CN113664132A - 分水器模锻的工艺方法、分水器模具及模具挤压装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分水器模锻的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：S1:建立分水器模型，计算模型的各部分体积；S2：建立实心圆柱形棒料模型；S3:计算模锻时液压推杆的单边推进长度；S4:预先制造包括铜质分水器专用模锻模具、圆柱形棒料和生产线；S5:预加工准备；S6:加热圆柱形棒料；S7：初步挤压；S8：各分支型腔上模的形变检测；S9：步进式补充挤压；S10：脱模；S11：机加工修整。本发明根据计算机模拟计算，设计出一套包括原料定义、挤压策略、传感检测与反馈等工艺步骤在内的新的分水器模锻工艺方法，并基于该工艺方法创新设计了专用的模锻模具和挤压装置，可以提高产品质量，延长模具使用寿命，降低企业生产成本，提高了企业的效益与竞争力。

Description

分水器模锻的工艺方法、分水器模具及模具挤压装置

技术领域：

本发明涉及一种分水器模锻的技术领域，尤其涉及一种分水器分水器模锻的工艺方法、分水器模具及模具的挤压装置。

背景技术：

分水器是空调、地暖制造业及其他很多工业设备中非常重要的核心零部件之一，其功能主要是将主干路中的液体、气体等分成几个不同的支路输出，或者将几个不同支路上的液体、气体等汇总到一条主干路上。

另外，分水器的工作环境往往伴随着高温、高压等恶劣场景，因此对零件的可靠性和耐久性的要求较高。

同时对分水器加工设备的可靠性和耐久性也提出了较高的要求。

当前应用较广的分水器主要包括钢质分水器和铜质分水器，其生产制造主要包括焊接、铸造、模锻等方法，并辅之以一定的机加工进行产品的最终修整。

目前现有技术中存在如下技术问题：

(1)采用焊接方式制造的分水器由于焊料与原材料不同，在遭遇高温高压等恶劣工作环境时接口处容易发生破坏。

(2)采用铸造方式制造的分水器，一般质地比较疏松，机械性能相对较差，为提高机械性能，则需要采用高压铸造的形式来克服质松的缺点，所以制造成本居高不下。

(3)采用模锻方式制造的分水器，质量相对来说比较可靠，但是在使用钢质原料时，一方面钢件所需的锻造温度较高，一般需达到1000℃-1200℃甚至更高，所以对模具的性能要求较高，且对模具的寿命影响较大。

另一方面钢件在模锻结束后，表面会产生氧化皮，所述需反复敲掉，以及机加工在修整外表面时，对材料产生了较多的浪费，且在超高温下金属晶粒也可能会发生变化，影响最终的产品性能。

(4)部分使用铜质原料加工的分水器，同样存在如(1)和(2)中分水器存在的缺点，由于模锻工艺方法不够优化，即便采用模锻方式进行加工制造，模锻不足易导致产品的质量出现缺陷，模锻过度易破坏模具刚性，减少模具寿命。

综上所述，急需创新研发出一种较优的工艺方法及加工装置是非常必要的。

发明内容：

本专利针对现有技术的上述不足和缺陷，提供了一种分水器模锻工艺方法及装置。基于分水器产品制造工艺需求，根据计算机模拟计算，设计出一套包括原料定义、挤压策略、传感检测与反馈等工艺步骤在内的新的分水器模锻工艺方法，并基于该工艺方法创新设计了专用的模锻装置，可以提高产品质量，延长模具使用寿命，降低企业生产成本，提高企业效益与竞争力。

本发明为了解决上述问题，新的技术方案如下：一种分水器模锻的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1:建立分水器模型，计算模型的各部分体积，

根据分水器参数，利用计算机三维建模软件建立分水器模型，包括四部分：主体空心管、台阶段管、实心分支管和外六角段管；

在主体空心管的两端设有凸起的台阶段管，沿主体空心管外壁的轴向均布若干个实心分支管，实心分支管与主体空心管垂直，在台阶段管的两端设有凸起的外六角段管；其中主体空心管体积设为A，实心分支管体积设为B，台阶段管和外六角段管多出主体空心管直径的体积设为C；

S2：建立实心圆柱形棒料模型，

圆柱形棒料的直径等于或略小于主体空心管的外直径，长度等于主体空心管、台阶段管和外六角段管的长度之和，选用铜质材料；

S3:计算模锻时液压推杆的单边推进长度，

液压推杆直径为D，则模锻时液压推杆的单边推进长度E为(B+C)/D，液压推杆进入模具型腔内的体积等于实心分支管的体积B与台阶段管和外六角段管多出主体空心管的体积C之和；

