CN102371287B - 挤压模具及利用该模具挤压成型内外变径坯料的方法 - Google Patents

Abstract

挤压模具及利用该模具挤压成型内外变径坯料的方法，它涉及一种模具及利用该模具挤压成型坯料的方法。以解决采用常规的坯料挤压成形模具和方法无法成型外部形状是一端直径大、另一端直径小；内孔口端直径大、底部内径小、且轴向长度较长的工件问题。模具是：第二组件装在下模座上，第一组件设置在第二组件上，第一、二下模的模孔组合构成下模型腔，垫块、退料板与第一预应力圈可拆卸连接，凸模设置在下模型腔内，凸模的连接段设置在凸模固定板的阶梯形通孔内，凸模固定板与垫板和上模座三者可拆卸连接；方法步骤是：下料、车削、加热、挤压及退火处理，加热温度1100℃～1150℃。利用本发明的挤压模具和方法能够实现内外变径坯料的挤压成型。

Description

挤压模具及利用该模具挤压成型内外变径坯料的方法

技术领域

本发明涉及一种模具及利用该模具挤压成型坯料的方法，属于机械加工金属材料锻压加工技术领域。

背景技术

挤压是锻压加工的一种少或无切削加工工艺。根据挤压时金属流动方向和凸模运动方向的关系，挤压分为下列四种：正挤压、反挤压、复合挤压和径向挤压。根据挤压时金属温度的高低可分为三种挤压形式：冷挤压、温挤压和热挤压。

常规的坯料挤压成形方法是利用锻压设备的简单往复运动，使金属通过模具内具有一定形状和一定尺寸的孔，发生塑性变形而获得所需要的工件形状。挤压前先车制坯料，所车制的坯料外轮廓形状和尺寸基本和挤压凹模型腔一致，挤压时先将坯料放入凹模型腔内，坯料的下端面和凹模型腔底部接触，然后上模下行开始挤压成形。常规挤压方法存在的技术问题是：坯料的外轮廓形状要与凹模的内部型腔吻合才能挤压；在进行复合挤压时，凸模和凹模都必须有工作带，用来减少摩擦，减少挤压力。采用上述常规的坯料挤压成形方法不仅工艺繁杂、浪费材料，还增加了模具和加工工件的制作成本。特别是对要求外部形状是一端直径大、一端直径小；内孔是口部内径大、底部内径小、且轴向长度要求较长的工件，采用常规的挤压模具和方法不能实现挤压成型。

发明内容

本发明的目的是提供一种挤压模具及利用该模具挤压成型内外变径坯料的方法，以解决采用常规的坯料挤压成形模具和方法无法成型外部形状是一端直径大、一端直径小；内孔是口部内径大、底部内径小、且轴向长度要求较长的工件挤压成型问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明的上模由上模座、垫板、凸模固定板和凸模组成；下模包括下模座、第一预应力圈、第一下模、第二预应力圈、第二下模、垫块、退料板、退料卡板、压环、顶料盘、顶杆、三～四个吊模环和多个连接组件；第一预应力圈套装在第一下模上，且二者过盈配合构成第一组件，第二预应力圈套装在第二下模上，且二者过盈配合构成第二组件，第二组件装在下模座上，下模座的外壁上均布设有三～四个吊模环，第一组件设置在第二组件上且二者同轴设置，第一下模的模孔和第二下模的模孔组合构成下模型腔，下模型腔的轮廓由上至下由圆柱体型腔、渐缩的圆弧面型腔和圆台体型腔三部分组成，渐缩的圆弧面型腔的大端直径与圆柱体型腔的直径相等，渐缩的圆弧面型腔的小端直径与圆台体型腔的大端直径相等，压环套装在第一组件上，且压环通过多个连接组件与下模座可拆卸连接，垫块与退料板由下至上叠放在第一组件上，垫块、退料板与第一预应力圈三者可拆卸连接，退料卡板和退料板均为U形形状，U形退料板的内壁上设有U形台肩凹槽，U形退料卡板设置在U形退料板的U形台肩凹槽内，U形退料卡板和U形退料板的开口均水平设置且开口方向相同，下模座上设有与下模型腔相通的中心孔，下模座的中心孔孔径小于圆台体型腔的小端直径，顶料盘的大端设置在下模型腔的圆台体型腔内，顶料盘通过下模座轴向限位，顶料盘的小端设置在下模座的中心孔内，顶杆的上端设置在下模座的中心孔内且与顶料盘可拆卸连接，凸模由上至下依次设有连接段、圆柱体段、工作带、渐缩的且侧壁为圆弧面的过渡段和圆锥体段，连接段为阶梯形状，工作带为圆柱体形状，工作带的直径大于圆柱体段的直径，工作带的直径与渐缩的且侧壁为圆弧面的过渡段的大端直径相等，工作带与圆柱体段之间及连接段与圆柱体段之间分别通过过渡圆锥面连接，渐缩的且侧壁为圆弧面的过渡段的小端直径与圆锥体段的大端直径相等，凸模固定板上设有阶梯形通孔，凸模设置在下模型腔内，凸模的连接段设置在固定板的阶梯形通孔内且二者过渡配合，凸模固定板上由下至上依次叠放有垫板和上模座，且三者可拆卸连接。

