CN109317592B - 一种锻造成型装置及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机加工技术领域，公开了一种锻造成型装置及成型方法。该锻造成型装置包括：下模机构、上模机构及下压机构，下模机构用于放置原始坯料；上模机构其位于下模机构的正上方，上膜机构包括仿形滑道和冲头组件，仿形滑道相对于水平面倾斜延展，冲头组件与仿形滑道滑动配；下压机构用于驱动上模机构竖直向下移动。该锻造成型装置中的冲头组件在仿形滑道的导向作用下，成型轨迹的形状和仿形滑道的形状类似，由于仿形滑道相对于水平面倾斜地延展，则该成型轨迹同样为倾斜设置，从而实现了成型工件的负角成型。

Description

一种锻造成型装置及成型方法

技术领域

本发明涉及机加工技术领域，尤其涉及一种锻造成型装置及成型方法。

背景技术

锻压技术为工业生产基础，具有少、无切削加工的优势。随着无氧化加热、高硬和耐磨模具材料和表面处理方法的发展，精密锻造和冲压得到了广泛的应用。未来的锻压工艺利用精密锻造和冲压技术，对锻压成品工件的内在质量和生产效率提出了更高的要求，这需要大力发展新型锻压材料和锻压加工方法，并配合柔性锻压成形系统和自动化程度更高的锻压生产线，从而达到提高材料利用率、提高生产率和降低能源消耗的目的。

现阶段市场上大部分锻造模式为上下墩挤成型，在锻造设备上滑块产生压力，使工件克服变形抗力，在特定型腔内，根据最小阻力定律产生塑性变形。由于工件的成型过程在仿形型腔结构内，锻造模具的上模决定了工件的成型轨迹，一般上模的冲头的移动方向和和成型轨迹的形成方向保持一致。为了满足成品工件结构多样化的需要，如果成型轨迹为倾斜设置，那么需要两个方向之间会形成负角，然而现在一般的锻造模具无法解决这种负角成型的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锻造成型装置及成型方法，可以解决工件负角成型的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种锻造成型装置，包括：

下模机构，用于放置原始坯料；

上模机构，位于所述下模机构的正上方，所述上模机构包括仿形滑道和冲头组件，所述仿形滑道相对于水平面倾斜地延展，所述冲头组件与所述仿形滑道滑动配合；

下压机构，用于驱动所述上模机构竖直向下移动。

作为优选，还包括上模组件，所述上模组件包括保护罩及滑动设置于所述保护罩内部的仿形滑套，所述仿形滑道开设于所述仿形滑套上。

作为优选，所述仿形滑道包括多个第一滑道及多个第二滑道，所述第二滑道低于所述第一滑道且所述第一滑道与所述第二滑道在竖向上错位设置。

作为优选，所述第一滑道的倾斜方向和所述第二滑道的倾斜方向相同或相反；所述第一滑道的倾斜角度和所述第二滑道的倾斜角度相同或不同。

作为优选，所述冲头组件包括外冲头及滑动设置于所述外冲头内部的内冲头，所述外冲头上凸设有多个外滑块，每个外滑块与对应的所述第一滑道滑动配合，所述内冲头上凸设有多个内滑块，每个所述内滑块穿过所述外冲头并与对应的所述第二滑道滑动配合。

作为优选，所述外冲头上与所述内滑块开设有多个第一腰形孔，每个所述内滑块在对应所述第一腰形孔内滑动。

作为优选，所述外冲头的下端凸设有多个外成型块，相邻两个所述外成型块之间设置有一个第二腰形孔，所述内冲头的下端凸设有多个内成型块，每个所述内成型块在对应所述第二腰形孔内滑动。

作为优选，该锻造成型装置还包括设置于所述保护罩内部的第一复位组件，所述第一复位组件设置于所述保护罩和所述仿形滑套之间，所述第一复位组件用于所述保护罩的复位。

作为优选，该锻造成型装置还包括设置于所述保护罩内部的第二复位组件，所第二复位组件设置于所述冲头组件和所述仿形滑套之间，所述第二复位组件用于所述冲头组件的复位。

为达上述目的，本发明还提供了一种锻造成型方法，采用上述的锻造成型装置进行成型加工，包括以下步骤：

步骤1)：下压机构驱动上模机构竖直向下移动，以靠近下模机构；

步骤2)：在仿形滑道与下模机构接触后，上模机构在下压机构的驱动下继续竖直向下移动，冲头组件与仿形滑道滑动配合，使冲头组件在原始坯料上形成成型轨迹。

本发明的有益效果：

本发明提供的锻造成型装置，下压机构能驱动上模机构竖直向下移动以靠近下模机构，使得上模机构能与下模机构相配合对原始坯料塑性变形。当在下压机构的作用下，冲头组件与仿形滑道滑动配合并在原始坯料上形成成型轨迹。冲头组件在仿形滑道的导向作用下，成型轨迹的形状和仿形滑道的形状类似，由于仿形滑道与水平面倾斜设置，则该成型轨迹同样为倾斜设置，从而实现了成型工件的负角成型。

