一种高压燃油泵泵头冷锻件及其绿色冷锻工艺和模具的制作方法

1.本发明涉及高压燃油泵泵头技术领域，具体涉及一种高压燃油泵泵头冷锻件及其绿色冷锻工艺和模具。


背景技术：

2.泵头是汽车高压燃油泵的关键零件之一，一般采用锻造制坯后切削加工获得，其锻造后毛坯形状结构与最终成品零件的差异越大，则需要额外切削加工的材料越多，消耗的刀具和能耗也越多，如果想要获得和最终成品零件差异很小的锻造毛坯，则对锻造的工艺和模具提出了更高的要求，冷锻是其中一种经常使用的锻造方法，将其应用至泵头的锻造制坯是较为常见的，在工程实践中，由于冷锻时工件与模具的摩擦非常剧烈，一般需要在冷锻成型前对需要成型的工件进行表面润滑处理。
3.现有的成熟的表面润滑方法为对工件进行磷皂化处理，但是对环境有污染；由于泵头为不规则的不锈钢零件，单纯采用高分子润滑剂进行表面润滑，冷锻后出现工件表面粗糙、拉毛等成型问题，难以获得预期形状结构和表面质量的泵头锻造毛坯且影响模具可靠性；由于泵头为非回转体，冷锻成型模圆角过渡位置容易应力集中导致模具开裂，进一步降低了成型过程模具的可靠性，为此，提出一种高压燃油泵泵头冷锻件及其绿色冷锻工艺和模具。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种高压燃油泵泵头冷锻件及其绿色冷锻工艺和模具，以解决上述背景技术中提出表面润滑的磷皂化对环境有污染，单纯对泵头采用高分子润滑剂进行表面润滑，冷锻后出现工件表面粗糙、拉毛等成型问题，难以获得预期形状结构和表面质量的泵头锻造毛坯且影响模具可靠性，由于泵头为非回转体，冷锻成型模圆角过渡位置容易应力集中导致模具开裂，进一步降低了成型过程模具的可靠性的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高压燃油泵泵头冷锻件，包括不规则头部和圆柱形支撑部，所述不规则头部与所述圆柱形支撑部为一体成型设计，所述不规则头部与所述圆柱形支撑部之间采用圆角过渡连接；
6.所述不规则头部包括第一端面、第二端面、第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面；
7.所述圆柱形支撑部包括支撑底面和支撑侧面，所述第二端面、所述第一侧面、所述第二侧面及所述支撑侧面均为非切削加工面。
8.作为优选，上述所述第一侧面与所述第二侧面均为曲面设计，所述第三侧面与所述第四侧面为互相平行的平面设计，所述第三侧面与所述第四侧面通过所述第一侧面和所述第二侧面的圆角过渡连接。
9.另外本发明还提供了一种高压燃油泵泵头冷锻件的绿色冷锻工艺，包括以下步骤：
10.s1、下料：将圆棒料移动至目的位置等待加工，圆棒料为不锈钢材质；
11.s2、锻前抛丸：抛丸机对不锈钢材质的圆棒料的表面进行抛丸处理，增加圆棒料的表面粗糙度，抛丸后圆柱形料坯的表面粗糙度为rz50
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rz150；
12.s3、表面润滑：表面润滑的润滑剂温度为50℃
‑
90℃的高分子润滑剂，将圆棒料完全浸泡至高分子润滑剂后8s
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12s后取出进行烘干，烘干温度80℃
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130℃，烘干时间1min
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3min，让高分子润滑剂在料坯表面形成均匀的涂层；
13.s4、冷锻成型及锻后抛丸：将料坯放入安装在冷锻设备上的冷锻成型模具中一步锻造成型，其中经过表面润滑处理的料坯表面温度不低于45℃，冷锻成型模具成型块的型腔表面预制硬质合金涂层，如tin、ticn或tialn涂层。
14.作为优选，上述所述s3中高分子润滑剂，为高分子材料和去离子水按照1：1配比的水溶液：
