一种小直径内台阶孔整形设备及其整形方法与流程

本技术涉及整形设备，尤其是涉及一种小直径内台阶孔整形设备及其整形方法。

背景技术：

1、金属粉末注射成型（mim）技术是一种将现代塑料注射成型技术与传统粉末冶金工艺相结合而形成的近净成形技术，它能够大批量、高效率地生产具有复杂形状和高精度的小型金属零部件，在航空航天、医疗器械、消费电子、汽车零部件等领域得到了广泛应用。mim工艺通常包括混炼、注射成型、脱脂和烧结等主要步骤，其中烧结是决定最终产品尺寸精度和力学性能的关键环节。然而，由于粉末在烧结过程中会发生非均匀收缩，mim烧结件极易产生翘曲、变形等尺寸偏差，因此，后续的塑形（整形）工序对于保证产品的最终精度至关重要。

2、针对mim烧结件的变形问题，现有技术中，通常采用人工手动校正的手段进行塑形校正。具体的，操作人员使用简易的夹具、锤子等工具，凭借经验对变形的烧结件进行敲击或按压，使其恢复至目标形状。该方法的优点是灵活性高，可处理各种复杂变形。但缺点是严重依赖操作人员的技术水平，效率低下，劳动强度大，且产品一致性差，容易造成零件表面损伤或应力集中。

3、相关技术中，参照图1，一种小直径内台阶孔工件，受限结构限位为mim模具公母模入子互碰成型，具体的，要求工件10内部上台阶孔101直径尺寸为8.2mm，下台阶孔102直径尺寸为6.7mm，成型后同轴度约0.05。

4、然而，上述工件壁厚不均，在烧结时变形不可控，影响了工件内部通孔的直径尺寸和真圆度，并加剧了同轴度变异，因此，亟需设计一种小直径内台阶孔整形设备及其整形方法。

技术实现思路

1、为了改善工件台阶孔上下端内壁变形的问题，本技术提供一种小直径内台阶孔整形设备及其整形方法。

2、第一方面，本技术提供的一种小直径内台阶孔整形设备，采用如下的技术方案：

3、一种小直径内台阶孔整形设备，包括相对设置的固定架，两所述固定架之间设置有用于夹持并定位工件的夹持件；所述夹持件的上下两侧均设置有扩张组件，位于所述夹持件顶部的扩张组件用于扩张整形工件的上台阶孔，位于所述夹持件底部的扩张组件用于扩张整形工件的下台阶孔。

4、通过采用上述技术方案，夹持件将工件稳固夹持定位，使工件的上台阶孔和下台阶孔分别朝向上下两侧的扩张组件；位于夹持件顶部的扩张组件从上方伸入工件的上台阶孔内，对烧结后发生收缩变形的上台阶孔内壁施加径向扩张力，将上台阶孔的内壁从变形状态向目标真圆状态矫正；位于夹持件底部的扩张组件从下方伸入工件的下台阶孔内，对下台阶孔内壁施加径向扩张力，将下台阶孔的内壁从变形状态向目标真圆状态矫正。本技术通过在夹持件上下两侧分别设置扩张组件，从工件内孔的上下两端分别对台阶孔内壁进行径向扩张矫正，使上台阶孔和下台阶孔的内壁在径向方向上被均匀撑开，有效矫正了mim烧结件因壁厚不均和非均匀收缩导致的内孔真圆度偏差，提高了工件台阶孔的圆度和同轴度，同时降低了劳动强度，保证了产品的一致性。

5、作为优选，所述扩张组件包括定位板、升降板、驱动气缸、弹性件和扩张件；所述定位板设置于夹持件的一侧，所述升降板滑动设置于定位板朝向夹持件的侧壁，所述驱动气缸设置于定位板上，以用于驱使定位板带动升降板靠近或者远离夹持件；所述弹性件设置于定位板和升降板之间，以通过自身弹力驱使升降板靠近夹持件；所述扩张件设置于升降板上，以用于扩张上台阶孔和下台阶孔。

6、通过采用上述技术方案，驱动气缸驱使定位板带动升降板向靠近夹持件的方向移动，扩张件随升降板同步移动并伸入工件的台阶孔内；弹性件设置于定位板与升降板之间，通过自身弹力驱使升降板靠近夹持件，使扩张件在矫正过程中对工件内壁施加持续的弹性顶撑力，减少了刚性应力对工件造成的损坏；扩张件对工件内壁的压力沿周向均匀分布，将内孔从变形的不规则截面逐步撑向真圆状态，避免了刚性冲击造成内壁局部过度扩张或损伤，在保证真圆度矫正效果的同时保护了工件内壁的完整性。

