CN101670415B - 用于超长细杆扭转镦粗的液压模具 - Google Patents

Abstract

一种液压锻造技术领域的用于待锻件扭转镦粗的液压模具，包括：模具壳体、旋转机构、定位机构和镦粗机构，其中：旋转机构固定设置于模具壳体的下端口，定位机构固定设置于模具壳体的中部并与待锻件的侧面相接触，镦粗机构位于模具壳体内部并分别与待锻件的上端面和下端面相接触，旋转机构和镦粗机构经液压管路相连接。本发明所述模具将超长的圆柱形待锻件镦粗的同时进行扭转，使得锻造件的内部分子排列更加紧密，细化了锻件的组织，使得工件寿命得到大幅度提高。

Description

用于超长细杆扭转镦粗的液压模具

技术领域

本发明涉及的是一种液压锻造技术领域的装置，具体是一种用于超长细杆扭转镦粗的液压模具。

背景技术

机器制造的迫切任务之一即为谋求新的热加工工艺，如对超长细杆类锻件，按照常规锻造工艺，由于高径比＞＞2.5，镦粗变形引起弯曲。由于锻造变形不充分而使工件寿命达不到设计要求。采用扭转镦粗工艺，能够改善各种零件的性能，包括提高切削工具的寿命。现在数控机床、加工中心所用刀具寿命太短，直接影响加工效率和加工精度。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN1210552，记载了一种“输出位移和扭转的机构”，有一个轮套，其左端装有移动轴，右端装有一个固定轴，移动轴通过轴承和轴承定位卡环安装在轮套里，使移动轴能实现左右移动和转动；其中部有三个弹簧、三个顶销和三个滚柱确保移动轴在轮套里只按一个方向旋转，并左右移动一定距离；阻尼弹簧使移动轴移动和转动保持平稳并降低惯性；移动轴底面上嵌有的两个档柱和固定轴左端嵌有的两个档柱接触，使移动轴和固定轴共同转动时，把固定轴的力传递给移动轴，并保持同步转动；固定轴左端通过定心杆和轴承安装在移动轴上，使固定轴与移动轴保持同心，及位移和扭转精度。但是该技术只能向一个方向转动，很难实现扭转镦粗过程，即使能够扭转镦粗，由于只向一个方向扭转，被镦粗的毛坯变形不均匀，势必影响其使用寿命，且针对细杆的高径比＞＞2.5的超长细杆墩粗过程时极易弯曲而失稳。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于超长细杆扭转镦粗的液压模具，将细杆的高径比＞＞2.5的超长圆柱形待锻件镦粗的同时进行扭转，使得锻件的内部分子排列更加紧密，强化了锻件的性能，使得寿命得到大幅度提高。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：模具壳体、旋转机构、定位机构和镦粗机构，其中：旋转机构固定设置于模具壳体的下端口，定位机构固定设置于模具壳体的中部并与待锻件的侧面相接触，镦粗机构位于模具壳体内部并分别与待锻件的上端面和下端面相接触，旋转机构和镦粗机构经液压管路相连接。

所述的旋转机构包括：向心推力轴承、旋转齿轮、齿条和往复驱动活塞，其中：旋转齿轮压入于向心推力轴承的内圈，向心推力轴承的外圈固定设置于模具壳体的下端口，两根齿条分别相对设置于旋转齿轮的两侧并与旋转齿轮相啮合，两个旋转驱动活塞的输出轴分别与两根齿条同轴连接。

所述的定位机构包括：扇形块和定位套，其中：定位套固定设置于模具壳体内旋转机构的上方，扇形块活动设置于定位套内并夹持待锻的细长杆件的侧表面。

所述的扇形块由若干截锥体组成，所述的截锥体的锥角为β，内孔直径等于待锻件外径d，高度为H，该截锥体的锥角满足以下公式：

$\sin \mathrm{\β}-{\mathrm{\μ}}_2\cos \mathrm{\β}=\frac{2F}{\mathrm{qH}}+2{\mathrm{\μ}}_1+{\mathrm{\μ}}_2,$

