CN104511514A - 一种模芯带活动芯撑的静液挤压空心型材装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模芯带活动芯撑的静液挤压空心型材装置，包括挤压筒、模芯、挤压筒底座，还包括活动芯撑和限位元件，挤压筒底座设置在挤压筒一端，模芯设置在挤压筒内，模芯根部固定在挤压筒底座中心，模芯的侧壁上设有限位元件，活动芯撑套在模芯外壁上，且位于限位元件上方，用于支撑芯撑，并限制支撑芯撑活动，活动芯撑的内壁沿模芯的侧壁滑动，活动芯撑的外壁沿挤压筒的内壁滑动。本发明的优点为通过在模芯上增加活动芯撑，改善模芯的受力状态，提高模芯的刚度，并增加模芯的强度。

Description

一种模芯带活动芯撑的静液挤压空心型材装置

技术领域

本发明属于静液挤压设备领域，具体涉及一种模芯带活动芯撑的静液挤压空心型材装置。

背景技术

型材是铁或钢以及具有一定强度和韧性的材料(如塑料、铝、玻璃纤维等)通过轧制，挤出，铸造等工艺制成的具有一定几何形状的物体。型材分为实心型材和空心型材两种。空心型材是指横断面有一个或多个封闭通孔的型材，如厚壁圆管、薄壁圆管、矩形管、滴形管等。在航空、航天、汽车、机械制造、船舶、建筑、装修、及化学工业中已大量应用。

挤压是空心型材常见的制备方法之一，包括机械挤压和静液挤压等方法。静液挤压工艺是一种新型的材料加工工艺方法，可以对常规变形工艺难加工的材料进行挤压变形加工。它是通过超高压密封，将挤压毛坯置于周围充满超高压介质的密封环境里，通过超高压介质传递压力来实现挤压变形。相比于常规机械挤压，挤压毛坯在静液挤压变形时被超高压液体介质包围，处于三向压应力状态，毛坯材料变形会更加均匀，同时材料的塑性也会得到一定程度提高，因而静液挤压工艺可以对其它变形工艺难加工或不可能加工的材料进行塑性加工。基于这些优点，静液挤压工艺在世界范围内得到了大力发展，在铝、镁、高速钢等材料上得到广泛应用，并取得了显著的变形强化效果。

模芯是静液挤压空心型材的必备部件，文献“汪裕杰.AZ80镁合金管材静液挤压扩展成形工艺研究[D]。南京理工大学，2014”(P21)给出的模芯如图1所示。可见模芯固定在底座上，从受力来看属于一种单支点的悬臂梁。在挤压过程中模芯远离底座端容易发生偏离中心线现象，导致型材壁厚不均匀，偏心，甚至发生模芯的横向断裂或者纵向断裂的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模芯带活动芯撑的静液挤压空心型材装置，解决了静液挤压过程中模芯容易发生偏离，导致型材壁厚不均匀，偏心，甚至发生模芯的横向断裂或者纵向断裂的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种模芯带活动芯撑的静液挤压空心型材装置，包括挤压筒、模芯、挤压筒底座，还包括活动芯撑和限位元件，挤压筒底座设置在挤压筒一端，模芯设置在挤压筒内，模芯根部固定在挤压筒底座中心，模芯的侧壁上设有限位元件，活动芯撑套在模芯外壁上，且位于限位元件上方，用于支撑芯撑，并限制支撑芯撑活动，活动芯撑的内壁沿模芯的侧壁滑动，活动芯撑的外壁沿挤压筒的内壁滑动。

上述活动芯撑包括活动环、活动部件和密封圈，活动环套在模芯外壁，沿活动环内壁周向设有P个第一凹槽，P≥1，第一凹槽中设有N个活动部件，N≥1，沿活动环内壁周向还设有Q个环形第二凹槽，第二凹槽中设有密封圈；沿活动环外壁周向设有K个第三凹槽，K≥1，第三凹槽中设有M个活动部件，M≥1，沿活动环外壁周向还设有L个环形第四凹槽，L≥1，第四凹槽中设有密封圈。

至少有一条第二凹槽与模芯根部之间没有第一凹槽；至少有一条第四凹槽与模芯根部之间没有第三凹槽。

上述活动部件为滚珠、滚柱或滚针。

本发明与现有技术相比，其显著优点：通过在模芯上增加活动芯撑，改善模芯的受力状态，由原先的只有底座起支撑作用的单支点悬臂梁状态变成了底座和芯撑共同起支撑作用的双支点的简支梁受力状态，提高模芯的刚度，并增加模芯的强度，可以避免挤出的型材壁厚不均匀，偏心，甚至发生模芯的横向断裂或者纵向断裂的现象。

