CN104084441B - 一种微反挤压成形模具及挤压成形载荷试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微成形技术领域，尤其涉及一种微反挤压成形模具。该模具包括：两个半模装置，每个半模装置包含模架和可拆卸地固定在模架上的夹持器，其中夹持器形成有夹持器保持腔，用于夹持凹模或凸模的适配夹具可拆卸地固定在夹持器保持腔中。本发明所提供的微反挤压成形模具通过采用两个夹具对凹凸模进行夹持，在更换凹凸模时只需对适配夹具进行更换，而保持器可继续使用，从而降低了实验时模具的制造成本，同时也便于凹凸模的更换，且结构简单。本发明还公开了一种包含上述类型的微反挤压成形模具的挤压成形载荷试验装置。
Description
技术领域
本发明属于微成形技术领域，尤其涉及一种实验室用微反挤压成形模具及包含上述类型的微反挤压成形模具的挤压成形载荷试验装置。
背景技术
微成形技术是近十几年来在全球范围内兴起的一种先进微细制造技术，微型化已经是制造业的趋势之一。微挤压成形是指以挤压的加工方法成形在两个或两个以上维度尺寸在1毫米以下的零件，由于成形零件趋于微型化，因此对微成形的模具提出了高精密、高硬度、低摩擦的要求。此外，作为实验室用的微反挤压成形模具，还需要方便不同直径凹凸模更换，并能收集挤压成形过程中的载荷位移曲线，以便可以对微挤压成形过程进行相关的研究。然而，现有的实验室模具都不能满足上述要求。进一步，由于成型零件微小，挤压成形时不仅润滑十分困难，且容易产生微尺寸效应。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种结构简单、制造成本低、精度高且便于更换凹凸模的微反挤压成形模具。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种微反挤压成形模具，包括：两个半模装置，每个半模装置包含模架和可拆卸地固定在模架上的夹持器，其中夹持器形成有夹持器保持腔，用于夹持凹模或凸模的适配夹具可拆卸地固定在夹持器保持腔中。
在根据本发明的一个优选实施例中，两个半模装置分别为反挤压凸模装置和反挤压凹模装置，其中反挤压凸模装置为上模，反挤压凹模装置为下模。
在根据本发明的一个优选实施例中，夹持器保持腔为阶梯孔，适配夹具包括圆柱形本体和位于圆柱形本体上与阶梯孔限位配合的轴肩，其中圆柱形本体形成有适配夹具保持腔，凹模或凸模可拆卸地固定在适配夹具保持腔中。
在根据本发明的一个优选实施例中，夹持器保持腔为截头圆锥孔，适配夹具包括与截头圆锥孔过盈配合的截头圆锥体，其中截头圆锥体形成有适配夹具保持腔，凹模或凸模可拆卸地固定在适配夹具保持腔中。
在根据本发明的一个优选实施例中，在半模装置的模架上均设置有空心导柱，半模装置的夹持器位于空心导柱的内部，在两个半模模具之一的模架上还设置有与两个半模装置的空心导柱滑动配合的导套。
在根据本发明的一个优选实施例中，模架与设置在模架上的空心导柱是一体的。
在根据本发明的一个优选实施例中，在导套上开设有用于观察凹模和凸模配合状况的窗口。
在根据本发明的一个优选实施例中，至少凸模的挤压表面和至少凹模的挤压表面分别设有固体自润滑涂层。
在根据本发明的一个优选实施例中，凹模由两个相互配合的半模组成，在凹模的上端设置有向凹模的模腔凸出用于将加工好的零件脱离凸模的突出部。
本发明还提供了一种挤压成形载荷试验装置，包括万能材料试验机和根据上述技术方案所述的模具，该模具的两个半模装置分别安装在万能材料试验机的压块上，以通过万能材料试验机的数据采集系统采集挤压成形过程中的载荷位移曲线。
(三)有益效果
上述技术方案提供的微反挤压成形模具通过采用两个夹具(即：保持器和适配夹具)对凹凸模进行夹持，在更换凹凸模时只需对适配夹具进行更换，而保持器可继续使用，从而降低了模具的制造成本，同时也便于凹凸模的更换，且结构简单。此外，该装置通过采用滑动配合的导套和模架上的导向筒实现了精密导向，并通过设置固体自润滑层，使得该模具无须使用液体润滑剂或固体润滑剂即可挤压成形微型零件，此外，该模具可安装在万能材料试验机上采集载荷数据，以便对微挤压成形中的润滑、摩擦、尺寸效应等科学问题进行实验研究。
