專利名稱：一種金屬筒圓孔擴(kuò)口方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及孔的加工方法，具體指一種在金屬筒原有管口的基礎(chǔ)上對(duì)其擴(kuò)口的方法。
背景技術(shù)：
基于各種目的，在金屬筒原有管口基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)口處理有相當(dāng)?shù)膶?shí)用場(chǎng)合。目前 擴(kuò)口主要有兩種工藝刀具鏜孔和擠壓擴(kuò)口。刀具鏜孔通常是在數(shù)控機(jī)床上利用專用刀具 對(duì)原有金屬筒進(jìn)行切削加工，切削量和加工深度由數(shù)控機(jī)床上的控制電路控制。這種擴(kuò)口 方式雖然加工精度高，控制性好，但往往不能一次成型，需要多次鏜孔，因此效率低，設(shè)備投 入大，而且對(duì)一些異形孔加工難度大。另外，鏜孔僅能滿足內(nèi)孔的尺寸需要。如遇到一端為 大頭形狀的零件時(shí)，為了達(dá)到零件的最終形狀，往往需要選擇以大頭端的最大外徑作為坯 管尺寸再進(jìn)行內(nèi)外加工，不僅大大浪費(fèi)原材料，而且也增加了加工工序，降低了生產(chǎn)效率。
擠壓擴(kuò)口是利用擠壓頭在原有管口上直接擠壓而成。由于擠壓頭的形狀預(yù)先加工 成與擴(kuò)口形狀對(duì)應(yīng)，因此能夠一次成型。擴(kuò)口后，材料外徑也會(huì)形成與擠壓頭相似的形狀， 且外徑也會(huì)增大，形成頭部加工余量。這樣就可以使用較小外徑尺寸的坯管加工一些大頭 零件，從而達(dá)到節(jié)約材料，減少加工工序的目的。擠壓擴(kuò)口成型的快慢跟擠壓頭推進(jìn)速度直 接相關(guān)，而且擴(kuò)口形狀適應(yīng)面大。擠壓擴(kuò)口雖然效率高，但對(duì)金屬筒的硬度有要求，局限性 較大，過(guò)硬則容易漲裂，過(guò)軟則擠壓時(shí)金屬筒會(huì)發(fā)生彎曲。而且擠壓過(guò)程涉及的相關(guān)因素較 多，除了材料硬度外，還包括金屬筒內(nèi)徑、外徑、厚度等因素，如何選擇合適的擠壓力和推進(jìn) 速度難以掌握，目前還只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)擠壓擴(kuò)口。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有擴(kuò)口工藝存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種容易掌握的金屬筒 圓孔擴(kuò)口方法。 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
—種金屬筒圓孔擴(kuò)口方法，其步驟為 (1)將金屬筒通過(guò)定位機(jī)構(gòu)定位，避免擠壓擴(kuò)口時(shí)產(chǎn)生移動(dòng)；金屬筒硬度為 HB75° 110° ，壁厚5 10mm，外徑30 80mm ; (2)擠壓頭在動(dòng)力機(jī)構(gòu)的推動(dòng)下進(jìn)入金屬筒擴(kuò)口端并沿金屬筒軸向運(yùn)動(dòng)，直到擠 壓頭到達(dá)行程的終點(diǎn)，擠壓頭的推進(jìn)速度v《13mm/S，擠壓力F = ZW^(1 + ^!;M ;
擠壓頭為硬質(zhì)擠壓頭，其形狀與需要成型的擴(kuò)口對(duì)應(yīng)，擠壓頭由位于前端與擠壓前管口直 徑大小對(duì)應(yīng)的起導(dǎo)向作用的導(dǎo)向段、位于中部起主要變形作用的變形段和位于尾端與擠壓 后管口直徑大小對(duì)應(yīng)的起定型作用的定型段構(gòu)成，變形段縱截面為等腰梯形、鼓形、鵬鈴形
