CN109848395B - 间接液态模锻装置及其锁模机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属塑性加工技术领域，具体涉及一种间接液态模锻装置及其锁模机构，能够提高模具的合模刚度，保证制品精度。间接液态模锻装置锁模机构包括约束框架和合模约束机构，合模约束机构包括固定器和连接器，固定器与连接器之间设置有左右对称的连杆机构；所述连杆机构包括相互铰接的摆杆和连杆，合模约束机构还包括阻止连杆和摆杆向内摆动的限位结构；在摆杆的摆动端设有凸部，约束框架上设有位于摆杆外侧的滑穴，在连接器被活动横梁带动向下运动至合模完成时，连接器继续被活动横梁推动以使连杆机构向外摆动，使所述凸部滑入滑穴内并与滑穴配合以顶撑固定器实现锁模。

Description

间接液态模锻装置及其锁模机构

技术领域

本发明涉及金属塑性加工技术领域，具体涉及一种间接液态模锻装置及其锁模机构。

背景技术

液态模锻工艺是对浇入由凸模和凹模组成的封闭模腔内的液态金属施以较高的机械压力，使液态金属消除凝固过程中产生的铸造缺陷并发生一定塑性变形，从而获得高质量制件的一种方法，具有省力节能和材料利用率高的特点。根据施压方式的不同，液态模锻可分为直接液态模锻和间接液态模锻。间接液态模锻通过一个或多个小压头对闭合模腔内的液态金属施加较高的局部压力使其成型，对于这种情况，该工艺需要液压设备同时提供合模力和挤压力，一般使用双动液压机。液压机的活动横梁可以带动液锻模具的上模进行开合模运动，中心液压缸（加压缸）带动压头进行挤压成型动作。

液态模锻一般需要对液态或半固态金属施加30～120MPa的压强。由于间接液态模锻时成型压头横截面尺寸较小，所需加压缸的压力较小；在挤压力作用下，闭合模腔内的金属会产生对应的胀模力，该胀模力的轴向力基本与模腔的横截面积成比例，当液锻件的横截面积远大于成型压头的横截面时，就要求成型设备必须具有足够的合模力，否则，上模会因合模力不足而上移，导致加不上压力，甚至出现溢料和飞边，制件质量达不到要求。故目前设备的合模力成为限制大截面尺寸液锻件成型的关键因素，所以十分有必要地提出一种锁模结构，来提高模具的刚度以及保证液态模锻制品的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锁模机构，能够提高模具的合模刚度，保证制品精度；本发明另外的目的在于提供一种间接液态模锻装置，合模刚度高，在上、下模合模后对模具进行锁紧，在液锻成型时能够防止出现上、下模间分模的倾向，保证液态模锻制品的精度。

为实现上述目的，本发明的间接液态模锻装置采用如下技术方案：

间接液态模锻装置，包括上模、下模和锁模机构，所述锁模机构包括约束框架和合模约束机构，所述合模约束机构包括固定器和连接器，固定器用于固定上模，连接器用于与液压机的活动横梁连接，固定器与连接器之间设置有左右对称的连杆机构；所述连杆机构包括与固定器铰接的摆杆、与连接器铰接的连杆，连杆与摆杆之间相互铰接，合模约束机构还包括在连杆机构摆动时阻止连杆和摆杆向内摆动的限位结构；在所述摆杆的摆动端设置有凸部，所述约束框架上设有位于摆杆外侧的滑穴，在连接器被活动横梁带动向下运动至合模完成时，连接器继续被活动横梁推动以使连杆机构向外摆动，使所述凸部滑入滑穴内并与滑穴配合以顶撑固定器实现锁模。

其有益效果在于：液压机的活动横梁只需要提供带动上模作开合模动作以及使摆杆滑入滑穴内的动力，因此液压机需要提供的输出压力很小，当摆杆的凸部滑入滑穴内后，摆杆顶撑在约束框架与对应的固定器之间，此时间接液态模锻装置的约束刚度取决于摆杆和约束框架的刚度，而不再依赖于液压机所提供的压力，只要摆杆和约束框架的强度足够大，那么间接液态模锻装置的约束刚度就足够大。锁模机构提高了模具刚度，对模具进行刚性强制约束，从而防止在液锻成型时出现上下模间分模的倾向，提高制品的性能和精度，所需液压机的压力也会对应变小，换句话说，在吨位较小的液压机上可以成型横截面积更大的液锻件，在保证制品精度的同时，也降低了生产成本；并且在间接液态模锻装置工作，上模开合模行程主要取决于液压机的工作行程，而与连杆机构的工作行程无关，从而使上模有较大的行程，为液锻成型时的液体浇注和锻件脱模提供更大的操作空间。

