CN112756415A - 用于微型齿轮成型的热挤压模具装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于模具设计领域，公开了用于微型齿轮成型的热挤压模具装置及方法。包括凹模、挤压垫片、挤压针、顶杆、内套、挤压杆，挤压杆一侧为挤压针，挤压针另一端部部分置于内套的通孔Ⅲ中，挤压针另一端部置于通孔Ⅲ一侧，挤压垫片、坯料与凹模也依次置于内套的中部通孔Ⅲ内，内套的通孔Ⅲ连通至内套另一端中部的锥形槽，顶杆一端部抵靠在内套的锥形槽内，顶杆具有中部空腔。本发明提供了一种用于微型齿轮成型的热挤压模具装置，它具有结构紧凑，模具配合精度高，导向性好，成本低，生产效率高的特点。

Description

用于微型齿轮成型的热挤压模具装置及方法

技术领域

本发明涉及模具设计领域，特别是涉及一种用于微型齿轮成型的热挤压模具装置及方法。

背景技术

随机现代科学技术的发展，尤其是微细加工技术及微机电***的飞速发展，在21世纪的工业生产多样化的需求牵引下，微型机械也得到迅速发展。对微型零件的需求越来越广泛，需要一种低成本、高质量、高精度以及能够批量生产的成形装置。

钛合金因其优异的综合性能在各个工业领域得到了广泛的运用，但钛合金难以加工的因素在一定程度上阻碍了其运用的进一步发展，传统的精细加工装置已经很难满足这些需求。后来开发的微塑性成形装置虽然可以用于多种材料的加工，但由于零件非常小，对现有的模具来说还存在制造困难。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于微型齿轮成型的热挤压模具装置及方法，它具有结构紧凑，模具配合精度高，导向性好，成本低，生产效率高的特点。

本发明是这样实现的：用于微型齿轮成型的热挤压模具装置，包括导模、凹模、挤压垫片、顶杆、挤压杆、内套。

挤压杆一端为阶梯形结构，其中，挤压杆的一端部为法兰盘，并且法兰盘上开设有两个通孔Ⅰ。在挤压过程中，挤压杆端部法兰盘上的通孔Ⅰ与内套上端上的法兰盘上的通孔Ⅱ使用专用导线连接。

挤压杆的阶梯形结构为挤压针，挤压针在过度处具有圆角，挤压针的小轴端伸入内套的通孔Ⅲ中，在挤压杆与挤压针之间放置由绝缘棉，电流只能通过导线传导到内套上，挤压针的小轴端设置有挤压垫片，挤压垫片放于内套的通孔Ⅲ内。导模放置在内套的通孔Ⅲ中，导模成漏斗状。凹模设置于内套的通孔Ⅲ中，凹模具有用于挤压成型齿轮形状的工作型腔。

内套安装在顶杆的一端，在内套的一端具有法兰盘，法兰盘上具有两个通孔Ⅱ，内套的一端中部开有通孔Ⅲ，通孔Ⅲ用于装挤压垫片、坏料、导模和凹模，内套的另一端中部开设有锥形槽，通孔Ⅲ与锥形槽相连通，锥形槽的槽口圆周内壁具有与顶杆连接用的内螺纹，内套另一端为六棱柱形结构Ⅰ。

顶杆为阶梯轴形状，顶杆一端为六棱柱形结构Ⅱ，六棱柱形结构Ⅱ便于挤压完成后模具的拆卸，顶杆中部具有空腔11。

六棱柱形结构(Ⅰ、Ⅱ)设计的目的：1.六棱柱设计结构可以确保在不增加其他定位导向机构的条件下用简单的结构实现定位精准。2.拆卸时，由于没有增加其他的锁死或导向构件，可以直接抽出，因此便于拆模。

