CN102950165A - 一种针式打印头基座的温挤压成形工艺及其成形模具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种针式打印头基座的温挤压成形工艺及其成形模具。该温挤压成形工艺用成形模具包括温挤压模具和冲裁模具：所述的温挤压模具包括上模座A、下模座A、凸模组件A、凹模组件、顶出组件、导柱A、与导柱A相配合的导套A；所述的冲裁模具包括上模座B、下模座B、凸模组件B、凹模B、卸料板、导柱B、与导柱A相配合的导套B。本发明先由凸模A和凹模A配合通过温挤压成形工艺预成形，形成包括外圆环壁、凸缘部分和小凸台的基座整体结构的预成形件，然后在冲裁模具中进行一次冲裁，得到针式打印头基座。本发明成形模具结构设计巧妙合理，工艺简单、操作方便，生产效率高，产品质优价廉。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料塑性加工工艺及成形技术领域，特别涉及一种针式打印头基座的温挤压成形工艺及其成形模具。
背景技术
针式打印机是一种特殊的打印机，和喷墨、激光打印机都存在很大的差异。从总体上说，针式打印机具有价格相对低廉，维修方便，打印范围广，可进行多层打印等特点，而针式打印机的这些特点是其他类型的打印机所不能取代的。正因如此，针式打印机一直有着自己独特的市场份额，服务于一些特殊的行业用户。针式打印头是针式打印机的核心部件，其性能与可靠性直接影响到打印机的整体工作质量。但当前市面上流行的针式打印机的打印头基座，大多为国外公司或外资公司在国内的分公司所生产，需专用的昂贵的进口加工设备，且又受到国外厂商的种种限制，价格相对较高；而国内企业通过增添浇铸成形等设备采用铸造工艺生产的针式打印头基座，由于加工设备、原材料等原因，产品成形性不够理想，往往造成铁芯等部件不一致，难于精加工，又造成电感不一致，打印中打印针一致性不够好，产品成品率低。因此市场需要质优价廉的能满足针式打印机工作要求的针式打印头基座。
目前，国内外针式打印头基座的成形工艺方法主要分为精密铸造成形和冷挤压成形两种。采用精密铸造成形工艺生产的制件容易产生疏松、缩孔、夹杂以及化学成分不稳定等缺陷，从而导致磁阻增加，电磁性能差，容易影响打印头的正常工作。采用冷挤压成形工艺，由于电磁纯铁对加工硬化敏感，冷挤压过程中会产生严重的加工硬化，同时为了使坯料组织均匀、变形抗力小，材料需多次中间退火，为了降低成形力，在成形中需多次用到磷化皂化以减少摩擦，工序繁多，要求前一工序生成的预成形件在后一工序模具型腔中定位准确，在实际生产中所需设备数量多，操作工人多，投资大，生产成本高。
目前温挤压是在冷挤压和热挤压的基础上发展起来的一种少无切削塑性成形工艺。温挤压成形工艺比冷挤压成形工艺成形力明显减少，可以采用比冷挤压大的变形量，从而减少模具费用和压力机吨位，还可采用刚性不很大的通用设备，模具寿命也比冷挤压模具高很多。另一方面，与铸造工艺相比，由于其加热温度低，氧化脱碳减轻，产品尺寸公差等级高，产品的力学性能好。在温挤压成形工艺中，温挤压模具的设计制造是其关键所在。经文献检索表明，采用温挤压成形工艺生产针式打印头基座的技术，迄今未见任何相关报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺点，提出了一种针式打印头基座温挤压成形工艺，以减少成形力，降低设备投入和生产成本，提高成形产品质量。同时，本发明还提供了与上述工艺配套使用的成形模具。
一种针式打印头基座的温挤压成形工艺用成形模具，它包括温挤压模具和冲裁模具：