进一步的，所述滑穴具有平滑连接的过渡面和支撑面，在摆杆向外摆动时凸部滑过过渡面后与支撑面抵顶接触，过渡面上设有朝向下模凸设的凸弧面，在凸部滑过过渡面时所述凸部与凸弧面抵顶配合以使摆杆朝向对应的下模移动。

其有益效果在于：在摆杆滑入滑穴时，凸弧面与摆杆配合使摆杆能够朝向上模微动一段距离，对上模产生一个预压力，提高了锁模机构的锁模效果。

进一步的，所述凸部位于所述连杆与摆杆之间的铰接轴线的外侧。

其有益效果在于：将凸部设置在连杆与摆杆之间的铰接轴线的外侧，在摆杆摆动的过程中，凸部不会与其他结构发生干涉，保证连杆机构能够稳定工作。

或者，所述连杆上设有弧形挡槽，摆杆上设有限位销，所述摆杆不受压力时限位销与弧形挡槽的一侧槽壁挡止配合使摆杆与连杆之间具有夹角、受压力时摆杆可以绕与固定器铰接的铰接轴向外摆动，所述弧形挡槽与限位销构成所述限位结构。

其有益效果在于：在合模约束机构中设置限位结构，保证连杆机构能够向外摆动而不会被卡死，并且依靠弧形挡槽的槽壁与限位销配合来对摆杆及连杆的相对转动进行限制，结构简单且可靠，便于加工。

为实现上述目的，本发明中的锁模机构采用如下技术方案：

锁模机构，包括约束框架和合模约束机构，所述合模约束机构包括固定器和连接器，固定器用于固定上模，连接器用于与液压机的活动横梁连接，固定器与连接器之间设置有左右对称的连杆机构；所述连杆机构包括与固定器铰接的摆杆、与连接器铰接的连杆，连杆与摆杆之间相互铰接，合模约束机构还包括在连杆机构摆动时阻止连杆和摆杆向内摆动的限位结构；在所述摆杆的摆动端设置有凸部，所述约束框架上设有位于摆杆外侧的滑穴，在连接器被活动横梁带动向下运动至合模完成时，连接器继续被活动横梁推动以使连杆机构向外摆动，使所述凸部滑入滑穴内并与滑穴配合以顶撑固定器实现锁模。

其有益效果在于：在锁模机构与上模、下模配合使用时，液压机的活动横梁只需要提供带动上模作开合模动作以及使摆杆滑入滑穴内的动力，因此液压机需要提供的输出压力很小，当摆杆的凸部滑入滑穴内后，摆杆顶撑在约束框架与对应的固定器之间，此时间接液态模锻装置的约束刚度取决于摆杆和约束框架的刚度，而不再依赖于液压机所提供的压力，只要摆杆和约束框架的强度足够大，那么间接液态模锻装置的约束刚度就足够大。锁模机构提高了模具刚度，对模具进行刚性强制约束，从而防止在液锻成型时出现上下模间分模的倾向，提高制品的性能和精度，所需液压机的压力也会对应变小，换句话说，在吨位较小的液压机上可以成型横截面积更大的液锻件，在保证制品精度的同时，也降低了生产成本；并且在间接液态模锻装置工作，上模开合模行程主要取决于液压机的工作行程，而与连杆机构的工作行程无关，从而使上模有较大的行程，为液锻成型时的液体浇注和锻件脱模提供更大的操作空间。

进一步的，所述滑穴具有平滑连接的过渡面和支撑面，在摆杆向外摆动时凸部滑过过渡面后与支撑面抵顶接触，过渡面上设有朝向下模凸设的凸弧面，在凸部滑过过渡面时所述凸部与凸弧面抵顶配合以使摆杆朝向对应的下模移动。