附图说明
图1是根据本发明的微反挤压成形模具的剖视图；
图2是图1中的微反挤压成形模具的立体图。
图3是图1中的微反挤压成形模具的夹具的结构示意图。
图4是图1中的微反挤压成形模具的固体自润滑涂层的示意图。
图5是利用图1中的微反挤压成形模具加工的杯形零件的立体图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1所示为根据本发明的一种微反挤压成形模具的一个优选实施例。如图1所示，该模具包括两个半模装置，每个半模装置包含模架和可拆卸地固定在模架上的通用的夹持器，其中夹持器形成有保持腔，用于夹持凹模或凸模的适配夹具可拆卸地固定在夹持器的保持腔中。在更换凹模或凸模时只需根据不同的凹模或凸模选取适合的适配夹具，而夹持器可继续使用，从而降低了模具的制造成本，同时也便于凹凸模的更换，且结构简单、加工精度高。
具体地，两个半模装置分别为反挤压凸模装置和反挤压凹模装置。其中反挤压凸模装置为上模，并包括上模架1、上基座3、凸模夹持器5和凸模适配夹具4，以及由凸模适配夹具4夹持的凸模6。其中，上模架1和凸模夹持器5以及上基座3通过四个螺栓2连接，如图3所示，凸模夹持器5中的保持腔为阶梯孔，凸模适配夹具4包括圆柱形本体和位于圆柱形本体上与阶梯孔限位配合的轴肩，在凸模适配夹具4的圆柱形本体形成适配夹具保持腔，凸模6可拆卸地固定在适配夹具保持腔中。为了达到可迅速更换不同直径大小的凸模6的目的，凸模适配夹具4的保持腔可设计成不同的规格尺寸，以便与不同的凸模6配合。
需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，凸模夹持器5和凸模适配夹具4的配合也可采用其它的结构，例如夹持器保持腔为倒置的截头圆锥孔，凸模适配夹具4包括与截头圆锥孔过盈配合的截头圆锥体，其中截头圆锥体形成有适配夹具保持腔，凸模6可拆卸地固定在适配夹具保持腔中。
类似地，反挤压凹模装置为下模，并包括下模架12、下基座10、凹模夹持器9和凹模适配夹具8，以及由凹模适配夹具8夹持的凹模7。其中，下模架12和凹模夹持器9以及下基座10通过四个螺栓连接，凹模夹持器9中的保持腔为阶梯孔，凹模适配夹具8包括圆柱形本体和位于圆柱形本体上与阶梯孔限位配合的轴肩，在凹模适配夹具8的圆柱形本体形成适配夹具保持腔，凹模7可拆卸地固定在适配夹具保持腔中。为了达到可迅速更换不同直径大小的凹模7的目的，凹模适配夹具8的保持腔也可设计成不同的规格尺寸，以便与不同的凹模7配合。
需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，凹模夹持器9和凹模适配夹具8的配合面也可设计成其它的结构，例如夹持器保持腔为截头圆锥孔，凹模适配夹具8包括与截头圆锥孔过盈配合的截头圆锥体，其中截头圆锥体形成有适配夹具保持腔，凹模7可拆卸地固定在适配夹具保持腔中。
在该实施例中，凹模7由两个相互配合的半模组成。在凹模7的上端设置有向模腔凸出用于将挤压完成的零件脱离凸模6的突出部，具体地，突出部应保证待加工零件的坯料能够放置在凹模7内，并且当挤压完成之后，凹模7上的突出部将挤压完成的零件阻挡在凹模7内。在这种情况下，可通过拧下下模架12的螺栓将模具拆开，并将由两半合成的凹模7分开来取出加工好的零件。
为了保证高精度，在上模架1上设置有从其下表面向下伸出的空心导柱，在下模架12上设置有从其上表面向上伸出的空心导柱，上模架1的空心导柱和下模架12的空心导柱的外径相同。在该实施例中，空心导柱分别与各自的上模架1和下模架12是一体的，当然，也可以不是一体的，例如采用螺栓等连接件固定在一起。反挤压凸模和反挤压凹模的夹具和基座分别位于各自的模架的空心导柱内部，在反挤压凹模的下模架12上设置有与上模架1的空心导柱和下模架12的空心导柱滑动配合的导套11，通过导套11对模架的空心导柱进行精密导向以减小加工及配合误差对精度的影响，并且使得结构更加简单。进一步地，在导套11上开设有用于观察凹模7和凸模6配合状况的窗口(如图2所示)。
