快速、批量制备哑铃形台阶轴坯的锻造模具及锻造方法与流程

1.本发明涉及哑铃形台阶轴坯的制备技术领域，尤其是一种快速、批量制备哑铃形台阶轴坯的锻造模具及锻造方法。


背景技术：

2.哑铃形零件即中间小，两端大，形状类似于哑铃的零件，现有技术采用圆棒料直接将零件锻造成形，必定造成极大的材料浪费；而采用两头大直径、中间小直径的哑铃形台阶轴坯进行锻造，无疑是实现该类锻件精密成形的极佳方式。
3.哑铃形台阶轴结构特殊，如图1所示，采用常规的镦粗工艺难以成形，一般是先将棒料的一端进行镦粗，再将第二端进行镦粗，具体可参照申请号为201610454552.9的发明专利。
4.在将坯料的第二端进行镦粗时，需要采用专用的模具，模具一般包括上模和下模，为了防止确保镦粗时第二端变形，中间轴和第一端不变形，需要在上模或者下模上设置中间轴保护套结构，由于锻造后的锻件两端粗，中间细，为了将锻件从模具中取出，中间轴保护套结构一般由多个部分可拆卸拼接而成，这样锻造完成后将中间轴保护套结构拆开，使得锻件的大端可以通过。如申请号为201610454552.9的发明专利采用芯模对中间轴以及预锻成形的大端进行保护和定位，锻后分开芯模取件。
5.芯模可采用各种可拆卸的组合方式，但都需要在取件时进行人工拆分，才能使锻件直径较大的端头取出，导致取件效率低下，下次锻造时，又需要再次安装芯模，需要消耗一定的时间，不利于实现快速批量化锻造。申请号为202110448161.7的发明专利公开了一种汽车底盘零部件缩口模具，只能够用于制备薄壁的底盘零件，且使用时需要先将成型芯子顶起，然后放置零件，操作还是不够方便。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是提供一种快速、批量制备哑铃形台阶轴坯的锻造模具及锻造方法，锻前不需要人工安装芯模，锻后可以快速取出锻件，从而保证锻造效率。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：快速、批量制备哑铃形台阶轴坯的锻造模具，包括从上至下依次设置的上模、下模外架和下模；
8.所述下模外架内设置有定位孔，所述定位孔的侧壁倾斜设置，且定位孔的上端孔口大于下端孔口，定位孔的侧壁设置有多个轴向延伸的防脱滑槽，所述定位孔内设置有与定位孔侧壁滑动配合的芯模，所述芯模具有中心定位通孔，芯模由多个芯模块拼接而成，每个芯模块的外壁设置有防脱滑块，每个防脱滑块位于一防脱滑槽内并与防脱滑槽滑动配合；
9.所述上模与下模外架之间设置有端头腔，所述下模外架可升降地安装于下模，中心定位通孔下方的下模上设置有下模型腔。
10.进一步地，所述定位孔和芯模均呈圆台形。
11.进一步地，所述端头腔设置在下模外架的上表面，端头腔的深度等于坯料端头的长度，所述上模为水平板，所述水平板自然置于下模外架的上表面，所述定位孔位于端头腔的底部。
12.进一步地，所述下模外架的下表面设置有导向孔，所述下模的上表面设置有导向柱，所述导向柱的上端伸入导向孔并与导向孔滑动配合，且导向孔的孔底与导向柱之间设置有弹簧。
13.进一步地，所述定位孔的上端孔口和下端孔口均倒圆角。
14.采用上述快速、批量制备哑铃形台阶轴坯的锻造模具的锻造方法，包括
15.将棒料的一端镦粗，得到t形中间坯；
16.将t形中间坯的小端向下穿过中心定位通孔并伸入下模型腔，将上模放在下模外架的顶部，使得t形中间坯的大端位于端头腔中，然后下压上模，使得下模外架向下移动，同时t形中间坯的小端在下模型腔中被镦粗，得到哑铃形台阶轴坯；
17.锻后取下上模，拉动哑铃形台阶轴坯向上移动，哑铃形台阶轴坯的下部端头到达芯模时，推动芯模沿着定位孔的侧壁倾斜向上滑动，中心定位通孔的直径增大，当中心定位通孔的直径大于哑铃形台阶轴坯的下部端头的外径时，哑铃形台阶轴坯的下部端头穿过中心定位通孔，完成脱模，脱模后芯模在重力的作用下自动向下滑动并复位。
18.进一步地，t形中间坯的锻造过程为：制备筒子下模，筒子下模的上表面设置有定位盲孔；将棒料的一端放入定位盲孔，棒料的上端位于定位盲之外，将筒子上模放在棒料的上端，向筒子上模施加向下的压力，从而将棒料的上端镦粗，得到t形中间坯。
19.进一步地，锻后采用夹钳夹住哑铃形台阶轴坯的上端头并拉动哑铃形台阶轴坯向上移动。
20.进一步地，下模外架向下移动时，弹簧被压缩，哑铃形台阶轴坯成形后，弹簧伸长，辅助推动哑铃形台阶轴坯向上移动。