S4:预先制造包括铜质分水器专用模锻模具、圆柱形棒料和生产线；

S5:预加工准备；

S6:加热圆柱形棒料；

S7：初步挤压

将加热好的圆柱形棒料转移至模具下模的主型腔内，随后进行合模和封堵，由液压推杆双向挤压圆柱形棒料使其变形，金属流入各分支型腔；

S8：各分支型腔上模的形变检测，

通过安装在各上模的分支型腔的应变传感器来进行检测；

S10：脱模，

液压推杆退回和推板后撤，降低上模内部水路的温度并低于下模，随后移走上模，分水器冷却后将其从下模中取出；

S11：机加工修整，

通过机加工对分水器脱模件进行钻孔和修整，最后产品完全成型。

在一个实施例中，在步骤S8和S10之间还包括S9；其中，

S9：步进式补充挤压，

当S8中应变传感器检测到还有分支型腔未填满铜料时，液压推杆继续工作，为防止挤压过度造成模具损坏或刚度变差，按照预设的步进方式前进，即一端的液压推杆先前进1mm停下，控制器接收应变传感器的信号，判断各分支型腔的末端是否都已产生形变，然后另一端液压推杆再前进1mm停下，控制器再次检测各分支型腔末端是否都已产生形变，反复执行上述操作，直至每个分支型腔的末端的应变传感器都检测到较为明显的应变时，表示挤压已经合格，分水器产品成型。

一种分水器模具，包括上模和下模，上膜和下模沿长度方向开设与分水器模锻的外形匹配的主型腔，在上模的一侧沿长度方向还开设分支型腔，当上模和下模沿着主型腔的相对方向闭合时，形成一个完整的分水器模锻模具。

在一个实施例中，在所述分支型腔上设有应变传感器。

在一个实施例中，所述分支型腔呈L型空腔，在L型空腔的水平面和竖直面上分别设有第一应变传感器和第二应变传感器，所述应变传感器包括第一应变传感器和第二应变传感器。

一种分水器模具的挤压装置，挤压装置包括液压部件、移动液压杆、液压推杆和推板；其中，推板设在闭合的分水器模锻模具的两侧，在推板上开设和分水器模锻模具的主型腔同轴心的圆孔，由液压部件驱动液压推杆通过推板的圆孔后在分水器模锻模具的主型腔内移动，在液压部件和分水器模锻模具之间设有移动液压杆。

在一个实施例中，还包括圆柱形棒料，将加热的圆柱形棒料放在分水器模锻模具的主型腔内，通过所述挤压装置中的所述液压推杆对圆柱形棒料进行挤压。

本发明与现有技术相比具有的主要优点或积极效果是：

本发明提供了一种分水器模锻的工艺方法、分水器模具及模具的挤压装置，基于分水器产品制造工艺需求。根据计算机模拟计算，设计出一套包括原料定义、挤压策略、传感检测与反馈等工艺步骤在内的新的分水器模锻工艺方法，并基于该工艺方法创新设计了专用的模锻模具和挤压装置，可以提高产品质量，延长模具使用寿命，降低企业生产成本，提高了企业的效益与竞争力。

附图说明：

图1为本发明一实施例中，铜质分水器模锻模具中的上模和下模的示意图；

图2为本发明一实施例中，铜质分水器模锻模具中的下模立体结构示意图；

图3为本发明一实施例中，一种铜质分水器专用模锻模具中的上模立体结构示意图；

图4为本发明一实施例中，一种铜质分水器专用模锻模具中的上模另一视角的立体结构示意图；

图5为本发明一实施例中，圆柱形棒料放置在下模的示意图；

图6为本发明一实施例中，圆柱形棒料的安装示意图；

图7为本发明一实施例中，铜质分水器模锻模具的挤压装置的工作示意图；

图8为本发明一实施例中，圆柱形棒料的立体结构示意图；

图9为本发明一实施例中，分水器理论计算模型的示意图；

图10为本发明一实施例中，分水器脱模件的立体结构示意图；

图11为本发明一实施例中，分水器产品的立体结构示意图；

图12为本发明一实施例中，分水器模锻的工艺方法流程图。

具体实施方式：

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。

请参考图1并结合图2-图11，在图1的实施例中，铜质分水器模锻模具1000包括下模1100和上模1200。

参考图2所示，在图2的实施例中，下模1100包括中段型腔1101，台阶段型腔1102和1103，内六角段型腔1104和1105，分支型腔1106、1107、1108、1109和1110；其中由中段型腔1101、台阶段型腔1102和1103以及内六角段型腔1104和1105共同组成主型腔。

