CN1052927C

CN1052927C - 超长杆件的成型装置及其成型工艺

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Publication number: CN1052927C
Application number: CN95111368A
Authority: CN
Inventors: 雷世明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-05-15
Filing date: 1995-05-15
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2015-05-15
Also published as: CN1116137A

Abstract

一种超长杆件的成型装置及其成型工艺，解决超长杆件的成型质量问题。该装置包括在其上部设置的上模架机构，在其中下部设置的与上模架机构配合的下模架机构和承受上、下模架机构压力的压力架机构，在其下部设置了底座机构；其工艺包括将坯件置于下模横槽，闭合上、下模，夹紧坯件，并定位，使压力架横梁沿水平方向作平移运动，进行水平横顶锻，确定被成型部位尺寸，使上下模重新复位、御料。本发明能对超长件在全长范围内进行精密夹紧，能精确控制被成型产品的尺寸，其精度和同轴度均能得到可靠保证。对各种类型的细长杆件既能进行冷成型又能更好地进行温成型或热成型。

Description

超长杆件的成型装置及其成型工艺

本发明属于摩托车发动机的超长杆件的无切削冷成型装置及其成型工艺。

我国现有的摩托车发动机超长杆件的成型装置包括夹紧超长件的夹具机构和压力成型机构。该装置夹紧力小，且不稳定，在超长杆件成型的过程中，产品尺寸得不到精确控制，精度、同轴度均得不到保证，致使被成型产品的合格率低，且该装置的刚度低，应用范围受到限制。

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种超长杆件的成型装置及其成型工艺。该装置能对超长杆件在全长范围内进行精密夹紧，夹紧力稳定，且夹紧力大于成型力，能使被成型的产品尺寸得到精确控制，其精度和同轴度均能得到可靠保证，能在该装置内成型超长杆件，又能在其内成型超长带结或小凸台杆件，不但能冷成型，而且能更好地用于温成型或热成型超长杆件。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：在该装置上部设置了上模架机构，在其中下部设置了与上模架机构合模而构成成型模孔的下模架机构和承受上、下模机构压力的压力架机构，在其下部设置了底座机构。

底座机构包括底座，底座为方体或带凸台的方体；与底座两端分别固定连接，且向上伸出的底座导向柱；在底座导向柱之间的底座上、加工了通孔；在与前底座导向柱相邻的孔上依次重叠地装了弹簧垫、橡胶弹簧和弹簧罩壳。压力架机构包括各自位于底座导向柱前面底座上，彼此相互平行，每端端部有轴颈的摆杆推动轴；两端分别固定连接在左、右压力架拉杆前端孔内，其水平轴线与前摆杆推动轴的水平轴线平行，且位于前摆杆推动轴上方的压力架横梁；左、右压力架拉杆位于下模座左、右槽腰的外侧面，且彼此相互平行，每一压力架拉杆有通槽；在与压力架横梁水平轴线垂直的该梁中部通孔内装有伸出通孔前端且带有通孔的前调整螺套，其伸出端上装有连接件；一端装入前调整螺套台阶孔内，其另一端向后伸出孔外的顶锻保险杆；每对压力架摆杆分别对应且平行地置于下模座两槽腰、摆杆推动轴及下模座横轴的两边，使每一压力架摆杆上的通孔分别对应地与相互平行的摆杆推动轴的轴颈，压力架拉杆通槽内的拉杆销轴，下模座横轴轴颈活动连接，每一压力架摆杆的通孔呈三角形分布，孔的水平轴线相互平行。下模架机构包括相对平行且固定连接在下模座开口槽两端，其上部穿过上模座通孔，向上伸出上模座的前、后导向柱；在上、下模所构成的模孔中心线相对的前、后导向柱上各有水平通孔，前导向柱的水平通孔内装有前顶针套；其内装有与顶锻保险杆接触的顶杆，该前顶针套内装有压簧，压簧与顶杆接触，一端穿过压簧，其另一端伸出该套，进入模孔与被成型工件端部接触的顶针；后导向柱的水平通孔内装有后顶针套，针套内装有压簧，孔的外端装有调整螺钉，其上装有连接件，后顶针的一端穿过压簧与调整螺钉接触，其另一端伸入模孔内与被成型的工件端部接触；前、后导向柱的顶端各装有连接件，以防止上模架离开极限位置；前、后导向柱的底部各有与底座导向柱配合的孔；前、后平行的下模座横轴与各自的底座导向柱、下模座垂直，且分别与下模座两端底部固定连接，由一对压力架摆杆支承而悬空布置，下模座横轴与摆杆推动轴相互平行；下模座前、后侧面孔上，装有与底座导向柱垂直，其端部进入底座导向柱槽内的连接件；弹簧导杆穿过下模座台阶通孔，弹簧罩壳、橡胶弹簧、弹簧垫，进入底座通孔；御模导杆穿过下模座台阶孔，位于后摆杆推动轴的前斜上方；在下模座的槽内装有下模，该下模各侧面上有与被成型工件形状相同的半模槽，下模的外侧面与槽腰的内侧面之间通过槽腰上的连接件将下模夹板固定在下模侧面上，以夹紧下模；底座导向柱穿过下模座横轴，下模座端部，分别进入前、后导向柱的底部孔内。上模架机构包括与下模表面接触的上模，上模各侧面上加工有与被成型工件形状相同的半模槽，上、下模侧面上的半模槽合模后构成被成型工件的形状，上模上装有槽口向下的上模座，上模座的槽腰内侧面与上模侧面之间通过槽腰上的连接件将上模夹板固定在上模侧面上，以夹紧上模；通过连接件将上模座与上模承压垫固定连接，并使上模承压垫的中心线与弹簧导杆的中心线重合。前、后压簧导杆分别以前、后导向柱的中心线为对称轴，左、右对称分布，每一压簧导杆上套有弹簧，并穿过上模座端部，下模座端部，进入下模座横轴孔；在下模座左、右侧面上对称地固定有拉簧柱，在左、右压力架拉杆的通槽内，对应地固定连接有带孔连接件，在拉簧柱与连接件之间装有拉簧。