21.本发明的有益效果是：通过将下模外架的定位孔孔壁设置为斜面，并在该斜面上设置防脱滑槽，通过在每个芯模块的外壁设置防脱滑块，且防脱滑块与防脱滑槽滑动配合，使得芯模能够沿着定位孔的孔壁倾斜向上或者向下滑动，在滑动的过程中，芯模的中心定位通孔变大或者变小，在锻后脱模时，只需要带动哑铃形台阶轴坯向上移动，哑铃形台阶轴坯的下部端头推动芯模向上滑动，使得中心定位通孔逐渐增大，直到哑铃形台阶轴坯的下部端头从中心定位通孔中通过。在脱模过程中，只需要带动哑铃形台阶轴坯向上移动即可，不需要拆卸芯模的各个芯模块，脱模非常方便快捷，且脱模后，芯模块在重力作用下自动向下滑动，重新组成芯模，下次锻造时不需要再对芯模进行安装，可有效减少操作量，提高锻造效率，可实现哑铃形台阶轴坯的快速批量化加工。
附图说明
22.图1是哑铃形台阶轴坯的示意图；
23.图2是t形中间坯的成形示意图；
24.图3是哑铃形台阶轴坯的锻造模具主视剖视示意图；
25.图4是芯模与下模外架配合的俯视示意图；
26.图5是哑铃形台阶轴坯的锻造示意图；
27.附图标记：2—筒子上模；3—t形中间坯；4—筒子下模；5—上模；6—下模外架；61—端头腔；63—定位孔；64—防脱滑槽；65—导向孔；7—下模；71—下模型腔；72—导向柱；8—弹簧；9—芯模；91—中心定位通孔；92—防脱滑块。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
29.如图3和图4所示，本发明的快速、批量制备哑铃形台阶轴坯的锻造模具，包括从上至下依次设置的上模5、下模外架6和下模7。
30.所述下模外架6内设置有定位孔63，所述定位孔63的侧壁倾斜设置，且定位孔63的上端孔口大于下端孔口，定位孔63的侧壁设置有多个轴向延伸的防脱滑槽64，所述定位孔63内设置有与定位孔63侧壁滑动配合的芯模9，所述芯模9具有中心定位通孔91，芯模9由多个芯模块拼接而成，每个芯模块的外壁设置有防脱滑块92，每个防脱滑块92位于一防脱滑槽64内并与防脱滑槽64滑动配合。
31.所述上模5与下模外架6之间设置有端头腔61，所述下模外架6可升降地安装于下模7，中心定位通孔91下方的下模7上设置有下模型腔71。
32.下模7以及下模型腔71用于成形哑铃形台阶轴坯的下部端头，下模型腔71的形状和尺寸与哑铃形台阶轴坯下部端头的尺寸一致。下模外架6以及上模5用于对t形中间坯3的中间轴上部以及上部端头进行定位以及保护，使t形中间坯3在锻造的过程中保持稳定，同时防止t形中间坯3的中间轴上部以及上部端头在后续的锻造过程中变形。在t形中间坯3下端被镦粗的过程中，t形中间坯3的高度逐渐降低，为了适应高度的变化，下模外架6可升降地安装于下模7。
33.具体地，通过芯模9对t形中间坯3的中间轴上部进行定位以及保护，中心定位通孔91的形状和尺寸与t形中间坯3的中间轴上部适配，保证t形中间坯3的小端能够穿过中心定位通孔91，但中间轴上部与中心定位通孔91孔壁之间又不存在太大的间隙。
34.由于中心定位通孔91的直径小于哑铃形台阶轴坯的端头直径，为了实现快速脱模，本发明通过在下模外架6的中间位置设置定位孔63，定位孔63的侧壁倾斜设置，且定位孔63的上端孔口大于下端孔口，定位孔63的侧壁设置有多个轴向延伸的防脱滑槽64，芯模9的芯模块通过防脱滑块92与防脱滑槽64滑动配合，使得每个芯模块与定位孔63的侧壁滑动配合。防脱滑槽64可以是燕尾槽，也可以是断面呈梯形的槽体，其槽口的宽度小于其他部分的宽度，防脱滑块92的形状则与防脱滑槽64的形状适配，以防止防脱滑块92从防脱滑槽64的槽口脱离，从而保证芯模块能够稳定地沿着定位孔63的侧壁上下滑动。定位孔63的倾斜侧壁具有自动定位的作用，在锻造时，定位孔63的倾斜侧壁能够稳定支撑芯模块，保证芯模9的稳定。此外，由于定位孔63的侧壁倾斜，开口面积从下至上逐渐增加，当芯模块沿着定位孔63的侧壁倾斜向上滑动时，芯模块会逐渐分开，使得中心定位通孔91的直径逐渐增大，直到可以使哑铃形台阶轴坯的端头通过。通过防脱滑块92设置在芯模块的下部，定位孔63的侧壁倾斜程度要满足：当防脱滑块92随着芯模块运动至防脱滑槽64的上部时，中心定位通孔91的直径增大至足够大以供哑铃形台阶轴坯的端头通过。为了防止防脱滑块92从防脱滑槽64的上端口脱离防脱滑槽64而导致芯模块失去定位，可以在防脱滑槽64的上端口内设置一挡块，可保证防脱滑块92始终位于防脱滑槽64内。
35.定位孔63和芯模9可以是棱台形，两者的横截面决均呈正方形，芯模9由2个或者4个芯模块组成，作为优选的实施方式，所述定位孔63和芯模9均呈圆台形，即横截面呈圆形，芯模9由2个、3个或者4个芯模块组成。
36.采用上述模具制备哑铃形台阶轴坯的方法为：