所述的温挤压模具包括上模座A、下模座A、凸模组件A、凹模组件、顶出组件、导柱A、与导柱A相配合的导套A；所述上模座A和下模座A之间设置有起导向、定位作用的导柱A和导套A；所述的凸模组件A包括凸模A、凸模固定板A、凸模垫板A，所述的凸模A卡合在凸模固定板A内，连接件螺钉及立销依次穿过上模座A、凸模垫板A、凸模固定板A，使凸模固定板A、凸模垫板A安装固定在上模座A上，即凸模组件A与上模座A固定连接；所述的凹模组件包括凹模A、凹模镶块、凹模固定板、凹模垫板、凹模垫圈，连接件螺钉及立销依次穿过下模座A、凹模垫板、凹模固定板、使凹模组件固定安装在下模座A上；所述的顶出组件包括顶出器、小顶杆、顶出板、顶出杆，顶出器与凹模A中心通孔相配合并由凹模A台阶面限位，小顶杆穿过凹模垫板和下模座A与顶出板接触，小顶杆与顶出器不接触并留有卸料顶出所需的间距；
所述的冲裁模具包括上模座B、下模座B、凸模组件B、凹模B、卸料板、导柱B、与导柱B相配合的导套B；所述上模座B和下模座B之间设置有起导向、定位作用的导柱B和导套B；所述的凸模组件B包括凸模B、凸模固定板B、凸模垫板B，所述的凸模B卡合在凸模固定板B内，连接件螺钉及立销依次穿过上模座B、凸模垫板B、凸模固定板B，使凸模固定板B、凸模垫板B安装固定在上模座B上，即凸模组件B与上模座B固定连接；凹模B通过螺钉和立销固定在下模座B上，卸料板通过螺钉与下模座B连接固定，固定横置于凹模B上方。
所述凸模A，其模头形状与针式打印头基座底面结构相吻合；所述凹模A，其模腔围成的内壁面与针式打印头基座外圆环壁、凸缘结构相吻合，凹模模腔底平面与顶出器上表面共同构成的表面与针式打印头基座内腔底面结构相吻合，凹模镶块的头部圆弧面与针式打印头基座的外圆环壁表面吻合。
一种针式打印头基座的温挤压成形工艺，分两步工序成形，该工艺包括以下步骤：
步骤一：温挤压成形工艺预成形
将外径尺寸与针式打印头基座外径尺寸相当的圆柱形坯料放入温挤压模具凹模A模腔中，由凸模A和凹模A配合通过温挤压成形工艺预成形，形成包括外圆环壁、凸缘部分和小凸台的基座整体结构的预成形件；
所述温挤压成形工艺，采用全封闭成形，坯料加热温度范围为650°C～800°C，温挤压模具预热到150°C～300°C；
步骤二：冲孔
将预成形件转移到冲裁模具中进行一次冲裁，得到针式打印头基座，再对针式打印头基座进行真空磁性退火、人工时效处理及表面防氧化处理即得成品。
所述圆柱形坯料选用电磁纯铁棒材。
所述的一种针式打印头基座的温挤压成形工艺，采用针式打印头基座的温挤压成形工艺用成形模具的温挤压模具实施温挤压时，凸模A随上模座A下压，凸模组件A和凹模组件相配合，将圆柱形坯料挤压成预成形件，工作完毕后，凸模组件A向上回程，同时，顶出杆向上推动顶出板，在顶出板的带动下连同小顶杆、凹模镶块向上运动，利用小顶杆与顶出器之间留有卸料顶出间距，使得凹模镶块向上运动先脱离凹模A实现开模，顶出杆继续上行，通过小顶杆驱动顶出器向上运动将预成形件从凹模A上脱出，完成脱模，顶出组件回程，凹模镶块靠自身重力沿配合面向下运动进行合模。
所述的一种针式打印头基座的温挤压成形工艺，采用针式打印头基座的温挤压成形工艺用成形模具的冲裁模具实施对预成形件进行冲裁分离时，在开模状态下，将预成形件置于凹模B的模腔内，随着凸模B下行压下，凸模B穿过卸料板上对应通孔后进入凹模B；凸模B模头同时接触预成形件上各所需冲孔面，将工艺废料冲切下来，完成冲裁分离，针式打印头基座随着凸模B回程向上运动，在卸料板的作用下完成针式打印头基座与凸模B的分离，得到针式打印头基座。
本发明与现有技术比较，具有如下显著技术效果：
1）本发明的针式打印头基座的温挤压成形工艺用成形模具结构设计巧妙合理，可避免繁杂的工序，只需分两步工序即可完成针式打印头基座的塑性成形，从而缩短生产时间，提高了生产效率，减少了设备和模具投入，降低了生产成本。
2）采用温挤压工艺使成形力明显减少，从而使模具尺寸减小，设备吨位显著降低，可降低生产成本和提高生产设备的通用性。
3）本发明利用金属的再结晶超塑性，降低了变形抗力，减少了能耗，且使金属组织细化，避免了采用铸造成形工艺容易出现的疏松、缩孔、夹杂以及化学成分不稳定等缺陷，保证产品有良好的力学性能和电磁性能。
4）采用温挤压工艺，避免了高温生产条件下的氧化脱碳，产品尺寸精度和表面精度高，并且易于成形、材料利用率高。