本发明提供的锻造成型方法，能够实现了成型工件的负角成型。

附图说明

图1是本发明锻造成型装置的原始坯料的剖视图；

图2是图1的原始坯料利用本发明锻造成型装置形成的成型工件的剖视图；

图3是图2中成型工件的结构示意图；

图4是本发明锻造成型装置的主视图；

图5是本发明锻造成型装置中上模机构的剖视图；

图6是图4隐去保护罩的结构示意图；

图7是本发明锻造成型装置中下模机构的剖视图；

图8是本发明锻造成型装置中仿形滑套的结构示意图；

图9是本发明锻造成型装置中冲头组件的结构示意图；

图10是本发明锻造成型装置在未成型时一个视角的状态示意图；

图11是本发明锻造成型装置在未成型时另一个视角的状态示意图；

图12是图11在成型时的状态示意图；

图13是图10在成型完成之后的状态示意图。

图中：

1、下模机构；11、下模外套；12、下模中套；13、内模芯；

2、上模机构；21、上模组件；22、冲头组件；23、仿形滑道；

211、保护罩；212、仿形滑套；213、限位凸缘；2111、上模垫块；2112、上模外套；2113、上调节螺母；

221、外冲头；222、内冲头；223、外滑块；224、内滑块；225、第一腰形孔；226、外成型块；227、内成型块；228、第二腰形孔；229、限位台；

231、第一滑道；232、第二滑道；

3、第一复位组件；31、第一氮气弹簧；

4、第二复位组件；41、第二氮气弹簧；

5、顶升机构；51、顶杆；

60、原始坯料；61、成型工件。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例提供了一种锻造成型装置，将如图1所示的原始坯料60放入该锻造成型装置的仿形型腔结构内，经锻压成型后，形成了如图2所示的成型工件61。如图3所示，此成型工件61的成型轨迹为倾斜设置，该成型工件61具体为汽车的前转向节，因此通过该锻造成型装置，解决了锻造模具负角成型的问题。

本实施例提供的锻造成型装置，如图4-5所示，该锻造成型装置包括从上到下依次设置的上模机构2、下模机构1及下压机构(图中未示出)，下模机构1和下压机构分别位于上模机构2的两侧，下模机构1用于放置原始坯料60，下压机构能驱动上模机构2竖直向下移动以靠近下模机构1，使得上模机构2能与下模机构1相配合对原始坯料60塑性变形。其中上模机构2包括仿形滑道23和冲头组件22，仿形滑道23与相对于水平面倾斜地延展，当在下压机构的作用下，冲头组件22与仿形滑道23滑动配合并在原始坯料60上形成成型轨迹。冲头组件22在仿形滑道23的导向作用下，成型轨迹的形状和仿形滑道23的形状类似，由于仿形滑道23相对于水平面倾斜地延展，则该成型轨迹同样为倾斜设置，从而实现了成型工件61的负角成型。

如图4-6所示，上模机构2还包括上模组件21，上模组件21包括保护罩211及均滑动设置于保护罩211内部的仿形滑套212及冲头组件22，仿形滑道23开设于仿形滑套212上，且冲头组件22与仿形滑道23滑动配合。如图5所示，上述保护罩211具体包括上模垫块2111和上模外套2112，其中上模外套2112为两端开口的圆筒状结构，上模外套2112的上端通孔螺栓与上模垫块2111相连接，上模外套2112的另一端为开口端，该开口端朝向下模机构1并与其正对设置。为了便于调节冲头组件22的位置，在上模垫块2111中心位置处设置有上调节螺母2113，上调节螺母2113抵压于冲头组件22的上端，用来调节冲头组件22相对于保护罩211在竖直方向上的位置。

