CN103240294B - 一种金属塑性挤压成形主机 - Google Patents

Abstract

一种金属塑性挤压成形主机，包括主机框架，所述主机框架由上缸梁、下缸梁、立柱构成，立柱上设有上动梁、中间动梁、下动梁，上缸梁中设有主油缸，主油缸中设有主活塞杆，主油缸上设有增压柱塞油缸，增压柱塞油缸中设有增压柱塞，上动梁上设有上模座，上模座中设有上冲头柱座和上冲头，中间动梁上设有上应力圈阴模，上应力圈阴模中设有上模芯，下动梁上设有下应力圈阴模，下应力圈阴模中设有下模芯，下动梁通过限位杆、限位弹簧及限位螺母与下缸梁上的限位弹簧座相连，上应力圈阴模和下应力圈阴模外设有机械锁，下缸梁中设有下模筒和出料机构，所述出料机构上设有下冲头。本发明结构简单，能满足复杂零部件形变所需能量需求，适应范围广。

Description

一种金属塑性挤压成形主机

技术领域

本发明涉及一种金属塑性挤压成形设备，尤其是涉及一种金属塑性挤压成形设备的主机。

背景技术

金属挤压技术是一种少、无切削压力加工技术，是锻造加工技术的重要分支，也是先进制造技术的重要组成部分。与传统制造技术相比，具有节约材料、能源，减少加工工序和设备，提高生产效率和产品质量，降低生产成本等优点。但是，这项技术由于受到目前设备（主要是摩擦压力机、机械压机、平锻机等，由于它们供给能量不大，不能加工形变大的零件）和模具材料要求高的限制，因而不能被广泛应用。

目前，国内外精密锻造技术和挤压成型装备都存在多个应用技术瓶颈，使该技术不能得到充分的发展。

第一，能量供给不够大，不能满足复杂零部件形变所需能量的需求，虽然单台设备的作用力（吨位）足够，但所供给的能量不够，需要多台设备的多次挤压才能满足零部件的几何形变，这样，势必造成设备投资大，资源浪费，进而影响这项技术的广泛推广和应用，所以，一般工矿企业不敢进入。

第二，模具没有通用性，互换性，造成一个产品规格需要一副模具，使设备只适应批生产，适用面窄小。

第三，挤压加工生产线长，需要多台设备和5～20名生产工人，生产场地大，工作环境恶劣，生产成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能满足复杂零部件形变所需能量需求，设备投资小，节省资源，适应范围广，能改善工作环境，生产成本低的金属塑性挤压成形主机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种金属塑性挤压成形主机，包括主机框架，所述主机框架由上缸梁、下缸梁、立柱构成，所述立柱上设有上动梁、中间动梁、下动梁，所述上缸梁中设有主油缸，所述主油缸中设有主活塞杆，所述主活塞杆上设有功能柱塞油缸及油口，所述功能柱塞油缸中设有功能柱塞和功能传力杆，所述主油缸上设有增压柱塞油缸，所述增压柱塞油缸与主油缸相连贯通，所述增压柱塞油缸中设有增压柱塞，所述增压柱塞的一头大，另一头小，大头安装在增压柱塞油缸内，并与增压柱塞油缸相吻合，小头安装在主油缸内，并与主油缸相吻合，所述主油缸上设有油口，所述油口与主油缸的无杆腔连通，所述增压柱塞油缸上设有增压油口和进排气口，所述增压油口与增压柱塞油缸的无杆腔连通，所述进排气口与增压柱塞油缸的有杆腔连通；所述上动梁上设有上模座，所述上模座与主活塞杆相连，所述上模座中设有上冲头柱座和上冲头，所述上冲头与功能传力杆相连，构成与主油缸相连的上动梁组合部分；所述中间动梁上设有上应力圈阴模，所述上应力圈阴模中设有上模芯，所述中间动梁通过限位杆、限位弹簧及限位螺母与上动梁相连，构成能相对上动梁组合部分运动的中间动梁组合部分；所述下动梁上设有下应力圈阴模，所述下应力圈阴模中设有下模芯，所述下动梁通过限位杆、限位弹簧及限位螺母与下缸梁上的限位弹簧座相连，构成能相对下缸梁做向下运动的下动梁组合部分；所述上应力圈阴模和下应力圈阴模外设有机械锁，所述下缸梁中设有下模筒和出料机构，所述出料机构上设有下冲头。

进一步，所述机械锁包括锁扣和锁扣油缸，所述锁扣油缸上设有缸头和活塞杆，所述活塞杆穿过缸头通过锁扣卡键及锁扣卡键帽与锁扣相连，所述锁扣与由上应力圈阴模和下应力圏阴模合模后组合的封闭模具相扣合。