其有益效果在于：在摆杆滑入滑穴时，凸弧面与摆杆配合使摆杆能够朝向上模微动一段距离，对上模产生一个预压力，提高了锁模机构的锁模效果。

进一步的，所述凸部位于所述连杆与摆杆之间的铰接轴线的外侧。

其有益效果在于：将凸部设置在连杆与摆杆之间的铰接轴线的外侧，在摆杆摆动的过程中，凸部不会与其他结构发生干涉，保证连杆机构能够稳定工作。

或者，所述连杆上设有弧形挡槽，摆杆上设有限位销，所述摆杆不受压力时限位销与弧形挡槽的一侧槽壁挡止配合使摆杆与连杆之间具有夹角、受压力时摆杆可以绕与固定器铰接的铰接轴向外摆动，所述弧形挡槽与限位销构成所述限位结构。

其有益效果在于：在合模约束机构中设置限位结构，保证连杆机构能够向外摆动而不会被卡死，并且依靠弧形挡槽的槽壁与限位销配合来对摆杆及连杆的相对转动进行限制，结构简单且可靠，便于加工。

附图说明

图1为本发明的间接液态模锻装置的实施例1的开模状态的结构示意图；

图2为图1的间接液态模锻装置在上模与下模刚刚合模时的结构示意图；

图3为图1的间接液态模锻装置的摆杆的凸部进入约束框架的滑穴时的结构示意图；

图4为图1中加压杆下行加压时的结构示意图；

图5为图1的间接液态模锻装置中摆杆、连杆以及滑穴的配合示意图；

图6为图1的间接液态模锻装置中摆杆与连杆的配合示意图。

图中各标记：11.连接器；12.铰接轴；21.连杆；22.摆杆；23.铰接轴；24.凸部；25.曲面；26.摆动弧线；27.限位销；28.弧形挡槽；31.固定器；32.铰接轴；41.加压杆；42.上底板；43.顶板；44.固定板；45.复位弹簧；46.垫块；47.上模板；48.压头；49.凸模；51.凹模；52.顶杆；61.约束框架；62.滑穴；63.支撑面；64.过渡面；7.坯料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

如图1所示，为本发明中间接液态模锻装置的实施例1，间接液态模锻装置包括上模、下模和锁模机构，所述锁模机构包括约束框架和合模约束机构，锁模机构与间接液态模锻加工工艺所需的模具配合使用，能够增大模具的合模刚度，提高制品成型精度，可用于成型截面积更大的液锻件。合模约束机构包括固定器31和连接器11，固定器31用于安装固定上模，连接器11与液压机的活动横梁连接。在间接液态模锻加工中，经常使用的是双动液压机，双动液压机的活动横梁与连接器11连接，连接器11可以随着活动横梁沿上下方向移动致使上模靠近下模或上模远离下模，实现模具的合模与开模。固定器31和连接器11之间连接有连杆机构，连接器11移动时通过连杆机构带动固定器31移动进而实现上模与下模合模。连接器11与固定器31之间可以通过独立设置的导柱实现导向移动。

连杆机构以左右对称的形式围绕布置在固定器31与连接器11的周围，并且左右两侧的连杆机构分别沿前后方向布置有两组，每组连杆机构设置有两个，在其他实施例中，连杆机构也可以按照沿圆周的形式布置有三组、四组等。连杆机构包括连杆21和摆杆22，摆杆22与连杆21之间通过铰接轴23铰接，连杆21的另一端通过铰接轴12与连接器11铰接，摆杆22另一端通过铰接轴32与固定器31铰接，摆杆22与连杆21的铰轴偏离摆杆22的中轴线。摆杆22靠近固定器31的一端的端面为圆弧面，固定器31上设有与摆杆22的圆弧面适配且曲率相同的配合面，从而增大摆杆22与固定器31的接触面积。摆杆22靠近连杆21一端即摆杆的摆动端，摆动端外侧一体设置有凸部24，凸部24位于连杆21与摆杆22之间的铰接轴线的外侧，凸部24的外侧面为曲面25。

