金屬材料液壓冷鐓成形技術研究與應用

李振啟

摘? 要：文章中所提到的新型鐓頭器包含殼體以及從左至右依次安裝在殼體內腔中的壓蓋、閥體、鐓頭活塞、鐓頭模、夾具和錐形筒錨環;所述鐓頭模安裝在鐓頭活塞靠近夾具一側的端面上;所述夾具活動安裝在錐形筒錨環內，該夾具是由三個圓心角為120°的扇形夾片組成，夾具的外形呈錐形且外側壁與錐形筒錨環的內壁貼合;所述壓蓋的中部設有左右橫穿壓蓋的第一油道，所述壓蓋的一端設有油槽;所述閥體內橫向布置有兩個單向閥，兩個單向閥的準通方向相反;所述鐓頭活塞與殼體內壁之間密封安裝有加緊活塞;所述鐓頭模的模心為圓柱型凹槽，所述殼體側壁設有第二油道，所述第二油道的一端與鐓頭活塞退回時的工作腔連通，新型鐓頭器具有可靠性高，運行流暢，安裝方便等特點。

關鍵詞：金屬材料;液壓冷鐓;工藝;機械制造

中圖分類號：TG394 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）27-0119-03

Abstract： The new type upsetting device mentioned in this paper comprises a shell and a cover， a valve body， an upsetting piston， a upsetting die， a fixture and a conical cylinder anchor ring installed in the inner cavity of the shell from left to right; the upsetting die is installed on the end face of the upsetting piston near one side of the clamp. The fixture is movably installed in a conical cylinder anchor ring， which is composed of three fan-shaped clamps with a central angle of 120°， the shape of the fixture is tapered and the outer wall of the fixture is fitted with the inner wall of the conical cylinder anchor ring; the middle part of the cover is provided with a first oil channel which crosses the cover left and right， and one end of the cover is provided with an oil groove; two one-way valves are transversely arranged in the valve body， and the quasi-passing directions of the two one-way valves are opposite. A tightening piston is sealed between the upsetting piston and the inner wall of the shell; the die center of the upsetting die is a cylindrical groove， and the side wall of the shell is provided with a second oil channel， and one end of the second oil channel is communicated with the working cavity when the upsetting piston returns， and the new upsetting device has the advantages of high reliability， smooth operation， convenient installation and the like.

Keywords： metal materials; hydraulic cold heading; technology; mechanical manufacturing

引言

我單位（開封強力集團錨固技術股份有限公司）于2019年10月份接受用戶委托，針對大批量銷軸零件，以30CrMnTi圓柱棒料為毛坯原料，采用傳統車削加工的方法，造成大量的原料損耗、成本偏高、生產效率偏低的問題。提出一種利用液壓冷鐓成形生產加工的工藝方法，設計一種專用新型鐓頭器代替原來的生產加工工藝。以達到減小原材料損耗、降低生產成本、提高生產效率的目的。

我單位（開封強力集團錨固技術股份有限公司），成立于1993年，為河南省高新技術企業，產品被評為“河南省優質產品”。2008年12月組建了開封強力預應力集團。公司實行科、工、貿一體化機制，研制、生產、銷售各種預應力產品，面向全國鐵路、公路、水電、高層建筑等系統進行全方位服務。目前主要研制生產各種預應力錨具、錨墊板、連接器、先張梁卡具及配套使用的各種類型千斤頂、各種型號的高壓油泵、制管機、扁管機、灰漿泵、灰漿攪拌機、鐓頭器、擠壓機等。產品廣泛應用于國內大中型工程。我單位先后通過ISO9001質量管理體系認證、CRCC鐵路產品認證、職業健康安全管理體系認證、環境管理體系認證。

鐓頭器是用于后張預應力混凝土構建中，制作高強度鋼絲束鐓頭的專用設備;通常情況下，工程上采用的鋼絲鐓頭器其最大可加工高強度鋼絲束規格為Φ13mm。此次受用戶委托針對大批量銷軸零件設計專用鐓頭器，銷軸零件采用Φ30mm的30CrMnTi為原材料其抗壓強度和硬度都非常高，在不采用熱處理降低原本硬度的情況下，直接采用液壓冷鐓成形其存在一定的技術難度。

所面臨的問題也更加的復雜，因此需要優化鐓頭器的結構，提供一種具有可靠性高、運行流暢、安裝方便等特點的新型鐓頭器。

1 技術難點

銷軸零件選用直徑為30毫米的30CrMnTi為原材質，其強度、淬透性都比20CrMnTi要高，但沖擊韌性略低。主要用作滲碳鋼，滲碳后可降溫直接淬火，彎曲強度較高、耐磨性能好。

從以上的數據可以知道，30CrMnTi的抗拉強度非常高，其抗壓強度一般3～4倍于抗拉強度。在不采用熱處理的情況下，直接通過液壓冷鐓成形其存在一定的技術難度。

2 技術準備

針對30CrMnTi力學性能，通過查詢《機械設計手冊》計算達到30CrMnTi屈服強度的所需理論力值。以此為理論基礎計算得到所需鐓頭器的擠壓成形油缸的鐓頭活塞面積。以此類推計算各種結構部件尺寸。為此需要設計一種具有可靠性高，運行流暢，安裝方便等特點的新型液壓鐓頭器，以解決上述技術問題。

