CN101653788A - 高长径比微孔冲挤复合成形装置及方法 - Google Patents
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高长径比微孔冲挤复合成形装置及方法,它涉及一种微孔冲挤复合成形装置及方法。本发明为解决现有微孔是挤压成形,变形抗力大、冲头易磨损,微孔部分的尺寸精度和表面质量难以保证的问题。装置:冲头装在模座孔、模板孔和冲孔中,冲头的有效长度段内由上至下分为第一段、第二段、第三段、第四段和第五段,第一段、第三段和第五段均为圆柱,且直径由上至下依次递减,第二段和第四段均为圆台。方法:一、安装上、下模;二、坯料预热;三、冲挤成形;四、坯料脱模;五、磨削;六、冲刷,即得到高长径比微孔。本发明是冲挤成形,冲挤时,冲头有效段与微孔有剪切变形,使余料流动顺畅、变形抗力小、冲头不易磨损,微孔成形尺寸精度和表面质量得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种微孔冲挤复合成形装置及方法。
背景技术
随着我国航空航天发动机技术的迅速发展,对高长径比微孔类零件,如微孔燃油喷嘴等的需求明显增加。微孔类零件具有如下的特点:微孔直径小、长度较大、长径比大,直径约为0.2-0.3mm、长径比为10左右;材料性能要求高,为轻质、高机械强度材料或复合材料,微孔的数量较大,因此直接成形是非常困难。传统的高长径比微孔是采用微细电火花加工,存在加工重复,精度难以保证、加工效率低、不能加工不导电材料等。中国专利号为200510073177.5、公开日为2005年10月26日的发明专利公开了一种微细喷射型孔的复合加工工艺,该专利的核心是:通过不同尖端形状的冲头的组合,顺序塑性变形加工出带有微细倒锥的底型腔,然后在其背面对应于底型腔倒锥的位置,采用微细电火花工艺减薄材料,露出倒锥锥顶,形成微细型孔。该专利虽然使加工精度得到保证,加工效率也相应的提高,但该工艺也存在不足之处:由于该工艺是锥形冲头,只是单纯挤压成形,不存在剪切变形,因此,挤压成形的微孔尺寸精度和表面质量难以保证,更重要的是挤压成形时坯料朝向冲头运动方向相反的方向流动,余料流动困难、变形抗力显著增加,极易导致冲头的磨损甚至损坏;并且该方法不能加工不导电材料。
发明内容
本发明的目的是为解决现有高长径比微孔是单纯挤压成形,余料流动困难、变形抗力大、导致冲头易磨损,微孔部分的尺寸精度和表面质量难以保证的问题,提供一种高长径比微孔冲挤复合成形装置及方法。
本发明的装置由上模座、上模板、卸料板、导柱、导套、下模板、下模座、凹模、冲头和弹簧组成,上模座的中心处设有模座孔,上模板的中心处设有模板孔,且模板孔与模座孔正对,卸料板的中心处设有冲孔,且冲孔与模板孔正对,卸料板的上端面上设有弹簧槽,弹簧装在弹簧槽中,上模板设置在上模座的下端面上,卸料板设置在上模板的下方,导柱的上端穿过卸料板,且导柱的上端与上模板连接,导柱的下端设置在导套上的导柱孔中,下模板上设有与导套正对的下模板导套孔,下模座上设有与导套正对的下模座导套孔,下模板设置在下模座的上端面上,下模板的中心处设有与凹模配合的凹模孔,凹模8装在凹模孔内,凹模的中心处设有与冲孔正对的落料孔,冲头同时装在模座孔、模板孔和冲孔中,冲头的有效长度段内由上至下分为第一段、第二段、第三段、第四段和第五段,第一段、第三段和第五段均为圆柱形状,且直径由上至下依次递减,第二段和第四段均为圆台形状。
本发明的方法是通过以下步骤实现的:一、安装上、下模:下模座7固装在冲床的下工作台面上,上模座与冲床的上工作面连接,凹模上的落料孔与冲头正对;二、坯料预热:将需要冲孔的坯料预先加热300~400℃,再将预热后的坯料放置在凹模的上端面上;三、冲挤成形:对上模座加压,冲头不断挤入到坯料内部,被挤坯料同时流入凹模上的落料孔内,冲至冲头的下端面超过坯料下表平面0.2mm,上模板停止下移;四、坯料脱模:上模板反向移动,坯料由卸料板在弹簧的作用下从冲头上脱离,微孔冲挤复合成形过程结束;五、磨削:将坯料从凹模上取出,用砂轮磨削去除突出于坯料表平面的余料;六、冲刷:采用等离子冲洗设备去除所述步骤五的磨削过程中产生的微小毛刺,即得到高长径比微孔。
