CN1398689A

CN1398689A - 径向分办组合热成形模具

Info

Publication number: CN1398689A
Application number: CN 02133676
Authority: CN
Inventors: 秦明全
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2003-02-26

Abstract

一种径向分办组合热成形模具，涉及热成形模具，适用于汽车、摩托车等实心结构零件的批量加工。本发明包括分办组合凹模、凸模、凸模压板、取模器、模外套、模座和模柄。分办组合凹模由柱体和与柱体连为一体的且有锥度的台形体组成，其台形体的外侧面与模外套内的锥形孔的锥度相同且相互配合，模外套的下端内有通孔与模外套内的锥形孔连通；模外套的外锥形面与模座内的锥形孔过盈配合。本发明实现了凹模的自然定位、封模及被加工产品的脱模。模具简单、结构紧凑、适用性强、成形性好、可一次成形、加工方便，显著地提高了被加工产品的材料利用率、精化程度及内在质量。

Description

径向分办组合热成形模具

技术领域：

本发明涉及热成形模具。特别适用于异形零件的热挤压成形加工。

背景技术：

中国发明专利申请《汽车传动轴万向节叉垂直分模挤压模锻工艺及其模具》，其申请号为90103743，审定号为CN10169446，申请日为900521。该模具的可分凹模由两个半圆形外镶块(8)、凹模圈(10)、限位块(5)、顶出器(11、12、13)与张模器(14)组成。内镶块为凹模镶块，用螺钉固定在外镶块内，两个外镶块的底部通过销子和顶出器的铰支顶杆连接，上端通过张模器与凹模圈连接，该模具的凸模由冲头、冲头固定器、冲头垫板、上底板和限位块组成，冲头、冲头固定器和上底板的中心线相重合，它们由螺钉固定在一起，上底板与冲头之间设有垫板，导套固定在上底板上，导柱固定在凹模圈上，凸模与可分凹模通过导柱导套导向。冲头通过冲头固定器和垫板用螺钉固定在上底板上。垂直可分凹模由内镶块和外镶块组成，通过铰座、销子及铰支顶杆与固定在压力机工作台下面的油缸活塞杆连接。当压力机滑块回程时，顶出器的活塞上升，铰支顶杆将垂直可分凹模向上顶起，同时两个张模器将两个半凹模拉开，取出锻件。当铰支顶杆随油缸活塞向下运动时，将两个半凹模向下拉而闭合成封闭凹模模膛。该模具在成形凹模上，它分别有内镶块及外镶块各两块组成。凹模不能复修，被加工产品成形过程中的压力全部由模座承担且结构复杂；它没有考虑冷却，热成形加工中，模具温升较高——生产效率及模具寿命受到影响；被加工产品的脱模采用压力机下的油缸顶出凹模，油缸将模具下端封死且工作条件差；模具的润滑液残余、金属氧化物以及铁瘤在模内不便清除，严重影响凹模的定位及封模(成形)；在成形加工中的模具，一般不同时采用导柱导套及模口导向两种导向方式，凸模与组合凹模间的间隙若大于0.1mm金属会向模口导向位置流动，在凸模上形成环状飞边，较硬且不易清除，在压力机回程过程中会将整个组合凹模从模座中抽出，打坏张模器；多余金属分流孔未保证被加工产品成形后再为多余金属分流；它只考虑了滑动叉及万向节叉两个产品的加工。

发明内容：

发明的目的在于提供一种径向分办组合热成形模具，该模具不仅可一次成形，而且解决了模具在成形过程中能自然定位、封模及被加工的产品的脱模问题，模具结构紧凑、简单、适用性强、成形性好。

