專利名稱：一種中碳低合金結(jié)構(gòu)鋼的深孔擠壓成形工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料成型工藝領(lǐng)域，涉及一種中碳低合金結(jié)構(gòu)鋼的深孔擠 壓成形工藝。
背景技術(shù)：
中碳低合金結(jié)構(gòu)鋼包括40Cr、 42CrMo、 40MnB、 40CrMnMo、 35CrMo、 35CrMnSi 、 40CrV等。目前，這類材質(zhì)的空心件的擠壓成形方法主要有反擠壓，如

圖1所示； 正擠壓，如圖2所示；正反擠壓同時(shí)進(jìn)行的復(fù)合擠壓。由于這類材質(zhì)的金屬變 形抗力較大，受模具強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)的限制，擠壓成形金屬坯料的溫度高于80(TC， 屬于熱擠壓，而且，空心件內(nèi)孔的表面質(zhì)量較差，擠壓成形對(duì)金屬組織及其力 學(xué)性能的改善也不明顯；同時(shí)，在擠壓成形過程中金屬變形抗力會(huì)對(duì)沖頭或芯 軸產(chǎn)生一偏心力，迫使沖頭或芯軸偏離坯料的中心。因此，要求沖頭具有較高 的剛性，模座及設(shè)備的導(dǎo)向剛性、精度要求較高，擠壓空心件的壁厚差較大， 達(dá)到2。4毫米，而且擠孔深度越大，壁厚差越大，因此，擠孔的深度也受到限 制，通?？咨钆c孔徑之比小于5。
由于無法解決擠壓成形過程中存在的兩個(gè)問題第一、金屬的變形抗力大;
第二、金屬變形抗力對(duì)沖頭形成偏心力，因此，現(xiàn)有的擠壓成形方法反擠壓、
正擠壓和復(fù)合擠壓難以加工孔深與孔徑之比大于10的空心件，由于，上述兩個(gè)
問題都與金屬的變形方法有關(guān)，而不同的金屬變形方法遵循不同的金屬流動(dòng)規(guī) 律，其變形抗力的大小及變形抗力的分布也是不同的，反擠壓的變形抗力約為
正擠壓變形抗力的60%。由此可見，設(shè)計(jì)出一種降低擠壓成形過程中金屬的變 形抗力和減小金屬變形抗力對(duì)沖頭形成的偏心力的擠壓成形工藝，用于擠壓成 形孔深與孔徑之比大于10的空心件，解決細(xì)長(zhǎng)空心桿件的擠壓成形問題顯得尤
為必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種降低擠壓成形過程中金屬的變形抗力和減小 金屬變形抗力對(duì)沖頭形成的偏心力的中碳低合金結(jié)構(gòu)鋼的深孔擠壓成形工藝，
用于擠壓成形孔深與孔徑之比大于10的空心件，解決細(xì)長(zhǎng)空心桿件的擠壓成形問題。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的金屬坯料置于內(nèi)壁有臺(tái)階的筒形凹模內(nèi)，筒形凹模內(nèi) 壁的形狀尺寸與擠壓工件的外形的形狀尺寸對(duì)應(yīng)，沖頭直徑小于凹模直徑，凹 模直徑與沖頭直徑之差的二分之一為擠壓工件的壁厚，當(dāng)沖頭向下擠壓時(shí)，坯 料的上端保持不動(dòng)，坯料的下端沿凹'模筒壁向下擠出，根據(jù)深孔成形的要求采 用一根或多根沖頭擠壓。