3 原理及技術規格

新型鐓頭器夾緊？覫30mm金屬圓柱棒料（材質：30CrMnTi）其鐓頭動作利用高壓油進行，其回程系利用回程高壓油的壓力。

新型鐓頭器結構穩定，其外形尺寸為？覫355×541mm。內有三個油缸，一為加緊油缸、一為鐓頭油缸、一為回程油缸，當高壓油進入油缸時，加緊活塞先開始動作，當油壓升至40MPa時，鐓頭即完成。然后即釋放出頂油壓，出頂鎖緊閥門全部松開。打開回程油路，輸入高壓油使鐓頭器內的夾片松開。（注意：回程油壓不得超過10MPa）

最后平行拿出鐓好頭的銷軸零件。

4 應用范圍

新型鐓頭器可用于冷鐓？覫30mm的圓柱棒料（材質：30CrMnTi）。在冷鐓時，目前采用ZB2×2/50型高壓油泵，向鐓頭器內提供高壓油，以此完成對銷軸零件冷鐓成形任務。

5 主要技術數據

6 試鐓情況

新型鐓頭器試鐓時，系利用我單位生產的ZB2×2/50型高壓油泵提供高壓油，該油泵的油壓可達50MPa，試鐓Φ30mm金屬圓柱棒料（材質：30CrMnTi）時，當油壓達到40MPa時最佳。鐓頭形狀呈圓柱型，滿足技術要求。

7 詳細信息

新型鐓頭器包含殼體以及從左至右依次安裝在殼體內腔中的壓蓋、閥體、鐓頭活塞、鐓頭模、夾具和錐形筒錨環;所述鐓頭模安裝在鐓頭活塞靠近夾具一側的端面上;所述夾具活動安裝在錐形筒錨環內，該夾具是由三個圓心角為120°的扇形夾片組成，夾具的外形呈錐形且外側壁與錐形筒錨環的內壁貼合;所述壓蓋的中部設有左右橫穿壓蓋的第一油道，所述壓蓋的一端設有油槽;所述閥體內橫向布置有兩個單向閥，兩個單向閥的準通方向相反;所述鐓頭活塞與殼體內壁之間密封安裝有加緊活塞;所述鐓頭模的模心為圓柱型凹槽，所述殼體側壁設有第二油道，所述第二油道的一端與鐓頭活塞退回時的工作腔連通，DTQ-30鐓頭器具有可靠性高，運行流暢，安裝方便等特點。

有益效果：新型鐓頭器，通過夾具等分成三個夾片，夾具向錐形筒一側移動，三個夾片在錐形筒內壁的限制下抱緊，進而保證裝夾穩固，配合鐓頭模的頂推動作使得金屬棒料一端屈服變形成模心的形狀;通過設置第一油口和第二油口分別連接鐓頭活塞的兩個工作腔，控制第一油口和第二油口的進油順序，可以實現鐓頭活塞的雙向運動，進而提高金屬棒料鐓頭加工的效率;通過在壓蓋一端設置油槽，可以增大推動鐓頭活塞的油液流量，使得鐓頭活塞啟動迅捷;通過分別在閥體與鐓頭活塞之間的連接部位設計相配合的突出部和凹槽，進而提高鐓頭活塞運動的精度;鐓頭模的模心為圓柱型且尺寸為Φ40mm深度5mm，使得加工出的鐓頭直徑最高可達到Φ40mm，進而滿足了銷軸零件的技術要求。

新型鐓頭器的使用方法是：

首先，將待加工的圓柱棒料穿過夾具孔并且待加工金屬棒料的一端抵住鐓頭模圓柱型模心端面，緊接著，夾具夾緊待加工的金屬棒料，外接油泵通過油管連接第一油道（出頂油路）的一端，打開油泵，高壓油液依次通過第一油道、油槽、閥體、凹槽，進而推動鐓頭活塞和鐓頭模向夾具方向運動，此過程中，三個扇形夾片在錐形筒錨環內壁的限制下沿徑向收縮，進而鎖緊待加工金屬棒料，當油液壓力達到鐓頭壓力時，待加工金屬棒料的一端屈服變形成鐓頭模凹模的形狀，進而鐓頭加工完成，進一步的，關閉與第一油道連接的油泵，打開與第二油道（回程油路）相連的油泵，進而高壓油液由第二油道進入鐓頭活塞的工作腔，帶動鐓頭活塞退回，進而在彈簧的彈力下打開夾具夾片，取出加工好的銷軸零件，完成加工任務。

注意事項：

（1）所用高壓油液，建議（冬季）使用L-HM32號液壓油，（夏季）使用L-HM46號液壓油。嚴寒或酷熱地區可作適當調整，油液應保持清潔，定期更換。

（2）使用新油管前，管內應用新油沖洗，也可用油泵中的油沖洗，清潔后方能與新型鐓頭器連接。

（3）如冷鐓后銷軸零件取不出來時，可能因頭形過大引起，可將錐形筒錨環擰松幾扣，直到取出銷軸零件，然后再將錨環擰緊。

（4）產生滑絲現象時，應檢查夾片是否損壞或磨損，及時調換夾片。

（5）定期清理積存在錨環中的銹粉，并在錨環內壁涂潤滑脂。

8 結束語

新型鐓頭器結構合理，可靠性高，運行流暢，安裝方便，通過試鐓試驗，結果表明可以滿足用戶所提出的技術要求，有效解決了客戶所提出的問題。達到了減小原材料損耗、降低生產成本、提高生產效率的目的。

同時在工程建設領域，復雜化程度的不斷增大，所面臨的問題也更加多樣化，其中對大型號高強度鋼絲束的需求也不斷增加，也同樣需要一種新型鐓頭器，所以說對液壓冷鐓成形技術的研究與應用是很有必要的。

參考文獻：

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