为实现上述发明的目的，本发明的技术方案是：径向分办组合热成形模具包括分办组合凹模内的成形腔，与该成形腔连通且可与凸模活动配合的孔，凸模压板与模柄下端固定连接并固定凸模上端，取模器装在分办组合凹模的上端，模柄、凸模、分办组合凹模的中心线依次在同一直线上，分办组合凹模由柱体和与该柱体连为一体且有锥度的台形体组成，其柱***于模外套外，其有锥度的台形体的外侧面与模外套内的锥形孔的锥度相同且相互配合，在分办组合凹模成形腔的最后成形处有余料孔，在分办组合凹模下端面相对的模外套内有通孔与模外套内的锥形孔相通，模外套的外锥形面与模座内的锥形孔过盈配合。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：采用热挤压成形技术，利用热挤压成形力小，材料容易充满异形形腔的特点。利用分办组合凹模外锥形面与模外套内的锥形面实现凹模的自然定位，在成形过程中，凸模的压力使凹模外锥形面与模外套的内锥面相互作用，完全将凹模径向封死并实现成形。产品加工后，分办组成凹模能方便地从模外套中取出，使被加工产品顺利地从凹模中脱模。解决了成形过程中的自然定位、封模及被加工产品的脱模问题。它可取代传统的模锻加工，拓宽了热挤压的加工范围，提高了被加工产品的成形程度，大大地改善被加工产品工艺水平。解决了采用冷挤压加工困难的问题。与模锻加工相比，加工工序少，被加工产品的飞边小，显著地提高了毛坯的精化程度，提高了产品质量及生产效率，从而降低了生产成本，适用于大批量生产。模具结构紧凑、简单、可靠、适用性强、成形性好、可一次成形，加工方便，它可大大地节约模具材料、缩短模具加工时间。

附图说明：图1是被加工产品倒挡拨叉的主视图；图2是倒挡拨叉的右视图；图3是图1中倒挡拨叉筋板处的A-A剖面图；图4是被加工产品所用圆棒料的主视图；图5是图4的右视图；图6是被加工产品换挡拨叉的左视图；图7是换挡拨叉的主视图；图8是图9中的C-C剖面图；图9是被加工产品三叉轴的主视图；图10是三叉轴的右视图；图11是图9中的B-B剖面图；图12是被加工产品万向节的左视图；图13是万向节的主视图；图14是图15的D-D剖视图；图15是倒挡拨叉成形模的剖面图；图16是图15的F-F剖视图；图17是图15的E-E剖视图；图18是图19的G-G剖视图；图19换挡拨叉成形模剖视图；图20是图19的I-I剖视图；图21是图19的H-H剖视图；图22三叉轴成形模(三办模)的剖视图；图23是图22的J-J剖视图；图24万向节成形模(凸模顶端有标记要求的四办模)的剖视图；图25是图24的K-K剖视图；图26是图27的L-L剖视图；图27是模座的俯视图；图28是模外套的剖视图；图29是模外套的俯视图；图30是二办组合凹模中半模的仰视图；图31是二办组合凹模中的半模的主视图；图32是二办组合凹模中半模的俯视图；图33是凸模的主视图；图34是凸模的俯视图；图35是图36中的M-M剖视图；图36是模柄的俯视图；图37是图38中的N-N剖视图；图38是凸模压板的俯视图；图39是倒挡拨叉分办组合凹模半模主视图；图40是倒挡拨叉分办组合凹模的俯视图；图41是三叉轴分办组合凹模的剖视图；图42是图41俯视图(三分办组合凹模)；图43是万向节分办组合凹模中二办的主视图；图44是万向节分办组合凹模的俯视图；

图45是按一般方法加工的凸模图；

图46是凸模再用线切割加工应力槽及应力孔图；

图47是凸模以定位销为基准，加工出成形(顶端面)形状图；

图48是凸模经使用后的复修图；

图49是图50中的O-O剖视图；

图50是模座及模外套冷压合装配前的俯视图；

图51是图53的P-P剖视图；图52是修复夹具右视图；

图53是修复夹具的俯视图；图54是磨夹具的左视图；

图55是磨夹具的剖视图；图56是图57中粘结夹具的Q-Q剖视图；

图57是图56中粘结夹具的R-R剖视图。

图45～图48是凸模成形端面的加工流程图。

在图15、图16、图19、图20、图22、图24中：1-模座，2-模外套，3-分办组合凹模，4-凸模，5-模柄，6-凸模压板，7-螺钉，8-螺钉，9-压簧，10-应力圈