本发明的利用挤压模具挤压成型内外变径坯料的方法由以下步骤实现：

步骤一、采用圆钢作为坯料下料，圆钢的直径为500mm～200mm；

步骤二、将坯料车削加工成一端为圆柱体、另一端为圆台体的组合体坯料，组合体坯料的圆柱体直径为495mm～195mm，组合体坯料的圆台体小端直径为470mm～170mm；

步骤三、用中频加热线圈或工频加热线圈对组合体坯料进行加热，中频加热电流频率为100Hz～240Hz，工频加热电流频率为40Hz～60Hz，加热至组合体坯料的温度均匀升高至1100℃～1150℃为止；

步骤四、将加热后的组合体坯料置于挤压模具的下模型腔内，且该组合体坯料的圆柱体部分置于该下模型腔的外部，该组合体坯料的圆柱体与下模型腔的圆柱体型腔间隙配合，该组合体坯料的小端面设置在该下模型腔底部的上方，将下模的U形退料卡板设置在下模的U形退料板的U形台肩凹槽内，然后挤压模具的上模下行，并将该上模的凸模对准该组合体坯料的圆柱体端面进行挤压成形，挤压压力为1100t～1300t，将该组合体坯料挤压成内外变径坯料；

步骤五、取出下模中的U形退料卡板，上模上行，取出内外变径坯料并经退火处理，退火温度为850℃～870℃，退火时间为200min～220min，该内外变径坯料孔口处的口径为410mm～145mm，该内外变径坯料孔口一端的外径为495mm～195mm，该内外变径坯料的外轮廓的轴向长度为600mm～1200mm。

本发明的有益效果是：本发明的方法不需要把坯料的外形制成和下模型腔一致，只要把坯料一部分设置在下模型腔内，一部分设置在下模型腔外就可以进行挤压，这样，一是可以节省很大一部分原材料；二是可以减小下模的高度，便于工件出模；三是可以减小设备的闭合高度，使用常规挤压参数范围内不能实现的挤压工作，用此挤压方法能够实现。除此之外，本发明还具有以下优点：在进行复合挤压时，凸模工作带设置在凸模的最大直径处，并非常规的挤压模设在凸模的最下方；除凸模制做工作带外，下模型腔正挤压工作部分没有工作带；下模型腔尺寸根据工件和加工余量确定。利用本发明的挤压模具挤压成型内外变径坯料，不仅可以节省大量的原材料，同时还可以降低挤压变形力，降低设备的闭合高度。本发明用公称压力较小的设备挤压变形量较大的零件，用闭合高度较小的设备挤压较长的工件(工件的最大长度可以达到工件最大外径的1.5倍～6倍)，实现节能降耗，提高材料的利用率，降低零件的制造成本。

例如：某产品上的一个零件原来采用圆钢直接车削成形，单件用料521kg，成品零件净重143.28kg，材料利用率仅为27.6％，材料浪费十分严重，生产效率非常低，产品制作成本比较高。为了提高材料的利用率，提高生产效率，降低生产制作成本，在保证产品质量和使用性能的前提下，采用本发明的挤压方法制做坯料，然后再车削成形。而用本发明的方法材料消耗206.2kg，节省材料314.7kg，材料利用率提高到69.74％，每件节约材料价值为3776.4元。