5）本发明提高了成形产品质量，所加工的针式打印头基座产品不仅满足了针式打印机工作要求，并且质优价廉；工艺简单操作方便；易于实现工业化生产。
附图说明
图1为一种针式打印头基座的温挤压成形工艺用成形模具的温挤压模具的结构示意图；
图2为一种针式打印头基座的温挤压成形工艺用成形模具的温挤压模具凹模A 8的结构示意图；
图3为一种针式打印头基座的温挤压成形工艺用成形模具的冲裁模具的结构示意图；
图4为一种针式打印头基座的温挤压成形工艺用成形模具的温挤压模具的脱模状态示意图；
图5为本发明实施例加工的针式打印头基座结构示意图；
图6为图5的轴测图。
具体实施方案
下面结合实施例及其附图对本发明作进一步详细描述。
一种针式打印头基座的温挤压成形工艺用成形模具，它包括温挤压模具和冲裁模具。
参照图1，所述的温挤压模具包括上模座A 1、下模座A 17、凸模组件A、凹模组件、顶出组件、导柱A 11、与导柱A 11相配合的导套A 5，所述的上模座A 1和下模座A 17之间设置的导柱A 11、导套A 5起到导向、定位的作用；所述的凸模组件A包括凸模A 3、凸模固定板A 4、凸模垫板A 2，所述凸模A 3卡合在凸模固定板A 4内，连接件螺钉及立销依次穿过上模座A 1、凸模垫板A 2、凸模固定板A 4，使凸模固定板A 4、凸模垫板A 2安装固定在上模座A 1上，即凸模组件A与上模座A 1固定连接；所述凹模组件包括如图2所示的凹模A 8、凹模镶块14、凹模固定板10、凹模垫板12、凹模垫圈9；连接件螺钉及立销依次穿过下模座A 17、凹模垫板12、凹模固定板10、使凹模组件固定安装在下模座A 17上；所述顶出组件包括顶出器7、小顶杆13、顶出板15、顶出杆16，顶出器7与凹模A 8中心通孔相配合并由凹模A 8台阶面限位，小顶杆13穿过凹模垫板12和下模座A 17与顶出板15接触，小顶杆13与顶出器7不接触并留有卸料顶出所需的间距。
所述凸模A 3的模头形状与所要成形的基座底面结构吻合；所述凹模A 8模腔围成的内壁面与所要成形的基座外圆环壁、凸缘结构吻合，凹模A 8模腔底平面与顶出器上表面共同构成的表面与所要成形的基座内腔底面结构吻合；所述凹模镶块14的头部圆弧面与所要成形的基座的外圆环壁表面吻合；凸模固定板A4、凸模垫板A 2、上模座A1间的结合部分，对应立销和螺钉连接件的位置轴向开设有销孔和螺纹通孔，凹模固定板10、凹模垫板12、下模座A 17间的结合部分，对应立销和螺钉连接件的位置轴向开设有销孔和螺纹通孔。
参照图3，所述的冲裁模具包括上模座B 18、下模座B 27、凸模组件B、凹模B 26、卸料板23、导柱B 24、与导柱B 24相配合的导套B 22，所述的上模座B18、下模座B 27之间设置的导柱B 24、导套B 22起到导向、定位的作用；所述的凸模组件B包括凸模B 20、凸模固定板B 21、凸模垫板B 19，所述的凸模B 20卡合在凸模固定板B 21内，连接件螺钉及立销依次穿过上模座B 18、凸模垫板B19、凸模固定板B 21，使凸模固定板B 21、凸模垫板B 19安装固定在上模座B 18上，即凸模组件B与上模座B 18固定连接；凹模B 26通过螺钉和立销固定在下模座B 27上，卸料板23通过螺钉与下模座B 27连接固定，固定横置于凹模B 26上方。
所述凸模B 20的模头形状与所需冲裁成形的通孔形状吻合，凹模模腔围成的内壁面与所需成形的预成形件6外表面吻合，凸模固定板B 21、凸模垫板B 19、上模座B 18间的结合部分，对应立销和螺钉连接件的位置轴向开设有销孔和螺纹通孔，凹模B 26与下模座B 27间的结合部分上对应立销和螺钉连接件轴向开设有销孔和螺纹通孔，卸料板23与下模座B 27间的结合部分，对应螺钉连接件的位置轴向开设有螺纹孔。
一种针式打印头基座的温挤压成形工艺，采用上述的成形模具，分两步工序成形，该工艺包括以下步骤：
步骤一：温挤压成形工艺预成形