15.另外本发明还提供了一种高压燃油泵泵头冷锻件模具，所述s4中的冷锻成型模具包括冷锻上模、冷锻下模和顶料组件，所述冷锻上模包括上模垫块，所述上模垫块的内部连通有上模冲头，所述冷锻下模包括下模模芯，所述下模模芯位于所述上模垫块的下方，所述下模模芯的外侧与所述上模垫块的外侧活动套接有下模中模套，所述下模中模套的外侧活动套接有下模外模套。
16.作为优选，上述所述下模模芯包括四个第一成型块和第二成型块，四个所述第一成型块呈抱合放置，四个所述第一成型块安装于所述第二成型块的上表面。
17.作为优选，上述所述四个第一成型块抱合的外径与所述上模垫块的外径相等，所述下模中模套的内径与所述上模垫块的外径相适配，所述下模外模套的内部依次开设有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽的内径与所述下模中模套的外径相适配，所述第二凹槽的内径与所述第二成型块的外径相适配。
18.作为优选，上述所述顶料组件包括顶出杆，所述顶出杆的一端插入于所述下模模芯的内部，所述顶出杆的另一端贯穿所述下模模芯固定连接有顶出底座。
19.作为优选，上述所述第二成型块的外侧固定套接有环状凸起，所述环状凸起的上表面与所述下模外模套的下表面贴合，所述第二成型块的底部开设有与所述顶出底座相适配的插槽，所述顶出底座活动插入于所述插槽的内部。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21.一、本发明在冷锻工艺制造过程中，由于冷锻时工件与模具的摩擦非常剧烈，所以用高分子润滑剂代替磷皂化对需要成型的工件进行表面润滑处理，相较于磷皂化处理，高分子润滑剂更加环保，没有污染环境；
22.二、本发明的冷锻过程中，通过合理设置工艺条件，对料坯进行锻前抛丸和表面润滑处理，在将料坯放入冷锻设备上的冷锻成型模具中一步锻造成型之前，高分子润滑剂在料坯表面形成均匀的涂层，此举提高了泵头的成型质量，避免了泵头冷锻件在成型后产生的产品拉毛、表面粗糙等问题；
23.三、本发明通过对冷锻成型模具的结构设计和预制硬质合金涂层，不仅提高了泵头成型质量，而且提高了成型过程模具的可靠性。
附图说明
24.图1为本发明的不规则头部的结构示意图；
25.图2为本发明的不规则头部的另一视角的结构示意图；
26.图3为本发明的冷锻上模的结构示意图；
27.图4为本发明的冷锻上模的另一视角的结构示意图；
28.图5为本发明的冷锻上模的爆炸结构示意图；
29.图6为本发明的上模冲头的结构示意图；
30.图7为本发明的冷锻模具的爆炸结构示意图；
31.图8为本发明的冷锻下模的爆炸结构示意图；
32.图9为本发明的冷锻下模的结构示意图；
33.图10为本发明的下模模芯的结构示意图；
34.图11为本发明的下模外模套的剖视结构示意图；
35.图12为本发明的下模外模套的结构示意图。
36.图中：100、不规则头部；101、第一端面；102、第二端面；103、第一侧面；104、第二侧面；105、第三侧面；106、第四侧面；200、圆柱形支撑部；201、支撑侧面；202、支撑底面；300、冷锻上模；301、上模冲头；302、上模垫块；400、冷锻下模；401、下模外模套；402、下模中模套；403、下模模芯；4031、第一成型块；4032、第二成型块；4033、环状凸起；4034、插槽；404、第一凹槽；405、第二凹槽；500、顶料组件；501、顶出杆；502、顶出底座。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.实施例1
39.请参阅图1
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12，本发明提供一种技术方案：一种高压燃油泵泵头冷锻件，包括不规则头部100和圆柱形支撑部200，不规则头部100与圆柱形支撑部200为一体成型设计，不规则头部100与圆柱形支撑部200之间采用圆角过渡连接；
40.不规则头部100包括第一端面101、第二端面102、第一侧面103、第二侧面104、第三侧面105和第四侧面106；
41.圆柱形支撑部200包括支撑底面202和支撑侧面201，第二端面101、第一侧面103、第二侧面104及支撑侧面201均为非切削加工面。