附图说明

图1是本发明的挤压模具的主视图，图2是图1的俯视图，图3是第一组件A与第二组件B装配在一起的主剖视图，图4是凸模的主视图，图5是圆钢坯料的主视图，图6是组合体坯料的主视图，图7是利用本发明的挤压模具挤压成型的内外变径坯料的主剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图4和图7说明，本实施方式的挤压模具由上模座10、垫板11、凸模固定板12和凸模14组成；下模包括下模座1、第一预应力圈5、第一下模6、第二预应力圈3、第二下模4、垫块8、退料板9、退料卡板15、压环19、顶料盘26、顶杆27、三～四个吊模环2和多个连接组件16；第一预应力圈5套装在第一下模6上，且二者过盈配合构成第一组件A，第二预应力圈3套装在第二下模4上，且二者过盈配合构成第二组件B，第二组件B装在下模座1上，下模座1的外壁上均布设有三～四个吊模环2，第一组件A设置在第二组件B上且二者同轴设置，第一下模6的模孔和第二下模4的模孔组合构成下模型腔，下模型腔的轮廓由上至下由圆柱体型腔20、渐缩的圆弧面型腔21和圆台体型腔22三部分组成，渐缩的圆弧面型腔21的大端直径与圆柱体型腔20的直径相等，渐缩的圆弧面型腔21的小端直径与圆台体型腔22的大端直径相等，压环19套装在第一组件A上，且压环19通过多个连接组件16(本实施方式中的连接组件由螺杆、螺母和垫圈组成)与下模座1可拆卸连接，垫块8与退料板9由下至上叠放在第一组件A上，垫块8、退料板9与第一预应力圈5三者可拆卸连接，退料卡板15和退料板9均为U形形状，U形退料板的内壁上设有U形台肩凹槽，U形退料卡板设置在U形退料板的U形台肩凹槽内(U形退料卡板15是一个不固定件，当被挤压坯料放入下模型腔后，U形退料卡板15放入U形退料板9的U形台肩凹槽中)，U形退料卡板和U形退料板的开口均水平设置且开口方向相同，下模座1上设有与下模型腔相通的中心孔，下模座1的中心孔孔径小于圆台体型腔22的小端直径，顶料盘26的大端设置在下模型腔的圆台体型腔22内，顶料盘26通过下模座1轴向限位，顶料盘26的小端设置在下模座1的中心孔内，顶杆27的上端设置在下模座1的中心孔内且与顶料盘26可拆卸连接，凸模14由上至下依次设有连接段28、圆柱体段29、工作带30、渐缩的且侧壁为圆弧面的过渡段31和圆锥体段32，连接段28为阶梯形状，工作带30为圆柱体形状，工作带30的直径大于圆柱体段29的直径，工作带30的直径与渐缩的且侧壁为圆弧面的过渡段31的大端直径相等，工作带30与圆柱体段29之间及连接段28与圆柱体段29之间分别通过过渡圆锥面33连接，渐缩的且侧壁为圆弧面的过渡段31的小端直径与圆锥体段32的大端直径相等，凸模固定板12上设有阶梯形通孔，凸模14设置在下模型腔内，凸模14的连接段28设置在固定板12的阶梯形通孔内且二者过渡配合，凸模固定板12上由下至上依次叠放有垫板11和上模座10，且三者可拆卸连接。

具体实施方式二：结合图1和图2说明，本实施方式的下模还包括对模环24和两个对模环手柄23；对模环24设置在下模型腔内，凸模14穿过对模环24设置在下模型腔内，两个对模环手柄23相对于对模环24的中心轴线对称设置，两个对模环手柄23与对模环24的上端面螺纹连接。对模环24的用途是在挤压模具往设备上安装时，使上下模同轴，待挤压模具安装完毕后取下，挤压模具工作时不使用。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图2说明，本实施方式的下模还包括两个退料卡板手柄25；两个退料卡板手柄25与U形退料卡板的两端一一对应设置，且退料卡板手柄25与U形退料卡板的端部螺纹连接，便于操作者取放方便。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1和图5-图7说明，本实施方式的利用挤压模具挤压成型内外变径坯料的方法由以下步骤实现：

步骤一、采用圆钢35作为坯料下料，圆钢35的直径Φ1为500mm～200mm；

步骤二、将坯料车削加工成一端为圆柱体、另一端为圆台体的组合体坯料34，组合体坯料34的圆柱体直径Φ2为495mm～195mm，组合体坯料34的圆台体小端直径Φ3为470mm～170mm；

步骤三、用中频加热线圈或工频加热线圈对组合体坯料34进行加热，中频加热电流频率为100Hz～240Hz，工频加热电流频率为40Hz～60Hz，加热至组合体坯料34的温度均匀升高至1100℃～1150℃为止；

