CN106862459A - 具有纵向多层预应力的组合模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有纵向多层预应力的组合模具，包括具有坯料成型腔的凹模和与凹模配合形成沿凹模纵向分布不同预应力的预应力件；采用纵向分层的预应力结构，能够产生不同的预应力进而在凹模纵向形成不同的预应力分布，通过纵向上调整应力幅值分布，能够有效平衡竖直方向上的应力分布，进而更好地平衡成形凹模所受的变形抗力，更有效地降低凹模所受的应力，可更好的延长模具的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种锻造模具，特别涉及一种具有纵向多层预应力的组合模具。
背景技术
对于冷锻、冷挤压、粉末冶金等工艺，由于在室温下成形，坯料变形抗力巨大，模具型腔表面承受的压力高，普通的整体式结构模具易出现裂纹导致破坏，因此，工程中常用预应力组合模具，通过在模具外侧设置有多层预应力环，起到了延长模具寿命的作用。预应力模具水平面内为径向和切向两个方向，竖直面内冲头挤压方向为纵向。现有技术的多层预应力环的模具结构，其多层预应力环在水平面内径向呈同心圆环结构。这种预应力结构形式增加了径向预应力的大小，在一定程度上延缓了模具的寿命。然而，对于一些形状沿竖直方向过渡剧烈的锻件或挤压件，其坯料对模具型腔的反作用力使得模具型腔内壁所受的应力大小沿纵向差距很大，纵向整体式的预应力环无法有效平衡竖直方向上的应力分布。
因此，需要一种具有纵向多层预应力的组合模具，能够产生不同的预应力，通过纵向上应力幅值分布的调整，能够有效平衡竖直方向上的应力分布，进而更好地平衡成形凹模所受的变形抗力，更有效地降低凹模所受的应力，可更好的延长模具的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有纵向多层预应力的组合模具，能够产生不同的预应力，通过纵向上应力幅值分布的调整，能够有效平衡竖直方向上的应力分布，进而更好地平衡成形凹模所受的变形抗力，更有效地降低凹模所受的应力，可更好的延长模具的使用寿命。
本发明的具有纵向多层预应力的组合模具，包括具有坯料成型腔的凹模和与凹模配合形成沿凹模纵向分布不同预应力的预应力件；
进一步，所述预应力件为沿凹模外表面纵向分层设置的多个预应力环；
进一步，所述预应力环与凹模过盈配合设置；
进一步，多个预应力环分别与凹模配合的过盈量不同；
进一步，所述多个预应力环的材料不同；
进一步，所述多个预应力环材料分别可为45钢、D2模具钢、硬质合金中的一种；
进一步，分别与凹模配合的预应力环在水平面内径向呈径向同心圆的多层圆环结构；
进一步，所述预应力环内侧形状与凹模外侧形状相适应；
进一步，还包括设置于凹模型腔上的具有坯料内腔的挤压筒，所述挤压筒的坯料内腔与凹模型腔连通设置。
本发明的有益效果：本发明的具有纵向多层预应力的组合模具，采用纵向分层的预应力结构，能够产生不同的预应力进而在凹模纵向形成不同的预应力分布，通过纵向上调整应力幅值分布，能够有效平衡竖直方向上的应力分布，进而更好地平衡成形凹模所受的变形抗力，更有效地降低凹模所受的应力，可更好的延长模具的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的多个预应力环的结构示意图；
图3为凹模型腔剖面结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的多个预应力环的结构示意图；图3为凹模型腔剖面结构示意图；如图所示：本实施例的具有纵向多层预应力的组合模具，包括具有坯料成型腔的凹模4和与凹模4配合形成沿凹模4纵向分布不同预应力的预应力件；“凹模纵向”是指与坯料成型腔平行的方向，现有技术的预应力环在竖直方向上是整体，它在纵向上的过盈量大小基本一致，所以对于内层凹模4所施加的预应力，其应力幅值沿纵向是不可调整的；图2为纵向分层预应力结构的示意图。对图3所示凹模4型腔而言，在成形过程中，圆角区A和B所受应力最大，而斜面区域所受应力小，使得沿纵向分布的应力幅值差别很大。因此，大致按纵向上应力分布大小将其划分为4个区域，对每个区域设置不同的预应力环，以此获得沿纵向分布的不同大小的预应力，从而更好地平衡成形凹模4所受的变形抗力，更有效地降低凹模4所受的应力。因此，本发明通过预应力件，通过水平产生的不同预应力在凹模4纵向形成不同预应力分布，能够有效平衡竖直方向上的应力分布，进而更好地平衡成形凹模4所受的变形抗力，更有效地降低凹模4所受的应力，可更好的延长模具的使用寿命。