等形狀； 式中，F(xiàn)為擠壓力，H為擠壓頭變形段高度，D為擠壓頭導(dǎo)向段直徑；A為導(dǎo)向段和定型段橫截面面積之差，o b為擠壓材料抗拉強(qiáng)度，Z為變形系數(shù)，N為工具形狀系數(shù)，k為 擠壓部分形狀系數(shù)，P為摩擦因數(shù)。 進(jìn)一步地，所述擠壓材料抗拉強(qiáng)度o b為350 550Mpa，變形系數(shù)Z為1 1. 8， 工具形狀系數(shù)N為1 2. 5，擠壓部分形狀系數(shù)k為1.3 3，摩擦因數(shù)ii為0.05 0. 3。
本發(fā)明根據(jù)金屬筒和擠壓頭的相關(guān)數(shù)據(jù)即可得到擴(kuò)口的控制數(shù)據(jù)(速度和擠壓 力)，按照該控制數(shù)據(jù)進(jìn)行加工即可穩(wěn)定地得到所需的擴(kuò)口，擴(kuò)口后成型穩(wěn)定。本方法易于 掌握，避免了依靠經(jīng)驗(yàn)擴(kuò)口可能帶來(lái)的對(duì)金屬筒的損壞，而且經(jīng)驗(yàn)擴(kuò)口對(duì)金屬筒的依賴性 強(qiáng)。由于擴(kuò)口后孔不會(huì)回縮，產(chǎn)品一致性好。
圖1-本發(fā)明擠壓頭結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2-本發(fā)明擠壓頭變形段各種形狀示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
本發(fā)明金屬筒圓孔擴(kuò)口方法，其步驟為 (1)將金屬筒通過(guò)定位機(jī)構(gòu)定位，避免擠壓擴(kuò)口時(shí)產(chǎn)生移動(dòng)； (2)擠壓頭在動(dòng)力機(jī)構(gòu)的推動(dòng)下進(jìn)入金屬筒擴(kuò)口端并沿金屬筒軸向運(yùn)動(dòng)，直到擠 壓頭到達(dá)行程的終點(diǎn)。擠壓頭為硬質(zhì)擠壓頭，其形狀與需要成型的擴(kuò)口對(duì)應(yīng)。擠壓擴(kuò)口方 法要求金屬筒擴(kuò)口段孔的大小必然與未擴(kuò)口段孔的大小之間存在尺寸上的過(guò)渡，即孔徑 不能一步擴(kuò)到位，需要逐步到位，否則按本方法是無(wú)法擴(kuò)口的，因此擴(kuò)口后金屬筒由三段構(gòu) 成-未擴(kuò)口段、過(guò)渡段和擴(kuò)口段。相應(yīng)地，擠壓頭也由三段構(gòu)成-位于前端與擠壓前管口直 徑大小對(duì)應(yīng)的起導(dǎo)向作用的導(dǎo)向段1、位于中部起主要變形作用的變形段2和位于尾端與 擠壓后管口直徑大小對(duì)應(yīng)的起定型作用的定型段3構(gòu)成，見(jiàn)圖1 ;變形段2縱截面為等腰梯 形、鼓形、啞鈴形等形狀，金屬筒的變形主要在變形段經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生。 本發(fā)明的關(guān)鍵在于確定擠壓頭的推進(jìn)速度和擠壓力。理論上擠壓頭的推進(jìn)速度越 慢，越有利于材料變形，但這影響生產(chǎn)效率，綜合考慮后確定推進(jìn)速度v《13mm/S。
而擠壓力與材料特性有關(guān)，如材料硬度、厚度、直徑等。材料的硬度要求在 HB75° 110°之間，太軟擠壓時(shí)容易導(dǎo)致材料變彎，硬度太高則容易使材料在變形時(shí)破 裂。本方法要求壁厚為5 10mm，外徑為30 80mm。外徑越小，壁厚應(yīng)相應(yīng)選擇較小規(guī)格，
否則材料容易彎曲變形。擠壓力計(jì)算公式為F = ZA^A(1 + ^^)J 式中F——擠壓力(N);
H——擠壓頭變形段高度(mm);
D——擠壓頭導(dǎo)向段直徑(mm); A——導(dǎo)向段和定型段橫截面面積之差(mm2) ;A=[《)2 _(|)2]X Ji ，其中d為
擠壓頭定型段直徑； o b為擠壓材料抗拉強(qiáng)度，o b為350 550Mpa ;Z為變形系數(shù)，Z為1 1. 8 ;N為 工具形狀系數(shù)，N為1 2. 5 ;k為擠壓部分形狀系數(shù)，k為1. 3 3 ;為摩擦因數(shù)，y0. 05 0. 3。這五個(gè)系數(shù)的具體取值根據(jù)不同情況、結(jié)合經(jīng)驗(yàn)由下表給出。