將擠壓成形的坯料分成A、 B、 C三個(gè)區(qū)A區(qū)為不變形區(qū)，其位置保持不變； B區(qū)為變形區(qū)；C區(qū)為剛性下移區(qū)，沖頭軸心線處的變形區(qū)寬度為零，從軸心線 沿徑向變形區(qū)的寬度逐漸變寬，在沖頭外圓表面處達(dá)到最寬；在沖頭橫截面上 軸向變形抗力的分布是沖頭軸心處變形抗力最小，沿徑向逐漸變大，在沖頭 外圓表面處達(dá)到最大，當(dāng)沖頭周圍金屬坯料的壁厚均勻時(shí)，由于軸心線處的金 屬變形抗力最小，沖頭將沿坯料的中心向下擠壓；當(dāng)沖頭周圍金屬坯料的壁厚 不均勻時(shí)，由于金屬流動(dòng)的方向與沖頭的擠壓方向相同，較薄的一邊金屬流動(dòng) 較劇烈、成形溫度也較低，較薄一邊金屬坯料會(huì)形成較大的徑向變形抗力迫使 沖頭向較厚的一邊移動(dòng)，因此，在擠壓成形的過程中，沖頭始終會(huì)受到由金屬 變形抗力形成的向心力，迫使沖頭沿坯料的中心向下擠壓。
在擠壓成形的過程中，金屬變形抗力比反擠壓、正擠壓都要小，為反擠壓
的60-70 % ，為正擠壓的35-45 。％;
上述深孔擠壓成形方法在擠壓成形過程中沖頭始終會(huì)受到由變形抗力形成
的向心力，使沖頭不偏離坯料中心。這樣一來，擠壓成形過程對(duì)沖頭的剛性要 求降低，沖頭的外形尺寸可以更細(xì)長(zhǎng)，即沖孔的深度與孔徑之比可以更大，擠 壓成形孔深與孔徑之比大于10，擠壓工件的壁厚大于5毫米。另外，擠壓成形 過程對(duì)模座及擠壓成形設(shè)備的導(dǎo)向剛性要求降低，這樣一來，可以簡(jiǎn)化模座及 擠壓成形設(shè)備的結(jié)構(gòu)。深孔擠壓成形方法的金屬變形抗力比反擠壓、IH擠壓大
幅度降低，擠壓成形溫度可以低于共析轉(zhuǎn)變溫度723'C，即可以進(jìn)行溫?cái)D壓，溫 擠壓可以顯著地改善金屬的組織結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性能，擠壓成形后材料的強(qiáng)度與 調(diào)質(zhì)熱處理的強(qiáng)度相同，擠壓成形后材料的韌性大于調(diào)質(zhì)熱處理的韌性；擠壓 成形后材料的內(nèi)孔表面粗糙度為3.2^1.6，孔徑公差為士0.2毫米，空心件的 壁厚也較均勻，孔壁厚差小于1.5毫米。
綜上所述，本發(fā)明能夠高質(zhì)量地完成中碳低合金結(jié)構(gòu)鋼孔深與孔徑之比大 于10的深孔擠壓成形。該項(xiàng)技術(shù)適用于細(xì)長(zhǎng)空心桿件的擠壓成形，如汽車空心 半軸的擠壓成形。
本發(fā)明的有益效果在擠壓成形過程中沖頭始終會(huì)受到由金屬變形抗力形 成的向心力，迫使沖頭不偏離坯料的中心；擠壓力比反擠壓、正擠壓都要小， 約為反擠壓的66%、正擠壓的40%,孔深與孔經(jīng)之比大于10，孔壁厚差小于 1.5毫米；可以在低于723r (共析轉(zhuǎn)變溫度)的溫度下進(jìn)行深孔溫?cái)D壓成形， 能夠獲得比調(diào)質(zhì)熱處理更好的強(qiáng)度和韌性的綜合機(jī)械性能。
具體實(shí)施例方式
圖l、現(xiàn)有技術(shù)的金屬反擠壓的變形原理不意圖。
圖2、現(xiàn)有技術(shù)的金屬反擠壓時(shí)沖頭橫截面上軸向變形抗力的分布示意圖。
圖3、現(xiàn)有技術(shù)的金屬正擠壓的變形原理示意圖。 圖4、本發(fā)明金屬深孔擠壓的變形原理示意圖。圖5、本發(fā)明金屬深孔擠壓時(shí)沖頭橫截面上軸向變形抗力的分布示意圖。 圖6、本發(fā)明實(shí)施例l擠壓前的毛坯圖。