顶杆的一端部为30°的锥角，锥角的后侧外圆周端面上开设有用于与内套连接用的外螺纹。

本发明的方法，包括如下步骤：

步骤一.利用顶杆上的外螺纹与内套的内螺纹连接，再按顺序将凹模、导模、坯料、挤压垫片平稳的放入内套的通孔Ⅲ中，然后将挤压针放入内套的通孔Ⅲ中。

步骤二.将挤压针放入内套的通孔Ⅲ中并抵住挤压垫片将挤压杆抵靠在挤压针的另一端面，在挤压杆与挤压针接触面之间放置绝缘棉，将挤压杆与挤压针隔开，防止通电时挤压针受热强度降低，挤压过程中受力损坏挤压针，并用专用导线将挤压杆的通孔Ⅰ和内套的通孔Ⅱ相连，完成模具的装配。

本发明设计的热挤压模具，加热的原理是通过电流传导直接对挤压的坯料和模具进行加热。在挤压杆与挤压针之间加绝缘棉是为了防止在加热过程中挤压针在通电加热时产生高温导致强度降低，在挤压过程中受力损坏。

步骤三.将模具安装再热模拟机上进行模具和坯料的加热，选择通过电流的方式利用焦耳热将模具与坯料按指定的升温速率加热到指定温度，达到成形温度后保温指定时间。

步骤四.热模拟机的施力机构压到挤压杆上，通过挤压针将压力传递到挤压垫片上，挤压垫片向下将坯料压向导模并传递到凹模，因而凹模有向下运动的趋势。

步骤五.凹模由顶杆支撑，坯料的运动方向由内套的腔体保证，坯料将力传给导模和凹模，凹模由顶杆抵靠，(凹模被顶杆顶住，在挤压坯料的过程中固定不动)，坯料受压力作用，达到一定值后开始发生塑性变形，可以充填凹模的型腔，成形出与凹模的型腔形状和尺寸一致的零件。

步骤六.待冷却后，取下挤压针并将顶杆从内套中旋转出来，取出已成形的零件，完成整个成形过程。

本发明的优点及积极效果为：

1.本装置用在热模拟机上，成形过程完全由模具装置结构来控制。成形件的精度是由挤压垫片和凹模来保证的。

2.凹模和挤压垫片采用高精度加工技术加工而成，配合精度很高。

3.挤压垫片的运动由内套的腔体来导向，且凹模是放置在顶杆上固定不动的，挤压针与内套之间的间隙减小了挤压过程的摩擦力，提高了设别的效率，节约能源，降低了成本，同时也有效的保护了微型模具，使其具有更长的使用寿命。

4.本发明具有结构紧凑，模具配合精度高，导向性好，成本低，工作效率高，加工工艺简单，可以成形多种材料的优点。

5.优化模具的内套筒的结构在挤压杆和内套上设置能通过导线直接相接的接口(即在挤压杆法兰盘上设通孔和在内套内套法兰盘上设通孔)，通过电流利用焦耳热效应对坯料进行加热，以改善材料常温成形性能差的特点，同时利用电致塑性效应促进钛合金微型齿轮的成形。

6.内套的内部开有通孔，通孔连通至锥形槽，锥形槽内设有内螺纹，顶杆具有空腔，端部有30°的锥角，锥角的后侧外圆周面有外圆周面，通过外螺纹和内螺纹相连接，保证了模具在高温成型过程中的精度，确保模具装配的配合度，减小模具损耗后整体修复模具的成本。

7.在坯料和凹模之间增加导模，减小了挤压过程对凹模的损耗，保证了高精度凹模在成形过程中受力减小，提高了关键部件凹模的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的凹模结构示意图；

图3是本发明的内套结构示意图；

图4是本发明的顶杆结构示意图；

图5是本发明的挤压杆结构示意图；

图6是本发明的挤压垫片结构示意图；

图7是本发明的挤压杆结构示意图；

图8是本发明的挤压针结构示意图。

图中，1-导模、2-凹模、3-坯料、4-挤压垫片、5-挤压针、6-顶杆、7-内套、8-挤压杆、9-通孔Ⅰ、10-通孔Ⅱ、11-空腔、12-六棱柱形结构Ⅰ、13-六棱柱形结构Ⅱ、14-外螺纹、15-内螺纹、16-通孔Ⅲ、17-锥角、18-锥形槽、19-绝缘棉。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1-8所示，用于微型齿轮成型的热挤压模具装置，包括导模1、凹模2、挤压垫片4、顶杆6、挤压杆7、内套8。