符號(hào)項(xiàng)目條件數(shù)但.符s-項(xiàng)日條件數(shù)值
o b擠壓材 料抗拉 強(qiáng)度 /MPa10鋼350k擠壓部 分形狀 系數(shù)圓形1.3
20鋼400止多邊形(二邊及 以h)2
25鋼500矩形2.3
30鋼550t-對(duì)稱形、復(fù)雜形2.5~3
z變形 系數(shù)l:序形狀系數(shù)摩擦 閃數(shù)面潤(rùn)滑系數(shù)
預(yù)擠簡(jiǎn)單1 1.2研磨有0.05~0.1
精擠簡(jiǎn)爭(zhēng)1.2 1.5似下磨無(wú)0.1~0.15
精擠復(fù)雜1.5 1.8精加|-有0.15 0.2
N狀系數(shù)凹陷棱角系數(shù)精加:[:無(wú)0.2 0.3
無(wú)無(wú)1
有無(wú)1.75~2無(wú)有有有2.5
擠壓材料抗拉強(qiáng)度在相關(guān)手冊(cè)上可以直接查到，上表列出了實(shí)際應(yīng)用較多的四種 鋼材的擠壓材料抗拉強(qiáng)度值。 變形系數(shù)工序中的預(yù)擠指導(dǎo)向段1對(duì)金屬筒的擠壓過(guò)程，精擠指變形段2對(duì)金屬 筒的擠壓過(guò)程；形狀指擠壓頭變形段2縱截面形狀。如果擠壓頭變形段2縱截面為直線或 光滑曲線的形狀，則稱為簡(jiǎn)單，如圖2a的等腰梯形、圖2b的鼓形、圖2c的啞鈴形等形狀。如 果為一些連續(xù)曲線或棱角線段，則稱之為復(fù)雜，如圖2d和圖2e。 工具形狀系數(shù)中的凹陷指變形段2表面是否有凹陷，凹陷包括外凸和內(nèi)凹(如圖 2b的鼓形、圖2c的啞鈴形)，直線(如圖2a的等腰梯形)則無(wú)凹陷；棱角指導(dǎo)向段和變形 段之間是否平滑(弧線)過(guò)渡，如為平滑過(guò)渡則棱角為無(wú)，否則為有。
擠壓部分形狀系數(shù)指變形段2橫截面形狀。 摩擦因數(shù)中的"面"指變形段2表面，分為研磨和精加工兩種加工方式，而潤(rùn)滑指 擠壓擴(kuò)口過(guò)程中是否添加潤(rùn)滑材料。 為了更利于擠壓，擠壓頭導(dǎo)向段可以設(shè)計(jì)為有一定錐度的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向段最前端略 小于金屬筒直徑，導(dǎo)向段尾端略大于金屬筒直徑，這樣在導(dǎo)向過(guò)程中有一個(gè)預(yù)擠壓過(guò)程。而 為了應(yīng)對(duì)金屬筒擠壓后回彈的問(wèn)題，本發(fā)明將定型段也設(shè)計(jì)為有一定錐度的結(jié)構(gòu)，定型段 最前端直徑等于金屬筒擴(kuò)口實(shí)際直徑，定型段尾端略大于金屬筒擴(kuò)口實(shí)際直徑，即擴(kuò)口后 孔的大小大于實(shí)際需要的尺寸，當(dāng)因?yàn)榛貜椂湛s時(shí)，正好收縮到實(shí)際尺寸，即預(yù)先留有補(bǔ) 償余量。如果擠壓頭導(dǎo)向段和定型段有一定錐度，那么前面所指的D就應(yīng)當(dāng)是導(dǎo)向段最大 直徑，d就應(yīng)當(dāng)是定型段最小直徑。 本方法專門(mén)針對(duì)一端具有大頭結(jié)構(gòu)的金屬筒而設(shè)計(jì)，其方法最初來(lái)源于對(duì)摩托車(chē) 倒置式前減震器外筒的加工改進(jìn)。倒置式前減震器外筒原有加工工藝為采用大外徑尺寸
5規(guī)格的坯管進(jìn)行鏜孔加工，最后再加工外圓。由于外筒形狀為一種大頭形狀零件，因此加工時(shí)往往需要按零件的最大外徑確定坯管外徑，這樣，加工時(shí)就會(huì)去除大量多余的材料，造成浪費(fèi)，而且也會(huì)增加加工時(shí)間，效率低。本方法不但效率高，而且能節(jié)省大量材料，可以從倒置式前減震器外筒推廣到所有最終形態(tài)為一端具有大頭結(jié)構(gòu)的金屬筒的擴(kuò)口。