37.将棒料的一端镦粗，得到t形中间坯3。这一步骤可采用现有技术，优选的，制备筒子下模4，筒子下模4的上表面设置有定位盲孔，锻造时，将棒料的一端放入定位盲孔，棒料的直径与定位盲孔的直径适配，棒料的上端位于定位盲孔之外，将筒子上模2放在棒料的上端，筒子上模2可以是一块水平的板材，为了保证端头的成形质量，可以在筒子上模2的上表面或者筒子下模4的上表面设置端头成形腔。向筒子上模2施加向下的压力，从而将棒料的上端镦粗，得到t形中间坯3，如图2所示。筒子上模2与筒子下模4没有链接关系，上部端头成形后，直接取下筒子上模2即可，非常方便。
38.哑铃形台阶轴的成形：如图5所示，将t形中间坯3的小端向下穿过中心定位通孔91并伸入下模型腔71，将上模5放在下模外架6的顶部，使得t形中间坯3的大端位于端头腔61中，此时，t形中间坯3上部端头的上表面与上模5接触，t形中间坯3上部端头的下部阶梯面与芯模9上表面接触，下模外架6的上表面与上模5接触，这样可以防止下压上模5时，压制力传递至已经成形的t形中间坯3上部端头而导致上部端头再次被镦粗，保证压制力传递至t形中间坯3的小端，使得t形中间坯3的小端被镦粗而成形为下部端头。
39.然后下压上模5，使得下模外架6向下移动，同时t形中间坯3的小端在下模型腔71中被镦粗成形为下部端头，得到哑铃形台阶轴坯。
40.脱模：锻后取下上模5，拉动哑铃形台阶轴坯向上移动，具体可采用夹钳夹住哑铃形台阶轴坯的上端头并拉动哑铃形台阶轴坯向上移动，也可以在下模7设置顶杆，利用顶杆推动哑铃形台阶轴坯脱模并向上移动。哑铃形台阶轴坯的下部端头到达芯模9时，推动芯模9沿着定位孔63的侧壁倾斜向上滑动，中心定位通孔91的直径增大，当中心定位通孔91的直径大于哑铃形台阶轴坯的下部端头的外径时，哑铃形台阶轴坯的下部端头穿过中心定位通孔91，完成脱模，脱模后芯模9在重力的作用下自动向下滑动并复位。
41.可见，采用本发明后，哑铃形台阶轴坯下部端头的成形步骤包括：放置t形中间坯3
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安装上模5
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锻压
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拆下上模5
→
直接取出哑铃形台阶轴坯，而传统锻造方法的成形步骤包括：安装芯模
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放置t形中间坯3
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安装上模5
→
锻压
→
拆下上模5
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拆分芯模
→
取出哑铃形台阶轴坯，可见，本发明省略了芯模9的人工安装以及拆分工序，简化了生产工艺，有利于实现快速、批量制备哑铃形台阶轴坯生产。
42.端头腔61可以设置在上模5的下表面，优选的，所述端头腔61设置在下模外架6的上表面，端头腔61的深度等于t形中间坯3上部端头的长度，所述上模5为水平板，所述水平板自然置于下模外架6的上表面，所述定位孔63位于端头腔61的底部。将端头腔61设置在下模外架6上后，上模5就可以采用一定厚度的水平板，减小了上模5的重量和体积，有利于快速的安装和取下上模5，且由于锻造时上模5自然置于下模外架6的上表面即可，操作非常方便快捷，可进一步提高上模5的安装和取下效率。端头腔61的深度等于t形中间坯3上部端头的长度，可保证锻造时t形中间坯3上部端头和下模外架6的上表面同时与上模5接触，t形中间坯3上部端头的下表面与芯模9的上表面接触，对上部端头进行保护，避免已经成形的上部端头再次受到锻压力。
43.下模外架6可采用现有的各种升降机构进行升降，优选的，所述下模外架6的下表面设置有导向孔65，所述下模7的上表面设置有导向柱72，所述导向柱72的上端伸入导向孔65并与导向孔65滑动配合，且导向孔65的孔底与导向柱72之间设置有弹簧8。在锻造过程中，下模外架6向下移动时，弹簧8被压缩，具有较大的弹力，哑铃形台阶轴坯成形后，弹簧8伸长，辅助推动哑铃形台阶轴坯向上移动，从而减小脱模所需的力。
44.所述定位孔63的上端孔口和下端孔口均倒圆角，与镦粗的端头形状相适应。
45.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。