CN106180522B - 一种伺服镦挤成形设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种伺服镦挤成形设备及方法，主要由镦挤成形装置、液压设备主机、伺服控制系统等组成，镦挤成形设备具有垂直挤压与锁模、水平镦粗与增力、合模调平与定位、镦挤防胀模与校形、精确同步控制等功能，垂直错拐、水平镦粗的型腔为组合型腔，能够实现曲轴镦挤成形工艺，可以有效解决曲轴合模、镦挤成形、脱模过程中的错模、啃伤、曲柄板内侧的两端部位充型不饱满、翘曲等缺陷，提高曲轴充型效果、同轴度和纤维连续性。本发明可以应用于车用曲轴、船用曲轴和各种非对称曲柄板厚度曲轴的镦挤成形。
Description
技术领域
本发明涉及一种伺服镦挤成形设备及方法。
背景技术
曲轴为了提高纤维连续性，需要采用镦挤成形的工艺。目前国内曲轴镦挤成形的上冲头内设计有垂直挤压错拐型腔、水平镦挤型腔的整体型腔（如图1所示），在成形过程中曲柄板内侧的两端部位容易充型不饱满，曲轴不得不放大加工余量，才能保证成品轴的加工，特别是对于中小型曲轴由于尺寸小，其允许设计的加工余量有限，合格率不高，镦挤成形吨位大，上冲头容易损伤。现场调试大多数是依据现场目视经验进行合模、找正，容易造成曲轴啃伤、合模错位，特别是镦挤成形过程中曲轴的受胀模力影响，曲轴有一定翘曲变形，同轴度较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种伺服镦挤成形设备及方法。
为了实现上述目的，采用以下技术方案：
一种伺服镦挤成形设备，所述设备包括液压设备主机和镦挤成形装置，其特征在于：所述镦挤成形装置包括位于上部与滑块接触的上模架和位于底部与移动工作台接触的下模架，在上模架和下模架的中间设置有供具有上冲头的上接杆通过的通道和供具有下冲头的下接杆通过的通道；在上模架和下模架之间还设置有上模箱和下模箱，上模箱与下模箱相配合；在上模架内设置有压紧缸，将上下模箱压紧贴合；在上模架内设置有平衡缸，保证上模箱始终处于水平状态；在上模架的侧边设置有限位缸，推动限位块和上轴座水平运动，并对上轴座水平位置进行液压限位，同时导板与上模架接触面设计有均布的导孔槽，固定块安装在导孔槽内，对上轴座水平位置进行机械限位；肘杆的两端连接有上旋转块和下旋转块，上旋转块和下旋转块的圆弧结构分别与上轴座和下轴座的圆弧结构相配合，使肘杆可以沿着上下模座轴心旋转，上轴座通过上轴座固定板安装在导板上，下轴座安装在上模箱上；其中限位块、上轴座固定板可以在导板上进行滑动，通过调整左右限位块的厚度，可以分别调整左上模箱、右上模箱与中心线的水平间距；下模架内设置有推拉缸，位于推拉缸输出杆上的推拉块与下模箱相固定；
在两侧的上模架上方受到滑块的挤压，滑块由左油缸和右油缸控制运动，下油缸可以跟随移动工作台一起运动。
一种使用上述伺服镦挤成形设备的成形方法，其特征在于：所述方法包括下列步骤：
合模过程具有合模调平与定位的功能，合模前上模箱处于水平位置，上轴座与上模箱连接在一起；平衡缸与上模箱连接，保证上模箱始终处于水平状态；在平衡缸、限位缸的作用下，实现对上模箱的水平和垂直位置与速度进行精确调控，合模后的上模箱与下模箱贴合在一起，保证合模的位置精度；
肘杆调整过程，调整前肘杆中心线与垂直方向的角度为α，没有增力效果，随着滑块的下行，肘杆在左油缸、右油缸的垂直作用力下，肘杆角度发生变化，当左上轴座、右上轴座与左上模架、右上模架形成力偶平衡后，形成始锻角θ；
镦挤过程具有垂直挤压与锁模、水平镦粗与增力的功能，安装于上下接杆中的上冲头、下冲头合模后组成垂直挤压的型腔，安装于上下模箱中的上芯模、下芯模合模后组成水平镦粗的型腔，上油缸、下油缸分别对上冲头、下冲头保压锁紧，并且锁模力大于棒坯垂直挤压实际变形所产生的吨位，当上冲头吨位大于下冲头时，则向下垂直挤压错拐；滑块将垂直吨位通过左肘杆、右肘杆转化为水平吨位，促使上模箱、下模箱水平运动，并且肘杆中心线与垂直方向的角度不断增大产生水平增力，使棒坯发生水平镦粗变形，最终完成曲轴的镦挤成形。同时可以通过调整左限位块、右限位块的厚度，保证左上模箱、右上模箱的合模位置与压机中心线非对称，从而实现左右曲柄板壁厚非对称的曲轴镦挤成形。