7、作为优选，所述扩张件包括若干组扩张弧板和顶撑杆；所有所述扩张弧板均设置于升降板上，所有所述扩张弧板的端部端部均插设于工件内部，且所有所述扩张弧板均沿着工件内孔的轴向依次分布；所述顶撑杆设置于所有扩张弧板之间，所述顶撑杆远离升降板的端部与定位板相连；所述顶撑杆的周壁与扩张弧板的侧壁相互贴合，且所述顶撑杆的外径尺寸朝向靠近定位板的方向逐渐增大，以用于顶撑所有扩张弧板相互远离。

8、通过采用上述技术方案，多组扩张弧板沿工件内孔轴向依次排列并插入台阶孔内部，顶撑杆设置于各扩张弧板之间，顶撑杆的外径沿轴向向靠近定位板的方向逐渐增大，形成锥形顶撑面；当升降板带动扩张弧板向靠近定位板方向移动时，顶撑杆的锥形面逐渐楔入各扩张弧板之间，推动扩张弧板沿径向向外扩张，对工件台阶孔内壁施加均匀的径向顶撑力；多组扩张弧板沿轴向分布，使台阶孔沿轴向各段的变形均能被逐段矫正，且各扩张弧板沿周向连续排列，对台阶孔内壁的周向各方向同时施加扩张力，将内孔的变形截面逐步矫正为真圆截面，有效提高了台阶孔的真圆度和轴向各段的尺寸一致性。

9、作为优选，所述固定架上设置有限位块，所述限位块的顶壁用于抵接升降板朝向夹持件的侧壁。

10、通过采用上述技术方案，限位块固定安装于固定架上，限位块的顶壁对升降板向夹持件方向的滑动进行止挡定位，限制了扩张件伸入工件台阶孔的最大深度，防止扩张件过度伸入工件内部造成内壁过度扩张或工件端面损伤；同时限位块保证了每次整形时扩张件的伸入深度一致，使各工件台阶孔沿轴向各部位均能得到均匀的真圆度矫正效果。

11、作为优选，所述扩张件包括扩张柱和顶撑头；所述扩张柱设置于升降板朝向工件的侧壁，且所述扩张柱的周壁用于顶撑工件的上台阶孔和下台阶孔；所述顶撑头设置于扩张柱朝向工件的端部，以便于扩张柱抵入工件内部。

12、通过采用上述技术方案，扩张柱为柱状结构，其外径与工件台阶孔的目标真圆尺寸相匹配；升降板带动扩张柱向工件方向移动，扩张柱插入台阶孔内，其外周壁对台阶孔内壁施加径向顶撑力，将台阶孔内壁从变形状态扩张至目标真圆尺寸；扩张柱的外周壁为完整连续的圆柱面，插入台阶孔后对台阶孔内壁的整个圆周方向同时施加均匀的顶撑力，使台阶孔内壁的变形部位在径向被均匀撑开，有效矫正了内孔的真圆度偏差；顶撑头设置于扩张柱朝向工件的端部，为锥形或球面导向结构，引导扩张柱顺利插入台阶孔内部，降低了插入阻力。

13、作为优选，所述夹持件的一侧设置有底座，所述底座上设置有旋转柱，所述底座上设置有用于驱使旋转柱旋转的转动电机；所述旋转柱上下两端相对设置有定位架，所述定位架沿着旋转柱的周向间隔分布；所述定位架和扩张组件分别一一对应设置，且每一所述定位架均与对应的驱动气缸相连；所有所述扩张柱的外径尺寸均沿着旋转柱的周向依次增大，以用于逐级整形工件内壁。

14、通过采用上述技术方案，旋转柱上下两端沿周向间隔安装有多组定位架，每组定位架上对应安装一组扩张组件，各组扩张组件的扩张柱外径沿旋转柱周向依次增大；当一组扩张柱完成整形后，转动电机驱动旋转柱转动设定角度，将外径更大的下一组扩张柱对准工件，对工件台阶孔进行下一级扩张整形；通过多组外径依次增大的扩张柱对工件台阶孔进行逐级矫正，使台阶孔内壁的变形量逐级释放，避免单次大变形量矫正导致的内壁回弹或开裂，使内孔在经过各级矫正后逐步逼近目标真圆状态，显著提高了台阶孔真圆度的矫正精度和矫正效果的稳定性。