进一步，所述出料机构包括脱模油缸、出料扣筒、顶杆、下冲头垫板、下冲头座、打料板、下冲头柱座、出料导向筒、柱座导向板、导向扣筒，所述出料扣筒安装在下缸梁上，所述顶杆安装在下缸梁中，所述脱模油缸的缸头与出料扣筒相连，所述脱模油缸的活塞杆通过顶杆垫与顶杆的下端相连，所述顶杆的上端穿过下缸梁、下冲头垫板、下冲头座与打料板相连，所述下冲头柱座套在柱座导向板内，所述下冲头安装在下冲头柱座上，所述下冲头垫板、下冲头座、打料板、出料导向筒、下冲头柱座、柱座导向板依次安装在下缸梁的下模筒中，所述导向扣筒安装在下缸梁的下模筒中并压在柱座导向板上面，与下缸梁紧固。

进一步，所述上应力圈阴模、上模芯、下应力圈阴模、下模芯上分别设有排气槽和溢流孔。

进一步，所述上模座通过卡键及卡键帽与主活塞杆相连。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）具有足够大的能量供给，能满足复杂零部件形变所需能量；势压站能够每秒输出上千万牛米的功能，建立起动力头以每秒0.3～0.5米速度和足够大的动力运动，迫使坯料产生高速的几何形变，充满型腔，获得零件所需要的几何形状、尺寸及具有一定机械性能的产品零件。

（2）具有完全刚性的封闭模腔，机械锁力可达几百吨；在模腔内设有排气槽和溢流孔，利于坯料充满型腔，从而获得轮廓分明的产品零件，此外，可有效解决冷却和润滑难题，避免高温坯料在模中时间长，模具温升过高，而又无法将模具温度降下来，导致模具过早失效，挤压件失真，模具制造使用的材料要求高，可降低模具生产成本。

（3）单动力头却具有上、下双向挤压功能；上应力圈阴模置于中间动梁上，下应力圈阴模置于下动梁上，且通过机械锁锁紧，形成一副由中间动梁和下动梁组成整体的活动横梁，然后通过置于下缸梁与下动梁之间的弹簧，把活动横梁悬浮在空中，即将封闭模具悬浮于空中；在上动梁和中间动梁之间也设置弹簧，这种装置使上动梁上的冲头与封闭模具之间也有浮动空间，这样就将装置于下缸梁之上的下冲头和装置于上动梁之上的上冲头，构成双向挤压结构。

（4）结构简单，节省材料，设备重量轻；区别于其它油压设备的显著特点是上横梁与主油缸是连续性材料制成上缸梁，能大大提高结构的强度和刚性，减小梁的长度和宽度，从而减小梁的挠度，提高梁的刚度；下横梁与下模筒是连续性的材料构成下缸梁，也能大大提高结构的强度和刚性，减小梁的长度和宽度，从而减小梁的挠度，提高梁的刚度，从而减轻主机的总重量，比相同公称压力的普通油压机的总重减轻60%以上；。

（5）三个挤压过程能充分改善坯料流动方式，降低流动载荷，从而减小挤压装备的负荷，可节省投资和能源，挤压工序少，挤压设备少。

（6）具有通用性，对于盘类、杯类和轴类的回旋体产品零件，只需要更换模芯和上、下冲头，而不需要更换模具、自动机械手、自动冷却润滑系统及出料系统，从而扩大挤压成型对象的应用面，使小批量、多品种的锻件也可采用挤压方式进行生产。

（7）能够挤压形面复杂的零件，如盘形正齿轮、双凸通孔正齿轮、齿轮轴、阶梯轴、通孔圆环、各种法兰、大规格紧固件和各种回旋体等，挤压长度尺寸30～700mm，能有效解决以往挤压机挤压长度不超过100mm的缺陷。

（8）挤压加工的零件质量：a.零件形状一致性和工艺性好；b.长度尺寸精度：                                                ；c.表面粗糙度:1.6～25μm；d.物理属性：比锻造高10%以上。

（9）下冲头与出料机构一体化，当下冲头不挤孔时即是挤压头又是出料杆，下冲头挤孔时，出料机构保护下冲头不被折断，并且下冲头和出料机构都置入下模筒内，可减小主机的空间尺寸。

（10）可实现全自动控制和连续自动化生产，单个挤压工作行程依次有三个从小到大工作压力，单边油缸具有双向挤压作用，封闭模腔不需要合模作用力，活动的上、下冲头自动找正工作中心，根据载荷供给足够大的能量，满足复杂零部件形变所需能量需求，设备投资小，节省资源，改善工作环境，适应范围广，在性能上有着质的飞跃，能有效解决高速热挤压成型技术推广应用的技术瓶颈。