如图6所示，定义靠近上模与下模的合模中心线的一侧为内侧，连杆21上设有限位销27，摆杆22上设有供限位销27穿过的弧形挡槽28，连杆21与摆杆22不受到连接器11的作用力时，限位销27位于弧形挡槽28的一端，由于限位销27与弧形挡槽28的作用，摆杆22向外侧倾斜，摆杆22无法向内侧摆动而限位，但是可以向外侧摆动，限位销27与弧形挡槽28对应组成了在连杆机构被挤时阻止连杆或摆杆向内摆动的限位结构，摆杆22不受压力时限位销27与弧形挡槽28的一侧槽壁挡止配合使摆杆22与连杆21之间具有一定夹角，受压力时摆杆22可以绕与固定器31的铰接轴向外摆动。

如图1、图2、图3、图4与图5所示，锁模机构还包括约束框架61，约束框架61固定在液压机的工作台上。约束框架61包括底板和竖直刚性固定在底板上的侧板，侧板的上部通过横板刚性连接以形成框架结构。约束框架61的侧板的内侧壁为沿靠近下模的方向内径增大的阶梯侧壁，阶梯侧壁的拐角处形成用于与各个摆杆22上的凸部24接触配合的滑穴62，摆杆22在被连杆21推动时向外偏摆并落入滑穴62内。在连接器11向下运动至合模完成时，液压机的活动横梁带动连接器11继续下行使连杆机构向外摆动；在连杆机构中摆杆及连杆摆动时，所述凸部24滑入滑穴62内并与滑穴62配合以顶撑固定器实现锁模，合模约束机构还包括在连杆机构摆动时阻止连杆和摆杆向内摆动的限位结构。

如图5所示，滑穴62包括支撑凸部24的支撑面63和与支撑面63平滑连接的过渡面64，支撑面63为与凸部24上的曲面25曲率适配的适配曲面，该曲面为圆柱面，过渡面64具有向下模方向凸出于摆杆22的摆动弧线26的凸出部分，在摆杆22的凸部24落入滑穴62的过程中，该凸出部分对摆杆22的凸部24施加顶推力，从而使固定器31推动上模向下模移动，为上模与下模的合模施加预压力，该凸出部分形成过渡面64上用于顶推摆杆22的凸弧面，在其他实施例中，也可以省略过渡面64以及其上的凸弧面。

如图1、图2、图3与图4所示，上模包括与固定器31固定连接的上底板42和设置在上底板42下面的垫块46，垫块46共有两个且位于合模方向的两侧，两个垫块46之间从上至下依次设有与上底板42固定的顶板43和固定在顶板43上的固定板44。垫块46的下方固定设置有上模板47和凸模49，固定板44上设有向下延伸并依次穿过上模板47以及凸模49的压头48，固定板44通过螺钉将压头48和顶板43连接在一起，压头48与凸模49上需要局部加压的位置相对应，顶板43与上模板47之间还顶压装配有复位弹簧45，复位弹簧45可以使顶板43在不受力时位于上方。连接器11、固定器31以及上底板42上分别设有同轴布置的穿孔，液压机的加压杆41穿装在穿孔内，加压杆41的上端与液压机的加压缸活塞连接，以对顶板43施加作用力从而实现间接液态模锻。

下模包括凹模51和顶杆52，凹模51固定在约束框架61的底板上，顶杆52沿上下方向活动插装在底板与凹模51内，顶杆52与液压机的下顶出缸连接，顶杆52可以在工件液锻成型后将工件顶出。

本发明的锁模机构在使用时，在图1所示的状态下，在凹模51内倒入一定量金属熔体的坯料7，液压机的活动横梁带动连接器11向下移动，连接器11通过连杆21以及摆杆22带动固定器31移动，从而驱动上模迅速下行进行合模动作；在合模的过程中，由于限位销27与弧形挡槽28的作用，摆杆22与连杆21之间的夹角保持不变，上模与下模接触后，与上模连接的固定器31停止运动，因为固定器31与连接器11之间设置有连杆机构，因此在固定器31停止运动后，连接器11可以凭借连杆机构的摆动而仍有一定的运动空间继续运动，液压机的活动横梁继续下行，连接器11向固定器31的方向移动，连杆21推动摆杆22绕铰接轴32向外摆动，摆杆22上的凸部24滑入约束框架61的滑穴62内，在凸部24外侧的曲面25在沿滑穴62的过渡面64滑动时，过渡面64顶推凸部24的曲面25，从而给摆杆22施加轴向的作用力，该对称的作用力为上模与下模的合模提供预压力，固定器31沿合模方向作微量的慢速移动，使上模与下模进一步锁紧。