42.第一侧面103与第二侧面104均为曲面设计，第三侧面105与第四侧面106为互相平行的平面设计，第三侧面105与第四侧面106通过第一侧面103和第二侧面104的圆角过渡连接；第一侧面103、第二侧面104、第二端面102以及支撑侧面201为冷锻成型面，加工为成品零件过程中不进行切削加工。
43.另外本发明还提供了一种高压燃油泵泵头冷锻件的绿色冷锻工艺，包括以下步骤：
44.s1、下料：将圆棒料移动至目的位置等待加工，圆棒料为不锈钢材质；
45.s2、锻前抛丸：抛丸机对不锈钢材质的圆棒料的表面进行抛丸处理，增加圆棒料的表面粗糙度，抛丸后圆柱形料坯的表面粗糙度为rz50
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rz150，进而提高后续表面润滑步骤中润滑剂的附着力；
46.s3、表面润滑：表面润滑的润滑剂温度为50℃的高分子润滑剂，表面润滑时将经过锻前抛丸处理的不锈钢材质的圆棒料完全浸泡至高分子润滑剂后8s后取出进行烘干，烘干温度80℃，烘干时间1min，让高分子润滑剂在料坯表面形成均匀的涂层；
47.s4、冷锻成型及锻后抛丸：将经过表面润滑处理的料坯，放入安装在冷锻设备上的冷锻成型模具中一步锻造成型，其中经过表面润滑处理的料坯表面温度不低于45℃，冷锻成型模具成型块的型腔表面预制硬质合金涂层，如tin、ticn或tialn涂层。
48.s3中高分子润滑剂，为高分子材料和去离子水按照1：1配比的水溶液；水溶液的温度为50℃。
49.工作原理或者结构原理，使用时，在冷锻工艺制造过程中，由于冷锻时工件与模具的摩擦非常剧烈，需要对冷锻的工件进行表面润滑处理，用高分子润滑剂代替磷皂化对需要成型的工件进行表面润滑处理，更加环保，没有污染环境；冷锻过程中，通过合理设置工艺条件，对料坯进行锻前抛丸和表面润滑处理，在将料坯放入冷锻设备上的冷锻成型模具中一步锻造成型之前，高分子润滑剂在料坯表面形成均匀的涂层，提高了泵头的成型质量，避免了泵头冷锻件在成型后产生的产品拉毛、表面粗糙等问题；本发明通过对冷锻成型模具的结构设计和预制硬质合金涂层，不仅提高了泵头成型质量，而且提高了成型过程模具的可靠性。
50.实施例2
51.该实施例2与实施例1的不同之处在于：一种高压燃油泵泵头冷锻件的绿色冷锻工艺，包括以下步骤：
52.s1、选择不锈钢材质的圆棒料在锯床上进行锯切下料，获得一定长度的圆柱形料坯；
53.s2、将步骤1中的圆柱形料坯在抛丸机上进行抛丸处理，抛丸后圆柱形料坯的表面粗糙度rz50
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rz150；
54.s3、将步骤2中经过抛丸处理的料坯直接放入高分子润滑剂水溶液中进行料坯的表面润滑处理。其中高分子润滑剂水溶液中高分子材料和去离子水按照1：1配比，水溶液的温度为90℃，表面润滑处理的时间为12s；
55.s4、将步骤3中经过表面润滑处理的料坯取出放置至烘干设备上进行烘干处理，烘干温度130℃，烘干时间1min
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3min。
56.s5、将步骤4中经过烘干的料坯采用输送带转移至安装在公称压力160t油压机中的冷锻成型模具中，转移过程中对烘干料坯进行保温，保温温度75℃。
57.s6、将步骤5中转移获得的料坯在所述冷锻成型模具中进行成型，冷锻成型模具第一成型块和第二成型块的型腔表面预制tin涂层，涂层厚度为10um，将料坯放置在冷锻下模400内的第一成型块4031内，冷锻成型模具中冷锻上模300下行，与冷锻下模400闭合形成封闭型腔，对放置在冷锻下模400上的料坯进行挤压成型，成型结束后，冷锻上模300上行，顶料组件500的顶出杆501随顶出底座502移动，将泵头冷锻成型件顶出冷锻下模400后后取出。
58.s7、将步骤6中获得的泵头冷锻成型件放置于抛丸机中进行锻后抛丸处理，清理泵头冷锻成型件表面残留的润滑剂，进而获得高压燃油泵泵头冷锻件。
59.实施例3
60.其中与实施例2中相同或相应的部件采用与实施例2相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例2的区别点，该实施例3与实施例2的不同之处在于：在步骤2和步骤3之间增加清洗步骤，对步骤2中的料坯进行清洗，采用温度84℃的去离子水进行清洗。
