提高非轴对称杯形件端面平齐度的反挤压凸模设计方法

摘要

一种提高非轴对称杯形件端面平齐度的反挤压凸模设计方法，是根据非轴对称杯形件内壁与非轴对称杯形件中心之间的距离，设计反挤压凸模底面的锥角以及反挤压凸模侧壁的挤压带高度；距离杯形件中心越近的内壁区域所对应的反挤压凸模底面锥角越小且侧壁挤压带高度越大，距离杯形件中心越远的内壁区域所对应的反挤压凸模底面锥角越大且侧壁挤压带高度越小。该方法在一方面通过改变反挤压凸模底面形状来提高反挤杯形件端面的平齐程度；另一方面通过同时改变反挤压凸模侧壁挤压带高度来提高反挤杯形件端面的平齐程度，使得凸模结构较为简单，易于加工，成形后挤压件变形程度均匀，质量好，减少了机械加工量，提高了材料利用率，降低生产成本。

权利要求

1.一种提高非轴对称杯形件端面平齐度的反挤压凸模设计方法，其特征是：

根据非轴对称杯形件内壁与非轴对称杯形件中心之间的距离，设计反挤压凸模底面的锥角以及反挤压凸模侧壁的挤压带高度；距离杯形件中心越近的内壁区域所对应的反挤压凸模底面锥角越小且侧壁挤压带高度越大，距离杯形件中心越远的内壁区域所对应的反挤压凸模底面锥角越大且侧壁挤压带高度越小。

2.根据权利要求1所述的提高非轴对称杯形件端面平齐度的反挤压凸模设计方法，其特征是：所述反挤压凸模底面的中间位置具有一水平端面，底面上在水平端面外围根据外轮廓到中心的距离划分底面区域，一个底面区域对应一个锥角；根据反挤压凸模底面划分的区域，将反挤压凸模侧壁对应地划分挤压带部分，一个底面区域与一个挤压带部分承接相连，一个挤压带部分对应一个挤压带高度。

3.根据权利要求2所述的提高非轴对称杯形件端面平齐度的反挤压凸模设计方法，其特征是：所述底面区域对应的锥角最大值与最小值之差为8-12°。

4.根据权利要求2所述的提高非轴对称杯形件端面平齐度的反挤压凸模设计方法，其特征是：所述底面区域对应的锥角最大值与最小值之差最佳值为10°。

5.根据权利要求2所述的提高非轴对称杯形件端面平齐度的反挤压凸模设计方法，其特征是：所述挤压带部分最大挤压带高度与最小挤压带高度之差为3-5mm。

6.根据权利要求2所述的提高非轴对称杯形件端面平齐度的反挤压凸模设计方法，其特征是：所述挤压带部分最大挤压带高度与最小挤压带高度之差最佳值为5mm。

说明书

提高非轴对称杯形件端面平齐度的反挤压凸模设计方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于反挤压非轴对称空心杯件的反挤压凸模的设计方法，以提高反挤压空心杯件端面平齐度进而提高材料利用率，属于挤压成形技术领域。

背景技术

[0002] 目前，非轴对称空心杯(杯杆类件的杯部)件一般采用圆棒料加热到温热成形温度后直接进行开式反挤工艺(杯杆类件先需要镦头部再对头部进行反挤)成形。轴对称杯形件反挤成形后上端面是平齐的，如图1所示。对于非轴对称杯形件，由于杯壁各处到中心位置的距离不同，反挤过程中杯部截面各处的金属流动规律及流速不完全一致，导致反挤结束后杯部端面会出现不平齐的现象，如图2(a)、(b)、(c)所示，且当杯部非对称现象越严重时，端面不平齐的情况越突出。不平齐的端面需要后续增加取长机加工工序进行端面切除，即花费较多的工时，又带来材料的无端浪费，增加产品的生产成本和能耗。此外，端面的平齐度越高，杯壁成形时金属的流动越均匀，残余内应力越少，微观组织结构越均匀一致，产品性能和质量越高。因此，提高非轴对称杯形件反挤成形端面平齐度，有利于提高产品质量，降低产品生产成本，也符合制造业节能节材降耗等绿色生产的发展趋势。

发明内容

[0003] 本发明针对现有非轴对称(非等壁厚圆环)杯形件反挤端面不平齐而需要切除端面余量、增加机加工工时且浪费材料等问题，提供一种简便实用的提高非轴对称杯形件端面平齐度的反挤压凸模设计方法。

[0004] 本发明的提高非轴对称杯形件端面平齐度的反挤压凸模设计方法，是：

[0005] 根据非轴对称杯形件内壁与非轴对称杯形件中心(几何中心)之间的距离，设计反挤压凸模底面的锥角以及反挤压凸模侧壁的挤压带高度；距离杯形件中心越近的内壁区域所对应的反挤压凸模底面锥角越小且侧壁挤压带高度越大，距离杯形件中心越远的内壁区域所对应的反挤压凸模底面锥角越大且侧壁挤压带高度越小。

[0006] 对非轴对称杯形件反挤压凸模底面的不同位置设置不同角度的锥角，在不同锥角对应的反挤压凸模侧壁设置不同高度的挤压工作带。在金属流动较容易的地方即非轴对称杯形件的内壁距离中心较近的地方所对应的反挤压凸模设置较小的锥角以及较大的挤压带高度，降低其流动速度；在金属流动较困难的地方即非轴对称杯形件的内壁距离中心较远的地方所对应的反挤压凸模设置较大的锥角以及较小的挤压带高度，减小其流动阻力。这样在杯部的反挤成形过程中，杯部端面成形的不平齐程度会被消弱。消弱程度与锥角和工作带高度的设计差别以及杯形件的具体形状有关。

