種障礙物力學(xué)性能，具有設(shè)計(jì)單獨(dú)完成冷模鍛多工步工藝過(guò)程。所提出的主要工藝課題之一——保證高力學(xué)性能材料成形最小故障率，尤其是頭尖部分。本實(shí)施例鋼釘圓柱段橫截面直徑d為<pl0mm，材質(zhì)為42crMo退火態(tài),冷鍛目標(biāo)為鋼釘?shù)膱A錐段長(zhǎng)度為36. 6mm,錐角為15° ,鋼釘?shù)捻敿鉃橹睆絛to=(pl.2~cpl.Smm球頭，頂尖的強(qiáng)度達(dá)到800 lOOOMPa。如圖I所示，本實(shí)施例同軸設(shè)置的凹模I、凸模2以及活塞頂出機(jī)構(gòu)3，內(nèi)置待鍛材4的凹模I滑動(dòng)設(shè)置于活塞頂出機(jī)構(gòu)3內(nèi)且末端與活塞頂出機(jī)構(gòu)3相連。所述的活塞頂出機(jī)構(gòu)3包括固定腔5以及依次滑動(dòng)設(shè)置于其內(nèi)部的緩沖件6和頂出件7。所述的緩沖件6的兩端分別與固定腔5的末端以及凹模I的末端相連；所述的頂出件7依次穿過(guò)固定腔5和緩沖件6并與設(shè)置于凹模I內(nèi)的待鍛材4相接觸。所述的固定腔5的內(nèi)表面兩端分別設(shè)有第一臺(tái)階8和開口 9，所述凹模I和緩沖件6依次滑動(dòng)設(shè)置于固定腔5內(nèi)部并由第一臺(tái)階8實(shí)現(xiàn)限位，所述頂出件7通過(guò)開口 9穿過(guò)固定腔5。所述的固定腔5的內(nèi)側(cè)前部固定有限定凹模I滑動(dòng)位置的襯套10。所述的頂出件7為二級(jí)伸縮結(jié)構(gòu)，包括同軸設(shè)置的頂桿機(jī)構(gòu)11和推桿機(jī)構(gòu)12，其中項(xiàng)桿機(jī)構(gòu)11活動(dòng)設(shè)置于緩沖件6和凹模I內(nèi)，推桿機(jī)構(gòu)12活動(dòng)設(shè)置于緩沖件6和固定腔5內(nèi)。所述的頂桿機(jī)構(gòu)11包括第一桿體13和頂塊14，其中第一桿體13外徑與凹模I內(nèi)徑相匹配且滑動(dòng)設(shè)置于凹模I內(nèi)部，頂塊14與第一桿體13末端相連且位于凹模I外部。所述的緩沖件6包括彈性組件15和端軸承16，其中彈性組件15通過(guò)預(yù)壓彈簧或液壓或氣壓實(shí)現(xiàn)。所述的推桿機(jī)構(gòu)12包括第二桿體17和推塊18，其中第二桿體17外徑與端軸承16的內(nèi)徑相匹配且兩端分別與頂塊14接觸并和推塊18相連，推塊18位于端軸承16與固定腔5之間且由機(jī)床帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)。所述的端軸承16為白型軸承，端軸承16的中部設(shè)有第二臺(tái)階19，所述頂塊14通過(guò)第二臺(tái)階19實(shí)現(xiàn)限位且頂塊14與第二桿體17在第二臺(tái)階19處相接觸。所述的凸模2內(nèi)設(shè)有工作型腔，該工作型腔結(jié)構(gòu)為內(nèi)錐體。所述的工作型腔的內(nèi)錐體的錐角為50° -10°，優(yōu)選為45° -15°。本實(shí)施例的待加工件14為經(jīng)過(guò)退火并經(jīng)表面處理，d = IOmm,總長(zhǎng)為50mm，材料為42CrMo，置于凸模I和凹模2之間，如圖I所示，本實(shí)施例使用立式自動(dòng)壓機(jī)，壓機(jī)臺(tái)面下 設(shè)置頂出裝置，當(dāng)壓機(jī)滑塊向下行，凸模I的工作形腔中成形毛坯尖部，之后包括步驟第一步、將待鍛材4設(shè)置于上述模具的凹模I內(nèi)，使用工作型腔的錐角為45°的凸模2，凸模2和凹模I合模，凹模I受力滑動(dòng)直至彈性組件15的極限位置，變形僅限于待鍛材4的尖頭部體積，并實(shí)現(xiàn)模鍛帶錐角部分半成品；該半成品具有錐角45°，錐體長(zhǎng)11. 