具体实施方式：

首先应对成形工艺条件要求进行考核。分办组合凹模被加工产品的成形方式是以正挤压为主的复合挤压成形形式。在一定的润滑条件下，成形模具应能满足热正挤压成形工艺，如变形率、长径比、过度圆滑及复杂系数等所有成形条件要求。

确定被加工产品加热温度，当被加工产品的变形率、长径比及变形复杂系数等越高，所需的加热温度越高。对黑色金属而言，其加热温度控制在740C°～1200C°。在能满足成形的条件下，加热温度越低越好。

确定成形次数，成形难度高或主要成形工序作为前工序，后序只能安排辅助的其它成形方式，多采用一次成形的方式。

确定被加工产品成形形状、放坯余量及余料口位置。成形的形状应能满足所有工艺条件及产品自身的要求。余料孔位置放在被加工产品的最后成形处，形状顺延，但余料的断面积应缩小1/3以上。

确定原材料规格及模口尺寸。被加工产品的原材料规格一般为圆棒(丝)料，其长径比在1～5之间，在能满足产品成形相应部位能被凹模形腔包容，以及凸模受力较好的前提下，尽可能大。凹模的模口为导向孔，也是被加工产品材料的进料口，其值应比材料直径大0.40～1mm。

确定凹模的分办位置及办数。是根据被加工产品的特点及产品被加工后的脱模要求而定，分办是为了解决被加工产品的脱模。分办组合凹模由2-6个办模组合而成。

二分办模见图15——倒挡拨叉成形模，它是根据被加工产品的特点——倒挡拨叉(见图1)，其形状从中线对称，凹模每隔180°分办，凹模被分成二办模。

二分办轴向压应力模见图19——换挡拨叉成形模，它是根据被加工产品的特点——换挡拨叉(见图7)，其形状从中线对称，凹模具采用二分办且轴向施加压应力，以减小凹模的轴向应力。

三分办模见图22——三叉轴成形模，它是根据被加工产品的特点——三叉轴(见图9)，它有三个轴，凹模每隔120°分办，凹模被分成三办模。

四分办模见图24——万向节成形模，它是根据被加工产品的特点——万向节(见图13)，它有四个对称轴，凹模每隔90°分办，凹模被分成四办模。

确定凹模的成形形状及尺寸。凹模经组合后的内形(成形形腔)形状为被加工产品的形状，其尺寸应考虑热膨胀量，其值为该材料被加热到工艺设计温度再减去模具的温度之差时的膨胀量，模温一般按250C°考虑。

确定组合凹模形腔其它尺寸，成形的形状应被组合凹模外形所包围。分办组合凹模内的成形腔的最底壁距该凹模下端面的距离为5-30mm；分办组合凹模外锥形面距成形形腔的最侧壁为该处被加工产品的径向尺寸的1.2～2倍；分办组合凹模的上端面距成形形腔的距离，是当被加工产品的材料放入组合凹模后(成形的初始位置)，应能满足凸模与凹模的模口——成形的初始导向距离为凸模直径的0.25-1。凸模与凹模模口导向间隙0.02～0.08mm。

确定组合凹模的外形形状及尺寸。分办凹模经组合后的外形为圆柱与圆台体连为一体且同为一中心线。其圆台体的侧面双边锥度为24°～30°，并与模外套的内锥面按H8/h7相配合。根据模具取出的不同要求，在外圆柱面(大端)端面沿周边轴向或外圆径向(接近大端)作M6～M10的螺孔，每一办上至少作一个螺孔，以安装取模器，该取模器为手柄螺钉。圆柱直径为圆台体的大端直径，其高度为10-100mm，该高度应能满足被加工产品的封模要求(尽可能小)，但同时又能满足组合凹模经修复后，也能方便地从模外套中取出，圆台体的小端直径为20-150mm，其高度为50-500mm。