为了使上述装置实现对超长杆件的成型，其成型方法是：在下模的模槽内放置坯件，加压力，使上、下模闭合，夹紧工件毛坯，使上、下模架机构停止相对运动，完成毛坯的牢固定位，用底座导向柱导向，在压力的推动下，使上、下模架机构继续向下运动压缩橡胶弹簧，并推动绕下模座横轴转动的压力架摆杆沿顺时针方向转动，同时通过拉杆销轴使压力架拉杆，压力架横梁沿水平方向作平移运动，对毛坯作水平横向顶锻，调节顶锻量，就可以确定工件被成型部位的尺寸，顶锻结束后，橡胶弹簧使下模座复位，压簧使上模座回复到所限定的返回极限位置，御料。在前述成型过程中，该装置的夹紧力：

P＝f₁+f₂+f_N (1)(1)式中：

f₁＝[l₂/(l₁+l₂)](P-f_N)

f_a＝[l₂/(l₁+l₂)](P-f_N)

P——该装置的夹紧力，

f₁——支撑力，

f₂——支撑力，

f_N——橡胶弹簧的弹簧力，

l₁——一个支撑点到橡胶弹簧中心线之间的距离，

l₂——另一个支撑点到橡胶弹簧中心线之间的距离。

在上述成型过程中，忽略摩擦时，该装置的横向镦锻力：F＝F₁+F₂＝(R₁/R₂)(P-f_N) (2)(2)式中：

F——横向镦锻力，

F₁——一个压力架摆杆的旋转阻力，

F₂——另一个压力架摆杆的旋转阻力，

R₁——另一个支撑点到旋转支点之间的距离，

R₂——旋转支点到旋转阻力F2之间距离。

考虑该装置的摩擦阻力，设装置的20个摩擦付的折合摩擦系数为K＝0.2得，该装置的横向镦锻力F和竖向夹紧力P分别为：

F＝[R₁/(1+k)R_a](P-f_N) (3)

P＝[(1+k)R₂/R₂]F+f_N (4)

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、该装置的下压力全部转化为对工件的径向夹紧力，且径向夹紧力大于横向镦锻力P_夹＝(1.5～2.5)F_镦，夹紧力随镦锻力的增加而成比例的增加，所以能对超长杆件在全长范围内实现精密夹紧，从而实现对精密件的横向冷镦。