61.实施例4
62.其中与实施例2中相同或相应的部件采用与实施例2相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例2的区别点，该实施例4与实施例2的不同之处在于：在步骤6中冷锻成型模具第一成型块4031和第二成型块4032的型腔表面预制ticn涂层，涂层厚度为5um。
63.实施例5
64.其中与实施例3中相同或相应的部件采用与实施例3相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例3的区别点，该实施例5与实施例3的不同之处在于：在步骤6中冷锻成型模具第一成型块4031和第二成型块4032的型腔表面预制ticn涂层，涂层厚度为6um。
65.实施例6
66.其中与实施例2中相同或相应的部件采用与实施例2相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例2的区别点，该实施例6与实施例2的不同之处在于：在步骤6中冷锻成型模具第一成型块4031和第二成型块4032的型腔表面预制tiain涂层，涂层厚度为7um。
67.实施例7
68.其中与实施例3中相同或相应的部件采用与实施例3相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例3的区别点，该实施例7与实施例3的不同之处在于：在步骤6中冷锻成型模具第一成型块4031和第二成型块4032的型腔表面预制tiain涂层，涂层厚度为8um。
69.另外本发明还提供了一种高压燃油泵泵头冷锻件模具，s4中的冷锻成型模具包括冷锻上模300、冷锻下模400和顶料组件500，冷锻上模300包括上模垫块302，上模垫块302的内部连通有上模冲头301，冷锻下模400包括下模模芯403，下模模芯403位于上模垫块302的下方，下模模芯403的外侧与上模垫块302的外侧活动套接有下模中模套402，下模中模套402的外侧活动套接有下模外模套401。
70.下模模芯403包括四个第一成型块4031和第二成型块4032，四个第一成型块4031呈抱合放置，四个第一成型块4031安装于第二成型块4032的上表面；四个第一成型块4031抱合后形成空腔，将料坯放在空腔内部。
71.四个第一成型块4031抱合的外径与上模垫块302的外径相等，下模中模套402的内径与上模垫块302的外径相适配，下模外模套401的内部依次开设有第一凹槽404和第二凹槽405，第一凹槽404的内径与下模中模套402的外径相适配，第二凹槽405的内径与第二成型块4032的外径相适配；当上模垫块302与下模模芯403紧密贴合时，下模中模套402将上模垫块302与下模模芯403套接，下模外模套401套在下模中模套402的外侧。
72.顶料组件500包括顶出杆501，顶出杆501的一端插入于下模模芯403的内部，顶出杆501的另一端贯穿下模模芯403固定连接有顶出底座502；成型结束后，冷锻上模300上行，顶料组件500的顶出杆501随顶出底座502移动，将泵头冷锻成型件顶出冷锻下模400后后取出。
73.第二成型块4032的外侧固定套接有环状凸起4033，环状凸起4033的上表面与下模外模套401的下表面贴合，第二成型块4032的底部开设有与顶出底座502相适配的插槽4034，顶出底座502活动插入于插槽4034的内部；环状凸起4033将下模外模套401挡住，顶出底座502活动插入于插槽4034内部，防止露出第二成型块4032占据空间。
74.综上，将将料坯放入安装在冷锻设备上的冷锻成型模具中一步锻造成型，将料坯放置在冷锻下模400内的第一成型块4031内，冷锻成型模具中冷锻上模300下行，与冷锻下模400闭合形成封闭型腔，对放置在冷锻下模400上的料坯进行挤压成型，成型结束后，冷锻上模300上行，顶料组件500的顶出杆501随顶出底座502移动，将泵头冷锻成型件顶出冷锻下模400后后取出。
75.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。