确定凸模形状及要求。凸模(顶端面)的成形形状，应能满足被加工产品的形状要求，必要时在凸模表面上开应力槽及打应力孔。

确定对分办组合凹模轴向施加压应力要求。根据凹模形状及受力的特点，可在分办凹模上端面，轴向施加不同形式及大小的压应力。

确定模具的冷却方式。对黑色金属而言，当被加工的产品重量大于100克、加热温度大于1000C°时，需要考虑模具的冷却。凸模的冷却一般都采取压缩空气冷却。而凹模的冷却可采用压缩空气或水两种方式冷却，在模座上的冷却方式是，在模座与模外套的(过盈)配合锥面上，通气或水冷却，加工过程中，分办凹模取出后直接放在钢板上，同样用压缩空气冷却。

确定模具的安装及结构要求。模具不采用导柱导套的导向方式。它主要分为两大部份：一是凸模部份，凸模与模柄的定位采用鞍位定位，它是通过凸模压板将其固定在模柄上，而模柄直接与压力机相连接；二是凹模部份，凹模的外锥面与模外套的内锥面定位(它由人工自由装卸)。而模外套与模座是以(双边)2°～5°的锥度过盈装配，大小头方向都与凹模外形一致，其取值如下：

模外套大端外径为模外套大端内径×1.5～1.8；

模座小端外径为模外套大端外径×1.7～2；

模外套与模座的(双边)过盈量＝模外套(大端)外径×0.008～0.0095。

凹模部份的装配过程是：先将模外套冷压合入模座；将分办组合凹模放入模外套中；(压力机调整好装模高度，)将凹模(整体)部份放到安装位置后，对凸模与凹模进行合模，在压力机下死点位置固定模座。

模外套为圆台体，其下端内与模外套内圆台形孔相通的孔为圆孔，该孔直径为凹模的圆台体的小端直径。模外套的外侧面与模座内的圆台形孔冷压配合，模外套内的圆台形孔与分办组合凹模的圆台形体配合，模外套内底部圆孔高度及倒角形状是为了满足其工作强度要求，其高度应满足凹模的配合并与模座一致。

模座由圆柱及与圆柱下端侧面连为一体的圆环形凸缘组成。圆柱的上端面有沉孔，模座上端面有6个沉孔，沉孔应满足模座在压力机上的安装要求。凸缘上有连接圆通孔，模座的底部有螺纹盲孔，以安装接料板。模座内有上大下小的圆台形通孔，该孔内壁上有通冷却介质的槽，该槽可以是螺旋槽或环形槽，该槽与模座上的螺纹通孔连通。

凸模工作部位的长度应能满足成形及有一定的复修距离的前提下尽可能短，凸模大端的面积应为工作端面积的2-5倍，其大端的直柱体高5-10mm，锥面双边的锥度为20°，锥面小端应比凸模工作部位直径大2.5-5mm，并用半径R＝5-10mm的圆弧圆滑过度，在凸模工作直径处吻接。

应力圈作用在分办组合凹模的柱体端面上，凸模与应力圈内的圆通孔活动配合，在应力圈与凸模压板之间装有弹簧，连接件穿过弹簧将模柄、凸模压板和应力圈固定连接。

模柄与压力机装配，其长度与大小应满足安装条件要求，凸模的大端与模柄下端端面上的鞍位孔配合，鞍位孔与模柄中心线上的通孔相通，凸模与模柄用鞍位孔定位。鞍位孔的深度为3-8mm，模柄的大端高度应满足强度及应力圈活动距离要求。模柄大端上分布有螺孔和沉孔，其上的螺孔用于凸模压板固定凸模，其上的沉孔用于安装应力圈。不需要轴向压力时可不设沉孔。螺孔及沉孔的中心位置及模柄大端外径应满足强度要求，中孔的两端倒60°角，便于加工。