2、在冷镦中间带结(单结或多结)的超长杆件时，本装置不仅可以精确地控制杆部尺寸(其杆部精度可以控制在0.02～0.05mm以内)，而且还能精确地保证镦锻沉结及其两端的杆部绝对同轴，(因为结与两端杆部是在同一模孔内成形的)，这是任何其它工艺方法所无法作到的，而且零件的精密度不受压力机精度的影响。

3、本装置既可用精密冷镦，亦可更好地用于温镦和热镦。在用于温、热镦时(取去后调整螺钉，改变前端镦锻模形状)，完全可以像平锻机一样镦锻任意长度的杆件。

图1为本发明的结构装配图，

图2为图1中的A—A剖面图，

图3为图1中的B—B剖面图，

图4为图1中的C—C剖面图，

图5为本发明的外形图，

图6为本发明的受力分析图。

在图1至图4中：

1.上冲柄 2.上模承压垫 3.上模座

4.上模 5.前导向柱 6.压力架横梁

7.压力架拉杆 8.前调整螺套 9.顶锻保险杆

10.顶杆 11.压力架摆杆 12.顶针

13.下模座 14.摆杆推动轴 15.下模座横轴

16.下模 17.底座导向柱 18.底座

19.弹簧导杆 20.弹簧垫 21.橡胶弹簧

22.弹簧罩壳 23.御模导杆 24.后顶针套

25.后顶针 26.调整螺钉 27.后导向柱

28.螺母 29.拉杆间套 30.拉杆销轴

31.压簧 32.拉簧柱 33.拉簧

34.前顶针套 35.压簧 36.螺母

37.压簧 38.压簧导杆 39.上模夹板

40.下模夹板 41.工件

42.上模架返回极限位置 43.压力中心线

下面结合附图予以说明：

该装置所述的底座机构中的底座[18]为T形长方体，沿其长度中心线的两端部各加工一个与该中心线垂直的圆形通孔，圆柱形底座导向柱[17]的一端与通孔焊接，其另一端垂直向上伸出，其伸出端表面加工有开口槽。在底座两圆孔之间的中心连线上，还加工了两个园通孔。在与前底座导向柱[17]相邻的孔上依次重叠地装了弹簧垫[20]，橡胶弹簧[21]，弹簧罩壳[22]。所述压力架机构中的摆杆推动轴[14]为圆柱体，其两端各有一与圆柱体连为一体，其中心向上偏离圆柱体轴线的圆柱形轴颈，摆杆推动轴[14]位于底座导向柱[17]前面的底座[18]上，其轴线与底座[18]沿长度方向的中心线垂直，其辊身的底部为长方形，两根摆杆推动轴[14]被此相互平行。压力架横梁[16]为辊式，其轴线与前摆杆推动轴[14]的轴线平行，位于前摆杆推动轴的上方，其竖直中心线与前摆杆推动轴的竖直中心线重合，其两端轴颈分别置于左、右压力架拉杆[7]的前端孔内，每一轴颈中部套有拉杆间套[29]，该拉杆间套被焊接在每一压力架拉杆[7]的前端的二根平行拉杆之间。压力架横梁[6]的辊身两端被焊接在压力架拉杆[7]上。上、下模[4]、[16]的模孔中心线与顶针[12]，前顶针套[34]，顶杆[10]，前调整螺套[8]，顶锻保险杆[9]，后顶针套[24]，后顶针[25]，调整螺钉[26]的中心线应在同一水平中心线上。前调整螺套[8]的伸出端与调整螺钉[26]上各装有螺母。每一压力架拉杆[7]由两根形状，结构完全相同，彼此平行的板条形拉杆通过与此垂直，且位于前端部的拉杆间套[29]焊接而成。在拉杆间套[29]的水平中心线和在前、后底座导向柱[17]的中心线所对的两拉杆的水平中心线上各加工圆通孔，各孔中心分布在沿长度方向的同一水平直线上。其通孔内的拉杆销轴[30]为T形圆柱体。在后端的水平圆通孔朝前方的两根拉杆之间的通槽内焊有下端带圆孔的角钢。压力架摆杆[11]在前、后端各相对对应分布一对，每一压力架摆杆[11]为倒角直角三角形，其上的三个通孔为直角三角形分布。其下部两孔分别与摆杆推动轴[14]、下模座横轴[15]的轴颈动配合连接、其上部孔装压力架拉杆通槽内的拉杆销轴[30]。下模架机构中的前、后导向柱[5]、[27]的结构、形状完全相同，每一导向柱的上部为圆柱体，其下部为倒角方体，其底部竖直中心线上有与底座导向柱配合的圆孔，圆孔上部的竖直线上加工一水平台阶形圆通孔与竖直圆孔垂直，水平台阶形圆通孔的中心线应与上、下模孔中心线重合，每一导向柱的上端向下加工有与螺栓连接的螺孔。下模座横轴[15]通过一对压力架摆杆[11]和一下模座[13]支承，悬空于各自的底座导向柱[17]上，位于摆杆推动轴[14]的后上方，其辊身底部和上部相同各长方形。摆杆推动轴[14]与下模座横轴[15]相互平行。下模座[13]的前、后端面的螺孔上装有螺栓。沿下模座[13]的长度方向有一方形槽，该槽内装有方形体下模[16]，沿下模[16]的每一侧面的长度方向的中心线上，加工有半圆孔，下模的左、右两边各装有板形下模夹板[40]，以夹紧下模[6]，并通过下模座[13]槽腰上的螺钉调节和夹紧下模[16]。上模架机构中的上模[4]与下模[16]的结构，形状完全相同，装于下模[16]的上表面，上、下模[4]、[16]合模后，其模孔为圆柱形孔或带结圆柱形孔。沿上模座[3]的长度方向有一方形槽，槽口向下，且位于上模[4]上，并通过上模座[3]槽腰上的螺钉，将上模夹板[39]固定在上模[4]左、右两边，以夹紧和调整上模[4]，上模承压垫[2]的上表面为凹形，与上冲柄[1]配合，位于前导向柱的后部。上模承压垫[2]和上模[3]通过螺钉固定连接。并使上模承压垫[2]，上模座[3]，弹簧导杆[19]的中心线重合。