摆杆22的凸部24进入滑穴62的支撑面63内，活动横梁停止下行，此时连杆21与摆杆22接近于垂直，具有极大的横向的加力作用，使摆杆22的凸部24被牢牢锁紧在支撑面63内。此时，摆杆22与该模具的合模方向接近一致，并且立板和摆杆22刚度大及各个接触面的面积大，使锁模机构具有极大的沿合模方向的刚性以抵抗模具内的熔体反作用给该模具的胀模力，该模具上下模的合模刚度只与模具本身、固定器31、摆杆22、约束框架61的刚度及各零件接触面的接触刚度有关，而与液压机的加压缸输出压力基本无关。

液压机的加压缸活塞下行并驱动加压杆41下行，加压杆41带动顶板43、固定板44以及压头48下行，通过压头48对模腔中的熔体加压到需要的压力并保压，使熔体在压力下凝固冷却成型为液锻件，在这一过程中，模具在摆杆22的作用下始终保持着较高的合模刚度。

液压机回程，活动横梁带动锁模机构以及上模一同上行，摆杆在液压机的带动下慢速从滑穴62内退出，使摆杆上的凸部与滑穴62脱离配合，实现慢速卸压，活动横梁继续回程，带动锁模机构以及上模快速上行实现回程。同时，加压缸复位，顶板43、固定板44以及压头48在复位弹簧45的作用下回位，液压机的下顶出缸工作，通过顶杆52将液锻工件从下模顶出，完成脱模作业。

需要说明的是，本发明中的间接液态模锻装置及锁模机构也可以用于可以很方便地用于低压铸造等需要先行合模且合模力和开模行程都很大的场合，锁模机构与对应的模具配合时能够提高整个模具的刚度，可以有效地减小设备的负荷。

采用本发明中的间接液态模锻装置及锁模机构可以实现以下效果：

1、液压机的活动横梁通过合模约束机构能够带动上模快速靠近下模以进行合模。

2、在合模完成时连接器前进使摆杆向外摆动，摆杆上凸部滑入滑穴内对上模加压，最终使摆杆顶撑在固定器与约束框架之间，增加了上模和下模的约束，提高了上模、下模的刚度。

3、完成加工后，液压机的活动横梁回程，摆杆向原位摆动，使摆杆上的凸部与滑穴脱离配合，减少对上模的压力。

4、当摆杆摆动回原位后，液压机的活动横梁继续回程，通过合模约束机构带动上模与较快的速度离开下模，并使上模回复到初始位置上。

综合来看，本发明中的间接液态模锻装置及锁模机构在工作时具有“快速下行、慢速加压、慢速卸压、快速回程”的特点，锁模机构提高了模具刚度，对模具进行刚性强制约束，从而防止在液锻成型时出现上下模间分模的倾向，提高制品的性能和精度，需要液压机提供的压力也会对应变小，液压机的吨位对应变小，换句话说，在吨位较小的液压机上可以成型横截面积更大的液锻件，在保证制品精度的同时，也降低了生产成本。上模开合模行程主要取决于液压机的工作行程，而与连杆机构的工作行程无关，从而使上模有较大的行程，为液锻成型时的液体浇注和锻件脱模提供更大的操作空间。

本发明的间接液态模锻装置的实施例2，与实施例1的区别在于：实施例1中滑穴的过渡面、支撑面以及凸部外侧面均为曲面，在本实施例中，支撑面与过渡面均为斜面，支撑面与合模方向的夹角大于过渡面与合模方向的夹角，滑穴由斜面以及约束框架的内侧壁配合形成，凸部的外侧面为斜面。

本发明的间接液态模锻装置的实施例3，与实施例1的区别在于：凸部设置在摆杆的铰接轴线的外侧，在本实施例中，凸部一体设置在摆杆的轴向的端部，连杆向远离凸部的方向倾斜。

在其他实施例中，可以在连接器11和固定器31间设置垫块，在合模状态下，使液压机的合模力作用于模具，同时防止活动横梁过度下行，保证摆杆22在滑穴62中的位置，防止连杆21过载。

