CN104874627A - 一种冷挤压用二维高频颤振方法及其模具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷挤压用二维高频颤振方法及其模具,包括成型机构、卸料机构、连接机构、X轴颤振发生机构、Y轴颤振发生机构和;本发明采用的颤振发生器结构简单,运用高频阀控制,具有激振频率大、响应快、输出力大的特点;提供了三种不同的颤振发生机构控制方式,能够提供三种不同的颤振形式,且控制方式简单;通过对凹模施加二维高频颤振,能够改善挤压件的摩擦状态,促进金属流动,从而降低成形载荷,提高成品质量。

Description

一种冷挤压用二维高频颤振方法及其模具
技术领域
[0001] 本发明涉及振动挤压模具,尤其涉及一种冷挤压用二维高频颤振方法及其模具。
背景技术
[0002] 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,达到少无切肩或无切削而使金属成形,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。
[0003] 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宄,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。
[0004]目前,振动激励的主要形式有:功率超声、机械式、电磁式、液压式等,其中功率超声应用最广泛。然而功率超声具有输出功率有限,通常为I〜2kW,因此产生的激振力小,不适合冷挤压加工;机械式激振结构简单,输出激振力大,但上限频率低,振幅和频率调节困难;电磁式激振装置能产生复杂的振动波形,同时受到固有磁饱和限制,不易获得较大激振力,加之设备结构复杂,振幅有限和需要额外的冷却装置。因此,所述几种装置均不适用于“难成形零件”的振动挤压。
[0005] 基于液压驱动的振动方式能提供足够大的激振力,其中一种冷挤压用二维高频颤振模具的颤振施加方式为在同一平面上分别沿X轴、Y轴分别施加颤振,这种方式的两个方向上的颤振运动易造成干扰,这对冷挤压振动加工的实际研宄和应用造成一定的阻碍和限制。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于克服已有的冷挤压模具不能实现“难成形零件”的冷挤压成形、尺寸精度不能满足要求及现有的二维高频颤振冷挤压模具的颤振施加方式易在两个方向上造成干扰等问题,本发明提供能够提供足够大的激振力、较高的振动频率、两个方向互不干扰的一种新型的冷挤压用二维高频颤振方法及其模具。
[0007] 本发明通过以下技术方案来实现所述目的:一种冷挤压用二维高频颤振模具,包括成型机构、X轴颤振发生机构和Y轴颤振发生机构;
[0008] 所述成型机构包括上模板、凸模法兰连接块、凸模固定块、凸模、凹模、下凸模、凹模固定块、凹模座、凹模法兰连接块、下模板、顶料片和顶料杆,所述凸模安装在所述凸模固定块内,所述凸模固定块通过螺栓与正上方的凸模法兰连接块和上模板连接;所述凹模安装在所述凸模正下方的凹模固定块内,所述凹模与正下方的所述凹模座接触,所述凹模座与正下方的凹模法兰连接块接触,所述凹模固定块通过螺栓与正下方的凹模法兰连接块和下模板连接;所述顶料片为截面为圆弧形的长条,所述顶料片安装在下凸模和凹模座的通孔内,所述顶料杆安装在凹模法兰连接块和下模板的中心孔内,所述顶料杆的上端与所述顶料片连接;
[0009] 所述X轴颤振发生机构和Y轴颤振发生机构固定在所述下模座上,所述X轴颤振发生机构包括左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器,所述Y轴颤振发生机构包括前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器,所述左X轴颤振发生器、右X轴颤振发生器对称分布在顶料杆左右两侧的下模座上,所述前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器对称分布顶料杆前后两侧的下模座上;所述左X轴颤振发生器、右X轴颤振发生器、前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器的颤振头均与下模板连接;所述左X轴颤振发生器、右X轴颤振发生器、前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器的底部均通过螺栓固定在下模座上。
[0010] 进一步的,每个所述颤振发生器均包括缸筒底座、缸筒、活塞、活塞杆和缸筒顶盖,所述缸筒底座和缸筒顶盖焊接在缸筒的上下两端,所述活塞杆穿过所述缸筒顶端,所述活塞杆与活塞的上端靠轴肩定位,所述活塞杆与活塞的下端通过焊接固定;所述缸筒底座通过螺栓固定在下模座上,所述活塞杆的上端连接下模板。
[0011] 进一步的,所述活塞杆和缸筒顶盖之间依次设有防尘圈、组合密封圈和支撑环。采用该方法实现了动密封,当然也可以采取其他密封方式。