步骤四、将加热后的组合体坯料34置于挤压模具的下模型腔内，且该组合体坯料34的圆柱体部分置于该下模型腔的外部，该组合体坯料34的圆柱体与下模型腔的圆柱体型腔20间隙配合，该组合体坯料34的小端面设置在该下模型腔底部的上方(即与下模型腔底部不接触)，将下模的U形退料卡板设置在下模的U形退料板的U形台肩凹槽内，然后挤压模具的上模下行，并将该上模的凸模14对准该组合体坯料34的圆柱体端面进行挤压成形，挤压压力为1100t～1300t，将该组合体坯料34挤压成内外变径坯料36；

步骤五、取出下模中的U形退料卡板，上模上行，取出内外变径坯料36并经退火处理，退火温度为850℃～870℃，退火时间为200min～220min，该内外变径坯料36孔口处的口径Φ4为410mm～145mm，该内外变径坯料36孔口一端的外径Φ5为495mm～195mm，该内外变径坯料36的外轮廓的轴向长度L为600mm～1200mm。

具体实施方式五：本实施方式的步骤三中，工频加热电流频率为50Hz。频率低、加热速度慢、加热均匀。其它与具体实施方式四相同。

模具的安装：挤压工作开始前，首先需要将挤压模具安装在挤压设备上。用起重设备将上模吊起，将对模环放入下模型腔内，让凸模穿过对模环，将上模放下，使上下模同轴；将整个挤压模具送入设备工作台上，使挤压模具中心与设备中心基本同轴，用螺栓分别将下模和上模固定在设备的下工作台面和上滑块上，启动设备，抬起上模，将对模环取出，挤压模具安装完毕。

组合体坯料在挤压模具内变形描述：坯料加热后，由无轨装取料机取出并送入挤压模具中进行挤压。挤压设备为1600t挤压机，组合体坯料放入下模型腔后，并未落到下模型腔底部，而是悬在下模型腔口部，一部分组合体坯料露在下模型腔的外边，组合体坯料的下端面与下模型腔底部不接触，当凸模开始接触组合体坯料后，首先在组合体坯料的圆柱体端面上挤出小孔，当孔径达到一定值后，组合体坯料的下移开始正挤压，然后上模下行开始挤压成形。组合体坯料挤压变形属于复合挤压，组合体坯料的圆台体部分属于正挤压，组合体坯料的圆柱体部分属于反挤压。当正挤压结束后开始反挤压，直到设备到达预先设定的闭合高度，完成一个内外变径坯料的挤压过程。采用本发明的挤压方法大大节省了挤压力，可以用公称压力较小的设备挤压变形量较大的零件；由于一部分坯料露在下模型腔的外边，减小了下模的高度，减小了设备闭合高度，使较长工件可以在较小的闭合高度的设备上实现，实现节能降耗，提高材料的利用率，降低零件的制作成本的目的。

