專利名稱：一種金屬筒圓孔擴口方法
技術(shù)領域：
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上對其擴口的方法。
背景技術(shù)：
基于各種目的，在金屬筒原有管口基礎上進行擴口處理有相當?shù)膶嵱脠龊稀Ｄ壳?擴口主要有兩種工藝刀具鏜孔和擠壓擴口。刀具鏜孔通常是在數(shù)控機床上利用專用刀具 對原有金屬筒進行切削加工，切削量和加工深度由數(shù)控機床上的控制電路控制。這種擴口 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，設備投 入大，而且對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，為了達到零件的最終形狀，往往需要選擇以大頭端的最大外徑作為坯 管尺寸再進行內(nèi)外加工，不僅大大浪費原材料，而且也增加了加工工序，降低了生產(chǎn)效率。
擠壓擴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先加工 成與擴口形狀對應，因此能夠一次成型。擴口后，材料外徑也會形成與擠壓頭相似的形狀， 且外徑也會增大，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，從而達到節(jié)約材料，減少加工工序的目的。擠壓擴口成型的快慢跟擠壓頭推進速度直 接相關(guān)，而且擴口形狀適應面大。擠壓擴口雖然效率高，但對金屬筒的硬度有要求，局限性 較大，過硬則容易漲裂，過軟則擠壓時金屬筒會發(fā)生彎曲。而且擠壓過程涉及的相關(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 速度難以掌握，目前還只能根據(jù)經(jīng)驗來擠壓擴口。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有擴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 圓孔擴口方法。 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的
—種金屬筒圓孔擴口方法，其步驟為 (1)將金屬筒通過定位機構(gòu)定位，避免擠壓擴口時產(chǎn)生移動；金屬筒硬度為 HB75° 110° ，壁厚5 10mm，外徑30 80mm ; (2)擠壓頭在動力機構(gòu)的推動下進入金屬筒擴口端并沿金屬筒軸向運動，直到擠 壓頭到達行程的終點，擠壓頭的推進速度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口對應，擠壓頭由位于前端與擠壓前管口直 徑大小對應的起導向作用的導向段、位于中部起主要變形作用的變形段和位于尾端與擠壓 后管口直徑大小對應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為擠壓頭導向段直徑；A為導向段和定型段橫截面面積之差，o b為擠壓材料抗拉強度，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)。 進一步地，所述擠壓材料抗拉強度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)即可得到擴口的控制數(shù)據(jù)(速度和擠壓 力)，按照該控制數(shù)據(jù)進行加工即可穩(wěn)定地得到所需的擴口，擴口后成型穩(wěn)定。本方法易于 掌握，避免了依靠經(jīng)驗擴口可能帶來的對金屬筒的損壞，而且經(jīng)驗擴口對金屬筒的依賴性 強。由于擴口后孔不會回縮，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。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。
本發(fā)明金屬筒圓孔擴口方法，其步驟為 (1)將金屬筒通過定位機構(gòu)定位，避免擠壓擴口時產(chǎn)生移動； (2)擠壓頭在動力機構(gòu)的推動下進入金屬筒擴口端并沿金屬筒軸向運動，直到擠 壓頭到達行程的終點。擠壓頭為硬質(zhì)擠壓頭，其形狀與需要成型的擴口對應。擠壓擴口方 法要求金屬筒擴口段孔的大小必然與未擴口段孔的大小之間存在尺寸上的過渡，即孔徑 不能一步擴到位，需要逐步到位，否則按本方法是無法擴口的，因此擴口后金屬筒由三段構(gòu) 成-未擴口段、過渡段和擴口段。相應地，擠壓頭也由三段構(gòu)成-位于前端與擠壓前管口直 徑大小對應的起導向作用的導向段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應的起定型作用的定型段3構(gòu)成，見圖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)過時產(chǎn)生。 本發(fā)明的關(guān)鍵在于確定擠壓頭的推進速度和擠壓力。理論上擠壓頭的推進速度越 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，太軟擠壓時容易導致材料變彎，硬度太高則容易使材料在變形時破 裂。本方法要求壁厚為5 10mm，外徑為30 80mm。外徑越小，壁厚應相應選擇較小規(guī)格，