如图5-6所示，在仿形滑套212的上端沿其外壁凸设有限位凸缘213，在上模外套2112的下端对应设置有卡台，卡台用于限位凸缘213的限位。在该锻压成型装置工作之前，限位凸缘213的下端面与卡台的顶面相接触。当该锻压成型装置工作时，下压机构驱动整个上模机构2竖直向下移动，在仿形滑套212的下端面和下模机构1的顶面相接触之后，仿形滑套212与下模机构1处于相对静止状态，除仿形滑套212之外其他上模机构2会继续竖直向下移动，卡台和限位凸缘213相分离。在保护罩211相对于仿形滑套212向下运动的过程中，冲头组件22沿仿形滑道23的内壁滑动并在仿形滑道23的导向作用下，使得冲头组件22在继续竖直向下移动的同时，能对原始坯料60上形成成型轨迹，最终形成成型工件61。

在锻造成型之后，为了实现上模机构2的自动复位，如图5-6所示，该锻压成型装置还包括设置于保护罩211内部的第一复位组件3，第一复位组件3设置于保护罩211和仿形滑套212之间。第一复位组件3包括三个沿仿形滑套212周向均匀设置的第一氮气弹簧31，第一氮气弹簧31的两端分别抵接于上模垫块2111和限位凸缘213。

同时，为了实现冲头组件22的自动复位，该锻压成型装置还包括设置于保护罩211内部的第二复位组件4，第二复位组件4设置于冲头组件22和仿形滑套212之间。第二复位组件4包括三个沿仿形滑套212周向均匀设置的第二氮气弹簧41，在冲头组件22的外壁凸设有用于第二氮气弹簧41限位的限位台229，第二氮气弹簧41的两端分别抵接于限位台229和限位凸缘213。

进一步地，第一氮气弹簧31和第二氮气弹簧41为间隔设置，即相邻两个第一氮气弹簧31之间设置有一个第二氮气弹簧41，采用这种方式，结构稳定，复位工作平稳。

如图5-6所示，当该锻压成型装置工作时，在保护罩211和冲头组件22相对于仿形滑套212向下运动的过程中，压缩第一氮气弹簧31和第二氮气弹簧41；当完成成品工件时，下压机构停止下压，在被压缩的第一氮气弹簧31的作用下，带动保护罩211实现复位，并且在被压缩的第二氮气弹簧41的作用下，带动冲头组件22实现复位。

需要特别说明的是，一般弹簧的有效行程和压力为反比例，例如线性弹簧具有行程大、压力小的特点，碟簧具有行程小、压力大的特点；而本实施例中采用第一氮气弹簧31和第二氮气弹簧41，其以高压氮气为工作介质，具有体积小、弹力大、行程长、工作平稳及使用寿命长的优势，同时第一氮气弹簧31和第二氮气弹簧41上均设置有控制阀，可以根据需要的行程来对相应的压力进行调节。

进一步地，将仿形滑套212的内径设置在原始坯料60的内径和原始坯料60的外径之间，使得仿形滑套212对成型工件61进行限位，仿形滑套212强制将成型工件61留在下模机构1内。因此，通过第一氮气弹簧31、第二氮气弹簧41和仿形滑套212的配合，不仅满足复位运动，还能起到对成型工件61脱模的作用，避免出现带料的情况。

由于上述上模机构2和下模机构1必须相互配合，如图6-7所示，下模机构1包括下模外套11、设置于下模外套11内部的下模中套12及设置于下模中套12内部的内模芯13，下模外套11、下模中套12及内模芯13同心设置，在内模芯13内部设置有用于容纳原始坯料60的成型腔，该成型腔的两端均开口，从大开口端可以放置原始坯料60。如图7所示，下模机构1由下模外套11、下模中套12及内模芯13三部分组成，由于每一部分的承受压力都是定值，相比较一体成型结构，下模机构1采用下模外套11、下模中套12及内模芯13这种分体式结构，可以提高整体下模机构1的承受压力。同时，当出现裂痕等损伤时，只需要更换此部分，无需整体更换，便于维护，且节约模具成本和维护成本。

在成型工件61完成成型后，由于成型工件61依然放置于下模机构1内，为了便于将成型工件61取出，如图7所示，该锻造成型装置还包括顶升机构5，顶升机构5具体包括顶升驱动源(图中未示出)及设置于顶升驱动源输出端的顶杆51，顶升驱动源具体为顶升驱动气缸，顶升驱动源能驱动顶杆51竖直向上移动并穿设成型腔的小开口端，并推动成品工件，以将成型工件61顶起，便于操作人员控制相应的夹取机构将其夹取并移出。