附图说明

图1 为本发明实施例的结构示意图；

图2 为图1所示实施例的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

参照附图，本实施例包括主机框架，所述主机框架由上缸梁6、下缸梁30、立柱5通过螺母构成，所述立柱5上设有上动梁13、中间动梁16、下动梁20，所述上缸梁6中设有主油缸3，所述主油缸3中设有主活塞杆4，所述主活塞杆4上设有功能柱塞油缸及油口，所述功能柱塞油缸中设有功能柱塞7和功能传力杆8，所述主油缸3上设有增压柱塞油缸1，所述增压柱塞油缸1与主油缸3相连贯通，所述增压柱塞油缸1中设有增压柱塞2，所述增压柱塞2的一头大，另一头小，大头安装在增压柱塞油缸1内，并与增压柱塞油缸1相吻合，小头安装在主油缸3内，并与主油缸3相吻合，将增压柱塞油缸1和主油缸3串联起来，能把增压柱塞油缸1注入压力液压油产生的作用力传递给被封死在主油缸3上腔的液压油上，主油缸3中的主活塞杆4传递的作用力成倍增加，也就是主油缸3传递增压柱塞油缸1的作用力，所述主油缸3上设有油口，所述油口与主油缸3的无杆腔连通，所述增压柱塞油缸1上设有增压油口和进排气口，所述增压油口与增压柱塞油缸1的无杆腔连通，所述进排气口与增压柱塞油缸1的有杆腔连通；所述上动梁13上设有上模座12，所述上模座12通过卡键9及卡键帽10与主活塞杆4相连，所述上模座12中设有上冲头柱座14和上冲头11，所述上冲头11与功能传力杆8相连，构成与主油缸3相连的上动梁组合部分；所述中间动梁16上设有上应力圈阴模15，所述上应力圈阴模15中设有上模芯17，所述中间动梁16通过限位杆、限位弹簧及限位螺母与上动梁13相连，构成能相对上动梁组合部分运动的中间动梁组合部分；所述下动梁20上设有下应力圈阴模21，所述下应力圈阴模21中设有下模芯19，所述下动梁20通过限位杆、限位弹簧及限位螺母与下缸梁30上的限位弹簧座相连，构成能相对下缸梁30做向下运动的下动梁组合部分；所述上应力圈阴模15和下应力圈阴模21外设有机械锁；所述下缸梁30中设有下模筒和出料机构，所述出料机构上设有下冲头24。

所述机械锁包括锁扣38和锁扣油缸39，所述锁扣油缸39上设有缸头40和活塞杆41，所述活塞杆41穿过缸头40通过锁扣卡键42及锁扣卡键帽43与锁扣38相连；所述锁扣38与由上应力圈阴模15和下应力圏阴模21合模后组合的封闭模具相扣合，即上锁。

所述出料机构包括脱模油缸37、出料扣筒33、顶杆32、下冲头垫板31、下冲头座29、打料板28、下冲头柱座27、出料导向筒26、柱座导向板25、导向扣筒23，所述出料扣筒33安装在下缸梁30上，所述顶杆32安装在下缸梁30中，所述脱模油缸37的缸头35与出料扣筒33相连，所述脱模油缸37的活塞杆36通过顶杆垫34与顶杆32的下端相连，所述顶杆32的上端穿过下缸梁30、下冲头垫板31、下冲头座29与打料板28相连，所述下冲头柱座27套在柱座导向板25内，所述下冲头24安装在下冲头柱座27上，所述下冲头垫板31、下冲头座29、打料板28、出料导向筒26、下冲头柱座27、柱座导向板25依次安装在下缸梁30的下模筒中，所述导向扣筒23安装在下缸梁30的下模筒中并压在柱座导向板25上面，与下缸梁30紧固。