[0012] 进一步的,所述活塞和缸筒之间采用组合密封圈和设置在组合密封圈上下两侧的支撑环进行密封。采用该方法实现了动密封,当然也可以采取其他的密封方式。
[0013] 一种冷挤压用二维高频颤振方法,通过在冷挤压模具的成型机构的下模板和下模座按设置对称分布的X轴颤振发生机构和Y轴颤振发生机构,X轴颤振发生机构包括左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器,Y轴颤振发生机构包括前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器,将左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器连接同一个X轴高频阀进行控制,前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器连接同一个Y轴高频阀进行控制,在冷挤压加工时通过控制X轴高频阀和Y轴高频阀控制四个颤振发生器带动下模板沿模具对称轴方向做微幅运动,实现冷挤压模具的颤振加工。
[0014] 进一步的,所述左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器连接同一个X轴高频阀但控制油路相反。
[0015] 进一步的,所述左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器连接同一个X轴高频阀但控制油路相同。
[0016] 进一步的,所述前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器连接同一个Y轴高频阀但控制油路相同。
[0017] 进一步的,所述前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器连接同一个Y轴高频阀但控制油路相反。
[0018] 本发明提出的一种冷挤压用二维高频颤振模具的控制方法为左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器采用同一高频阀控制,但控制油路相反;施加颤振信号后,左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器带动所述下模板沿模具对称轴做微幅摆动。同时,对Y轴颤振发生机构采用同样的控制方式,则下模将沿模具对称轴作微幅摆动,由于两个方向的微幅高频摆动方向正交,且下模部分固定在下模板上,从而带动凹模二维高频颤振。
[0019] 本发明提出的一种冷挤压用二维高频颤振模具的另外一种控制方法为左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器采用同一高频阀控制,但控制油路相反;施加颤振信号后,左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器带动所述下模板沿模具对称轴做微幅摆动;同时,Y轴颤振发生机构的两个颤振发生器采用同一高频阀控制,且控制油路相同,施加颤振信号后,颤振发生器带动所述下模板沿轴向作微幅高频颤振。两个运动叠加即可实现凹模的二维高频颤振。
[0020] 本发明提出的一种冷挤压用二维高频颤振模具的第三控制方法为四个颤振发生器均采用相同方向的控制油路,则将带动下模板做轴向高频颤振,凹模也随之进行轴向高频颤振,本发明此时可作为一维高频颤振模具使用。
[0021] 本发明的技术构思为:以右X轴颤振发生器为例,油液从缸筒侧面两油口进入并充满缸筒油腔,由于活塞与缸筒,以及活塞与活塞杆之间的密封,缸筒油腔被活塞隔离成上下两部分,并分别通过上下油口与液压控制阀连通;通过对液压控制阀输入指定参数的振动信号,可调控缸筒上下油腔内的油液压力,活塞与活塞杆在上下油腔压力差的作用下,在缸筒内进行微幅的往复运动,带动下模板微幅振动,一种控制方法为四个颤振发生器的控制油路方向相同,则下模板作轴向微幅颤振;另一种控制思路为同一直线上的两个颤振发生器的控制油路方向相反,则下模板在X轴、Y轴上均沿模具轴线作微幅摆动,第三种控制思路为X轴的两个颤振发生器的控制油路方向相反,Y轴的两个颤振发生器的控制油路方向相同,则下模板在X轴上沿对称轴做微幅摆动并沿轴向高频颤振。由于下模部分固定在下模板上,凹模也随下模板运动。
[0022] 本发明的有益效果在于:本发明采用的颤振发生器结构简单,运用高频阀控制,具有激振频率大、响应快、输出力大的特点;提供了三种不同的颤振发生机构控制方式,能够提供三种不同的颤振形式,且控制方式简单;通过对凹模施加二维高频颤振,能够改善挤压件的摩擦状态,促进金属流动,从而降低成形载荷,提高成品质量。
附图说明
[0023] 图1是本发明一种冷挤压用二维高频颤振模具的结构示意图;
[0024] 图2是本发明的颤振发生器结构图;
[0025] 图3是颤振发生器的结构示意俯视图;
[0026] 图4是本发明的颤振发生器位置布置示意图;