由于通过仿形滑套212和冲头组件22之间的滑动配合，可以形成多种成型轨迹，为了能实现成型工件61的效果。如图8所示，仿形滑套212为中空的圆柱形结构，仿形滑道23开设于仿形滑套212上。其中仿形滑道23包括多个第一滑道231及多个第二滑道232，第二滑道232低于第一滑道231，且第一滑道231与第二滑道232在竖向错位设置，两者的形状相同。

本实施例优选第一滑道231和第二滑道232的数量均为两个。如果第一滑道231的倾斜方向和第二滑道232的倾斜方向相同，那么形成的成型轨迹向同一个方向倾斜；本实施例优选第一滑道231的倾斜方向和第二滑道232的倾斜方向相反，即第一滑道231和第二滑道232形成八字形结构，则成型工件61的成型轨迹也为八字形结构(如图3所示)。可以预见的是，第一滑道231的倾斜角度和第二滑道232的倾斜角度可以相同也可以不同，本实施例以两者的倾斜角度相反为例，该成型轨迹根据实际生产需要，对两者的倾斜角度进行调整。

如图9所示，冲头组件22包括外冲头221及滑动设置于外冲头221内部的内冲头222，在外冲头221上凸设有多个外滑块223，每个外滑块223与对应的第一滑道231滑动配合(如图8所示)。在内冲头222上凸设有多个内滑块224，且在外冲头221上对应内滑块224开设有多个第一腰形孔225，每个内滑块224穿过对应的第一腰形孔225并与对应的第二滑道232滑动配合(如图8所示)。本实施例以外滑块223、第一滑道231、内滑块224、第一腰形孔225及第二滑道232的数量均为两个为例，具体数量可以根据实际生产需要进行调整。

进一步地，冲头组件22的下端为成型端，如图9所示，在外冲头221的下端凸设有多个外成型块226，相邻两个外成型块226之间设置有一个第二腰形孔228，内冲头222的下端凸设有多个内成型块227，每个内成型块227沿对应第二腰形孔228的内壁滑动。外成型块226和内成型块227均为球形结构，则成型轨迹为球形轨道。本实施例以外成型块226、第二腰形孔228及内成型块227的数量均为三个为例，具体数量可以根据实际生产需要进行调整。

当冲头组件22在下压机构的作用下竖直向下移动过程中，外滑块223能在对应第一滑道231的滑动并在第一滑道231的导向作用下，使得外滑块223带动外冲头221在下压的同时并沿自身轴线旋转，外冲头221的下压速率与旋转角度均准确按照第一滑道231的形状移动。与此同时，内滑块224能在对应第一腰形孔225内滑动并在第二滑道232的导向作用下，使得内滑块224带动内冲头222在下压的同时并沿自身轴线旋转，内冲头222的下压速率与旋转角度均准确按照第二滑道232的形状移动，最终实现内冲头222的内成型块227和外冲头221的外成型块226对原始坯料60锻造成型。

由于冲头组件22为内冲头222和外冲头221形成分体式结构，且第一滑道231的倾斜角度和第二滑道232的倾斜角度相反，则内冲头222和外冲头221可以分别向两个相反的方向进行旋转，从而实现成型轨迹为三组八字形滑道。因此，采用这种结构，可以完成原始坯料60内壁异形结构的成型，满足成型工件61的机加工效果，从而满足多样化的需求。同时，该锻造成型装置采用的机构数量较少，减少了机构之间的匹配误差，且达到了提高生产速率，节省成本的目的。进一步地，无需对原始坯料60进行切削量的机加工，使得成型工件61的强度更高。

本实施例提供的锻造成型装置的工作过程如下：

首先，如图10-11所示，下压机构驱动整个上模机构2一起竖直向下移动并逐渐靠近下模机构1；

其次，如图12所示，在仿形滑套212的下端面和下模机构1的顶面相接触之后，仿形滑套212与下模机构1处于相对静止状态，除仿形滑套212之外的上模机构2继续竖直向下移动，卡台和限位凸缘213相分离并压缩第一氮气弹簧31和第二氮气弹簧41；

然后，外滑块223能沿第一滑道231的内壁滑动并在第一滑道231的导向作用下，使得外滑块223带动外冲头221在下压的同时并沿自身轴线旋转；内滑块224能沿对应第一腰形孔225的内壁滑动并在第二滑道232的导向作用下，使得内滑块224带动内冲头222在下压的同时并沿自身轴线旋转，在上模机构2到达预设高度之后，下压机构停止下压，最终实现内冲头222的内成型块227和外冲头221的外成型块226对原始坯料60锻造成型；

