CN102380517A - 基于电液伺服驱动的多功能振动挤压模具 - Google Patents

Abstract

一种基于液压伺服驱动的多功能振动挤压模具，包括下凹模和上凸模，所述多功能振动挤压模具还包括一个上液压缸和至少三个下液压缸，所述上液压缸和下液压缸分别与高频液压阀连接，所述上液压缸包括上缸体和上活塞，所述上缸体安装在凸模衬套的内孔上部，所述上活塞与所述凸模固定连接，所述凸模可上下滑动地安装在所述凸模衬套内孔下部；所述凹模压套与振动托盘固定连接，所述振动托盘的底部对称安装所述下液压缸，下液压缸包括下缸体和下活塞，所述下缸体与所述下模座固定连接，所述下活塞与所述振动托盘固定连接。本发明提供一种有效降低成形过程摩擦力、降低挤压设备要求的基于液压伺服驱动的多功能振动挤压模具。

Description

基于电液伺服驱动的多功能振动挤压模具

技术领域

本发明涉及一种振动挤压模具，尤其涉及一种基于电液伺服驱动的多功能振动挤压模具。

背景技术

冷挤压是在不破坏金属的前提下使金属体积作出塑性转移，达到少无切屑而使金属成形，相比于传统的机械加工方式，冷挤压具有材料消耗少、生产效率高，力学性能优越，可成形复杂形状零件等优点。随着汽车制造业的飞速发展，对高精度、形状复杂的汽车零部件需求量越来越大，特别是一些机加工比较困难、加工成本较高的零件如圆柱直齿轮、圆柱螺旋齿轮和花键轴等，也要求直接通过冷挤压成形方式实现；然而，在冷挤压此类零件时，由于其本身形状较为复杂，材料在室温下流动应力又较高，同时模具与坯料之间的摩擦力也阻碍着金属坯料的流动，导致齿形充填不饱满以及最后阶段的挤压力过高，使得对压力机的吨位以及模具寿命等要求更加严苛。

为了降低摩擦力和变形抗力，人们尝试着在金属塑性成形中引入振动，也就是对被成形坯料或者模具施加一定频率和振幅的轴向振动，在振动中使材料产生塑性变形。国内外学者对此做过大量研究，发现振动塑性加工能大幅度降低成形过程中的变形抗力并附带其他对产品有利的影响，如降低材料的流动应力，减少模具与工件间的摩擦力以及获得更好的表面质量和更高的尺寸精度等。因此这一技术所蕴含的经济价值是显而易见的。

到目前为止，真正能在工业中实际应用的还是基于功率超声的振动塑性加工，如超声振动拉丝和超声振动拉管等。然而超声塑性加工技术其本质是利用超声能量来产生振动以辅助完成塑性成形过程，本身可获得的输入功率相对偏低，只能应用于拉丝或拉管等轻型塑性加工；而传统的汽车用圆柱直齿轮以及圆柱螺旋齿轮等大型零件的冷挤压，其坯料和模具重量相对较大，成形的变形抗力也较高，功率超声无法提供足够的输入功率来使得坯料或模具获得合适振幅和频率的振动，自然也无法获得上述振动塑性加工的诸般优点。因此，必须探索更加合理的新型激振方式。而电液伺服技术具有大功率和快速动态响应的特点，适合用于大型零件的振动塑性加工；另外，冷挤压成形的设备多为压力机，其本身也是电液伺服系统，基于电液伺服驱动开发多功能振动挤压模具，与设备本身的集成度也较好。

发明内容

为了克服已有的基于功率超声的振动塑性成形技术输入功率偏低、无法应用于大型零件冷挤压成形的不足，本发明提供一种基于电液伺服驱动的、频率和振幅可调的多功能振动挤压模具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于电液伺服驱动的多功能振动挤压模具，包括下凹模和上凸模，所述上凸模安装在凸模衬套内，所述凸模衬套与所述上模板固定连接，所述上模板与压力机的凸模驱动机构连接，所述下凹模位于所述上凸模的正下方，所述下凹模安装在凹模压套内，所述凹模压套安装在下模座上，所述顶杆穿过所述下模座，所述顶杆与用于驱动顶杆向上运行的顶杆驱动机构连接，所述上模板设有上导向孔，所述下模座上设有下导向孔，导柱分别穿过所述上导向孔和下导向孔，所述多功能振动挤压模具还包括一个上液压缸和至少三个下液压缸，所述上液压缸和下液压缸分别与高频电液激振阀连接，所述上液压缸包括上缸体和上活塞，所述上缸体安装在凸模衬套的内孔上部，所述上活塞与所述凸模固定连接，所述凸模可上下滑动地安装在所述凸模衬套内孔下部；所述凹模压套与振动托盘固定连接，所述振动托盘的底部沿圆周径向均匀分布地安装所述的下液压缸，下液压缸包括下缸体和下活塞，所述下缸体与所述下模座固定连接，所述下活塞与所述振动托盘固定连接。