圖7、本發(fā)明實(shí)施例1深孔擠壓第一工步圖。 圖8、本發(fā)明實(shí)施例1深孔擠壓第二工歩圖。
圖9、本發(fā)明實(shí)施例2擠壓前的毛坯圖。
圖10、本發(fā)明實(shí)施例2深孔擠壓第一工歩圖。 圖11、本發(fā)明實(shí)施例2深孔擠壓第二工歩圖。
圖l中沖頭l，金屬坯料2，凹模3，上、下箭頭表示沖頭和金屬坯料的運(yùn) 動(dòng)方向。
圖2中曲線4表示軸向變形抗力的分布、Fmax、 Fmin分別表示最大和最 小變形抗力。
圖3中沖頭5、金屬坯料6、凹模7、向下的箭頭表示沖頭和金屬坯料的 運(yùn)動(dòng)方。
圖4中沖頭8、金屬坯料9、凹模IO、向下的箭頭表示沖頭和金屬坯料的 運(yùn)動(dòng)方。
圖5中曲線11表示軸向變形抗力的分布、Fmax、 Fmin分別表示最大和最 小變形抗力。 實(shí)施例1
材質(zhì)為42CrMo、不帶法蘭盤的空心桿件的深孔擠壓工步圖。 圖6表示擠壓前的毛坯，棒料直徑67豪米、長(zhǎng)度322.36毫米；圖7表示深 孔擠壓第一工步圖，沖頭直徑51毫米，沖頭長(zhǎng)度320毫米，第一工步的擠孔直 徑51毫米、孔深303.7毫米；圖8表示深孔擠壓第二工歩圖，沖頭直徑42毫
米，沖頭長(zhǎng)度600毫米，第二工步的擠孔直徑42毫米、孔深554.66毫米。第 一、第二工步金屬坯料置于同一凹模中，筒形凹模內(nèi)壁的形狀尺寸與擠壓工件 的外形的形狀尺寸相同，根據(jù)深孔成形的要求采用兩根沖頭擠壓，只更換沖頭， 該空心桿件的孔深與孔徑之比為12，擠壓工件的壁厚大于5毫米。 實(shí)施例2
材質(zhì)為42CrMo、帶法蘭盤的空心桿件的深孔擠壓工步圖。 圖9表示擠壓前的毛坯圖，毛坯由一法蘭盤和一桿部組成，桿部直徑83豪 米、長(zhǎng)度357. 14豪米；圖IO表示深孔擠壓第一工歩圖，沖頭直徑66.8毫米， 沖頭長(zhǎng)度400毫米，第一工步的擠孔直徑66. 8毫米、孔深334毫米；圖11表 示深孔擠壓第二工歩圖，沖頭直徑53.8毫米，沖頭長(zhǎng)度700毫米，第二工步的 擠孔直徑53. 8毫米、孔深645. 94毫米。第一、第二工步金屬坯料置于同一凹 模中，筒形凹模內(nèi)壁的形狀尺寸與擠壓工件的外形的形狀尺寸相同，根據(jù)深孔 成形的要求采用兩根沖頭擠壓，只更換沖頭。該空心桿件的孔深與孔徑之比為 10.9。
權(quán)利要求
1、一種中碳低合金結(jié)構(gòu)鋼的深孔擠壓成形工藝，其特征在于金屬坯料置于內(nèi)壁有臺(tái)階的筒形凹模內(nèi)，筒形凹模內(nèi)壁的形狀尺寸與擠壓工件的外形的形狀尺寸對(duì)應(yīng)，沖頭直徑小于凹模直徑，凹模直徑與沖頭直徑之差的二分之一為擠壓工件的壁厚，當(dāng)沖頭向下擠壓時(shí)，坯料的上端保持不動(dòng)，坯料的下端沿凹模筒壁向下擠出，根據(jù)深孔成形的要求采用一根或多根沖頭擠壓。