再次，在被压缩的第一氮气弹簧31的作用下，带动保护罩211实现复位，并且在被压缩的第二氮气弹簧41的作用下，带动冲头组件22实现复位，冲头组件22回退路径与进给路径相反，此时，仿形滑套212保持与下模机构1相贴合并强制将成型工件61留在下模机构1内，完成卸料过程；

最后，如图13所示，穿设在模芯13内的顶升驱动源驱动顶杆51竖直向上移动并推动成品工件，以将成品工件顶起，继而操作人员控制夹取机构将其夹取并移出。

本实施例还提供了一种锻造成型方法，采用上述的锻造成型装置进行成型加工，包括以下步骤：

步骤1)：下压机构驱动上模机构2竖直向下移动，以靠近下模机构1；

步骤2)：在仿形滑道23与下模机构1接触后，上模机构2在下压机构的驱动下继续竖直向下移动，冲头组件22与仿形滑道23滑动配合，使冲头组件22在原始坯料60上形成成型轨迹。

本实施例还提供了一种锻造成型方法，能够实现了成型工件的负角成型。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种锻造成型装置，其特征在于，包括：

下模机构(1)，用于放置原始坯料(60)；

上模机构(2)，位于所述下模机构(1)的正上方，所述上模机构(2)包括仿形滑道(23)和冲头组件(22)，所述仿形滑道(23)相对于水平面倾斜地延伸，所述冲头组件(22)与所述仿形滑道(23)滑动配合；

下压机构，用于驱动所述上模机构(2)竖直向下移动；

所述上模机构(2)还包括上模组件(21)，所述上模组件(21)包括保护罩(211)及滑动设置于所述保护罩(211)内部的仿形滑套(212)，所述仿形滑道(23)开设于所述仿形滑套(212)上；

所述仿形滑道(23)包括多个第一滑道(231)及多个第二滑道(232)，所述第二滑道(232)低于所述第一滑道(231)，且所述第一滑道(231)与所述第二滑道(232)在竖向上错位设置；

所述第一滑道(231)的倾斜方向和所述第二滑道(232)的倾斜方向相同或相反；所述第一滑道(231)的倾斜角度和所述第二滑道(232)的倾斜角度相同或不同；

所述冲头组件(22)包括外冲头(221)及滑动设置于所述外冲头(221)内部的内冲头(222)，所述外冲头(221)上凸设有多个外滑块(223)，每个外滑块(223)与对应的所述第一滑道(231)滑动配合，所述内冲头(222)上凸设有多个内滑块(224)，每个所述内滑块(224)穿过所述外冲头(221)并与对应的所述第二滑道(232)滑动配合；

所述外冲头(221)上对应所述内滑块(224)开设有多个第一腰形孔(225)，每个所述内滑块(224)能在对应的所述第一腰形孔(225)内滑动；

所述外冲头(221)的下端凸设有多个外成型块(226)，相邻两个所述外成型块(226)之间设置有第二腰形孔(228)，所述内冲头(222)的下端凸设有多个内成型块(227)，每个所述内成型块(227)在对应的所述第二腰形孔(228)内滑动。

2.根据权利要求1所述的锻造成型装置，其特征在于，该锻造成型装置还包括设置于所述保护罩(211)内部的第一复位组件(3)，所述第一复位组件(3)设置于所述保护罩(211)和所述仿形滑套(212)之间，所述第一复位组件(3)用于所述保护罩(211)的复位。

3.根据权利要求1所述的锻造成型装置，其特征在于，该锻造成型装置还包括设置于所述保护罩(211)内部的第二复位组件(4)，所述第二复位组件(4)设置于所述冲头组件(22)和所述仿形滑套(212)之间，所述第二复位组件(4)用于所述冲头组件(22)的复位。

4.一种采用如权利要求1-3任一项所述的锻造成型装置进行锻造成型的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：下压机构驱动上模机构(2)竖直向下移动，以靠近下模机构(1)；

步骤2)：在仿形滑道(23)与下模机构(1)接触后，上模机构(2)在下压机构的驱动下继续竖直向下移动，冲头组件(22)与仿形滑道(23)滑动配合，冲头组件(22)与仿形滑道(23之间产生周向旋转，使冲头组件(22)的下端切割原始坯料(60)的内部，形成成型轨迹。

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