75mm,圓柱段長(zhǎng)為46. 08mm。第二步、使用工作型腔的錐角為30°的凸模2 ;凸模2的工作型腔的錐角減小，半成品待鍛件4與凸模2的工作型腔初始接觸線沿著第一步成形的錐底，隨后擴(kuò)展到桿部頂峰，并將圓柱體毛坯在第一步中未變形體積強(qiáng)行拖入?yún)⑴c變形，經(jīng)過(guò)該工步變形后半成品的尖頭部長(zhǎng)度為18. Imm,圓柱段長(zhǎng)為43. 97mm。第三步、使用工作型腔的錐角為15°的凸模2 ;經(jīng)過(guò)該工步變形后半成品的尖頭部長(zhǎng)度為36. 6mm,圓柱段長(zhǎng)為37. 8mm。每一工步成形結(jié)束，壓機(jī)頂出缸工作，推動(dòng)施力桿7驅(qū)動(dòng)頂出桿3頂出工件。如計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果所指出的，所提出的模鍛方法與具有同樣工步錐角工作型 腔模鍛凸模相比，在實(shí)現(xiàn)鋼釘材料改善力學(xué)性能條件下，特別在桿尖部位，最大程度使用材料塑性儲(chǔ)備，減少了成形工步的數(shù)量并擯棄原工藝成形期間的熱化學(xué)循環(huán)。在成形的整個(gè)過(guò)程中，凸模2和凹模I沒(méi)有打靠，因而消除了凸凹模間的沖擊力；新穎的模具結(jié)構(gòu)縮短了頂出桿的長(zhǎng)度；合理的變形規(guī)范，保證高強(qiáng)度鋼釘?shù)牧W(xué)性能并減少了變形工步。
權(quán)利要求
1.一種用于穿甲鋼釘多工步自動(dòng)冷模鍛的模具，其特征在于，包括同軸設(shè)置的凹模、凸模以及帶有固定腔、緩沖件和頂出件的活塞頂出機(jī)構(gòu)，其中內(nèi)置待鍛材的凹?；瑒?dòng)設(shè)置于活塞頂出機(jī)構(gòu)內(nèi)且凹模的末端與活塞頂出機(jī)構(gòu)相連；緩沖件和頂出件依次滑動(dòng)設(shè)置于固定腔內(nèi)部，并且緩沖件的兩端分別與固定腔的末端以及凹模的末端相連；頂出件依次穿過(guò)固定腔和緩沖件并與設(shè)置于凹模內(nèi)的待鍛材相接觸；凸模內(nèi)設(shè)有內(nèi)錐體結(jié)構(gòu)的工作型腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于穿甲鋼釘多工步自動(dòng)冷模鍛的模具，其特征是，所述的固定腔的內(nèi)表面兩端分別設(shè)有第一臺(tái)階和開口，所述凹模和緩沖件依次滑動(dòng)設(shè)置于固定腔內(nèi)部并由第一臺(tái)階實(shí)現(xiàn)限位，所述頂出件通過(guò)開口穿過(guò)固定腔；所述的固定腔的內(nèi)側(cè)前部固定有限定凹?；瑒?dòng)位置的襯套。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于穿甲鋼釘多工步自動(dòng)冷模鍛的模具，其特征是，所述的頂出件為二級(jí)伸縮結(jié)構(gòu)，包括同軸設(shè)置的頂桿機(jī)構(gòu)和推桿機(jī)構(gòu)，其中頂桿機(jī)構(gòu)活動(dòng)設(shè)置于緩沖件和凹模內(nèi)，推桿機(jī)構(gòu)活動(dòng)設(shè)置于緩沖件和固定腔內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于穿甲鋼釘多工步自動(dòng)冷模鍛的模具，其特征是，所述的頂桿機(jī)構(gòu)包括第一桿體和頂塊，其中第一桿體外徑與凹模內(nèi)徑相匹配且滑動(dòng)設(shè)置于凹模內(nèi)部，頂塊與第一桿體末端相連且位于凹模外部。