参考图3并结合图4，在图3和图4的实施例中，上模1200包括中段型腔1201、台阶段型腔1202和1203、六角段型腔1204和1205、分支型腔1206、1207、1208、1209、1210；第一应变传感器1211、1212、1213、1214、1215，第二应变传感器1216、1217、1218、1219、1220。其中由中段型腔1201、台阶段型腔1202和1203以及内六角段型腔1204和1205共同组成主型腔。

第一应变传感器和第二应变传感器的粘贴区域，就是在上模1200的外侧壁上做了L形状的挖空处理，形成L型空腔，使得L型空腔和分支型腔之间的壁厚变薄，传感器能更好的感知分支型腔在末端的应变变化。

参考图5并结合图6，在图5和图6的实施例中，圆柱形棒料3000放置在下模1100上，随后扣合上模1200并压紧，形成一个完整的模具。

参考图7，在图7的实施例中，挤压装置包括第一挤压装置2100和第二挤压装置2200，第一挤压装置2100包括液压部件2104、移动液压杆2103、液压推杆2102和推板2101。第二挤压装置2200包括液压装置2204、移动液压杆2203、液压推杆2202和推板2201。

参考图9，在图9的实施例中，分水器的理论计算模型4000包括中段管4001、台阶段管4002和4003、外六角段管4004和4005、第一分支管4006、4007、4008、4009、4010以及第二分支管4011、4012、4013、4014、4015和主体管内的通孔4016。由中段管4001、台阶段管4002和4003以及外六角段管4004和4005共同组成主体管。

主体管的所有内孔直径是一样的，即整个主体管仅外部造型不一致，但内部孔的直径是一样的且是连续的，形成通孔4016，且通孔4016孔径与最终产品的孔径是一致的。

第一分支管4006、4007、4008、4009、4010和第二分支管4011、4012、4013、4014、4015都是实心的。

参考图10并结合图7和图9，图10是分水器脱模件5000，它是挤压装置2100和2200对圆柱形棒料3000进行模锻之后，从铜质分水器模锻模具1000中脱出后的产品状态。图10中的通孔5016与图9中的通孔4016不同，具体表现在图10中的通孔5016的直径偏小，通孔5016可能还未被挤压打通，需要再通过机加工将通孔5016加工至通孔4016的状态。

另外，图10中的其余地方均和图9中的分水器理论计算模型完全一致，即第一分支管和第二分支管都是实心的。

参考图11，图11是分水器的最终产品，它与分水器脱模件5000相比，其主体管和各分支管的孔都通过机加工完成且打通，形成最终的铜质分水器产品6000。

可以理解的是，在本案例中可以使用五个分支型腔，五组第一应变传感器和第二应变传感器，但实际应用场景中包括但并不仅限于五个，实际数量可以根据实际需要来设置。

继续参考图1并结合图2-图11，在实施例中的分水器模具及模具的挤压装置，其各部分连接关系如下：

下模1100固定在工厂指定的工作区域地面上，第一挤压装置2100和第二挤压装置2200同理。上模1200与下模1100扣合安装在一起，通过孔和圆柱进行导向安装(图中未示出)。

上模1200在各个分支型腔的末端处设有L型空腔，将各个分支型腔末端的模具壁厚刻意变薄，以增加对应变感知的灵敏度。

上模1200的分支型腔1206、1207、1208、1209、1210末端分别设有第一应变传感器1211、1212、1213、1214、1215和第二应变传感器1216、1217、1218、1219、1220。

参考图4，第一应变传感器1211、1212、1213、1214、1215设置在L型空腔的竖直面上，第二应变传感器1216、1217、1218、1219、1220设置在L型空腔的水平面上。

第一挤压装置2100中的液压推杆2102和推板2101呈可相互移动的孔轴配合，液压推杆2102的直径小于分水器空心主体管的内孔径，液压推杆2102可伸入和退出模具的主型腔，推板2101可与模具的外壁贴合。

第二挤压装置2200同第一挤压装置2100的工作过程一样，在此不再赘述。

一种分水器模锻工艺方法的具体实施方式如下：

1.建立模型，计算各部分体积

利用计算机三维建模软件，根据实际所需分水器的尺寸大小等参数建立三维模型，并赋予铜质材料属性。

分水器模型的主体管为空心的实际产品状态，各分支管路为未开孔之前的实心状态，如图9所示中的分水器理论计算模型4000。计算该模型的体积，分水器模型空心的主体管体积记为A，各实心的分支管路体积之和记为B，A+B即为整个分水器模型体积。另外将台阶段管4002和4003、六角段管4004和4005比中段管4001外径上粗出来部分的体积记为C，并据此模型外轮廓形状建立模具的主型腔和各分支型腔。可以要求主型腔的壁厚较厚，各分支型腔末端的壁厚较薄，如图3和图4所示。