首先在下模[16]的半圆槽内放好坯件，当压力机滑块上的压头，即图示的上冲柄[1]，压到上模承压垫[2]上时，整个上模架就开始压缩压簧[37](共四根)，并离开上模架返回的极限位置向下运动。当上模架里面的上模[4]接触下模架上的下模[16]，即上、下模[4]、[6]闭合时就夹紧工件毛坯，并开始推动下模架一起向下运动，此刻上、下模架间的相对运动停止，而且在前、后导向柱[5]与[27]的导卫下牢固定位。

当上、下模架接合在底座导向柱[17]的导卫下向下运动时，一方面压缩橡胶弹簧[21]，一方面又推动支承在底座[18]上的前、后摆杆推动轴[14]，使其绕下模座横轴[15]转动的直角三角形压力架摆杆[11]沿顺时针方向转动、压力架摆杆[11]转动的同时，通过拉杆销轴[30]传动压力架拉杆[7]，压力架横梁[6]，沿水平方向作平移运动，并通过顶锻保险杆[9]，顶杆[10]和顶针[12]对工件作水平横向顶锻。其顶锻量可以通过前调整螺套[8]调整，当顶锻压力过载时，顶锻保险杆[9]上的法兰盘被前调整螺套[8]剪切，顶锻保险杆[9]缩进调整螺套[8]内，从而对整个机构进行御载保险。

当顶锻完毕，压力机滑块上行时，被压缩的橡胶弹簧[21]在回复时首先使下模座[13]复位，然后是压簧[37]继续使上模座[3]回复到前、后导向柱[5]与[27]所限定的返回极限位置，此时上、下模完全打开，等待御料与装料完毕后再进行新的一轮镦锻循环。

本装置在将压力机的竖向压力变成竖向夹紧力的同时，利用平行四边形机构产生横向镦锻力，这样就使得压力机在压力方向上有限的模具封闭空间得到了充分扩展，从而可以用普通压力机镦锻比其封闭高度尺寸长得多的制品。