15、作为优选，每一所述定位架上均设置有驱动组件，以用于驱使扩张柱相对于工件旋转；每一所述升降板上均设置有分隔组件，以用于辅助分隔扩张柱与工件内周壁。

16、通过采用上述技术方案，驱动组件驱使扩张柱在矫正过程中相对于工件旋转，使扩张柱的外周壁与工件台阶孔内壁之间产生周向摩擦，对台阶孔内壁进行周向碾压，将内孔周向各方向的变形部位均进行矫正，进一步提高真圆度矫正的均匀性；分隔组件在扩张柱与工件内周壁之间形成气膜隔离，减小扩张柱与工件内壁之间的摩擦阻力，便于扩张柱的旋转、插入和脱离，同时防止工件内壁与扩张柱表面直接接触造成拉伤。

17、作为优选，所述驱动组件包括转动板、固定齿环、驱动齿轮和驱动电机；所述转动板转动设置于每一组定位架上，且所述驱动气缸与转动板的轴心处相连；所述固定齿环设置于转动板的周壁上，所述驱动齿轮转动设置于定位架上，所述驱动电机设置于定位架上，以用于驱使驱动齿轮转动。

18、通过采用上述技术方案，驱动电机驱使驱动齿轮转动，驱动齿轮通过固定齿环带动转动板旋转，转动板带动驱动气缸和扩张柱同步旋转；齿轮啮合传动方式传动比精确，运转平稳，保证了扩张柱旋转速度的稳定性和可控性，使扩张柱对台阶孔内壁的周向碾压矫正均匀一致，从而提高了台阶孔周向各方向真圆度矫正的一致性；并且借助，旋转的扩张柱，以便于对台阶孔内部的毛刺或者凸起进行整形，减少了将扩张柱沿着台阶孔的轴向暴力插入台阶孔内壁，导致工件台阶孔破损的现象。

19、作为优选，所述分隔组件包括供气管和充气泵；所述供气管穿设于升降板上，所述扩张柱的侧壁贯穿开设有用于连通供气管的通气口，且所述扩张柱的外周壁贯穿开设有若干组与通气口相连通的通气孔；所述充气泵设置于升降板上，以用于对供气管供气。

20、通过采用上述技术方案，充气泵向供气管输送压缩空气，压缩空气经通气口进入扩张柱内部，再从扩张柱外周壁的通气孔向外喷出，在扩张柱与工件内周壁之间形成气膜层；气膜层将扩张柱与工件内壁隔开，大幅降低了扩张柱旋转和插入时的摩擦阻力，减少了工件内壁被拉伤的风险；同时，压缩空气的吹出也起到了清除工件内壁碎屑的作用，保证了矫正面的洁净度，进一步提高了台阶孔真圆度矫正的质量；另外，当扩张柱对工件的台阶孔扩张整形完毕后，利用通气孔喷出气流形成气模层，以便于辅助扩张柱与工件相互分离，减少了扩张柱脱离过程中对工件内壁造成的拉伤。

21、第二方面，

22、本技术提供一种小直径内台阶孔整形设备的整形方法，包括如下步骤：

23、上料：夹持件将工件夹持固定于固定架上；

24、整形：扩张组件对工件的上台阶孔和下台阶孔进行扩张整形。

25、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

26、本技术通过在夹持件上下两侧分别设置扩张组件，分别对工件的上台阶孔和下台阶孔内壁施加径向扩张力，将烧结变形的内孔从变形状态向目标真圆状态矫正，有效改善了mim烧结件台阶孔内壁的真圆度偏差和同轴度变异，提高了工件的尺寸精度，降低了劳动强度，保证了产品一致性；

27、通过扩张件中扩张弧板与顶撑杆的配合或扩张柱与顶撑头的配合，对台阶孔内壁施加均匀的径向顶撑力，使台阶孔沿轴向各段和周向各方向的变形均能被有效矫正；

28、通过旋转柱上多组外径依次增大的扩张柱对工件台阶孔进行逐级矫正，使内孔逐步逼近目标真圆状态，避免了单次大变形量矫正导致的内壁回弹或开裂，进一步提高了真圆度矫正精度；

29、通过分隔组件在扩张柱与工件内周壁之间形成气膜层，配合驱动组件驱使扩张柱相对于工件旋转，实现了对台阶孔内壁的周向碾压矫正，同时减小了扩张柱与工件内壁之间的摩擦阻力，防止了工件内壁拉伤，提高了台阶孔真圆度矫正的均匀性和表面完整性。