所述方法还包括镦挤防胀模与校形功能的实现方法，在镦挤过程中，压紧缸对上模箱进行施加吨位和保压，防止镦挤型腔的胀开；镦挤结束阶段，肘杆终锻角β始终不变，保证肘杆增力效果完全发挥；同时当上模箱与上模架完全贴合接触后，右油缸、左油缸、上油缸、下油缸的吨位完全施加在棒坯上，并保压一段时间，提高曲轴变形的同轴度。
所述方法还包括精确同步控制功能的实现方法，对右油缸与左油缸、左压紧缸与右压紧缸、左推拉缸与右推拉缸、上油缸与下油缸的位移、吨位、速度进行闭环液压同步控制，提高运动的一致性。
本发明提出的伺服镦挤成形设备及方法，具有垂直挤压与锁模、水平镦粗与增力、合模调平与定位、镦挤防胀模与校形、精确同步控制等功能，如图2所示，设计了垂直挤压错拐型腔、水平镦挤型腔的组合型腔结构，有利于曲柄板内侧两端部位的充型饱满，镦挤成形的吨位、位移、速度可以精确调控，合模精度高，可以有效解决曲轴充型不饱满、加工余量大、啃伤、局部镦粗、错模、翘曲等缺陷，提高曲轴纤维连续性。
说明书附图
图1为传统的整体型腔示意图；
图2为组合型腔示意图；
图3为伺服镦挤成形设备示意图；
图4为合模过程示意图（中心线左边为合模前，右边为合模后）；
图5为肘杆调整过程示意图（中心线左边为调整前，右边为调整后）；
图6为镦挤过程示意图（中心线左边为镦挤前，右边为镦挤后）。
图中，1-上油缸；2-右油缸；3-左油缸；4-滑块；5-移动工作台；6-下油缸；7-右压紧缸；8-上接杆；9-上冲头；10-左压紧缸；11-左钢丝；12-左导轨；13-左平衡缸；14-左上模架；15-左固定块；16-左导板；17-左限位缸；18-左限位块；19-左上轴座固定板；20-左上轴座；21-左下模架；22-左推拉缸；23-左推拉块；24-下冲头；25-下接杆；26-右推拉块；27-右推拉缸；28-右下模架；29-右上轴座；30-右上轴座固定板；31-右限位块；32-右限位缸；33-右导板；34-右固定块；35-右平衡缸；36-右导轨；37-右钢丝；38-右上模架；39-左上旋转块；40-左肘杆；41-左下旋转块；42-左上模箱；43-左下轴座；44-左下模箱；45-右下模箱；46-右下轴座；47-右上模箱；48-右下旋转块；49-右肘杆；50-右上旋转块；51-右下芯模；52-右上芯模；53-左上芯模；54-左下芯模。
具体实施方式
如图3所示，本发明提出的一种伺服镦挤成形设备，主要由镦挤成形装置、液压设备主机、伺服控制系统等组成，镦挤成形设备具有垂直挤压与锁模、水平镦粗与增力、合模调平与定位、镦挤防胀模与校形、精确同步控制等功能。定义肘杆综合长度为L，肘杆最小增力角度为α，始锻角为θ、始锻开始时水平镦粗型腔外侧距中心线尺寸为m、左限位块厚度尺寸为e，终锻角为β、终锻结束时水平镦粗型腔外侧距中心线尺寸为n、右限位块厚度尺寸为f，则L×sinθ+m+e=L×sinβ+n+f，因此可以根据覆盖的曲轴产品尺寸范围、非对称曲柄板厚度差异范围，设计肘杆的综合长度，进一步校核和优化肘杆、上下模箱、上下模架、上下轴座的结构尺寸，保证结构强韧性与刚性的合理匹配。设计的右油缸与左油缸、左压紧缸与右压紧缸、左推拉缸与右推拉缸、上油缸与下油缸的位移、吨位、速度，可以根据覆盖曲轴产品的尺寸范围进行合理搭配设计，并且能够进行精确调控。下油缸可以跟随移动工作台一起运动。
下面结合附图，以曲轴镦挤成形过程对本发明的实施方式进行说明。
（1）合模过程（如图4）
合模前上模箱处于水平位置，上轴座与上模箱连接在一起；平衡缸与上模箱连接，保证上模箱始终处于水平状态；在平衡缸、限位缸的作用下，实现对上模箱的水平和垂直位置与速度进行精确调控，合模后的上模箱与下模箱贴合在一起，保证合模的位置精度。
（2）肘杆调整过程（如图5）
调整前肘杆中心线与垂直方向的角度为α，没有增力效果，随着滑块的下行，肘杆在左油缸、右油缸的垂直作用力下，肘杆角度发生变化，当左上轴座、右上轴座与左上模架、右上模架形成力偶平衡后，形成始锻角θ。
（3）镦挤过程（如图6）