进一步，所述下液压缸有四个，两两对称布置在振动托盘的底部。

本发明的技术构思为：由可轴向振动的上模和下模构成。模具凸模、凸模衬套由固定套通过螺栓固定在模板上。在凸模衬套内部设有一液压缸，液压缸固定在上模板，其活动端与凸模相连。凹模由凹模压套通过压板固定在凹模支架上，整个凹模支架通过螺栓与振动托盘相连接。振动托盘与4个固定在下模座的液压缸相连。当模具进行正挤压时，保持上液压缸不工作，仅开启4个下液压缸，使得振动托盘可实现上下振动，从而带动凹模振动。由于顶料杆与顶杆衬套接触，轴向不可动，因此在凹模振动时，坯料就与凹模间有了相对位移。当凹模相对坯料向下运动时，它们之间的摩擦力就成了坯料向下运动的驱动力，从而达到了降低挤压力的目的。当进行反挤压时，仅开启上液压缸运动，使凸模向下挤压的同时又可实现轴向的振动，减小了挤压力。而同时开启上下液压缸时，就可实现复合振动挤压。

液压缸的振幅及振动频率通过高频电液激振阀来控制。与普通液压阀相比，高频电液激振阀具有激振频率高、响应速度快、输出力大的特点。

本发明的有益效果主要表现在：1、附加的模具振动通过电液伺服技术实现，输入功率大，动态响应高，适用于大型零件冷挤压的振动塑性加工，与原有的冷挤压设备的集成度也较好；2、上下模分别由两组液压缸驱动，可分别或者同时实现凸模、凹模的轴向振动，可以满足正、反以及复合挤压的要求；3、振动挤压降低了成形过程中的摩擦力和坯料的流动应力，进而减小了挤压力，降低了对于挤压设备的要求。

附图说明

图1是冷挤压过程中坯料受到模具摩擦力的示意图；

图2是正挤压模具结构图；

图3是反挤压模具局部示意图；

图4是复合挤压模具局部示意图；

图5是基于电液伺服驱动的多功能振动挤压模具的液压油路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图5，一种基于电液伺服驱动的多功能振动挤压模具，包括下凹模8和上凸模7，所述上凸模7安装在凸模衬套4内，所述凸模衬套4与所述上模板1固定连接，所述上模板1与压力机的凸模驱动机构连接，所述下凹模8位于所述上凸模7的正下方，所述下凹模8安装在凹模压套10内，所述凹模压套10安装在凹模支架11上，所述顶杆19穿过所述下模座14，所述顶杆19与用于驱动顶杆向上运行的顶杆驱动机构连接，所述上模板1设有上导向孔，所述下模座14上设有下导向孔，导柱13分别穿过所述上导向孔和下导向孔，所述多功能振动挤压模具还包括一个上液压缸和至少三个下液压缸，所述上液压缸和下液压缸分别与高频电液激振阀连接，所述上液压缸包括上缸体5和上活塞6，所述上缸体5安装在凸模衬套4的内孔上部，所述上活塞6与所述上凸模7固定连接，所述上凸模7可上下滑动地安装在所述凸模衬套4内孔下部；所述凹模压套10与振动托盘12固定连接，所述振动托盘12的底部对称安装所述下液压缸16，下液压缸16包括下缸体和下活塞，所述下缸体与所述下模座固定连接，所述下活塞与所述振动托盘固定连接。

进一步，所述下液压缸16有四个，两两对称布置在振动托盘的底部。当然，根据不同的需要，也可以为三个、甚至五个。

如图1所示，相比于固定不动的模具而言，由于在冷挤压过程中附加了周期性的振动，坯料受到的摩擦力方向会周期性的变向，在模具振动的前半个周期内，模具运动方向向上，因此，坯料受到模具向上的摩擦力；而在后半个周期内，坯料受到模具的摩擦力向下。通过适当调整高频电液激振阀的频率从而保证模具运动速度大于坯料金属流动速度的前提下，可以将部分摩擦力转变为驱动力以更好的促进坯料金属的流动。

一般而言，可以将冷挤压分为正挤压、反挤压和复合挤压三种：正挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向相同；反挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向相反；复合挤压时，坯料一部分金属流动方向与凸模的运动方向相同，而另外一部分金属的流动方向与凸模的运动方向相反。