其中：μ₁为定位套与模具壳体之间摩擦系数，μ₂模具壳体与截锥体之间摩擦系数，F为定位套作用于模具壳体上的压力的垂直向上方向的分量，其单位为N，q为作用在截锥体与待锻件间的应力，其单位为MPa；H为截锥体的高度，其单位为mm。

所述模具壳体的内部为直径为D₃的圆柱腔，所述定位套的外径与模具壳体的内径相匹配。

所述的镦粗机构包括：上镦粗板、下镦粗板、油缸和活塞，其中：上镦粗板和下镦粗板分别位于模具壳体内的定位机构的两端，油缸沿模具壳体的轴向活动设置于上镦粗板的上方并与活塞连接，油缸与模具壳体在径向上无相对移动。

所述上镦粗板和所述下镦粗板的下表面和上表面均设有径向螺旋纹。

所述的油缸内设有液压通道，该液压通道的两端分别连接油缸和旋转机构，使镦粗机构工作的同时旋转机构驱动待锻件旋转。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明局部放大示意图；

其中：图2a为结构示意图侧视图，图2b为结构示意图中实现扭转略图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：模具壳体1、旋转机构2、定位机构3和镦粗机构4，其中：旋转机构2固定设置于模具壳体1的下端口，定位机构3固定设置于模具壳体1的中部并与待锻件的侧面相接触，镦粗机构4位于模具壳体1内部并分别与待锻件的上端面和下端面相接触，旋转机构2和镦粗机构4经液压管路相连接。

如图1所示，所述的旋转机构2包括：向心推力轴承5、旋转齿轮6、齿条7和旋转驱动活塞8，其中：旋转齿轮6压入向心推力轴承5的内圈，向心推力轴承5的外圈固定设置于模具壳体1的下端口，两根齿条7分别相对设置于旋转齿轮6的两侧并与旋转齿轮6相啮合，两个驱动活塞8的输出杆分别与两根齿条7同轴连接。

如图1所示，所述的定位机构3包括：扇形块9和定位套10，其中：定位套10固定设置于模具壳体1内旋转机构2的上方，扇形块9活动设置于定位套10内并与待锻件的侧面相接触。

所述的扇形块9由6块截锥体11组成，所述的截锥体11的锥角为β，内孔直径等于待锻件外径d，高度为H，该截锥体11的锥角满足以下公式：

$\sin \mathrm{\β}-{\mathrm{\μ}}_2\cos \mathrm{\β}=\frac{2F}{\mathrm{qH}}+2{\mathrm{\μ}}_1+{\mathrm{\μ}}_2,$

其中：μ₁为定位套与模具壳体之间摩擦系数，μ₂模具壳体与截锥体之间摩擦系数，F为定位套作用于模具壳体上的压力的垂直向上方向的分量，其单位为N，q为作用在截锥体与待锻件间的应力，其单位为MPa；H为截锥体的高度，其单位为mm。

所述模具壳体1的内部为直径为D₃的圆柱腔，所述定位套10的外径与模具壳体1的内径相匹配。

如图1所示，所述的镦粗机构四包括：上镦粗板12、下镦粗板13、油缸14和活塞15，其中：上镦粗板12和下镦粗板13分别位于模具壳体1内的定位机构3的两端，油缸14沿模具壳体1的轴向活动设置于上镦粗板12的上方并与活塞15固定连接，油缸14与模具壳体1在径向上无相对移动。

所述上镦粗板12和所述下镦粗板13的下表面和上表面均设有径向螺旋纹。

如图2a所示，所述的油缸14内设有液压通道16，该液压通道16的一端连接活塞8(图2a)，液压通道16的另一端经节流阀17连接至镦粗活塞15，使活塞15向下镦粗的同时齿条7(图2b)和驱动活塞8驱动齿轮6左右旋转。

本实施例中待锻件18的长度l₀＝H+xd₀，其中：2≤x≤3；

本实施例中，在截锥体11的下端面设有垫环19，该垫环19活动设置于下镦粗板13和模具壳体1之间，其高度为28mm。

本实施例中：上述变量取值为l₀＝108mm，H＝64mm，d₀＝16mm。

如图1和图2所示，借助于节流阀调整待锻件扭转镦粗过程，在所示模具中按照规定工艺规范成功地锻出W18Cr4V高速钢锻件。

本实施例工作过程如下：待锻件18装在下镦粗板13、扇形块9和定位套10之间，模具闭合。活塞15和油缸14向下运动，待锻件18受到压力Q作用。因此，在油缸14中建立液体压力p。压力下的液体沿着油缸14的液压通道16经过节流阀17进入油缸8的工作腔，活塞通过其杆以力T推动齿条位移(图2b)。