选用电磁纯铁棒材作为原材料，用车床切削下料，将棒材加工为外径尺寸与针式打印头基座外径尺寸相当的圆柱形坯料；坯料用加热炉加热至650°C～800°C，本实施例坯料加热到700±20°C；同时，温挤压模具预热到150°C～300°C；本实施例是在温挤压成形模具上放烧红的钢块将模具预热到200°C左右。然后，把加热好的坯料转移到温挤压模具的凹模A 8模腔中，采用全封闭成形，由凸模A 3和凹模A 8配合通过温挤压成形工艺预成形，即凸模A 3随上模座A 1下行压下，在凸模组件A和凹模组件的相配合共同作用下，将圆柱形坯料挤压成包括外圆环壁、凸缘部分和小凸台的针式打印头基座整体结构，得到预成形件6，挤压工作完毕后，凸模组件A随上模座A 1向上回程，实现了凸模A 3与凹模A 8的分离，由于预成形件6与凹模A 8的接触面积大于预成形件6与凸模A 3的接触面积，预成形件6对凹模A 8的包紧力大于凸模A 3对预成形件6的包紧力，预成形件6将保留在凹模A 8中；图4为本发明的温挤压模具的脱模状态示意图，如图4所示，为实现脱模，顶出杆16由液压缸驱动向上推动顶出板15，在顶出板15的带动作用下连同小顶杆13、凹模镶块14向上运动，由于小顶杆13与顶出器7之间留有卸料顶出空隙行程，使得凹模镶块14向上运动先脱离凹模A 8实现开模，顶出杆16继续上行，通过小顶杆13驱动顶出器7向上运动将预成形件6从凹模A 8上脱出，此时，预成形件6停留在顶出器7上，可借助工具将其取出，顺利完成脱模，顶出组件回程，凹模镶块14靠自身重力沿配合面向下运动进行合模，准备下一次的挤压工作。
步骤二：冲孔
将预成形件6转置于冲裁模具的凹模B 26模腔内，并由凹模B 26的配合结构表面将预成形件6完成精确定位，随着凸模B 20下行压下，凸模B 20穿过卸料板23上对应通孔后进入凹模B 26，为了使冲裁时受力均匀，不产生太大的侧向应力，凸模B 20模头将同时接触预成形件6上各所需冲孔面，进行一次冲裁，将工艺废料冲切下来，完成针式打印头基座25与废料的冲裁分离，因针式打印头基座25与凸模B 20的接触面积大于针式打印头基座25与凹模B 26的接触面积，针式打印头基座25对凸模B 20的包紧力大于凹模B 26对针式打印头基座25的包紧力，开模时，针式打印头基座25将随着凸模B 20回程向上运动，当针式打印头基座25上升至与卸料板23接触时，在卸料板23的作用下完成针式打印头基座25与凸模B 20的分离，得到如图5和图6所示的针式打印头基座25。
另外，针式打印头基座25还需要进行如下热处理及表面处理：先对针式打印头基座25进行真空磁性退火，在脱碳氧化气氛下以不大于50°C/h的升温速度随炉升温到850°C左右，保温1小时；炉温降至770°C下限再保温1.5小时，出炉冷却至室温，随后进行人工时效处理，人工时效工艺为100°C以下保温100小时，然后出炉空冷，最后进行表面防氧化处理，可采用磷化工艺或用特种涂料喷涂，得到成品的针式打印头基座。
Claims (6)
1.一种针式打印头基座的温挤压成形工艺用成形模具，其特征在于：它包括温挤压模具和冲裁模具：
所述的温挤压模具包括上模座A（1）、下模座A（17）、凸模组件A、凹模组件、顶出组件、导柱A（11）、与导柱A（11）相配合的导套A（5）；所述上模座A（1）和下模座A（17）之间设置有起导向、定位作用的导柱A（11）和导套A（5）；所述凸模组件A包括凸模A（3）、凸模固定板A（4）、凸模垫板A（2），所述凸模A（3）卡合在凸模固定板A（4）内，连接件螺钉及立销依次穿过上模座A（1）、凸模垫板A（2）、凸模固定板A（4），使凸模固定板A（4）、凸模垫板A（2）安装固定在上模座A（1）上，即凸模组件A与上模座A（1）固定连接；所述凹模组件包括凹模A（8）、凹模镶块（14）、凹模固定板（10）、凹模垫板（12）、凹模垫圈（9），连接件螺钉及立销依次穿过下模座A（17）、凹模垫板（12）、凹模固定板（10）、使凹模组件固定安装在下模座A（17）上；所述顶出组件包括顶出器（7）、小顶杆（13）、顶出板（15）、顶出杆（16），顶出器（7）与凹模A（8）中心通孔相配合并由凹模A（8）台阶面限位，小顶杆（13）穿过凹模垫板（12）和下模座A（17）与顶出板（15）接触，小顶杆（13）与顶出器（7）不接触并留有卸料顶出所需的间距；