附图说明

图1为本发明模芯带活动芯撑的静液挤压空心型材装置示意图。

图2为本发明的活动芯撑的中轴线剖面图。

图3为本发明实施例1的模芯侧视图。

图4为本发明实施例1的模芯俯视图。

图5为本发明实施例1的模芯A-A剖视图。

图6为本发明实施例1的活动芯撑俯视图。

图7为本发明实施例1的活动芯撑B-B剖视图。

图8是本发明实施例2模芯侧视图。

图9为本发明实施例2的模芯俯视图。

图10为本发明实施例2的模芯C-C剖视图。

图11为本发明实施例2的活动芯撑俯视图。

图12为本发明实施例2的活动芯撑长边示意图。

图13为本发明实施例2的活动芯撑短边示意图。

图14为本发明实施例2的活动芯撑D-D剖视图。

图15为本发明实施例3的模芯俯视图。

图16为本发明实施例3的模芯主视图。

图17为本发明实施例3的模芯E-E剖视图。

图18为本发明实施例3的活动芯撑俯视图。

图19为本发明实施例3的活动芯撑主视图。

图20为本发明实施例3的活动芯撑F-F的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1-图2，一种模芯带活动芯撑的静液挤压空心型材装置，包括挤压筒4、模芯5、挤压筒底座9，还包括活动芯撑6和限位元件8，挤压筒底座9设置在挤压筒4一端，模芯5设置在挤压筒4内，模芯5根部固定在挤压筒底座9中心，模芯5的侧壁上设有限位元件8，活动芯撑6套在模芯5外壁上，且位于限位元件8上方，用于支撑芯撑6，并限制支撑芯撑6活动，活动芯撑6的内壁沿模芯5的侧壁滑动，活动芯撑6的外壁沿挤压筒4的内壁滑动。

上述活动芯撑6包括活动环10、活动部件11和密封圈13，活动环10套在模芯5外壁，沿活动环10内壁周向设有P个第一凹槽，P≥1，第一凹槽中设有N个活动部件11，N≥1，沿活动环10内壁周向还设有Q个环形第二凹槽，第二凹槽中设有密封圈13；沿活动环10外壁周向设有K个第三凹槽，K≥1，第三凹槽中设有M个活动部件11，M≥1，沿活动环10外壁周向还设有L个环形第四凹槽，L≥1，第四凹槽中设有密封圈13。

上述活动部件11为滚珠、滚柱或滚针。

上述第二凹槽位于第一凹槽下方，且与模芯5底部同侧。

至少有一条第二凹槽与模芯5根部之间没有第一凹槽；至少有一条第四凹槽与模芯5根部之间没有第三凹槽。

上述限位元件8一端沿模芯5的侧壁周向固定在模芯5的侧壁上，自由端向上弯折，与模芯5的侧壁接触，限位元件8呈楔形，用于支撑芯撑6，并限制支撑芯撑6活动。

静液挤压空心型材过程如下：

步骤1、通过限位元件8将活动芯撑6移动到指定位置，在活动芯撑6顶部、模芯5以及挤压筒4形成的第一空腔7中，加入润滑油，润滑油进入到活动芯撑6的滚动部件11中，起到润滑作用，并通过位于活动芯撑6的活动环10侧壁上的密封圈13密封，使其不往下流。

步骤2、将坯料2从挤压筒4的入口放入挤压筒4中，使其位于模芯5上方。

步骤3、在坯料2顶部与挤压筒4之间形成的第二空腔1中加入润滑油，随着润滑油的增加，形成压力，推动坯料2向下，经模芯顶部3分开进入第一空腔7中，当形成足够压力时，第一空腔7中的润滑油推动活动芯撑6后退，并挤压限位元件8，限位元件8发生弹性形变，并压入到模芯5内，保证活动芯撑6后退，直至完成挤压。

步骤4、从挤压筒4中取出完成的静液挤压空心型材。

实施例1

静液挤压制备10钢圆管材，成品外径200mm，内径100mm。

挤压筒4内径200mm。

坯料2尺寸：外径200mm，高度400mm。

活动环10的第二凹槽外径110mm，宽度10mm，深度4mm，第四凹槽外径200mm，宽度20mm，深度8mm。

密封圈13分为第一密封圈13-1和第二密封圈13-2，均为O型密封圈，其中第一密封圈13-1外径110mm，内径100mm，高度10mm，卡在第二凹槽中，其顶部突出第二凹槽。第二密封圈13-2外径200mm，内径180mm，高度20mm，卡在第四凹槽中，其顶部突出第四凹槽，实现密封。

模芯5：模芯5包括圆柱体和锥台，在圆柱体一端设有锥台。圆柱体外径97mm，长300mm。模芯顶部3为锥台，锥台上底面直径90mm，下底面直径100mm，锥台高度30mm，锥台下底面固定在圆柱体端部。如图3、4、5所示。

