高压泵偏心轮制造方法与流程

1.本发明涉及的是一种冷锻领域的技术，具体是一种用于柴油机的高压泵偏心轮冷锻制造方法。


背景技术：

2.目前偏心轮的制造方法都采用机械专用机床切削金属加工制造，不仅切断零件金属流线，恶化材料力学性能，而且浪费不少材料。现有技术如申请号202211176289.3记载的偏心水滴型端盖锻件精确成型方法。针对水滴型锻件，偏心材料很少，材料分布流动容易且是采用便于成形对环境不友好的热锻工艺，所出锻件肥头大耳，机加工量很大。与冷锻产品精度、质量不可同日而语。


技术实现要素：

3.本发明针对现有锻造技术仅适用于常规产品成形，无法适用于高压泵上偏心轮的制造，提出一种高压泵偏心轮制造方法，采用先进的少无切削冷锻技术，一次投料仅需四个工步完成偏心轮制造，材料利用率高达95％以上，产品精度it8-11，表面粗糙度ra0.2～1.6，力学性能优异。
4.本发明是通过以下技术方案实现的：
5.本发明涉及一种高压泵偏心轮制造方法，包括：
6.步骤1)下料及预处理：锯床下料，获得毛坯，毛坯经退火软化、抛丸去除氧化皮、磷化-皂化润滑处理；
7.步骤2)在一台曲柄式冷锻压力上设置模架及模具并进行相应工步处理，具体包括：
8.2.1)正挤压，具体为：变形程度为37％-40％。
9.2.2)冷锻预镦粗法兰，设置凹模的预成形偏心法兰下平面与水平倾角为0
°
，设置凸模的端部与水平面倾角β的范围为9
°‑
12
°
。
10.2.3)复合冷挤压终锻法兰，具体为：反挤出与第一工步相对应的上圆柱体内孔，中间留有3-5mm厚连皮，反挤变形程度为37％-40％并对偏心法兰整形。
11.2.4)冲孔，具体为：冲去复合冷挤压产生的连皮，制备得到包含一个空心圆柱体以及与空心圆柱体圆心偏移的法兰的高压泵偏心轮冷锻件。技术效果
12.本发明用冷锻方法在一台压机通过四个工步即可制成金属流线完整流畅且性能优异的偏心轮，同时节材50％以上，每件节材78.8g，以年产200万辆汽车计，则年节约钢材158吨。
附图说明
13.图1为本发明制备得到的高压泵偏心轮零件示意图；
14.图2为偏心轮零件冷模锻工艺过程示意图；
15.图中：a为毛坯，b、c、d依次为三个工步后得到的半成品件，e为冷锻件；
16.图3为本发明四个工步模具装配示意图；
17.图中：a)第一工步，b)第二工步，c)第三工步，d)第四工步；
18.图4和图5为图3局部放大示意图；
19.图中：101-104为四个工步中采用的凸模、201-203为第一至第三工步采用的下顶杆、304为第四工步采用的冲孔凹模、301-303为第1～第3工步冷锻凹模；3-5依次为3层过盈套、2层过盈套、凹模；304为冲孔凹模；6、7、8、分别为3个工步后得到的半成品；9为冲孔后冷锻件；
20.图6为复合挤压工步形成折叠缺陷示意图；
21.图中：a)材料从模具水平表面位移，b)毛坯上环形波纹，c)出现折叠缺陷；
22.图7为在α》6
°
时出现缩孔(第一型几何尺寸毛坯)示意图；
23.图中：a)材料流速矢量，b)缩孔，c)形成折叠；
24.图8为在α》0
°
条件下出现折叠(第二型几何尺寸毛坯)示意图；
25.图9为复合挤压出现的折叠示意图；
26.图中：a)变形开始；b)模具水平面废料；c)出现的折叠；
27.图10为在复合挤压消除缺陷示意图；
28.图中：a)开始变形；b)材料从偏心法兰水平面转移出；c)没有折叠形成。
29.图11为实施例中实测每个工步工艺过程力；
30.图中：a)、b)、c)依次对应第一工步，第二工步和第三工步。
具体实施方式
31.如图2所示，为本实施例涉及一种高压泵偏心轮制造方法，包括：
32.步骤1)下料及毛坯预处理：如图2a所示，在锯床上将φ24mm10号冷轧圆钢锯成φ24
×
22.2坯料，将毛坯退火软化后喷砂清除氧化皮，并做磷化-皂化润滑处理，自然干燥。
33.步骤2)冷模锻处理：如图2b～e以及图3-图5所示，在4mn曲柄式冷锻压力机(j87-400)上设置模架及模具并进行相应的工步，具体包括：
34.2.1)设置三层过盈配合的组合凹模3、4、5、第一凸模101、第一凹模301和第一下顶杆201，对如图2a所示的毛坯进行正挤压，第一凸模101用于毛坯端面预镦平整并推动毛坯下行进行正挤压，挤入深度满足第一下顶杆201上端平面与偏心法兰下平面处在同一水平面上，得到如图2b所示的半成品，以便第二工步由未变形的料镦粗法兰。
35.所述的正挤压，变形程度ε＝39.1％；
36.所述的组合凹模3、4、5中，每层套的配合圆锥面以及凹模外圆锥面与垂直倾角为1
°
30