镦粗油缸工作腔直径D₁＝100mm，p为主油缸内液体压力，p＝1200N/cm²，D₃为模具壳体的内径，D₃＝160mm。

如图1所示，待锻件18将同时受到镦粗力Q和扭转力矩M的作用，由于上镦粗板12的下端面和下镦粗板13的上端面都刻有阻止坯料转动的花纹，因此，待锻件18相对于上镦粗板12和下镦粗板13不会转动。而截锥体11及其上的定位套10间的锥角值β则保证了待锻件变形不会弯曲。

在随后的压缩过程中，待锻件将会增加其横向尺寸，截锥体11将沿着支撑环19的上表面作径向位移。由于截锥体11和定位套10是沿着锥面接触，在随后的运动中，模具壳体1不会向上运动，定位套10只有沿着模具壳体1的内圆柱面向上运动，从而保证了所有截锥体11同时向上运动。

经过本实施例锻造获得的高速钢W18Cr4V预先经过扭转镦粗充分塑性变形和按规定工艺热处理的端铣刀寿命提高了2～3倍。

Claims (6)

1.一种用于待锻件扭转镦粗的液压模具，其特征在于，包括：模具壳体、旋转机构、定位机构和镦粗机构，其中：旋转机构固定设置于模具壳体的下端口，定位机构固定设置于模具壳体的中部并与待锻件的侧面相接触，镦粗机构位于模具壳体内部并分别与待锻件的上端面和下端面相接触，旋转机构和镦粗机构经液压管路相连接；

所述的旋转机构包括：向心推力轴承、旋转齿轮、齿条和旋转驱动活塞，其中：旋转齿轮压入向心推力轴承的内圈，向心推力轴承的外圈固定设置于模具壳体的下端口，两根齿条分别相对设置于旋转齿轮的两侧并与旋转齿轮相啮合，两个旋转驱动活塞的输出轴分别与两根齿条同轴连接；

所述的定位机构包括：扇形块和定位套，其中：定位套固定设置于模具壳体内旋转机构的上方，扇形块活动设置于定位套内并与待锻件的侧面相接触；

所述的扇形块由若干截锥体组成，所述的截锥体的锥角为β，内孔直径等于待锻件外径d，高度为H，该截锥体的锥角满足以下公式：

其中：μ₁为定位套与模具壳体之间摩擦系数，μ₂为模具壳体与截锥体之间摩擦系数，F为定位套作用于模具壳体上的压力的垂直向上方向的分量，其单位为N，q为作用在截锥体与待锻件间的应力，其单位为MPa；H为截锥体的高度，其单位为mm。

2.根据权利要求1所述的用于待锻件扭转镦粗的液压模具，其特征是，所述模具壳体的内部为直径为D₃的圆柱腔，所述定位套的外径与模具壳体的内径相匹配。

3.根据权利要求1所述的用于待锻件扭转镦粗的液压模具，其特征是，所述的截锥体的下端面设有垫环，该垫环的高度为28mm。

4.根据权利要求1所述的用于待锻件扭转镦粗的液压模具，其特征是，所述的镦粗机构包括：上镦粗板、下镦粗板、镦粗油缸和活塞，其中：上镦粗板和下镦粗板分别位于模具壳体内的定位机构的两端，镦粗油缸沿模具壳体的轴向活 动设置于上镦粗板的上方并与活塞固定连接，油缸与模具壳体在径向上无相对移动。

5.根据权利要求4所述的用于待锻件扭转镦粗的液压模具，其特征是，所述上镦粗板和所述下镦粗板的下表面和上表面均设有径向螺旋纹。

6.根据权利要求4所述的用于待锻件扭转镦粗的液压模具，其特征是，所述的油缸内设有液压通道，该液压通道的两端分别连接镦粗油缸和旋转机构。 

Images