[0027] 其中:1_上模板;2_凸模法兰连接块;3_凸模固定块;4-凸模;5-凹模;6_凹模固定块;7_凹模座;8_下模板;9_下模座;10_顶料杆;11_颤振发生器;12_凹模法兰连接块;13-顶料片;14-下凸模;15_毛坯;16-活塞杆;17-缸筒顶盖;18_缸筒;19_活塞;20_缸筒底座。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0029] 参照附图1〜4:
[0030] 本发明所述一种冷挤压用二维高频颤振模具,包括成型机构、X轴颤振发生机构、Y轴颤振发生机构。所述成型机构包括上模板1、凸模法兰连接块2、凸模固定块3、凸模4、凹模5、下凸模14、凹模固定块6、凹模座7、凹模法兰连接块12、下模板8、顶料片13、顶料杆10,所述凸模4安装在所述凸模固定块3内,所述凸模固定块3通过螺栓与正上方所述凸模法兰连接块2和上模板I连接,位于凸模4正下方的所述凹模5安装在凹模固定块6内,所述凹模5与正下方的所述凹模座7接触,所述凹模座7与正下方的所述凹模法兰连接块12接触,所述凹模固定块6、凹模法兰连接块12与所述下模板8通过螺栓连接。所述顶料片13为截面圆弧形的长条,安装在所述下凸模14和所述凹模座7的空孔内,所述顶料杆10安装在所述凹模法兰连接块12、下模板9中心孔内,所述顶料杆10的上端与所述顶料片13接触。
[0031] 所述X轴颤振发生机构和Y轴颤振发生机构固定在所述下模座9上,所述X轴颤振发生机构包括左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器,所述Y轴颤振发生机构包括前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器,所述左X轴颤振发生器、右X轴颤振发生器对称分布在顶料杆10左右两侧的下模座9上,所述前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器对称分布顶料杆10前后两侧的下模座9上;所述左X轴颤振发生器、右X轴颤振发生器、前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器的颤振头均与下模板8连接;所述左X轴颤振发生器、右X轴颤振发生器、前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器的底部均通过螺栓固定在下模座9上。
[0032] 每个颤振发生器包括缸筒底座20、缸筒18、活塞19、活塞杆16、缸筒顶盖17,所述缸筒19与所述缸筒底座20与所述缸筒顶盖17通过焊接方式连接,所述活塞杆16与所述活塞18上端靠轴肩定位,下端通过焊接连接在一起。所述缸筒底座20通过螺栓连接在下模座9上,所述缸筒顶盖17与下模板8连接,所述两个颤振发生器位于同一直线上,对称布置。
[0033] 所述Y轴颤振发生机构与所述X轴颤振发生器具有相同的结构,如图4为本发明的四个具有相同结构的颤振发生器的位置布置示意图。
[0034] 同一直线上的两个颤振发生器的控制方式有两种,第一种是两个颤振发生器采用同一高频阀控制以保证同步运动,但控制油路方向相反。在输入颤振信号后,一个颤振发生器向下运动,一个颤振发生器向上运动,由于两个颤振发生器固定在下模板对称轴的两侧,带动下模板沿模具轴线作微幅高频摆动。
[0035] 第二种是两个颤振发生器采用同一高频阀控制以保证同步运动,同时控制油路方向相同。在输入颤振信号后,两个颤振发生器同时向下运动或向上运动,由于两个颤振发生器固定在下模板对称轴的两侧,带动下模板作轴向高频颤振。
[0036] 本发明的一种控制思路为X轴、Y轴颤振发生机构均采用上述第一种颤振发生器的控制方式,则下模板在两个方向上均沿轴线作微幅摆动,运动方向正交。由于下模部分固定在下模板上,凹模也将随下模板运动,实现二维高频颤振。
[0037] 本发明的另一种控制思路为X轴颤振发生机构采用第一种颤振发生器的控制方式,Y轴颤振发生机构采用第二种颤振发生器的控制方式,则下模板将沿轴线作高频摆动的同时沿轴向高频颤振,由于下模部分固定在下模板上,凹模也将随下模板运动,实现二维高频颤振。
[0038] 作为一种优选方案,若X轴、Y轴颤振发生机构均采用第二种颤振发生器的控制方式,则下模板将沿轴向高频颤振,可作为一维高频颤振冷挤压模具使用。
[0039] 颤振发生器的工作原理为:以右X轴颤振发生器为例,油液从缸筒侧面两油口进入并充满缸筒油腔,由于活塞与缸筒,以及活塞与活塞杆之间的密封,缸筒油腔被活塞隔离成上下两部分,并分别通过上下油口与液压控制阀连通;通过对液压控制阀输入指定参数的振动信号,可调控缸筒上下油腔内的油液压力,活塞与活塞杆在上下油腔压力差的作用下,在缸筒内进行微幅的往复运动,带动下模板微幅振动,一种控制方法为四个颤振发生器的控制油路方向相同,则下模板作轴向微幅颤振;另一种控制思路为同一直线上的两个颤振发生器的控制油路方向相反,则下模板在X轴、Y轴上均沿模具轴线作微幅摆动,第三种控制思路为X轴的两个颤振发生器的控制油路方向相反,Y轴的两个颤振发生器的控制油路方向相同,则下模板在X轴上沿对称轴做微幅摆动并沿轴向高频颤振。由于下模部分固定在下模板上,凹模也随下模板运动。