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中碳低合金結(jié)構(gòu)鋼的深孔擠壓成形工藝，其 特征是將擠壓成形的坯料分成A、 B、 C三個(gè)區(qū)A區(qū)為不變形區(qū)，其位置保持 不變；B區(qū)為變形區(qū)；C區(qū)為剛性下移區(qū)，沖頭軸心線處的變形區(qū)寬度為零，從 軸心線沿徑向變形區(qū)的寬度逐漸變寬，在沖頭外圓表面處達(dá)到最寬；在沖頭橫 截面上軸向變形抗力的分布是沖頭軸心處變形抗力最小，沿徑向逐漸變大， 在沖頭外圓表面處達(dá)到最大，當(dāng)沖頭周圍金屬坯料的壁厚均勻時(shí)，由于軸心線 處的金屬變形抗力最小，沖頭將沿坯料的中心向下擠壓；當(dāng)沖頭周圍金屬坯料 的壁厚不均勻時(shí)，由于金屬流動(dòng)的方向與沖頭的擠壓方向相同，較薄的一邊金 屬流動(dòng)較劇烈、成形溫度也較低，較薄一邊金屬坯料會(huì)形成較大的徑向變形抗 力迫使沖頭向較厚的一邊移動(dòng)，因此，在擠壓成形的過程中，沖頭始終會(huì)受到 由金屬變形抗力形成的向心力，迫使沖頭沿坯料的中心向下擠壓。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種中碳低合金結(jié)構(gòu)鋼的深孔擠壓成形工藝， 其特征是在擠壓成形的過程中，金屬變形抗力比反擠壓、正擠壓都要小，為 反擠壓的60-70%，為正擠壓的35-45%，
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種中碳低合金結(jié)構(gòu)鋼的深孔擠壓成形工藝，其 特征是擠壓成形孔深與孔徑之比大于10,擠壓工件的壁厚大于5毫米。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種中碳低合金結(jié)構(gòu)鋼的深孔擠壓成形工藝，其 特征是擠壓成形溫度可以低于共析轉(zhuǎn)變溫度723t:，即可以進(jìn)行溫?cái)D壓，擠壓 成形后材料的強(qiáng)度與調(diào)質(zhì)熱處理的強(qiáng)度相同，擠壓成形后材料的韌性大于調(diào)質(zhì) 熱處理的韌性。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種中碳低合金結(jié)構(gòu)鋼的深孔擠壓成形工藝，其 特征是擠壓成形后材料的內(nèi)孔表面粗糙度為3.2^1.6，孔徑公差為士0.2毫 米，孔壁厚差小于1.5毫米。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料成型領(lǐng)域，涉及一種中碳低合金結(jié)構(gòu)鋼的深孔擠壓成形工藝，金屬坯料置于內(nèi)壁有臺(tái)階的筒形凹模內(nèi)，筒形凹模內(nèi)壁的形狀尺寸與擠壓工件的外形的形狀尺寸對(duì)應(yīng)，沖頭直徑小于凹模直徑，凹模直徑與沖頭直徑之差的二分之一為擠壓工件的壁厚，當(dāng)沖頭向下擠壓時(shí)，坯料的上端保持不動(dòng)，坯料的下端沿凹模筒壁向下擠出，根據(jù)深孔成形的要求采用一根或多根沖頭擠壓。本發(fā)明在擠壓成形過程中沖頭始終會(huì)受到由金屬變形抗力形成的向心力，迫使沖頭不偏離坯料的中心；擠壓力約為反擠壓的66％、正擠壓的40％，孔深與孔經(jīng)之比大于10，孔壁厚差小于1.5毫米；可以在低于共析轉(zhuǎn)變溫度723℃以下進(jìn)行深孔溫?cái)D壓成形，能夠獲得比調(diào)質(zhì)熱處理更好的強(qiáng)度和韌性的綜合機(jī)械性能。
文檔編號(hào)B21C23/02GK101362156SQ200810107078
公開日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者鄧曉光 申請(qǐng)人:鄧曉光