活动部件11采用直径为4mm的滚球。

活动芯撑6：外径198mm，内径98mm，高度50mm。如图6、7所示。沿活动环10内壁周向均匀分布4个第一凹槽，第一凹槽宽度方向平行于活动芯撑6高度方向，第一凹槽中设有6个活动部件11。沿活动环10内壁周向设有1个圆环形的第二凹槽，第二凹槽位于第一凹槽与挤压筒底座9之间，第二凹槽中设有第一密封圈13-1；沿活动环10外壁周向均匀分布4个第三凹槽，第三凹槽宽度方向平行于活动芯撑6高度方向，第三凹槽中设有6个活动部件11，沿活动环10外壁周向设有1个环形的第四凹槽，第四凹槽位于第三凹槽与挤压筒底座9之间，第四凹槽中设有第二密封圈13-2。

模芯5上设有一个凹槽，限位元件8为直径0.5mm的铝青铜丝，一端通过螺栓21固定在模芯5的凹槽中，另外一端为自由端，向外延伸一段距离后向下翻折，翻折后伸入凹槽内，但不固定，可以自由变形，如图5所示。

润滑油为机油。

室温挤压。

静液挤压空心型材过程如下：

步骤1、通过限位元件8将活动芯撑6移动到指定位置，在活动芯撑6顶部、模芯5以及挤压筒4形成的第一空腔7中，加入润滑油，润滑油进入到活动芯撑6的滚动部件11中，起到润滑作用，并通过位于活动芯撑6的活动环10侧壁上的第一密封圈13-1和第二密封圈13-2密封，使其不往下流。

步骤2、将坯料2从挤压筒4的入口放入挤压筒4中，使其位于模芯5上方。

步骤3、在坯料2顶部与挤压筒4之间形成的第二空腔1中加入润滑油，随着润滑油的增加，形成压力，推动坯料2向下，经模芯顶部3分开进入第一空腔7中，当形成足够压力时，第一空腔7中的润滑油推动活动芯撑6后退，并挤压限位元件8，限位元件8发生弹性形变，并压入到模芯5内，保证活动芯撑6后退，直至完成挤压。

步骤4、从挤压筒4中取出完成的静液挤压空心型材。

实施例2

静液挤压制备7075铝合金方管材，管材横截面为矩形，外侧尺寸为300mm×200mm，壁厚10mm。

挤压筒4横截面为矩形，内壁横截面尺寸为300mm×200mm。

坯料2为长方体，尺寸为300mm×200mm×100mm。在中心处加工底边尺寸为30mm×20mm高为15mm的方锥。

密封圈13分为三种，均为矩型密封圈，横截面尺寸10mm×10mm，其中第一密封圈13-1外径尺寸为302mm×206×10mm，第二密封圈13-2外径尺寸为304mm×208×10mm、第三密封圈13-3内径为300mm×200mm×10mm。

模芯5：模芯5包括两个长方体和一个方锥。其中第一长方体尺寸为180mm×80mm×500mm，第二长方体尺寸300mm×200mm×5mm，方锥底边尺寸为300mm×200mm高为150mm。第二长方体一端与第一长方体连接，另一端与方锥连接。如图8、9、10所示。

限位元件8为铸铁六边形棱柱，沿模芯5第一长方体外壁的四个面均开有一个凹槽，限位元件8一端通过弹簧22固定在模芯5的凹槽中，通过弹簧22，使得限位元件8沿凹槽运动，如图10所示。

活动部件11分为以下四种，包括第一滚动部件11-1为直径10mm滚珠，第二活动部件11-2为直径8mm滚珠，第三滚动部件11-3为直径8mm长10mm的滚柱，第四滚动部件11-4为直径4mm长20mm滚针，分布及位置如图12、13、14所示。

活动环10的第二凹槽外径110mm，宽度10mm，深度4mm，第四凹槽外径200mm，宽度20mm，深度8mm。

活动芯撑6：外侧尺寸为298mm×202mm，内侧尺寸182mm×82mm，高度46mm，如图11、12、13、14所示。沿活动环10内壁，每条长边均匀分布9个第一凹槽，每个第一凹槽中设有1个第四活动部件11-4，每条短边均匀分布3个第一凹槽，每个第一凹槽中设有1个第一活动部件11-1。沿活动环10还设有2个环形第二凹槽，第一凹槽位于上述两个第二凹槽之间，第二凹槽中设有第一密封圈13-1；沿活动环10外壁，每条长边均匀分布2个第三凹槽，一个第三凹槽中设有30个第二活动部件11-2，另一个第三凹槽中设有60个第二活动部件11-2。沿活动环10外壁，每条短边设有2个第三凹槽，一个第三凹槽中设有40个第二活动部件11-2，另一个第三凹槽中设有一个第三滚动部件11-3。沿活动环10外壁还设有1个环形第四凹槽，第四凹槽位于上述短边的两个第三凹槽之间，第四凹槽中设有第二密封圈13-3。如图11、12、13、14所示。