所述的冲裁模具包括上模座B（18）、下模座B（27）、凸模组件B、凹模B（26）、卸料板（23）、导柱B（24）、与导柱B（24）相配合的导套B（22）；所述上模座B（18）和下模座B（27）之间设置有起导向、定位作用的导柱B（24）和导套B（22）；所述凸模组件B包括凸模B（20）、凸模固定板B（21）、凸模垫板B（19），所述凸模B（20）卡合在凸模固定板B（21）内，连接件螺钉及立销依次穿过上模座B（18）、凸模垫板B（19）、凸模固定板B（21），使凸模固定板B（21）、凸模垫板B（19）安装固定在上模座B（18）上，即凸模组件B与上模座B（18）固定连接；凹模B（26）通过螺钉和立销固定在下模座B（27）上，卸料板（23）通过螺钉与下模座B（27）连接固定，固定横置于凹模B（26）上方。
2.根据权利要求1所述的一种针式打印头基座的温挤压成形工艺用成形模具，其特征在于：所述凸模A（3），其模头形状与针式打印头基座底面结构相吻合；所述凹模A（8），其模腔围成的内壁面与针式打印头基座外圆环壁、凸缘结构相吻合，凹模模腔底平面与顶出器上表面共同构成的表面与针式打印头基座内腔底面结构相吻合，凹模镶块（14）的头部圆弧面与针式打印头基座的外圆环壁表面吻合。
3.一种针式打印头基座的温挤压成形工艺，其特征在于：采用两套成形模具，分两步工序成形，该工艺包括以下步骤：
步骤一：温挤压成形工艺预成形
将外径尺寸与针式打印头基座外径尺寸相当的圆柱形坯料放入温挤压模具凹模A（8）模腔中，由凸模A（3）和凹模A（8）配合通过温挤压成形工艺预成形，形成包括外圆环壁、凸缘部分和小凸台的基座整体结构的预成形件（6）；
所述温挤压成形工艺，采用全封闭成形，坯料加热温度范围为650°C～800°C，温挤压模具预热温度范围为150°C～300°C；
步骤二：冲孔
将预成形件（6）转移到冲裁模具中进行一次冲裁，得到针式打印头基座（25），再对针式打印头基座（25）进行真空磁性退火、人工时效处理及表面防氧化处理即得成品。
4.根据权利要求3所述的一种针式打印头基座的温挤压成形工艺，其特征在于，所述圆柱形坯料选用电磁纯铁棒材。
5.根据权利要求3所述的一种针式打印头基座的温挤压成形工艺，其特征在于：采用权利要求1所述的针式打印头基座的温挤压成形工艺用成形模具的温挤压模具实施温挤压时，凸模A（3）随上模座A（1）下压，凸模组件A和凹模组件相配合，将圆柱形坯料挤压成预成形件（6），工作完毕后，凸模组件A向上回程，同时，顶出杆（16）向上推动顶出板（15），在顶出板（15）的带动下连同小顶杆（13）、凹模镶块（14）向上运动，利用小顶杆（13）与顶出器（7）之间留有卸料顶出间距，使得凹模镶块（14）向上运动先脱离凹模A（8）实现开模，顶出杆（16）继续上行，通过小顶杆（13）驱动顶出器（7）向上运动将预成形件（6）从凹模A（8）上脱出，完成脱模，顶出组件回程，凹模镶块（14）靠自身重力沿配合面向下运动进行合模。
6.根据权利要求3所述的一种针式打印头基座的温挤压成形工艺，其特征在于：采用权利要求1所述针式打印头基座的温挤压成形工艺用成形模具的冲裁模具实施对预成形件进行冲裁分离时，在开模状态下，将预成形件（6）置于凹模B（26）的模腔内，随着凸模B（20）下行压下，凸模B（20）穿过卸料板（23）上对应通孔后进入凹模B 26；凸模B（20）模头同时接触预成形件（6）上各所需冲孔面，将工艺废料冲切下来，完成冲裁分离，针式打印头基座（25）随着凸模B（20）回程向上运动，在卸料板（23）的作用下完成针式打印头基座（25）与凸模B（20）的分离，得到针式打印头基座（25）。
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