本装置原本是为生产摩托发动机的高、细长杆件A、B强力螺栓而设计的。但其工作原理可以广泛地应用于超长杆件的精密冷镦，亦可更好地用于任意长杆件的温镦与热镦。

(1)、采用本装置可用一台普通压力机代替一台结构复杂，造价昂贵的长行程开合模冷镦机。例如生产摩托发动机的A、B强力超长螺栓的长行程开合模冷镦机，目前国内尚无此种设备，而进口一台日本造的这种设备则需要十五、六万美元。

(2)、本装置可以生产带结的(单结或多结)的高同轴度精密零件，这是其它工艺方法不可能代替的，而且零件的精密度不受压力机精度的影响。

(3)、本装置的原理可以广泛用于以普通压力机代替价格昂贵的平锻机，进行任意长杆件的温镦和热镦，其制件精度亦不受压力机精度的影响。

该装置能对一端带结，两端带结，中间带一结或多结的超长杆件进行精密冷镦；还能用于对一端带结、两端带结，中间带一结或多结，或多个小凸台的任意长杆件进行温镦或热镦成形。

Claims

1、一种超长杆件的成型装置，包括位于上模座上且与其固定连接的上模承压垫，位于该承压垫上的上冲柄，分别装在上、下模座的上、下模，其各侧面上有与被成型工件形状相同的半模槽，分别夹紧上、下模的上、下模夹板及位于槽腰上的连接件；其特征在于在装置下部设置了底座机构，其上部设置了上模架机构，其中、下部设置了与上模架机构合模而构成成型模孔的下模架机构和承受上、下模架机构压力的压力架机构；底座机构包括底座，与底座两端分别固定连接，且向上伸出的底座导向柱，在底座导向柱之间的底座上加工了通孔，在与前底座导向柱相邻的孔上依次重叠地装了弹簧垫，橡胶弹簧和弹簧罩壳；压力架机构包括各自位于底座导向柱前面底座上，彼此相互平行，每端端部有轴颈的摆杆推动轴，两端分别固定连接在左，右压力架拉杆前端孔内，其水平轴线与前摆杆推动轴的水平轴线平行，且位于该轴上方的压力架横梁，左、右压力架拉杆分别位于下模座左、右槽腰的外侧面，且彼此相互平行，每一压力架拉杆设有通槽，在与压力架横梁水平轴线垂直的该梁中部通孔内装有伸出通孔前端，且带有台阶孔的前调整螺套，其伸出端上装有连接件，顶锻保险杆的一端装入前调整螺套台阶孔内，其另一端向后伸出孔外，每对压力架摆杆分别对应且平行地置于下模座两槽腰、摆杆推动轴及下模座横轴的两边，每一压力架摆杆上呈三角形分布的通孔分别对应地与相互平行的摆杆推动轴、下模座横轴轴颈及压力架拉杆槽内的拉杆销轴活动连接；下模架机构包括相对平行且固定连接在下模座开口槽两端，其上部穿过上模座通孔，向上伸出上模座的前、后导向柱，在模孔中心线相对的前、后导向柱上各有水平通孔，其通孔内各装有前、后顶针套，该顶针套内各装有压簧，前顶针套内装有与顶锻保险杆接触的顶杆，前顶针的一端穿过压簧与顶杆接触，其另一端伸出该套进入模孔，后水平通孔的外端装有调整螺钉，其上装有连接件，后顶针的一端穿过压簧与该螺钉接触，其另一端伸入模孔内，前、后导向柱的顶端各装有连接件，它们的底部各有与底座导向柱配合的孔，前、后平行的下模座横轴与底座导向柱，下模座垂直，且分别与下模座端部的底部固定连接，并由一对压力架摆杆支承而悬空布置；弹簧导杆穿过下模座台阶通孔，弹簧罩壳、橡胶弹簧、弹簧垫，进入底座通孔，御模导杆穿过下模座台阶孔，位于后摆杆推动轴的前斜上方，每一底座导向柱穿过一下模座横轴、下模座一端部，分别进入前、后导向柱的底部孔内；上模架机构的上模座置于上模座内，其槽口向下，上模座与上模承压垫通过连接件固定连接，并使上模承压垫与弹簧导杆的中心线重合；压簧导杆以前、后导向柱的中心线为对称轴，左、右对称分布，每一压簧导杆上套有弹簧，穿过上、下模座端部，进入下模座横轴孔；在下模座左、右侧面上对称地固定有拉簧柱，在左、右压力架拉杆的通槽内，对应地固定连接带孔的连接件，在拉簧柱与连接件之间装有拉簧。