润滑油为蓖麻油。

坯料2、模芯5、挤压筒4、润滑油、活动芯撑6等均预热到150℃，然后组装挤压。

静液挤压空心型材过程如实施例1。

实施例3

静液挤压横截面为等边五角形的AZ80镁合金异形管材，内侧等边五角形外切于半径50mm的圆，壁厚20mm。

挤压筒4内壁为等边五角形，外切于半径50mm的圆。

坯料2为等边五角形柱，外侧五角形内切于半径50mm的圆，高度为70mm。

密封圈13包括第一密封圈13-1和第二密封圈13-2，均为O型密封圈，横截面尺寸20mm×10mm。其中第二密封圈13-2外径为50mm，第一密封圈13-1外径为36mm。

模芯5：模芯5包括两个等边五角形柱和一个底边为等边五角形的椎体，其中第一等边五角形柱的等边五角形外切于半径50mm的圆，高5mm；第二等边五角形柱的等边五角形外切于半径37.08mm的圆，高300mm。椎体高为120mm，底边的等边五角形外切于半径50mm的圆。第二等边五角形柱位于第一等边五角形柱和椎体之间。如图15、16、17所示。

滚动部件包括第一滚动部件11-1和第二滚动部件11-2，第一滚动部件11-1为直径10mm滚珠，第二滚动部件11-1为直径8mm滚珠。

限位元件8为是弹簧钢片，沿模芯5外壁的五个面上均开有一个凹槽，限位元件8一端通过螺钉23固定在上述凹槽内，另外一端通过滑块24与橡皮垫25相联，橡皮垫25通过502胶水固定在凹槽内，如图17所示。

活动芯撑6为等边五角形柱，外侧五角形内切于半径49mm的圆，内侧五角形内切于半径36mm的圆，高度60mm。如图18、19、20所示。沿活动环10内壁周向均匀分布10个第一凹槽，第一凹槽宽度方向平行于活动芯撑6高度方向，第一凹槽中设有3个第一活动部件11-1，沿活动环10内壁还设有1个环形第二凹槽，第二凹槽中设有第一密封圈13-1；沿活动环10外壁均匀分布10个第三凹槽，第三凹槽宽度方向平行于活动芯撑6高度方向，每个第三凹槽中设有4个第二活动部件11-2；沿活动环10外壁周向还设有1个环形第四凹槽，第四凹槽中设有第二密封圈13-2。第三凹槽位于第四凹槽与挤压筒底座9之间，第二凹槽位于第一凹槽与挤压筒底座9之间。

润滑油为机油+蓖麻油。

坯料2、模芯5、挤压筒4、润滑油、活动芯撑6等均预热到400℃，然后组装挤压。

静液挤压空心型材过程如实施例1。

Claims (4)

1.一种模芯带活动芯撑的静液挤压空心型材装置，包括挤压筒(4)、模芯(5)、挤压筒底座(9)，其特征在于：还包括活动芯撑(6)和限位元件(8)，挤压筒底座(9)设置在挤压筒(4)一端，模芯(5)设置在挤压筒(4)内，模芯(5)根部固定在挤压筒底座(9)中心，模芯(5)的侧壁上设有限位元件(8)，活动芯撑(6)套在模芯(5)外壁上，且位于限位元件(8)上方，用于支撑芯撑(6)，并限制支撑芯撑(6)活动，活动芯撑(6)的内壁沿模芯(5)的侧壁滑动，活动芯撑(6)的外壁沿挤压筒(4)的内壁滑动。

2.根据权利要求1所述的模芯带活动芯撑的静液挤压空心型材装置，其特征在于：上述活动芯撑(6)包括活动环(10)、活动部件(11)和密封圈(13)，活动环(10)套在模芯(5)外壁，沿活动环(10)内壁周向设有P个第一凹槽，P≥1，第一凹槽中设有N个活动部件(11)，N≥1，沿活动环(10)内壁周向还设有Q个环形第二凹槽，第二凹槽中设有密封圈(13)；沿活动环(10)外壁周向设有K个第三凹槽，K≥1，第三凹槽中设有M个活动部件(11)，M≥1，沿活动环(10)外壁周向还设有L个环形第四凹槽，L≥1，第四凹槽中设有密封圈(13)。

3.根据权利要求2所述的模芯带活动芯撑的静液挤压空心型材装置，其特征在于：至少有一条第二凹槽与模芯(5)根部之间没有第一凹槽；至少有一条第四凹槽与模芯(5)根部之间没有第三凹槽。

4.根据权利要求2所述的模芯带活动芯撑的静液挤压空心型材装置，其特征在于：上述活动部件(11)为滚珠、滚柱或滚针。