无论采用正挤压、反挤压、复合挤压，只要采用本发明的挤压模具和挤压方法进行挤压成型，均在本专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种挤压模具，所述挤压模具由上模和下模组成；其特征在于：上模由上模座(10)、垫板(11)、凸模固定板(12)和凸模(14)组成；下模包括下模座(1)、第一预应力圈(5)、第一下模(6)、第二预应力圈(3)、第二下模(4)、垫块(8)、退料板(9)、退料卡板(15)、压环(19)、顶料盘(26)、顶杆(27)、三～四个吊模环(2)和多个连接组件(16)；第一预应力圈(5)套装在第一下模(6)上，且二者过盈配合构成第一组件(A)，第二预应力圈(3)套装在第二下模(4)上，且二者过盈配合构成第二组件(B)，第二组件(B)装在下模座(1)上，下模座(1)的外壁上均布设有三～四个吊模环(2)，第一组件(A)设置在第二组件(B)上且二者同轴设置，第一下模(6)的模孔和第二下模(4)的模孔组合构成下模型腔，下模型腔的轮廓由上至下由圆柱体型腔(20)、渐缩的圆弧面型腔(21)和圆台体型腔(22)三部分组成，渐缩的圆弧面型腔(21)的大端直径与圆柱体型腔(20)的直径相等，渐缩的圆弧面型腔(21)的小端直径与圆台体型腔(22)的大端直径相等，压环(19)套装在第一组件(A)上，且压环(19)通过多个连接组件(16)与下模座(1)可拆卸连接，垫块(8)与退料板(9)由下至上叠放在第一组件(A)上，垫块(8)、退料板(9)与第一预应力圈(5)三者可拆卸连接，退料卡板(15)和退料板(9)均为U形形状，U形退料板的内壁上设有U形台肩凹槽，U形退料卡板设置在U形退料板的U形台肩凹槽内，U形退料卡板和U形退料板的开口均水平设置且开口方向相同，下模座(1)上设有与下模型腔相通的中心孔，下模座(1)的中心孔孔径小于圆台体型腔(22)的小端直径，顶料盘(26)的大端设置在下模型腔的圆台体型腔(22)内，顶料盘(26)通过下模座(1)轴向限位，顶料盘(26)的小端设置在下模座(1)的中心孔内，顶杆(27)的上端设置在下模座(1)的中心孔内且与顶料盘(26)可拆卸连接，凸模(14)由上至下依次设有连接段(28)、圆柱体段(29)、工作带(30)、渐缩的且侧壁为圆弧面的过渡段(31)和圆锥体段(32)，连接段(28)为阶梯形状，工作带(30)为圆柱体形状，工作带(30)的直径大于圆柱体段(29)的直径，工作带(30)的直径与渐缩的且侧壁为圆弧面的过渡段(31)的大端直径相等，工作带(30)与圆柱体段(29)之间及连接段(28)与圆柱体段(29)之间分别通过过渡圆锥面(33)连接，渐缩的且侧壁为圆弧面的过渡段(31)的小端直径与圆锥体段(32)的大端直径相等，凸模固定板(12)上设有阶梯形通孔，凸模(14)设置在下模型腔内，凸模(14)的连接段(28)设置在固定板(12)的阶梯形通孔内且二者过渡配合，凸模固定板(12)上由下至上依次叠放有垫板(11)和上模座(10)，且三者可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的挤压模具，其特征在于：下模还包括对模环(24)和两个对模环手柄(23)；对模环(24)设置在下模型腔内，凸模(14)穿过对模环(24)设置在下模型腔内，两个对模环手柄(23)相对于对模环(24)的中心轴线对称设置，两个对模环手柄(23)与对模环(24)的上端面螺纹连接。

3.根据权利要求1或2所述的挤压模具，其特征在于：下模还包括两个退料卡板手柄(25)；两个退料卡板手柄(25)与U形退料卡板的两端一一对应设置，且退料卡板手柄(25)与U形退料卡板的端部螺纹连接。

4.一种利用权利要求1所述的挤压模具挤压成型内外变径坯料的方法，其特征在于：所述方法由以下步骤实现：

步骤一、采用圆钢(35)作为坯料下料，圆钢(35)的直径(Φ1)为500mm～200mm；

步骤二、将坯料车削加工成一端为圆柱体、另一端为圆台体的组合体坯料(34)，组合体坯料(34)的圆柱体直径(Φ2)为495mm～195mm，组合体坯料(34)的圆台体小端直径(Φ3)为470mm～170mm；

步骤三、用中频加热线圈或工频加热线圈对组合体坯料(34)进行加热，中频加热电流频率为100Hz～240Hz，工频加热电流频率为40Hz～60Hz，加热至组合体坯料(34)的温度均匀升高至1100℃～1150℃为止；

步骤四、将加热后的组合体坯料(34)置于挤压模具的下模型腔内，且该组合体坯料(34)的圆柱体部分置于该下模型腔的外部，该组合体坯料(34)的圆柱体与下模型腔的圆柱体型腔(20)间隙配合，该组合体坯料(34)的小端面设置在该下模型腔底部的上方，将下模的U形退料卡板设置在下模的U形退料板的U形台肩凹槽内，然后挤压模具的上模下行，并将该上模的凸模(14)对准该组合体坯料(34)的圆柱体端面进行挤压成形，挤压压力为1100t～1300t，将该组合体坯料(34)挤压成内外变径坯料(36)；

步骤五、取出下模中的U形退料卡板，上模上行，取出内外变径坯料(36)并经退火处理，退火温度为850℃～870℃，退火时间为200min～220min，该内外变径坯料(36)孔口处的口径(Φ4)为410mm～145mm，该内外变径坯料(36)孔口一端的外径(Φ5)为495mm～195mm，该内外变径坯料(36)的外轮廓的轴向长度(L)为600mm～1200mm。

5.根据权利要求4所述的利用挤压模具挤压成型内外变径坯料的方法，其特征在于：步骤三中，工频加热电流频率为50Hz。

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