本实施例中，所述预应力件为沿凹模4外表面纵向分层设置的多个预应力环(如图1中的预应力环(5,6,7,8))；单个个预应力环相对于凹模4径向设置，在凹模4纵向(相对于水平面内的切向)上形成由多个预应力环组成的多层环状结构，且每层预应力环以相对独立的形式分布于凹模4外表面，也就是说，在锻造过程中，凹模4受到的预应力分别由纵向上的每层预应力环产生。预应力环的数目以及剖分位置根据成形过程中凹模4所受的应力决定，通过挤压成形有限元分析可获得凹模4所受应力分布，以此作为预应力环的设置依据。
本实施例中，所述预应力环(5,6,7,8)与凹模4过盈配合设置；将预应力环(5,6,7,8)加热后套接于凹模4外表面，冷却后预应力环便固定于凹模4上。
本实施例中，多个预应力环(5,6,7,8)分别与凹模4配合的过盈量不同；对纵向上每个不同的预应力环设定不同的过盈量，各环与凹模4间的过盈量大小不一样，这样在与凹模4装配后产生的弹性变形不一样，也就产生了不同的预应力，从而实现纵向上应力幅值分布的调整，过盈量大小由作用在凹模4内壁上的应力决定。
本实施例中，所述多个预应力环(5,6,7，8)的材料不同；现有技术的预应力环是一个整体，其所用的材料为均一材料，无法在纵向上实现变材料设计，不能充分有效地利用材料的强度余量，因此，本实施例中，对每个预应力可采用不同的材料进行制造，不同的材料具有不同的弹性模量，这也使得与凹模4装配后产生的弹性变形不同，从而实现纵向上不同的预应力分布。这种在纵向上实现变材料设计，能充分有效地利用材料的强度余量。
本实施例中，所述多个预应力环材料(5,6,7,8)分别可为45钢、D2模具钢、硬质合金中的一种；也可通过设置大小不同的过盈量并结合选用不同的模具材料，使得各个预应力环与凹模4接触面之间产生大小不同的弹性变形，从而产生沿纵向分布的不同的预应力。
本实施例中，分别与凹模4配合的预应力环(5,6,7,8)在水平面内径向呈径向同心圆的多层圆环结构；多层预应力环(5,6,7,8)在水平面内径向呈同心圆环结构，这种预应力结构形式增加了径向预应力的大小，在一定程度上延缓了模具的寿命，实现了水平向内的预应力径向加强和纵向预应力平衡。
本实施例中，所述预应力环(5,6,7,8)内侧形状与凹模4外侧形状相适应；使得预应力与变形抗力的平衡更加均匀，大大减小应力幅度波动，从而延长了内层凹模4整体的疲劳寿命。
本实施例中，还包括设置于凹模4型腔上的具有坯料内腔的挤压筒3，所述挤压筒3的坯料内腔与凹模4型腔连通设置；本发明由冲头1、坯料2、挤压筒3、凹模4、预应力环(5，6，7，8)组成；其中预应力环(5，6，7，8)分别与凹模4为过盈配合，且各环与凹模4间的过盈量大小不一样，其大小由作用在凹模4内壁上的应力决定；预应力环(5,6,7,8)所用的模具材料可分别指定，具体选材根据所需要提供的预应力大小决定，一般可选45钢、D2模具钢、硬质合金等。其工作原理为：压力机上工作台面竖直向下运动，带动冲头1向下运动，对坯料2进行挤压，坯料在凹模4内成形。预应力环(5,6,7,8)分别与凹模4为过盈配合，通过设置大小不同的过盈量以及通过选用不同的模具材料，使得各个预应力环与凹模4接触面之间产生大小不同的弹性变形，从而产生沿纵向分布的不同的预应力。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种具有纵向多层预应力的组合模具，其特征在于：包括具有坯料成型腔的凹模和与凹模配合形成沿凹模纵向分布不同预应力的预应力件。
2.根据权利要求1所述的具有纵向多层预应力的组合模具，其特征在于：所述预应力件为沿凹模外表面纵向分层设置的多个预应力环。
3.根据权利要求2所述的具有纵向多层预应力的组合模具，其特征在于：所述预应力环与凹模过盈配合设置。
4.根据权利要求3所述的具有纵向多层预应力的组合模具，其特征在于：多个预应力环分别与凹模配合的过盈量不同。
5.根据权利要求3所述的具有纵向多层预应力的组合模具，其特征在于：所述多个预应力环的材料不同。
6.根据权利要求5所述的具有纵向多层预应力的组合模具，其特征在于：所述多个预应力环材料分别可为45钢、D2模具钢、硬质合金中的一种。
7.根据权利要求1所述的具有纵向多层预应力的组合模具，其特征在于：分别与凹模配合的预应力环在水平面内径向呈径向同心圆的多层圆环结构。
8.根据权利要求1-7任一所述的具有纵向多层预应力的组合模具，其特征在于：所述预应力环内侧形状与凹模外侧形状相适应。
9.根据权利2所述的具有纵向多层预应力的组合模具，其特征在于：还包括设置于凹模型腔上的具有坯料内腔的挤压筒，所述挤压筒的坯料内腔与凹模型腔连通设置。
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