[0040] 所述实施例只是本发明的较佳实施例,并不是对本发明技术方案的限制,只要是不经过创造性劳动即可在所述实施例的基础上实现的技术方案,均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (9)

1.一种冷挤压用二维高频颤振模具,其特征在于:包括成型机构、X轴颤振发生机构和Y轴颤振发生机构; 所述成型机构包括上模板、凸模法兰连接块、凸模固定块、凸模、凹模、下凸模、凹模固定块、凹模座、凹模法兰连接块、下模板、顶料片和顶料杆,所述凸模安装在所述凸模固定块内,所述凸模固定块通过螺栓与正上方的凸模法兰连接块和上模板连接;所述凹模安装在所述凸模正下方的凹模固定块内,所述凹模与正下方的所述凹模座接触,所述凹模座与正下方的凹模法兰连接块接触,所述凹模固定块通过螺栓与正下方的凹模法兰连接块和下模板连接;所述顶料片为截面为圆弧形的长条,所述顶料片安装在下凸模和凹模座的通孔内,所述顶料杆安装在凹模法兰连接块和下模板的中心孔内,所述顶料杆的上端与所述顶料片连接; 所述X轴颤振发生机构和Y轴颤振发生机构固定在所述下模座上,所述X轴颤振发生机构包括左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器,所述Y轴颤振发生机构包括前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器,所述左X轴颤振发生器、右X轴颤振发生器对称分布在顶料杆左右两侧的下模座上,所述前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器对称分布顶料杆前后两侧的下模座上;所述左X轴颤振发生器、右X轴颤振发生器、前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器的颤振头均与下模板连接;所述左X轴颤振发生器、右X轴颤振发生器、前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器的底部均通过螺栓固定在下模座上。
2.根据权利要求1所述的一种冷挤压用二维高频颤振模具,其特征在于:每个所述颤振发生器均包括缸筒底座、缸筒、活塞、活塞杆和缸筒顶盖,所述缸筒底座和缸筒顶盖焊接在缸筒的上下两端,所述活塞杆穿过所述缸筒顶端,所述活塞杆与活塞的上端靠轴肩定位,所述活塞杆与活塞的下端通过焊接固定;所述缸筒底座通过螺栓固定在下模座上,所述活塞杆的上端连接下模板。
3.根据权利要求2所述的一种冷挤压用二维高频颤振模具,其特征在于:所述活塞杆和缸筒顶盖之间依次设有防尘圈、组合密封圈和支撑环。
4.根据权利要求2所述的一种冷挤压用二维高频颤振模具,其特征在于:所述活塞和缸筒之间采用组合密封圈和设置在组合密封圈上下两侧的支撑环进行密封。
5.一种冷挤压用二维高频颤振方法,其特征在于:通过在冷挤压模具的成型机构的下模板和下模座按设置对称分布的X轴颤振发生机构和Y轴颤振发生机构,X轴颤振发生机构包括左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器,Y轴颤振发生机构包括前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器,将左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器连接同一个X轴高频阀进行控制,前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器连接同一个Y轴高频阀进行控制,在冷挤压加工时通过控制X轴高频阀和Y轴高频阀控制四个颤振发生器带动下模板沿模具对称轴方向做微幅运动,实现冷挤压模具的颤振加工。
6.根据权利要求5所述的一种冷挤压用二维高频颤振方法,其特征在于:所述左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器连接同一个X轴高频阀但控制油路相反。
7.根据权利要求5所述的一种冷挤压用二维高频颤振方法,其特征在于:所述左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器连接同一个X轴高频阀但控制油路相同。
8.根据权利要求5所述的一种冷挤压用二维高频颤振方法,其特征在于:所述前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器连接同一个Y轴高频阀但控制油路相同。
9.根据权利要求5所述的一种冷挤压用二维高频颤振方法,其特征在于:所述前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器连接同一个Y轴高频阀但控制油路相反。
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