本发明的优点是:一、本发明是冲挤成形,在冲挤成形中,冲头并不把坯料冲透,只是将冲头下端面超过坯料下表面,使得冲头深入坯料的长度较小,冲头的有效长度段内由上至下依次递减,这种冲头结构在挤压时,冲头有效段的第五段与微孔成形时,存在着剪切变形,因此,余料流动顺畅、变形抗力小、冲头不易磨损,从而使微孔成形的尺寸精度和表面质量得到了提高。二、本发明不仅能加工导电的金属材料,还能加工不导电的复合材料。三、本发明借助等离子冲洗设备进行冲刷,去除微孔中的微小毛刺,使得微孔的精度更高。四、本发明不仅可以用于单个微孔的成形,而且可以进行多个微孔的批量成形。在冲挤完成一个微孔成形后,由送料机构移动坯料位置,进行下一个微孔的成形,既可以成形阵列微孔,可以成形按照要求排列的微孔,生产效率高、成本低。
附图说明
图1是本发明高长径比微孔冲挤复合成形装置的主剖视图,图2是凹模8的主剖视图,图3是冲头9的主视图,图4是冲头9在冲挤坯料11时,微孔成形原理图,图5是具体实施方式三中步骤五的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1和图3说明本实施方式,本实施方式由上模座1、上模板2、卸料板3、导柱4、导套5、下模板6、下模座7、凹模8、冲头9和弹簧10组成,上模座1的中心处设有模座孔1-1,上模板2的中心处设有模板孔2-1,且模板孔2-1与模座孔1-1正对,卸料板3的中心处设有冲孔3-1,且冲孔3-1与模板孔2-1正对,卸料板3的上端面上设有弹簧槽3-2,弹簧10装在弹簧槽3-2中,上模板2设置在上模座1的下端面上,上模板2通过连接件与上模座1连接,卸料板3设置在上模板2的下方,卸料板3通过连接件与上模板2连接,导柱4的上端穿过卸料板3,且导柱4的上端与上模板2连接,导柱4的下端设置在导套5上的导柱孔5-1中,下模板6上设有与导套5正对的下模板导套孔6-1,下模座7上设有与导套5正对的下模座导套孔7-1,下模板6设置在下模座7的上端面上,下模板6通过连接件与下模座7连接,下模板6的中心处设有与凹模8配合的凹模孔6-2,凹模8装在凹模孔6-2内,凹模8的中心处设有与冲孔3-1正对的落料孔8-1,冲头9同时装在模座孔1-1、模板孔2-1和冲孔3-1中,冲头9的有效长度段内由上至下分为第一段9-1、第二段9-2、第三段9-3、第四段9-4和第五段9-5,第一段9-1、第三段9-3和第五段9-5均为圆柱形状,且直径由上至下依次递减,第二段9-2和第四段9-4均为圆台形状。冲挤成形时,采用卸料板3压坯料11,使坯料11不会发生翘曲变形。在微孔的冲挤成形结束后,移起上模座1,在弹簧10和卸料板3的作用下,使得冲头9更容易从坯料11中移出。冲头9的有效长度段由上至下直径设计成递减形式,成形的微孔上、下孔径差别不大,对微孔的使用性能没有影响;这样设计减小了冲头的整体锥角,在保证冲头强度的前提下,显著降低成形阻力,减小冲头所受载荷,不但保护了冲头9,而且降低了成形设备的输出载荷。
具体实施方式二:结合图2说明本实施方式,本实施方式的凹模8上的落料孔8-1的内径大于坯料的厚度,落料孔8-1的内壁设有圆弧面8-2,圆弧面8-2位于落料孔8-1的进料端。这样设计利于冲挤成形时,被冲余料11-1容易进入凹模8内。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:结合图1、图4和图5说明本实施方式,本实施方式是通过以下步骤实现的:一、安装上、下模:下模座7固装在冲床的下工作台面上,上模座1与冲床的上工作面连接,凹模8上的落料孔8-1与冲头9正对;二、坯料预热:将需要冲孔的坯料预先加热300~400℃,再将预热后的坯料放置在凹模8的上端面上;三、冲挤成形:对上模座1加压,冲头不断挤入到坯料内部,被挤坯料同时流入凹模8上的落料孔8-1内,冲至冲头的下端面超过坯料下表平面0.2mm,上模板2停止下移;四、坯料脱模:上模板2反向移动,坯料由卸料板3在弹簧10的作用下从冲头9上脱离,微孔冲挤复合成形过程结束;五、磨削:将坯料从凹模8上取出,用砂轮磨削去除突出于坯料表平面的余料;为了保证微孔质量,余料11-1可多去除一些,比如可去除到坯料表面以下0.1mm处;六、冲刷:采用等离子冲洗设备去除步骤五的磨削过程中产生的微小毛刺,即得到高长径比微孔。步骤五中的砂轮可采用白刚玉砂轮、型号为WA;步骤六中的等离子冲洗设备采用日本产、型号为EIS-200ER的等离子冲洗设备。冲挤时,在冲床的作用下,上模座1和卸料板3经导柱4和导套5的导向向下运动,首先是卸料板3与坯料接触,随着上模板2继续下移,在弹簧10作用下卸料板3将坯料压紧,压紧力可以通过调节弹簧10的长度来改变,当上模板2继续下移时,冲头9与坯料接触,微孔冲挤复合成形开始。