′
，每层套配合锥面在同一台磨床上磨削，过盈量为7-8％0该层内孔直径量。组合凹模压入顺序，采用室温压入法。除了保证过盈量外，还要求配合面光洁度不低于ra＝0.4μm，并保证接触面积不应小于配合面积的75％。
37.为了避免预应力过大而涨裂预应力圈，先将中层预应力圈压入外层圈中，最后将凹模压入。拆卸次序则相反，先压出凹模，再压出中圈。
38.2.2)设置三层过盈配合的组合凹模3、4、5、第二凸模102、第二凹模302和第二下顶
杆202，对图2b所示的半成品件6进行预镦粗法兰，得到半成品件7。
39.所述的组合凹模中的外套3的材质为40cr，经热处理42-46hrc；中套4的材质为弹簧钢60si2mn，经热处理46-50hrc。
40.如表1和表2所示，为预镦粗法兰工步中与法兰下平面和上平面倾角度值以及在模锻过程中发现的缺陷。类似的分析，在只有上倾角变化，下倾角等于零的情况下才会出现满意冷锻件，如表3所示。
41.表1在第二工步使用第一型毛坯几何尺寸出现的缺陷
42.表2在第二工步使用第二型毛坯几何尺寸出现的缺陷表2在第二工步使用第二型毛坯几何尺寸出现的缺陷
43.表3在第二工步使用毛坯几何尺寸条件下并且α＝0
°
44.处理结果显示，在拟议方案的模具上有几个明显的缺陷。在第二工步按照第一型几何尺寸毛坯模锻时，几乎在整个偏心过度轮廓线形成了一个间隙如图6a、图6b所示，模锻终了出现缩孔，如图6c所示。在法兰成形时，如果α》6
°
，在径向会发生剧烈的金属流动如图
7a所示，导致形成缩孔如图7b所示，在第三工步形成折叠如图7c所示。
45.类似问题，观察第二工步按第二型毛坯几何尺寸模锻且在α》0
°
条件下，形成折叠如图8所示。观察对图2中c2所示的半成品进行复合挤压，将2工步后偏心法兰水平表面材料转移到法兰成形处以挤填缺肉，如图9a和图9b所示进一步形成折叠，如图9c所示。
46.可以得出的结论是，较大法兰盘材料的积聚必须通过增加法兰上平面倾角β来实现，而下平面角度α应等于零。优选地，本实施例中设置参数α为0
°
、参数β为9
°‑
12
°
，从而避免其他角度下存在的不同缺陷，如表3以及图10所示，在增加上倾角β≥9
°
时，模具表面材料几乎没有废料和缺陷形成，如图10所示。
47.综上，本实施例中第二凸模102的端部与水平面倾角β＝9
°
，以便在偏心法兰预置些材料，保证下一工步法兰充满且无缺陷。
48.本实施例中所述的第二凹模302的预成形偏心法兰下平面与水平倾角α＝0
°
。
49.2.3)设置三层过盈配合的组合凹模3、4、5、第三凸模103、第三凹模303和第三下顶杆203，进行反挤圆柱体内孔并对法兰部分进行整形。
50.所述的第三凸模103的横断面积如图1所示。
51.所述的反挤，变形程度ε＝39％；法兰部分做整形。
52.如图3、图4所示，所述的第一下顶杆201的顶部设有工作带h1＝3mm，用于正挤压出内孔，对应地，所述的第三凸模103的底部设有相同结构的工作带，用于在半成品件7的对应位置反挤出相同尺寸的内孔，工作带直径比与之相连的杆体大0.2mm，即z＝0.1mm，以便减少金属流动摩擦力，凸模端平面与工作带采用小圆弧过度，并要仔细抛光。
53.2.4)设置两层组合凹模3、10、第四凸模104和第四凹模304，对图2d所示的半成品件图(9)进行冲孔，冲去复合挤压形成的连皮，得到冷锻件成品如图1。
54.由于该工步冲孔力较小，仅需两层组合凹模。
55.所述的组合凹模的材质均为冷模钢cr12mov，热锻变形达到锻比＝5，热处理硬度58-62hrc。
56.所述的第四凸模104为圆柱整体式结构，适于较小锻件冷冲孔。该种凸模紧固方便，通过螺母直接固紧在凸模夹持器上。定位准确，冲孔精度高。
57.所述的第四凹模304采用圆形冲孔凹模结构，凸模与凹模间隙δ＝0.15-0.2mm，该冲孔凹模一般只起支撑作用，模膛起定位作用。模膛按图1所示锻件设计，为取放锻件方便，冷锻件与冲孔凹模之间留有间隙δ，其值为δ＝e/2+(0.3～0.5)mm，e为锻件在该处的正公差。
58.经过具体实际实验，在倾角β从9
°
到12
°
变化实现对模锻力和材料流动特征的影响来看，所拟工艺能够在4mn冷锻压力机上完成，如图11所示，为模锻过程力图。制备得到的偏心轮挤压件金属流线完整流畅，性能优异，除了零件力学性能大幅度提高外，每件节约金属50％以上。每件节材78.8g，以年产200万辆汽车计，则年节约钢材158吨。
59.上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