挤压杆8一端为阶梯形结构，其中，挤压杆8的一端部为法兰盘，并且法兰盘上开设有两个通孔Ⅰ9。在挤压过程中，挤压杆8端部法兰盘上的通孔Ⅰ9与内套7上端上的法兰盘上的通孔Ⅱ10使用专用导线连接，起到传导电流的作用，防止电流从挤压针5流过，使挤压针5头部温度过高而造成模具损坏。

挤压杆8的阶梯形结构为挤压针5，挤压针5在过度处具有圆角用于防止应力集中，挤压针5的小轴端伸入内套7的通孔Ⅲ16中，在挤压杆8与挤压针5之间放置由绝缘棉19隔断电流的流通，电流只能通过导线传导到内套7上，挤压针5的小轴端放置有挤压垫片4，放置的单独的挤压垫片4用以挤压坯料减小摩擦防止模具损坏，同时分离式的结构有利于更换零件，挤压垫片4放于内套7的通孔Ⅲ16内。导模1放置在内套7的通孔Ⅲ16中，用于在挤压过程中将坯料送入凹模2中，导模1成漏斗状，便于在坯料受热挤压产生塑性流变时进入凹模(导模1设计为漏斗状)。凹模2设置于内套7的通孔Ⅲ16中，凹模2具有用于挤压成型齿轮形状的工作型腔。

挤压垫片4是单独的一个零件，挤压开始前组装模具时，直接将挤压垫片4放置于其内即可。

内套7安装在顶杆6的一端，在内套7的一端具有法兰盘，法兰盘上具有两个通孔Ⅱ10，内套7的一端中部开有通孔Ⅲ16，通孔Ⅲ16用于装挤压垫片4、坏料3、导模1和凹模2，内套7的另一端中部开设有锥形槽18，通孔Ⅲ16与锥形槽18相连通，锥形槽18的槽口圆周内壁具有与顶杆6连接用的内螺纹15，内套7另一端为六棱柱形结构Ⅰ13，六棱柱形结构Ⅰ13便于挤压完成后模具的拆卸。

顶杆6为阶梯轴形状，顶杆6一端为六棱柱形结构Ⅱ12，六棱柱形结构Ⅱ12便于挤压完成后模具的拆卸，顶杆6中部具有空腔11用于放置挤压过来形成后的坯料。

六棱柱形结构(Ⅰ、Ⅱ)设计的目的：1.六棱柱设计结构可以确保在不增加其他定位导向机构的条件下用简单的结构实现定位精准。2.拆卸时，由于没有增加其他的锁死或导向构件，可以直接抽出，因此便于拆模。

顶杆6的一端部为30°的锥角17，锥角17的后侧外圆周端面上开设有用于与内套7连接用的外螺纹14。

本发明的使用方法包括如下步骤：

步骤一.利用顶杆6上的外螺纹14与内套7的内螺纹15连接，再按顺序将凹模2、导模1、坯料3、挤压垫片4平稳的放入内套7的通孔Ⅲ16中。

步骤二.将挤压针5放入内套7的通孔Ⅲ16中并抵住挤压垫片4，将挤压杆抵靠在步骤一中装入挤压针的另一端面，在挤压杆与挤压针抵靠端面之间安装有绝缘棉，用于将挤压杆与挤压针接触面隔开，防止通电时挤压针受热强度降低，挤压过程中受力损坏挤压针，并用专用导线将挤压杆8的通孔Ⅰ9和内套7的通孔Ⅱ10相连，完成模具的装配。

步骤三.将模具安装再热模拟机上进行模具和坯料的加热，选择通过电流的方式利用焦耳热将模具与坯料按指定的升温速率加热到指定温度，达到成形温度后保温指定时间。

步骤四.热模拟机的施力机构压到挤压杆8上，通过挤压针5将压力传递到挤压垫片4上，挤压垫片4向下将坯料3压向导模1并传递到凹模2，因而凹模2有向下运动的趋势。

步骤五.凹模2由顶杆支撑，坯料3的运动方向由内套7的腔体6保证，坯料将力传给导模1和凹模2，凹模2由顶杆6抵靠，在挤压坯料的过程中固定不动，坯料受压力作用，达到一定值后开始发生塑性变形，可以充填凹模2的型腔，成形出与凹模2的型腔一样形状和尺寸的零件。