在其他实施例中，限位结构还可以替换为其他形式，例如在连接器上设有位于连杆内侧的挡销，连杆在受到挡销的限制下只能够向外侧摆动，或是在固定器上设置有位于摆杆内侧的挡销，摆杆在受到挡销的限制下只能够向外侧摆动，以上两种情况中的挡销成为了限位结构。

本发明中锁模机构的结构与上述发明中用于间接液态模锻装置实施例中的锁模机构结构相同，因此不再赘述。

Claims (8)

1.间接液态模锻装置，其特征在于：包括上模、下模和锁模机构，所述锁模机构包括约束框架和合模约束机构，所述合模约束机构包括固定器和连接器，固定器用于固定上模，连接器用于与液压机的活动横梁连接，固定器与连接器之间设置有左右对称的连杆机构；所述连杆机构包括与固定器铰接的摆杆、与连接器铰接的连杆，连杆与摆杆之间相互铰接，合模约束机构还包括在连杆机构摆动时阻止连杆和摆杆向内摆动的限位结构；在所述摆杆的摆动端设置有凸部，所述约束框架上设有位于摆杆外侧的滑穴；所述连接器移动时通过连杆机构带动固定器移动进而实现上模与下模合模，在连接器被活动横梁带动向下运动至合模完成时，连接器继续被活动横梁推动以使连杆机构向外摆动，使所述凸部滑入滑穴内并与滑穴配合以顶撑固定器实现锁模。

2.根据权利要求1所述的间接液态模锻装置，其特征在于：所述滑穴具有平滑连接的过渡面和支撑面，在摆杆向外摆动时凸部滑过过渡面后与支撑面抵顶接触，过渡面上设有朝向下模凸设的凸弧面，在凸部滑过过渡面时所述凸部与凸弧面抵顶配合以使摆杆朝向对应的下模移动。

3.根据权利要求1或2所述的间接液态模锻装置，其特征在于：所述凸部位于所述连杆与摆杆之间的铰接轴线的外侧。

4.根据权利要求1或2所述的间接液态模锻装置，其特征在于：所述连杆上设有弧形挡槽，摆杆上设有限位销，所述摆杆不受压力时限位销与弧形挡槽的一侧槽壁挡止配合使摆杆与连杆之间具有夹角、受压力时摆杆可以绕与固定器铰接的铰接轴向外摆动，所述弧形挡槽与限位销构成所述限位结构。

5.锁模机构，其特征在于：包括约束框架和合模约束机构，所述合模约束机构包括固定器和连接器，固定器用于固定上模，连接器用于与液压机的活动横梁连接，固定器与连接器之间设置有左右对称的连杆机构；所述连杆机构包括与固定器铰接的摆杆、与连接器铰接的连杆，连杆与摆杆之间相互铰接，合模约束机构还包括在连杆机构摆动时阻止连杆和摆杆向内摆动的限位结构；在所述摆杆的摆动端设置有凸部，所述约束框架上设有位于摆杆外侧的滑穴；所述连接器移动时通过连杆机构带动固定器移动进而实现上模与下模合模，在连接器被活动横梁带动向下运动至合模完成时，连接器继续被活动横梁推动以使连杆机构向外摆动，使所述凸部滑入滑穴内并与滑穴配合以顶撑固定器实现锁模。

6.根据权利要求5所述的锁模机构，其特征在于：所述滑穴具有平滑连接的过渡面和支撑面，在摆杆向外摆动时凸部滑过过渡面后与支撑面抵顶接触，过渡面上设有朝向下模凸设的凸弧面，在凸部滑过过渡面时所述凸部与凸弧面抵顶配合以使摆杆朝向对应的下模移动。

7.根据权利要求5或6所述的锁模机构，其特征在于：所述凸部位于所述连杆与摆杆之间的铰接轴线的外侧。

8.根据权利要求5或6所述的锁模机构，其特征在于：所述连杆上设有弧形挡槽，摆杆上设有限位销，所述摆杆不受压力时限位销与弧形挡槽的一侧槽壁挡止配合使摆杆与连杆之间具有夹角、受压力时摆杆可以绕与固定器铰接的铰接轴向外摆动，所述弧形挡槽与限位销构成所述限位结构。

Images