技术特征：
1.一种高压泵偏心轮制造方法，其特征在于，包括：步骤1)下料及预处理；步骤2)在一台曲柄式冷锻压力上设置模架及模具并进行相应工步处理，具体包括：2.1)正挤压，具体为：变形程度为37％-40％；2.2)冷锻，预镦粗法兰，设置凹模的预成形偏心法兰下平面与水平倾角为0
°
，设置凸模的端部与水平面倾角β的范围为9
°‑
12
°
；2.3)复合冷挤压终锻法兰，具体为：反挤出与第一工步相对应的上圆柱体内孔，中间留有3-5mm厚连皮，反挤变形程度为37％-40％并对偏心法兰整形；2.4)冲孔，具体为：冲去复合冷挤压产生的连皮，制备得到包含一个空心圆柱体以及与空心圆柱体圆心偏移的法兰的高压泵偏心轮轮冷锻件。2.根据权利要求1所述的高压泵偏心轮制造方法，其特征是，所述的步骤1具体为：在锯床上将φ24mm10号冷轧圆钢锯成φ24
×
22.2坯料，将毛坯退火软化后喷砂清除氧化皮，并做磷化-皂化润滑处理，自然干燥。3.根据权利要求1所述的高压泵偏心轮制造方法，其特征是，所述的步骤2.1具体为：设置三层过盈配合的组合凹模、第一凸模、第一凹模和第一下顶杆，对毛坯进行正挤压，第一凸模用于毛坯端面预镦平整并推动毛坯下行进行正挤压，挤入深度满足第一下顶杆上端平面与偏心法兰下平面处在同一水平面上，得到半成品，以便第二工步由未变形的料镦粗法兰。4.根据权利要求3所述的高压泵偏心轮制造方法，其特征是，所述的组合凹模中，每层套的配合圆锥面以及凹模外圆锥面与垂直倾角为1
°
30
′
，每层套配合锥面在同一台磨床上磨削，过盈量为7-8％0该层内孔直径量；所述的组合凹模的压入顺序，采用室温压入法，为了避免预应力过大而涨裂预应力圈，先将中层预应力圈压入外层圈中，最后将凹模压入。5.根据权利要求1所述的高压泵偏心轮制造方法，其特征是，所述的步骤2.2具体为：设置三层过盈配合的组合凹模、第二凸模、第二凹模和第二下顶杆，对半成品件进行预镦粗法兰，得到半成品件；所述的步骤2.3具体为：设置三层过盈配合的组合凹模、第三凸模、第三凹模和第三下顶杆，进行反挤圆柱体内孔并对法兰部分进行整形；所述的第二凸模的端部与水平面倾角β＝9
°
。6.根据权利要求1所述的高压泵偏心轮制造方法，其特征是，所述的步骤2.4具体为：设置两层组合凹模、第四凸模和第四凹模，对半成品件进行冲孔，冲去复合挤压形成的连皮，得到冷锻件成品；所述的第四凸模为圆柱整体式结构，适于较小锻件冷冲孔；所述的第四凹模采用圆形冲孔凹模结构。7.根据权利要求6所述的高压泵偏心轮制造方法，其特征是，所述的第四凸模与第四凹模间隙δ＝0.15-0.2mm。8.根据权利要求6所述的高压泵偏心轮制造方法，其特征是，所述的冷锻件与第四凹模之间留有间隙δ，其值为δ＝e/2+(0.3～0.5)mm，e为锻件在该处的正公差。

技术总结
一种高压泵偏心轮制造方法，通过锯床下料，获得毛坯，毛坯经退火软化、抛丸去除氧化皮、磷化-皂化处理后，在一台曲柄式冷锻压力上设置模架及模具并进行相应工步处理，制备得到包含一个空心圆本发明柱体以及与空心圆柱体圆心偏移的法兰的高压泵偏心轮。本发明采用先进的少无切削冷挤压技术，一次投料仅需四个工步完成偏心轮制造，材料利用率高达95％以上，产品精度IT8-11，表面粗糙度Ra＞10μm，力学性能优异。能优异。能优异。


技术研发人员：何刚
受保护的技术使用者：无锡东海锻造有限公司
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/9/26