2、根据权利要求1所述的超长杆件的成型装置，其特征在于沿底座长度中心线的两端部各加工一个与该中心线垂直的圆形通孔，每一通孔上焊有向上伸出的圆柱形底座导向柱，在底座两圆孔之间的中心连线上，还加工了弹簧导杆和御模导杆圆通孔。

3、根据权利要求1所述的超长杆件的成型装置，其特征在于压力机构中的摆杆推动轴的轴颈水平中心线向上偏离轴线，前摆杆推动轴与压力架横梁的竖直中心线重合，压力架横梁两端轴颈分别置于左、右压力架拉杆的前端孔内，每一轴颈中部套有拉杆间套、并焊于每一压力架拉杆前端的二根平行拉杆之间，压力架横梁的辊身两端被分别焊于左、右压力架拉杆上，上、下模的模孔中心线与顶针，前、后顶针套、顶杆，前调整螺套、顶锻保险杆、后顶针、调整螺钉的中心线应在同一水平中心线上，前调整螺套的伸出端与调整螺钉上各装有螺母，每一压力架拉杆由两根形状、结构完全相同，彼此平行的板条形拉杆组成，并使压力架横梁的轴颈孔，拉杆销轴孔的中心处于同一水平线上，在后端拉杆销轴孔前方的两根拉杆之间通槽内焊有下端带圆孔角钢，压力架摆杆前、后端各有一对相对对应分布，每一压力架摆杆为倒角直角三角形，其上的三个通孔为直角三角形分布，其下部两孔分别与摆杆推动轴和下模座横轴的轴颈动配合连接，其上部孔与拉杆销轴连接。

4、根据权利要求1所述的超长杆件的成型装置，其特征在于下模架机构中前、后导向柱的上部各为圆柱体，其下部各为方体，方体的竖直中心的底部有一圆孔，该孔上部有与竖直中心线垂直的水平台阶形圆孔，每一导向柱的上端向下有与螺栓连接的螺孔，下模座横轴辊身上部与底部均为长方形，下模座的前、后端面的螺孔上装有螺栓，沿其长度方向有一方形槽，槽腰上装有调节螺钉。

5、根据权利要求1所述的超长杆件的成型装置，其特征在于沿上模座的长度方向有一方形槽，其槽腰装有调节螺钉，上模承压垫的上表面为凹形，并用螺钉固定在前导向柱后部的上模座上。

6、一种实施权利要求1所述超长杆件的成型装置的成型方法，其特征在于：

①、在下模槽内放置坯件；

②、加压力，使上、下模闭合，夹紧工件毛坯，其夹紧力P为：

P＝[(1+K)R₂/R₁]F+f_N (1)(1)式中：

P——竖向夹紧力，

K——摩擦系数，

R₁——另一个支撑点到旋转支点之间的距离，

R₂——旋转支点到旋转阻力F2之间距离，

F——横向镦锻力，

f_N——橡胶弹簧的弹簧力；

③、工件被夹紧后，上、下模架机构停止相对运动，并完成毛坯的牢固定位；

④、在底座导向柱的导卫下，竖向压力P使上、下模架机构一同继续向下运动，并压缩橡胶弹簧，推动绕下模座横轴转动的压力架摆杆沿顺时针方向转动，同时通过拉杆销轴使压力架拉杆，压力架横梁沿水平方向作平移运动，对毛坯作横向横顶锻，其镦锻力F为：

F＝[R₁(1+K)/R₂](P-f_N) (2)(2)式中各参数的物理意义与(1)式有关参数的物理意义相同；

⑤、调节顶锻量，确定工件被成型部位的尺寸；

⑥、橡胶弹簧使下模座复位，压簧使上模座回复到所限定返回的极限位置；

⑦、御料。

7、根据权利要求1所述的超长杆件的成型装置，其特征在于该装置不仅能用于超长杆件的精密冷镦，还能更好地用于任意长度杆件的温镦和热镦。

8，根据权利要求6所述的超长杆件成型工艺，其特征在于该工艺不仅能用于超长杆件的精密冷镦，还能更好地用于任意长度杆件的对称与非对称结的温镦和热镦。