權(quán)利要求
一種金屬筒圓孔擴(kuò)口方法，其特征在于其步驟為(1)將金屬筒通過(guò)定位機(jī)構(gòu)定位，避免擠壓擴(kuò)口時(shí)產(chǎn)生移動(dòng)；金屬筒硬度為HB75°～110°度，壁厚5～10mm，外徑30～80mm；(2)擠壓頭在動(dòng)力機(jī)構(gòu)的推動(dòng)下進(jìn)入金屬筒擴(kuò)口端并沿金屬筒軸向運(yùn)動(dòng)，直到擠壓頭到達(dá)行程的終點(diǎn)，擠壓頭的推進(jìn)速度v≤13mm/S，擠壓力 <mrow><mi>F</mi><mo>=</mo><mi>ZN</mi><msub> <mi>σ</mi> <mi>b</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>kμ</mi> <mfrac><mi>D</mi><mrow> <mn>4</mn> <mi>H</mi></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mi>A</mi><mo>;</mo> </mrow>擠壓頭為硬質(zhì)擠壓頭，其形狀與需要成型的擴(kuò)口對(duì)應(yīng)，擠壓頭由位于前端與擠壓前管口直徑大小對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向段(1)、位于中部的變形段(2)和位于尾端與擠壓后管口直徑大小對(duì)應(yīng)的定型段(3)構(gòu)成；式中，F(xiàn)為擠壓力，H為擠壓頭變形段高度，D為擠壓頭導(dǎo)向段直徑；A為導(dǎo)向段和定型段橫截面面積之差，σb為擠壓材料抗拉強(qiáng)度，Z為變形系數(shù)，N為工具形狀系數(shù)，k為擠壓部分形狀系數(shù)，μ為摩擦因數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬筒圓孔擴(kuò)口方法，其特征在于所述擠壓材料抗拉強(qiáng)度o b為350 550Mpa，變形系數(shù)Z為1 1. 8，工具形狀系數(shù)N為1 2. 5，擠壓部分形狀系 數(shù)k為1. 3 3，摩擦因數(shù)ii為0. 05 0. 3。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬筒圓孔擴(kuò)口方法，其特征在于所述變形段(2)縱 截面為等腰梯形、鼓形或啞鈴形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬筒圓孔擴(kuò)口方法，先將金屬筒通過(guò)定位機(jī)構(gòu)定位，避免擠壓擴(kuò)口時(shí)產(chǎn)生移動(dòng)；再使擠壓頭在動(dòng)力機(jī)構(gòu)的推動(dòng)下進(jìn)入金屬筒擴(kuò)口端并沿金屬筒軸向運(yùn)動(dòng)，直到擠壓頭到達(dá)行程的終點(diǎn)，擠壓頭的推進(jìn)速度v≤13mm/S，擠壓力本發(fā)明根據(jù)金屬筒和擠壓頭的相關(guān)數(shù)據(jù)即可得到擴(kuò)口的控制數(shù)據(jù)(速度和擠壓力)，按照該控制數(shù)據(jù)進(jìn)行加工即可穩(wěn)定地得到所需的擴(kuò)口，擴(kuò)口后成型穩(wěn)定。本方法易于掌握，避免了依靠經(jīng)驗(yàn)擴(kuò)口可能帶來(lái)的對(duì)金屬筒的損壞，而且經(jīng)驗(yàn)擴(kuò)口對(duì)金屬筒的依賴性強(qiáng)。由于擴(kuò)口后孔不會(huì)回縮，產(chǎn)品一致性好。
文檔編號(hào)B21D41/02GK101767158SQ20101004204
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者張興海, 彭青松 申請(qǐng)人:小康汽車(chē)產(chǎn)業(yè)(集團(tuán))有限公司