步骤六.待冷却后，取下挤压针5并将顶杆6从内套7中旋转出来，取出已成形的零件，完成整个成形过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.用于微型齿轮成型的热挤压模具装置，包括凹模、挤压垫片、挤压针、顶杆、内套、挤压杆，其特征在于，挤压杆一侧为挤压针，挤压针另一端部部分置于内套的通孔Ⅲ中，挤压垫片、坯料与凹模也依次置于内套的中部通孔Ⅲ内，内套的通孔Ⅲ连通至内套另一端中部的锥形槽，顶杆一端部抵靠在内套的锥形槽内，顶杆具有中部空腔。

2.根据权利要求1所述的用于微型齿轮成型的热挤压模具装置，其特征在于，挤压杆一端部为法兰盘，挤压杆的法兰盘上具有通孔Ⅰ，内套的一端也具有法兰盘，内套的法兰盘上具有通孔Ⅱ。

3.根据权利要求2所述的用于微型齿轮成型的热挤压模具装置，其特征在于，在挤压过程中，挤压杆端部法兰盘上的通孔Ⅰ与内套上端上的法兰盘上的通孔Ⅱ使用专用导线连接。

4.根据权利要求1所述的用于微型齿轮成型的热挤压模具装置，其特征在于，内部的锥形槽内圆周槽口具有内螺纹，顶杆一端部为30度锥角，30度锥角后侧的外圆周面具有外螺纹，内套通过内螺纹与顶杆的外螺纹相连接。

5.根据权利要求1所述的用于微型齿轮成型的热挤压模具装置，其特征在于，所述凹模具有用于挤压成型齿轮形状的工作型腔。

6.根据权利要求1所述的用于微型齿轮成型的热挤压模具装置，其特征在于，坯料和凹模之间还设有导模，导模放置在内套的通孔Ⅲ中，导模呈漏斗状。

7.根据权利要求1所述的用于微型齿轮成型的热挤压模具装置，其特征在于，挤压杆与挤压针之间设有绝缘棉。

8.根据权利要求1所述的用于微型齿轮成型的热挤压模具装置，其特征在于，挤压针为阶梯轴状，挤压针的小轴端部分置于内套的通孔Ⅲ中。

9.用于微型齿轮成型的热挤压模具的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一.利用顶杆上的外螺纹与内套的内螺纹连接，再按顺序将凹模、导模、坯料、挤压垫片平稳的放入内套的通孔Ⅲ中，再将挤压针放入内套的通孔Ⅲ中；

步骤二.将挤压针放入内套的通孔Ⅲ中并抵住挤压垫片，将挤压杆抵靠在步骤一中装入挤压针的另一端面，在挤压杆与挤压针抵靠端面之间安装有绝缘棉，用于将挤压杆与挤压针接触面隔开，并用专用导线将挤压杆的通孔Ⅰ和内套的通孔Ⅱ相连，完成模具的装配；

步骤三.将模具安装再热模拟机上进行模具和坯料的加热，选择通过电流的方式利用焦耳热将模具与坯料按指定的升温速率加热到指定温度，达到成形温度后保温指定时间；

步骤四.热模拟机的施力机构压到挤压杆上，通过挤压针将压力传递到挤压垫片上，挤压垫片向下将坯料压向导模并传递到凹模，因而凹模有向下运动的趋势；

步骤五.凹模由顶杆支撑，当坯料将力传给导模和凹模后，凹模由顶杆抵靠，不能运动，此时坯料受压力作用，达到一定值后开始发生塑性变形，通过导模进入凹模，并充填凹模的型腔，成形出与凹模型腔形状和尺寸一致的零件；

步骤六.待冷却后，取下挤压针并将顶杆从内套中旋转出来，取出已成形的零件，完成整个成形过程。

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