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于穿甲鋼釘多工步自動(dòng)冷模鍛的模具，其特征是，所述的緩沖件包括彈性組件和端軸承，其中彈性組件通過(guò)預(yù)壓彈簧或液壓或氣壓實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于穿甲鋼釘多工步自動(dòng)冷模鍛的模具，其特征是，所述的推桿機(jī)構(gòu)包括第二桿體和推塊，其中第二桿體外徑與端軸承的內(nèi)徑相匹配且兩端分別與頂塊和推塊相連，推塊位于端軸承與固定腔之間且由機(jī)床帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于穿甲鋼釘多工步自動(dòng)冷模鍛的模具，其特征是，所述的端軸承為白型軸承，端軸承的中部設(shè)有第二臺(tái)階，所述頂塊通過(guò)第二臺(tái)階實(shí)現(xiàn)限位且頂塊與第二桿體在第二臺(tái)階處相接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于穿甲鋼釘多工步自動(dòng)冷模鍛的模具，其特征是，所述的工作型腔的內(nèi)錐體的錐角為50° -10°。
9.一種使用上述任一權(quán)利要求所述模具的鍛造工藝，其特征在于，包括以下步驟 第一步、將待鍛材設(shè)置于上述模具的凹模內(nèi)，使用工作型腔的錐角為45°的凸模，將凸模和凹模合模，凹模受力滑動(dòng)直至彈性組件的極限位置； 第二步、使用工作型腔的錐角為30°的凸模； 第三步、使用工作型腔的錐角為15°的凸模。
10.一種使用權(quán)利要求9所述方法制造得到的高強(qiáng)度穿甲鋼釘，其特征在于，鋼釘?shù)捻敿鉃榍蝾^，頂尖的強(qiáng)度為800 lOOOMPa。
全文摘要
一種機(jī)械鍛造技術(shù)領(lǐng)域的用于穿甲鋼釘多工步自動(dòng)冷模鍛的模具及其鍛造工藝，包括同軸設(shè)置的凹模、凸模以及活塞頂出機(jī)構(gòu)，內(nèi)置待鍛材的凹?；瑒?dòng)設(shè)置于活塞頂出機(jī)構(gòu)內(nèi)且末端與活塞頂出機(jī)構(gòu)相連。所述的活塞頂出機(jī)構(gòu)包括固定腔以及依次滑動(dòng)設(shè)置于其內(nèi)部的緩沖件和頂出件。所述的緩沖件的兩端分別與固定腔的末端以及凹模的末端相連。所述的頂出件依次穿過(guò)固定腔和緩沖件并與設(shè)置于凹模內(nèi)的待鍛材相接觸。所述的固定腔的內(nèi)表面兩端分別設(shè)有第一臺(tái)階和開口，所述凹模和緩沖件依次滑動(dòng)設(shè)置于固定腔內(nèi)部并由第一臺(tái)階實(shí)現(xiàn)限位，所述頂出件通過(guò)開口穿過(guò)固定腔。本發(fā)明的頂出桿長(zhǎng)度小，特別在成形瞬間沒(méi)有波及到凹模，因此提高了頂出桿的壽命。
文檔編號(hào)B21J13/02GK102641982SQ20121013975
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者張海英, 王以華, 王佳佳, 琚強(qiáng)華 申請(qǐng)人:上海保捷汽車零部件鍛壓有限公司