进一步地，至少凸模6的挤压表面和至少凹模7的挤压表面分别设有固体自润滑涂层。固体自润滑涂层的摩擦系数极低，并能够起到自润滑效果，以使得该模具无需使用液体润滑剂或固体润滑剂即可挤压成形微型零件。在这里，凸模6的挤压表面为凸模6在挤压过程中与挤压零件接触的表面；和凹模7的挤压表面为凹模7在挤压过程中与挤压零件接触的表面。如图4所示，该固体自润滑涂层为三层结构，其中底层15为Cr，优选其厚度为0.1～0.2μm，中间层14为Cr-Mo/Cr，优选其厚度为0.2～0.3μm，表层13为Mo层，优选其厚度为0.4～0.5μm。固体自润滑涂层优选采用磁控溅射法形成。
本发明还公开了一种挤压成形载荷试验装置，包括万能材料试验机和上述类型的模具，该模具的两个半模装置分别安装在万能材料试验机的压块上，以通过万能材料试验机的数据采集系统采集挤压成形过程中的载荷位移曲线。
下面用一个微型杯形零件16(如图4所示)的挤压过程来说明本模具的具体使用。该杯形零件的外径为2mm，内径为1mm，壁厚为0.5mm，高3mm。首先根据挤压该杯形零件16的凹模7和凸模6的规格来选用凹模7和凸模6的适配夹具，并将凹模7和凸模6分别装配在适配夹具保持腔中，然后将装配有凹模7或凸模6的适配夹具装配在夹持器中，然后将直径为2mm，长为2.38mm的圆柱体形坯料放置在凹模7中，接着通过螺栓按照图1所示将模架、夹持器和基座固定在一起，然后将上模架1和下模架12分别安装在万能材料试验机的压块上。万能材料试验机作用于上模架1，从而带动凸模6向下运动1.88mm，将坯料进行挤压，以形成杯形零件16；然后万能材料试验机带动上模架1上升，杯形零件16由于受到凹模7上端的突出部的阻碍作用而与凸模6分离，以实现脱模；然后拧下下模架12的螺栓将模具拆开，并将由两半合成的凹模7分开，取出杯形零件16，挤压完成。当需要挤压另一零件时，松开螺栓将反挤压凹模和反挤压凸模的夹持器拆下来，并根据待挤压零件的凹凸模规格选取合适的适配夹具安装即可。由于在更换凹凸模时只需对适配夹具进行更换，而夹持器可继续使用，从而降低了模具的制造成本，同时也便于凹凸模的更换。在挤压的过程中，通过万能材料试验机的数据采集系统采集挤压成形过程中的载荷位移曲线，以便对微挤压成形中的润滑、摩擦、尺寸效应等科学问题进行实验研究。
以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种微反挤压成形模具，包括：两个半模装置，每个半模装置包含模架和可拆卸地固定在模架上的夹持器，其中夹持器形成有夹持器保持腔，用于夹持凹模或凸模的适配夹具可拆卸地固定在夹持器保持腔中；在半模装置的模架上均设置有空心导柱，半模装置的夹持器位于空心导柱的内部，在两个半模装置之一的模架上还设置有与两个半模装置的空心导柱滑动配合的导套。
2.根据权利要求1所述的模具，两个半模装置分别为反挤压凸模装置和反挤压凹模装置，其中反挤压凸模装置为上模，反挤压凹模装置为下模。
3.根据权利要求1所述的模具，夹持器保持腔为阶梯孔，适配夹具包括圆柱形本体和位于圆柱形本体上与阶梯孔限位配合的轴肩，其中圆柱形本体形成有适配夹具保持腔，凹模或凸模可拆卸地固定在适配夹具保持腔中。
4.根据权利要求1所述的模具，夹持器保持腔为截头圆锥孔，适配夹具包括与截头圆锥孔过盈配合的截头圆锥体，其中截头圆锥体形成有适配夹具保持腔，凹模或凸模可拆卸地固定在适配夹具保持腔中。
5.根据权利要求1所述的模具，模架与设置在模架上的空心导柱是一体的。
6.根据权利要求1所述的模具，在导套上开设有用于观察凹模和凸模配合状况的窗口。
7.根据权利要求1所述的模具，至少凸模的挤压表面和至少凹模的挤压表面分别镀有固体自润滑涂层。
8.根据权利要求1所述的模具，凹模由两个相互配合的半模组成，在凹模的上端设置有向凹模的模腔凸出用于将加工好的零件脱离凸模的突出部。
9.一种挤压成形载荷试验装置，包括万能材料试验机和根据权利要求1-8中任一项所述的模具，该模具的两个半模装置分别固定安装在万能材料试验机的压块上，以通过万能材料试验机的数据采集系统采集挤压成形过程中的载荷位移曲线。
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