否則材料容易彎曲變形。擠壓力計算公式為F = ZA^A(1 + ^^)J 式中F——擠壓力(N);
H——擠壓頭變形段高度(mm);
D——擠壓頭導向段直徑(mm); A——導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。這五個系數(shù)的具體取值根據(jù)不同情況、結(jié)合經(jīng)驗由下表給出。
符號項目條件數(shù)但.符s-項日條件數(shù)值
o b擠壓材 料抗拉 強度 /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-對稱形、復雜形2.5~3
z變形 系數(shù)l:序形狀系數(shù)摩擦 閃數(shù)面潤滑系數(shù)
預擠簡單1 1.2研磨有0.05~0.1
精擠簡爭1.2 1.5似下磨無0.1~0.15
精擠復雜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0.2 0.3
無無1
有無1.75~2無有有有2.5
擠壓材料抗拉強度在相關(guān)手冊上可以直接查到，上表列出了實際應用較多的四種 鋼材的擠壓材料抗拉強度值。 變形系數(shù)工序中的預擠指導向段1對金屬筒的擠壓過程，精擠指變形段2對金屬 筒的擠壓過程；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)則無凹陷；棱角指導向段和變形 段之間是否平滑(弧線)過渡，如為平滑過渡則棱角為無，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，而潤滑指 擠壓擴口過程中是否添加潤滑材料。 為了更利于擠壓，擠壓頭導向段可以設計為有一定錐度的結(jié)構(gòu)，導向段最前端略 小于金屬筒直徑，導向段尾端略大于金屬筒直徑，這樣在導向過程中有一個預擠壓過程。而 為了應對金屬筒擠壓后回彈的問題，本發(fā)明將定型段也設計為有一定錐度的結(jié)構(gòu)，定型段 最前端直徑等于金屬筒擴口實際直徑，定型段尾端略大于金屬筒擴口實際直徑，即擴口后 孔的大小大于實際需要的尺寸，當因為回彈而收縮時，正好收縮到實際尺寸，即預先留有補 償余量。如果擠壓頭導向段和定型段有一定錐度，那么前面所指的D就應當是導向段最大 直徑，d就應當是定型段最小直徑。 本方法專門針對一端具有大頭結(jié)構(gòu)的金屬筒而設計，其方法最初來源于對摩托車 倒置式前減震器外筒的加工改進。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，因此加工時往往需要按零件的最大外徑確定坯管外徑，這樣，加工時就會去除大量多余的材料，造成浪費，而且也會增加加工時間，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)的金屬筒的擴口。
權(quán)利要求
一種金屬筒圓孔擴口方法，其特征在于其步驟為(1)將金屬筒通過定位機構(gòu)定位，避免擠壓擴口時產(chǎn)生移動；金屬筒硬度為HB75°～110°度，壁厚5～10mm，外徑30～80mm；(2)擠壓頭在動力機構(gòu)的推動下進入金屬筒擴口端并沿金屬筒軸向運動，直到擠壓頭到達行程的終點，擠壓頭的推進速度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口對應，擠壓頭由位于前端與擠壓前管口直徑大小對應的導向段(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應的定型段(3)構(gòu)成；式中，F(xiàn)為擠壓力，H為擠壓頭變形段高度，D為擠壓頭導向段直徑；A為導向段和定型段橫截面面積之差，σb為擠壓材料抗拉強度，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口方法，其特征在于所述擠壓材料抗拉強度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口方法，先將金屬筒通過定位機構(gòu)定位，避免擠壓擴口時產(chǎn)生移動；再使擠壓頭在動力機構(gòu)的推動下進入金屬筒擴口端并沿金屬筒軸向運動，直到擠壓頭到達行程的終點，擠壓頭的推進速度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)即可得到擴口的控制數(shù)據(jù)(速度和擠壓力)，按照該控制數(shù)據(jù)進行加工即可穩(wěn)定地得到所需的擴口，擴口后成型穩(wěn)定。本方法易于掌握，避免了依靠經(jīng)驗擴口可能帶來的對金屬筒的損壞，而且經(jīng)驗擴口對金屬筒的依賴性強。由于擴口后孔不會回縮，產(chǎn)品一致性好。
文檔編號B21D41/02GK101767158SQ20101004204
公開日2010年7月7日 申請日期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 申請人:小康汽車產(chǎn)業(yè)(集團)有限公司