本发明的应用实例:选择直径为0.2mm的微孔作为成形对象,坯料11厚度为2mm。根据上述微孔的尺寸设计冲头9的尺寸,冲头9的有效长度段的长度L为4mm,冲头9的有效长度段内第一段9-1的长度L1为2mm、直径d1为φ0.8mm,第三段9-3的长度L3为0.5mm、直径d3为φ0.4mm,第五段9-5的长度L5为0.5mm、直径d5为φ0.2mm,第二段9-2的长度L2为0.5mm,第四段9-4的长度L4为0.5mm,凹模8上的落料孔8-1的内径为3mm;将坯料11预先加热350℃,预热后的坯料11放置在凹模8的上端面上,冲挤时,在冲床的作用下,上模座1、卸料板3由导柱4和导套5的导向向下运动,首先,卸料板3与坯料11接触,随着上模板2继续下移,在弹簧10作用下,卸料板3将坯料11压紧,当上模板2继续下移时,冲头9与坯料11接触,微孔冲挤复合成形开始,上模板2继续下移,冲头9不断挤入到坯料11内部,被挤坯料11同时流入凹模8上的落料孔8-1中,当冲头9下端面超过坯料11下表平面0.2mm时,上模板2停止下移而向上移动,坯料11由卸料板3在弹簧10的作用下与冲头9脱离,当上模板2移动到初始位置时,停止运动,冲挤成形过程结束,将坯料11从凹模8上取出,翻转并固定于平行度很高的平板上,用白刚玉砂轮12将冲挤的突出于坯料表平面的余料11-1磨削掉,为了保证微孔质量,可将余料11-1多去除一些,去除到坯料表面以下0.1mm处,去除完毕后,采用日本产、型号为EIS-200ER的等离子冲洗设备去除磨削过程中产生微小毛刺,得到高质量微形孔,如图5所示。
通过上述实例可明显的看出:采用本发明的装置和方法,加工的微孔尺寸精度和表面质量都得到了保证。
Claims (3)
1、一种高长径比微孔冲挤复合成形装置,其特征在于:所述装置由上模座(1)、上模板(2)、卸料板(3)、导柱(4)、导套(5)、下模板(6)、下模座(7)、凹模(8)、冲头(9)和弹簧(10)组成,上模座(1)的中心处设有模座孔(1-1),上模板(2)的中心处设有模板孔(2-1),且模板孔(2-1)与模座孔(1-1)正对,卸料板(3)的中心处设有冲孔(3-1),且冲孔(3-1)与模板孔(2-1)正对,卸料板(3)的上端面上设有弹簧槽(3-2),弹簧(10)装在弹簧槽(3-2)中,上模板(2)设置在上模座(1)的下端面上,卸料板(3)设置在上模板(2)的下方,导柱(4)的上端穿过卸料板(3),且导柱(4)的上端与上模板(2)连接,导柱(4)的下端设置在导套(5)上的导柱孔(5-1)中,下模板(6)上设有与导套(5)正对的下模板导套孔(6-1),下模座(7)上设有与导套(5)正对的下模座导套孔(7-1),下模板(6)设置在下模座(7)的上端面上,下模板(6)的中心处设有与凹模(8)配合的凹模孔(6-2),凹模(8)装在凹模孔(6-2)内,凹模(8)的中心处设有与冲孔(3-1)正对的落料孔(8-1),冲头(9)同时装在模座孔(1-1)、模板孔(2-1)和冲孔(3-1)中,所述冲头(9)的有效长度段内由上至下分为第一段(9-1)、第二段(9-2)、第三段(9-3)、第四段(9-4)和第五段(9-5),第一段(9-1)、第三段(9-3)和第五段(9-5)均为圆柱形状,且直径由上至下依次递减,第二段(9-2)和第四段(9-4)均为圆台形状。
2、根据权利要求1所述高长径比微孔冲挤复合成形装置,其特征在于:所述凹模(8)上的落料孔(8-1)的内径大于坯料的厚度,所述落料孔(8-1)的内壁设有圆弧面(8-2),所述圆弧面(8-2)位于落料孔(8-1)的进料端。
3、一种利用权利要求1所述装置实现高长径比微孔冲挤复合成形方法,其特征在于:所述方法是通过以下步骤实现的:一、安装上、下模:下模座(7)固装在冲床的下工作台面上,上模座(1)与冲床的上工作面连接,凹模(8)上的落料孔(8-1)与冲头(9)正对;二、坯料预热:将需要冲孔的坯料预先加热300~400℃,再将预热后的坯料放置在凹模(8)的上端面上;三、冲挤成形:对上模座(1)加压,冲头不断挤入到坯料内部,被挤坯料同时流入凹模(8)上的落料孔(8-1)内,冲至冲头的下端面超过坯料下表平面0.2mm,上模板(2)停止下移;四、坯料脱模:上模板(2)反向移动,坯料由卸料板(3)在弹簧(10)的作用下从冲头(9)上脱离,微孔冲挤复合成形过程结束;五、磨削:将坯料从凹模(8)上取出,用砂轮磨削去除突出于坯料表平面的余料;六、冲刷:采用等离子冲洗设备去除所述步骤五的磨削过程中产生的微小毛刺,即得到高长径比微孔。
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