安装于上下接杆中的上冲头、下冲头合模后组成垂直挤压的型腔，安装于上下模箱中的上芯模、下芯模合模后组成水平镦粗的型腔，上油缸、下油缸分别对上冲头、下冲头保压锁紧，并且锁模力大于棒坯垂直挤压实际变形所产生的吨位，当上冲头吨位大于下冲头时，则向下垂直挤压错拐；滑块将垂直吨位通过左肘杆、右肘杆转化为水平吨位，促使上模箱、下模箱水平运动，并且肘杆中心线与垂直方向的角度不断增大产生水平增力，使棒坯发生水平镦粗变形，最终完成曲轴的镦挤成形。同时可以通过调整左限位块、右限位块的厚度，保证左上模箱、右上模箱的合模位置与压机中心线非对称，从而实现左右曲柄板壁厚非对称的曲轴镦挤成形。
本发明的实施案例揭露如上，然而并非限定本发明，本发明可以应用于车用曲轴、船用曲轴和各种非对称曲柄板厚度曲轴的镦挤成形。这些依据本发明精神所做的变化都应包括在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种伺服镦挤成形设备，所述设备包括液压设备主机和镦挤成形装置，其特征在于：所述镦挤成形装置包括位于上部与滑块接触的上模架和位于底部与移动工作台接触的下模架，在上模架和下模架的中间设置有供具有上冲头的上接杆通过的通道和供具有下冲头的下接杆通过的通道；在上模架和下模架之间还设置有上模箱和下模箱，上模箱与下模箱相配合；在上模架内设置有压紧缸，将上下模箱压紧贴合；在上模架内设置有平衡缸，保证上模箱始终处于水平状态；在上模架的侧边设置有限位缸，推动限位块和上轴座水平运动，并对上轴座水平位置进行液压限位，同时导板与上模架接触面设计有均布的导孔槽，固定块安装在导孔槽内，对上轴座水平位置进行机械限位；肘杆的两端连接有上旋转块和下旋转块，上旋转块和下旋转块的圆弧结构分别与上轴座和下轴座的圆弧结构相配合，使肘杆可以沿着上下轴座轴心旋转，上轴座通过上轴座固定板安装在导板上，下轴座安装在上模箱上；其中限位块、上轴座固定板可以在导板上进行滑动，通过调整左右限位块的厚度，可以分别调整左上模箱、右上模箱与中心线的水平间距；下模架内设置有推拉缸，位于推拉缸输出杆上的推拉块与下模箱相固定；
在两侧的上模架上方受到滑块的挤压，滑块由左油缸和右油缸控制运动，下油缸可以跟随移动工作台一起运动。
2.一种使用如权利要求1所述伺服镦挤成形设备的成形方法，其特征在于：所述方法包括下列步骤：
合模过程具有合模调平与定位的功能，合模前上模箱处于水平位置，上轴座与上模箱连接在一起；平衡缸与上模箱连接，保证上模箱始终处于水平状态；在平衡缸、限位缸的作用下，实现对上模箱的水平和垂直位置与速度进行精确调控，合模后的上模箱与下模箱贴合在一起，保证合模的位置精度；
肘杆调整过程，调整前肘杆中心线与垂直方向的角度为α，没有增力效果，随着滑块的下行，肘杆在左油缸、右油缸的垂直作用力下，肘杆角度发生变化，当左上轴座、右上轴座与左上模架、右上模架形成力偶平衡后，形成始锻角θ；
镦挤过程具有垂直挤压与锁模、水平镦粗与增力的功能，安装于上下接杆中的上冲头、下冲头合模后组成垂直挤压的型腔，安装于上下模箱中的上芯模、下芯模合模后组成水平镦粗的型腔，上油缸、下油缸分别对上冲头、下冲头保压锁紧，并且锁模力大于棒坯垂直挤压实际变形所产生的吨位，当上冲头吨位大于下冲头时，则向下垂直挤压错拐；滑块将垂直吨位通过左肘杆、右肘杆转化为水平吨位，促使上模箱、下模箱水平运动，并且肘杆中心线与垂直方向的角度不断增大产生水平增力，使棒坯发生水平镦粗变形，最终完成曲轴的镦挤成形；
同时可以通过调整左限位块、右限位块的厚度，保证左上模箱、右上模箱的合模位置与压机中心线非对称，从而实现左右曲柄板壁厚非对称的曲轴镦挤成形。
3.如权利要求2所述的伺服镦挤成形设备的成形方法，其特征在于：所述方法还包括镦挤防胀模与校形功能的实现方法，在镦挤过程中，压紧缸对上模箱进行施加吨位和保压，防止镦挤型腔的胀开；镦挤结束阶段，肘杆终锻角β始终不变，保证肘杆增力效果完全发挥；同时当上模箱与上模架完全贴合接触后，右油缸、左油缸、上油缸、下油缸的吨位完全施加在棒坯上，并保压一段时间，提高曲轴变形的同轴度。
4.如权利要求2所述的伺服镦挤成形设备的成形方法，其特征在于：所述方法还包括精确同步控制功能的实现方法，对右油缸与左油缸、左压紧缸与右压紧缸、左推拉缸与右推拉缸、上油缸与下油缸的位移、吨位、速度进行闭环液压同步控制，提高运动的一致性。
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