2.建立实心圆柱形棒料模型

其直径等于或略微小于模具主型腔直径(中段管4001外直径)，长度等于或略微小于模具主型腔的长度，模具主型腔的长度即为中段管4001、台阶段管4002和4003以及六角段管4004和4005在内的总的主体管长度)，且选用材质为铜质。

3.计算模锻时液压推杆的单边推进长度

推杆直径为D,则推进长度为B+C之和除以D，记为E。

液压推杆2102和2202进入模具型腔内的体积等于圆柱形棒料3000被挤入各分支管路的体积B和分水器两端较粗处多出的体积C之和。由此可计算出较为精确的推杆推进长度，既可以防止挤压不足造成产品质量缺陷，又可以防止挤压过度破坏模具。

4.按照上述参数预先制造铜质分水器专用模锻模具1000以及圆柱形棒料3000和生产线等。

5.预加工准备

下模1100固定设置在工厂指定的工作区域地面上，第一挤压装置2100和第二挤压装置2200的固定设置同上，同时第一挤压装置2100中的液压部件2104工作，带动移动液压杆2103、液压推杆2102和推板2101回撤至预备工作位置。

6.加热圆柱形棒料

将铜质圆柱形棒料加热至600℃，达到预设的最佳模锻温度，随后升温至650℃，并保持恒温范围为650±10℃。这样可以保证正式模锻时的锻件温度可以降至600℃左右，从而保证模锻效果，同时铜料的高温氧化不会脱落氧化皮，材料损失较少，从而保证了理论数据与实际产品的高度匹配。

7.初步挤压

将加热好的铜质圆柱形棒料3000快速转移至下模1100的主型腔内，如图5所示，随后进行合模和封堵。上模1200扣合到下模1100上，并压紧，如图6所示。

第一挤压装置2100的液压部件2104工作，带动移动液压杆2103、液压推杆2102、推板2101向前移动，推板2101紧紧贴合在模具侧壁上，液压推杆2102前端与推板2101前端面持平，第二挤压装置2200同理。随后已经就位于模具主型腔两端的液压推杆2102和2202开始工作，双向挤压圆柱形棒料3000，使其变形，金属慢慢流动进入各分支型腔等。

挤压时，两边推杆前进速度一致，进入主型腔的长度也保持一致。当推杆推进距离总长度达到E，即两边推杆各推进E/2的长度时，暂时停止挤压。

8.各分支型腔上模形变检测

在上模1200的各分支型腔1206、1207、1208、1209、1210的末端分别设置第一应变传感器1211、1212、1213、1214、1215和第二应变传感器1216、1217、1218、1219、1220，在初步挤压过程中，铜料已经被挤压，进而流动进入各个分支型腔内，在重力作用下，下模1100分支型腔1106、1107、1108、1109、1110最先也最容易被流动的铜料填满，而上模1200的各分支型腔1206、1207、1208、1209、1210则不一定被完全填满，主要是因为初始的圆柱形棒料3000体积不可能做到绝对零误差，例如圆柱形棒料原材料的尺寸存在公差，长度或直径会有略小于理论尺寸等情况，因此在体积稍微偏少一点的时候，挤压时就可能会有个别的分支型腔不能被铜料填满。因此需要该检测步骤。

由于各分支型腔壁厚较薄，所以在受力时相对容易发生形变。

当上模1200的每个分支型腔末端的应变传感器都检测到较为明显的应变时，表示挤压已经合格，分水器产品已经成型。

当有某个或几个分支型腔的末端的应变传感器没有检测到应变时，表示此处尚未填满铜料，所以还需要继续挤压。

9.步进式补充挤压

当第8步中检测到还有分支型腔未填满的铜料时，液压推杆2102和2202继续工作，为了防止挤压过度造成模具损坏或刚度变差，需按照预设的步进方式前进，即一端的液压推杆2102先前进1mm后停下，控制器接收各应变传感器的信号，判断各分支型腔的末端是否都已产生形变，然后另一端液压推杆2202再前进1mm停下，控制器再次检测各分支型腔的末端是否都已产生形变，反复执行上述操作，直到当每个分支型腔的末端的应变传感器都检测到较为明显的应变时，表示挤压已经合格，分水器产品已经成型。