凸模压板上的沉孔及过孔位置应与模柄大端对应，凸模压板内孔的大小锥度、高度应与凸模上端一致。

分办模的加工及质量保证

分办模的加工，大多数与开合模、热挤压模或锻模的常规加工方法相同，以下只将略有不同之处简述如下。

模座(见图26，)及模柄(见图35，)的加工与一般的加工方法基本相同，不同的是对其精加工是在热处理后(精磨)完成的。模座的内锥面对底端面，模柄的下(鞍位孔作用)端面对模柄部(外圆)的垂直度，应小于0.03mm。模柄的鞍位孔与凸模大端外圆按H7/h6配合。模座及模柄的材料为45号钢，硬度为40～45HRC。

模外套(见图28，)的加工，与冷挤压中的三层凹模中的中环加工方法类似，内外锥面同轴度应小于0.05mm。模外套的材料为Cr12Mo，硬度为57～61HRC。

模座与模外套的装配(见图49，)用过盈冷压合，是以模外套外锥面与模座内锥面配磨。压合前应合红粉检查，其锥面接触面应大于70％，控制(通过其过盈量及锥角折算)过盈高度，其过盈高度公差应是在模外套外径公差的0.03mm以内。

凸模(见图33，)端面的加工(见图39～图42工艺流程图)，对凸模成形端有形状要求的凸模加工，径向分办模(见图15)中的凸模加工，先按一般凸模加工的办法加工，见图39。再采取线切割开口及开应力孔，其切缝越窄越好；应力孔位置在分办凹模(安装位置)的上端面，其值不超过其直径；应力孔应小于直径的1/5，见图46。利用开口线作为定位线再磨端面的内弧。磨弧形见图47，上冲的轴向定位是靠图47中的定位销，径向定位是以上冲线切割线与修磨辅具上上冲安装位置的中心线来定位，先磨一方，旋转180度后再磨另一方。经使用后的修复是在上冲的工作端先磨出一个0.1mm左右的小平面，见图48，再进行磨弧形加工，见图47。经修复后的上冲进行回火处理(280C°，保温1小时)。根据条件及产品的不同要求，可以不开口及应力孔。对于需要在凸模成形端上作标记的凸模加工，可按凸模的一般加工方法完成后，再在凸模的顶端面直接电火花成形标记(按一般模锻件上，标记为凸出的加工方法)。

径向分办模的组合凹模的加工

为了便于说明，只对二办模的加工进行分析，其它分办模的不同分办形式可参照执行。

二办径向分办模的凹模的加工，见图31，完全可以按一般开合模的加工方法进行。组合凹模的第一次加工，先按一般整体模加工。分办组合凹模的大端、导向孔、外圆及外锥面应一次装夹完成。两端应有定位锥面(基准)，且与导向孔、外锥及外圆满同轴。用线切割剖开(非成形部的棱边应倒角或倒圆)，再加工形腔的内形，按常规的加工方法，以去除多余的余量，并打上标记，配对使用，见图39。凹模经热处理后，再用电火花成形，人工研磨线切割的剖切面，(一般的毛坯成形加工)其两办的对称度控制在0.1mm以内，打磨成形形腔后用金属粘结剂粘结分办凹模为一体后再加工。自由研磨两端的定位(锥面)基准，以两端基准定位，磨组合凹模的外圆及外锥面，以外圆锥面为基准，再磨导向孔及两端的定位(锥面)基准及导向孔。用420C°，保温30分钟后的热处理方式回火，将组合模具(中的粘接剂烧坏)打开，并对线切割的剖切面进行去除粘接剂(研磨)处理。

模具的复修及质量保证，其加工多采用人工研磨及电火花成形的方法。应当注意的是分办组合凹模它的分形面与大端面的垂直度及两办的对称度。若出入太大，可借助辅助工具——修复夹具修正，见图51。以模外锥面及大端面定位，采取不同的夹持方式，对分形面进行平面磨、人工研磨。保持剖切面与大端面的垂直，解决凹模两办的对称问题。