[0007] 所述反挤压凸模底面的中间位置具有一水平端面，底面上在水平端面外围根据外轮廓到中心(反挤压凸模底面几何中心)的距离划分底面区域，一个底面区域对应一个锥角；根据反挤压凸模底面划分的区域，将反挤压凸模侧壁对应地划分挤压带部分，一个底面区域与一个挤压带部分承接相连，一个挤压带部分对应一个挤压带高度。

[0008] 所述底面区域对应的锥角最大值与最小值之差为8-12°，最佳为10°。

[0009] 所述挤压带部分最大挤压带高度与最小挤压带高度之差为3-5mm，最佳为5mm。

[0010] 本发明在原反挤压凸模设计准则及方法的基础上，一方面通过改变反挤压凸模底面形状来提高反挤杯形件端面的平齐程度；另一方面通过同时改变反挤压凸模侧壁挤压带高度来提高反挤杯形件端面的平齐程度，使得模具结构较为简单，易于加工，成形后挤压件变形程度均匀，质量好，减少机械加工量，节省材料，降低生产成本。

附图说明

[0011] 图1是轴对称空心杯反挤后端面形状(端面平齐)示意图。

[0012] 图2是非轴对称空心杯件反挤后端面形状(端面不平齐)示意图。(a)、(b)、(c)为三种不同结构性的非轴对称杯形件反挤后端面形状示意图。

[0013] 图3是一种等速万向节三销滑套反挤压凸模的端面轮廓示意图。

[0014] 图4是本发明设计的具有不同锥角、侧壁具有不同挤压带高度的反挤压凸模结构示意图。

[0015] 图5是本发明设计的反挤压凸模冲压的三销滑套反挤端面平齐度示意图。

具体实施方式

[0016] 本发明的提高非轴对称杯形件端面平齐度的反挤压凸模设计方法，就是根据非轴对称杯形件内壁与非轴对称杯形件中心之间的距离，设计反挤压凸模底面的锥角以及反挤压凸模侧壁的挤压带高度；距离杯形件中心越近的内壁区域所对应的反挤压凸模底面锥角越小且侧壁挤压带高度越大，距离杯形件中心越远的内壁区域所对应的反挤压凸模底面锥角越大且侧壁挤压带高度越小。

[0017] 根据非轴对称杯形件内壁与非轴对称杯形件中心之间距离的大小，设计反挤压凸模底面的不同锥角以及反挤压凸模侧壁不同的挤压带高度；距离杯形件中心较近的内壁区域所对应的反挤压凸模底面锥角较小而侧壁挤压带高度较大；距离中心较远的内壁区域所对应的反挤压凸模底面的锥角较大且侧壁挤压带高度较小。

[0018] 针对某种等速万向节三销滑套反挤成形端面不平齐现象(参见图2(c))，不平齐的高度为6.2mm，占整个杯形件高度的10％。根据本发明的方法对该等速万向节三销滑套的反挤凸模做以下改进设计。

[0019] 图3所示为设计的等速万向节三销滑套的反挤压凸模的底面轮廓图，反挤压凸模底面的中间位置具有一水平端面，底面上在水平端面外围依据冲头底面外轮廓到中心的距离划分为六块区域，分别为区域1、区域2、区域3、区域4、区域5和区域6，其中所述区域1、区域3和区域5的外轮廓到反挤压凸模中心的距离均大于区域2、区域4和区域6的外轮廓到反挤压凸模中心的距离。设计凸模时使互不相临的三个区域拥有相同的锥角，其中与中心较远的三块区域(区域1、区域3和区域5)的锥角为α，较近的三块区域(区域2、区域4和区域6)的锥角为β。在符合反挤压凸模设计准则及方法的前提下，使α大于β，α与β之差为8-12°，优选为10°。

[0020] 根据反挤压凸模底面划分的六块区域，将反挤压凸模侧壁对应地划分为六部分，分别为部分一、部分二、部分三、部分四、部分五和部分六，相同数值对应的区域和部分是承接相连的，其中部分一与区域一承接相连，部分二与区域二承接相连，部分三与区域三承接相连，部分四与区域四承接相连，部分五与区域五承接相连，部分六与区域六承接相连。设计凸模时使互不相临的三个部分拥有相同的挤压带高度，其中与中心较远的三个部分(即部分一、部分三和部分五)的挤压带高度为m，较近的三个部分(部分二、部分四和部分六)挤压带高度为n。在符合反挤压凸模设计准则及方法的前提下，使m小于n，n与m之差为3-5mm，优选为5mm。

[0021] 如图4所示。反挤压凸模下行进行反挤时，锥角为α的区域上的阻力要小于β区域，坯料在挤压带高度为m的外壁部分行进时受到的摩擦力小于挤压带高度为n的侧壁部分。由最小阻力法则可知，金属在塑性变形时倾向于向区域1、区域3和区域5流动，抵消了一部分由于杯壁轮廓到中心距离不等而引起的流动不均匀导致的杯口不平齐度。采用改进后的反挤压凸模(α＝20°，β＝10°，m＝10mm，n＝15mm)进行该实施例等速万向节三销滑套的反挤成形，上端面平齐度明显提高，如图5所示，不平齐高度差为3.56mm，占整个杯形件高度的5.7％，与改进前相比，平齐度提高了4.3％，材料利用率得到了提高。

[0022] 本发明，与现有的反挤凸模结构相比，本发明具有提高原材料利用率、降低机加工成本的优点，并且由于成形时金属流动变形均匀，杯部尺寸稳定，适当提高了零件的性能。