图2所示为正挤压模具结构图。上凸模7嵌套在凸模衬套4内，再由固定套3通过螺栓2固定在上模板1上。上液压缸的上缸体5也嵌套在凸模衬套4内，一端固定在上模板1上，上活塞6与凸模7相连。下凹模8与凹模压套10由压板9通过螺栓21固定在凹模支架11上，凹模支架则由螺栓20固定在振动托盘12上。振动托盘12被安装在四个相同的液压缸16上，液压缸缸体固定在下模座14上。顶料杆19上端与坯料22接触，作为成形模腔的一部分，另一端与顶杆衬套17接触。顶料杆15通过衬套与顶料杆接触，可将成形件顶出凹模。

正挤压时，将上液压缸5关闭，开启四个下液压缸16，通过高频电液激振阀给予下液压缸活塞一定振幅与频率的轴向运动，从而带动整个凹模振动。当下液压缸16工作时，由于顶料杆19在挤压时轴向不可动，使得坯料22与下凹模8之间存在相对运动，当下凹模8相对坯料22作向下运动时，坯料22受到下凹模8向下的摩擦力，使得原本是阻力的摩擦力成为使坯料向下运动的驱动力，从而降低了坯料模具之间的摩擦力。同时，由于凹模的上下不断振动，使得坯料凹模之间的润滑更为充分，又进一步的减小了摩擦力，从而达到降低挤压力的目的。

图3所示为反挤压示意图。工作时，仅开启上液压缸，使上凸模7随上模板1向下作主运动的同时，又以一定的振幅与频率作轴向的振动。在进行挤压时，凸模与坯料之间可产生相对运动，当位于前半个周期时，当凸模相对坯料向上运动时，坯料受到向上的摩擦力，使金属坯料向上流动。

图4所示为复合挤压示意图。工作时，同时开启上液压缸5与下液压缸16，上凸模7与下凹模8可同时进行轴向的振动，调整上下油缸的振动频率，使上凸模与下凹模振动相差半个周期，从而对于正挤压部分，可利用后半周期的向下摩擦力，而反挤部分则利用前半周期向上的摩擦力。

图5所示为电液伺服驱动的多功能振动挤压模具的液压油路示意图。液压油从油箱通过液压泵输出，经两个二位二通换向阀分别控制上液压缸5和下液压缸16的开与关。换向阀与泵之间设有调压溢流阀以保持系统压力的稳定。上下液压缸振动的频率和幅值分别由高频电液激振阀及其控制器控制。进行正挤压时，开启下液压缸16，即下换向阀处于导通状态。液压油从高频阀的进油口输入，从回油口流回油箱。高频电液激振阀分别由两个步进电机控制以实现移动和转动两个自由度：液压缸活塞运动的频率通过改变阀芯旋转的速度来控制；液压缸活塞运动的幅值则通过阀芯的移动从而改变阀口大小来控制，其结构和工作原理已获得国家发明专利授权(专利号200710160253.5)。反挤压与复合挤压时系统的工作原理与正挤压类似，开启相对应的换向阀即可。上下液压缸的振动通过高频电液激振阀控制，响应快，频率高，并且输出的作用力大，能很好满足振动挤压的需求。

上述具体实施方式用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于液压伺服驱动的多功能振动挤压模具，包括下凹模和上凸模，所述上凸模安装在凸模衬套内，所述凸模衬套与所述上模板固定连接，所述上模板与用于驱动上模板向下运动的凸模驱动机构连接，所述下凹模位于所述上凸模的正下方，所述下凹模安装在凹模压套内，所述凹模压套安装在下模座上，所述下凹模与顶杆固定连接，所述顶杆穿过所述下模座，所述顶杆与用于驱动顶杆向上运行的凹模驱动机构连接，所述上模板设有上导向孔，所述下模座上设有下导向孔，导柱分别穿过所述上导向孔和下导向孔，其特征在于：所述多功能振动挤压模具还包括一个上液压缸和至少三个下液压缸，所述上液压缸和下液压缸分别与高频液压阀连接，所述上液压缸包括上缸体和上活塞，所述上缸体安装在凸模衬套的内孔上部，所述上活塞与所述凸模固定连接，所述凸模可上下滑动地安装在所述凸模衬套内孔下部；所述凹模压套与振动托盘固定连接，所述振动托盘的底部对称安装所述下液压缸，下液压缸包括下缸体和下活塞，所述下缸体与所述下模座固定连接，所述下活塞与所述振动托盘固定连接。

2.如权利要求1所述的基于液压伺服驱动的多功能振动挤压模具，其特征在于：所述下液压缸有四个，两两对称布置在振动托盘的底部。

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