分办组合凹模的加工质量，还应注意它的同轴度要求。对外锥面经过磨削处理后，对还保持两办粘接状态的组合凹模，导向孔及两端的定位(锥面)基准再加工，可借助磨夹具，见图54。

凹模的(粘结)组合质量保证，粘结时应以凹模的大端为基准，将它们放在平板上进行，粘结时的质量通过粘结夹具，见图55。粘结申应保证(粘结夹具的螺栓顶部)各作用点在同一锥面上(可通过车、磨修正)，对每一办(模)的作用点为两个，其距离应尽可能远。

以上所述的常规加工方法，只是为了便于说明。能采用现代数控加工技术，在数控车、数控磨或组合等机床上加工，模具的质量会更好。

Claims

1.一种径向分办组合热成形模具，包括分办组合凹模内的成形腔，与该成形腔连通且可与凸模活动配合的孔，凸模压板与模柄下端固定连接并固定凸模上端，取模器装在分办组合凹模的上端，模柄、凸模、分办组合凹模的中心线依次在同一直线上；其特征在于分办组合凹模由柱体和与该柱体连为一体且有锥度的台形体组成，其柱***于模外套外，其有锥度的台形体的外侧面与模外套内的锥形孔的锥度相同且相互配合，在分办组合凹模成形腔的最后成形处有余料孔，在分办组合凹模下端面相对的模外套内有通孔与模外套内的锥形孔相通，模外套的外锥形面与模座内的锥形孔过盈配合。

2.根据权利要求1所述的径向分办组合热成形模具，其特征在于分办组合凹模由2-6办模组合而成，组合后，其柱体为圆柱体，其有锥度的台形体为圆台体，圆柱的直径为圆台体大端直径，圆柱的高度为10-100mm，圆台体的小端直径为20-150mm，圆台体的高度为50-500mm，其双边锥度为24°-30°，分办组合凹模内的成形腔的最底壁到该凹模下端端面的距离为5-30mm，该成形腔的最侧壁到凹模外锥形面距离为该处被加工产品的径向尺寸的1.2-2倍。

3.根据权利要求1所述的径向分办组合热成形模具，其特征在于被加工产品成形的初始导向距离为凸模直径的0.25-1，凸模与凹模模口的导向间隙为0.02-0.08mm。

4.根据权利要求1所述的径向分办组合热成形模具，其特征在于模外套为圆台体，其双边锥度为2°-5°，模外套的大端外径为模外套大端内径的1.5-1.8倍，模外套下端内与模外套内的圆台形孔相通的孔为圆孔，该孔直径为凹模的圆台体的小端直径；模座由圆柱及与该圆柱下端侧面连为一体的圆环形凸缘组成，该圆柱外径为模外套大端外径的1.7-2倍，该圆柱的上端面上有沉孔，凸缘上有连接圆通孔，模座的底部有螺纹盲孔，模座内有上大下小的圆台形通孔，该孔内壁上有通冷却介质的槽，该槽与模座上的螺纹通孔连通。模座与模外套过盈配合量为模外套大端外径的0.008-0.0095倍。

5.根据权利要求1所述的径向分办组合热成形模具，其特征在于凸模的表面上有应力槽和应力孔。

6.根据权利要求1所述的径向分办组合热成形模具，其特征在于应力圈作用在分办组合凹模的柱体端面上，凸模与应力圈内的圆通孔活动配合，在应力圈与凸模压板之间装有弹簧，连接件穿过弹簧将模柄、凸模压板和应力圈固定连接。

7.根据权利要求1所述的径向分办组合热成形模具，其特征在于在模柄的中心线上有通孔，该孔与模柄下端面上的鞍位孔相通，凸模与模柄用鞍位孔定位，模柄的大端上分布有螺孔和沉孔。