所述上应力圈阴模15、上模芯17、下应力圈阴模21、下模芯19上分别设有排气槽和溢流孔（图中未示出）。

工作过程：机械手自动送料，把坯料送入模具中心，主油缸上腔注入低压力液压油，把坯料压入模具，主油缸停止注油，机械手回位，主油缸再次注油，上应力圈阴模、下应力圈阴模合拢，主油缸停止注油，然后向锁扣油缸注入高压力液压油，给上应力圈阴模、下应力圈阴模上锁，形成封闭模腔，然后主油缸注入高压力液压油，上、下冲头对坯料挤压；当坯料上端的抗变力小于下端的抗变力时，上冲头向下的作用力迫使坯料发生几何形变，同时抗变力增强；当上、下抗变力相等时，上冲头相对于下冲头以2v速度向下运动，封闭模腔相对于下冲头以2v速度向下运动，上冲头向下的作用力和下冲头向上的作用力迫使坯料两头向中部发生几何形变；当坯料上端的抗变力大于下端的抗变力时，上冲头和封闭模具同时向下运动，下冲头向上的作用力迫使坯料发生几何形变，封闭模腔被充满，在此过程中有三个层次的挤压力过程：第一个挤压过程是上冲头和下冲头把容料腔的材料挤进由上模芯和下模芯所构成的封闭的模腔，当坯料上端的抗变力大于上冲头上部柱塞油缸的静压力时，柱塞油缸卸荷，上冲头随坯料的形变而回程，同时主油缸的作用力连续对坯料做功，迫使坯料继续形变，这是第二个挤压过程，在此过程中，上冲头的回程空间起到分流材料的作用，改善材料的流动状态，从而降低成型载荷，改善坯料的充填性；当坯料总抗变力大于主油缸的作用力时，封住主油缸上腔油口，把主油缸无杆腔中的油封闭在腔体中，此时的整个腔体的油可看作是不可压缩的刚体，打开增压柱塞油缸的进油口进油，增压柱塞工作，增压柱塞下端面的作用力通过刚性油体传递到主活塞杆上，再传递到挤压端面，迫使坯料继续发生性变，并充满型腔，从而获得轮廓分明的产品零件，然后停止向增压柱塞油缸注油，并卸掉增压柱塞油缸和主油缸荷载，向主油缸下腔注油，使上阴模回程，然后向脱模油缸注油，把积压产品退出下模芯，然后自动机械手把挤压产品夹出模外，并送入产品箱。

Claims (5)

1. 一种金属塑性挤压成形主机，其特征在于：包括主机框架，所述主机框架由上缸梁、下缸梁、立柱构成，所述立柱上设有上动梁、中间动梁、下动梁，所述上缸梁中设有主油缸，所述主油缸中设有主活塞杆，所述主活塞杆上设有功能柱塞油缸及油口，所述功能柱塞油缸中设有功能柱塞和功能传力杆，所述主油缸上设有增压柱塞油缸，所述增压柱塞油缸与主油缸相连贯通，所述增压柱塞油缸中设有增压柱塞，所述增压柱塞的一头大，另一头小，大头安装在增压柱塞油缸内，并与增压柱塞油缸相吻合，小头安装在主油缸内，并与主油缸相吻合，所述主油缸上设有油口，所述油口与主油缸的无杆腔连通，所述增压柱塞油缸上设有增压油口和进排气口，所述增压油口与增压柱塞油缸的无杆腔连通，所述进排气口与增压柱塞油缸的有杆腔连通；所述上动梁上设有上模座，所述上模座与主活塞杆相连，所述上模座中设有上冲头柱座和上冲头，所述上冲头与功能传力杆相连，构成与主油缸相连的上动梁组合部分；所述中间动梁上设有上应力圈阴模，所述上应力圈阴模中设有上模芯，所述中间动梁通过限位杆、限位弹簧及限位螺母与上动梁相连，构成能相对上动梁组合部分运动的中间动梁组合部分；所述下动梁上设有下应力圈阴模，所述下应力圈阴模中设有下模芯，所述下动梁通过限位杆、限位弹簧及限位螺母与下缸梁上的限位弹簧座相连，构成能相对下缸梁做向下运动的下动梁组合部分；所述上应力圈阴模和下应力圈阴模外设有机械锁，所述下缸梁中设有下模筒和出料机构，所述出料机构上设有下冲头。

2.根据权利要求1所述的金属塑性挤压成形主机，其特征在于：所述机械锁包括锁扣和锁扣油缸，所述锁扣油缸上设有缸头和活塞杆，所述活塞杆穿过缸头通过锁扣卡键及锁扣卡键帽与锁扣相连，所述锁扣与由上应力圈阴模和下应力圏阴模合模后组合的封闭模具相扣合。

3.根据权利要求2所述的金属塑性挤压成形主机，其特征在于：所述出料机构包括脱模油缸、出料扣筒、顶杆、下冲头垫板、下冲头座、打料板、下冲头柱座、出料导向筒、柱座导向板、导向扣筒，所述出料扣筒安装在下缸梁上，所述顶杆安装在下缸梁中，所述脱模油缸的缸头与出料扣筒相连，所述脱模油缸的活塞杆通过顶杆垫与顶杆的下端相连，所述顶杆的上端穿过下缸梁、下冲头垫板、下冲头座与打料板相连，所述下冲头柱座套在柱座导向板内，所述下冲头安装在下冲头柱座上，所述下冲头垫板、下冲头座、打料板、出料导向筒、下冲头柱座、柱座导向板依次安装在下缸梁的下模筒中，所述导向扣筒安装在下缸梁的下模筒中并压在柱座导向板上面，与下缸梁紧固。

4.根据权利要求1或2或3所述的金属塑性挤压成形主机，其特征在于：所述上应力圈阴模、上模芯、下应力圈阴模、下模芯上分别设有排气槽和溢流孔。

5.根据权利要求4所述的金属塑性挤压成形主机，其特征在于：所述上模座通过卡键及卡键帽与主活塞杆相连。