10.脱模

液压推杆2102和2202以及推板2101和2201后撤并降低上模1200内部的水路温度，并低于下模1100，从而使得分水器与上模挤压的程度变弱，便于上模先脱离，防止移走上模时由于粘连或挤压等作用把分水器也一起带出来，随后移走上模，分水器逐渐冷却后，再将其从下模中取出。

此时样件状态如图10所示，通孔5016直径偏小，还需机加工扩孔以及打通；

另外各分支管可以是实心的，所以也需钻孔和打通。

11.机加工修整

通过机加工对分水器的脱模件5000进行钻孔、修整等操作，最后产品完全成型，如图11所示，可以得到最终的铜质分水器产品6000。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种分水器模锻的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1:建立分水器模型，计算模型的各部分体积，

根据分水器参数，利用计算机三维建模软件建立分水器模型，包括四部分：主体空心管、台阶段管、实心分支管和外六角段管；

在主体空心管的两端设有凸起的台阶段管，沿主体空心管外壁的轴向均布若干个实心分支管，实心分支管与主体空心管垂直，在台阶段管的两端设有凸起的外六角段管；其中主体空心管体积设为A，实心分支管体积设为B，台阶段管和外六角段管多出主体空心管直径的体积设为C；

S2：建立实心圆柱形棒料模型，

圆柱形棒料的直径等于或略小于主体空心管的外直径，长度等于主体空心管、台阶段管和外六角段管的长度之和，选用铜质材料；

S3:计算模锻时液压推杆的单边推进长度，

液压推杆直径为D，则模锻时液压推杆的单边推进长度E为(B+C)/D，液压推杆进入模具型腔内的体积等于实心分支管的体积B与台阶段管和外六角段管多出主体空心管的体积C之和；

S4:预先制造包括铜质分水器专用模锻模具、圆柱形棒料和生产线；

S5:预加工准备；

S6:加热圆柱形棒料；

S7：初步挤压，

将加热好的圆柱形棒料转移至模具下模的主型腔内，随后进行合模和封堵，由液压推杆双向挤压圆柱形棒料使其变形，金属流入各分支型腔；

S8：各分支型腔上模的形变检测，

通过安装在各上模的分支型腔的应变传感器来进行检测；

S10：脱模，

液压推杆退回和推板后撤，降低上模内部水路的温度并低于下模，随后移走上模，分水器冷却后将其从下模中取出；

S11：机加工修整，

通过机加工对分水器脱模件进行钻孔和修整，最后产品完全成型。

2.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于：在S8和S10之间还包括S9；其中，

S9：步进式补充挤压

当S8中应变传感器检测到还有分支型腔未填满铜料时，液压推杆继续工作，为防止挤压过度造成模具损坏或刚度变差，按照预设的步进方式前进，即一端的液压推杆先前进1mm停下，控制器接收应变传感器的信号，判断各分支型腔的末端是否都已产生形变，然后另一端液压推杆再前进1mm停下，控制器再次检测各分支型腔末端是否都已产生形变，反复执行上述操作，直至每个分支型腔的末端的应变传感器都检测到较为明显的应变时，表示挤压已经合格，分水器产品成型。

3.一种分水器模具，其特征在于：包括上模和下模，上膜和下模沿长度方向开设与分水器模锻的外形匹配的主型腔，在上模的一侧沿长度方向还开设分支型腔，当上模和下模沿着主型腔的相对方向闭合时，形成一个完整的分水器模锻模具。

4.根据权利要求3所述的一种分水器模具，其特征在于：在所述分支型腔上设有应变传感器。

5.根据权利要求4所述的一种分水器模具，其特征在于：所述分支型腔呈L型空腔，在L型空腔的水平面和竖直面上分别设有第一应变传感器和第二应变传感器，所述应变传感器包括第一应变传感器和第二应变传感器。

6.一种分水器模具的挤压装置，其特征在于：挤压装置包括液压部件、移动液压杆、液压推杆和推板；其中，推板设在闭合的分水器模锻模具的两侧，在推板上开设和分水器模锻模具的主型腔同轴心的圆孔，由液压部件驱动液压推杆通过推板的圆孔后在分水器模锻模具的主型腔内移动，在液压部件和分水器模锻模具之间设有移动液压杆。

7.根据权利要求6所述的一种分水器模具的挤压装置，其特征在于：还包括圆柱形棒料，将加热的圆柱形棒料放在分水器模锻模具的主型腔内，通过所述挤压装置中的所述液压推杆对圆柱形棒料进行挤压。

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