CN109702029B - 轮毂成形装置及其增压机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轮毂成形装置及其增压机构，轮毂成形增压机构包括合模施压机构、约束框架，合模施压机构包括固定器和连接器，固定器与连接器之间设置有连杆机构，连杆机构包括与固定器铰接的第一肘杆、与连接器铰接的连杆，连杆与第一肘杆之间相互铰接，还包括摆动限位结构，第一肘杆在和连杆的铰接位置或靠近铰接位置处设有铰接配合结构，约束框架上铰接有第二肘杆，第二肘杆与约束框架之间设有弹性保持件，第二肘杆的自由端设有卡接结构，卡接结构在液压机下行合模时与铰接配合结构相连并形成铰接关系而使连杆机构与第二肘杆共同构成曲肘连杆机构、在液压机回程时与铰接配合结构相对分离，解决了现有增压技术中模具的开模行程小的问题。

Description

轮毂成形装置及其增压机构

技术领域

本发明涉及成形装置，特别适用于汽车轮毂成形装置及其增压机构。

背景技术

随着国民经济的发展，轻合金汽车轮毂的精密塑性成形技术已成为汽车轮毂成形技术的发展方向。授权公告号为CN102179665B、授权公告日为2014.07.16的中国发明专利公开了一种汽车轮毂的组合塑性成形方法及其配套成形模具，该成形模具具有一个瓣合式下模和两个依次与瓣合式下模配合的挤压上凸模和胀形上凸模，成形时先将坯料在模具内由挤压上凸模与下模配合，采用挤压工艺预成形出轮毂的轮辐部分和轮辋的下部分，并将轮辋的上部成形为中空管坯，再用胀形上凸模与下模配合经胀形工艺将第一步成形出的预制件成形为轮毂。上述成形模具的开合模操作通过开合模驱动机构驱动。轮毂尺寸越大，需要的驱动力也越大。由于现有轮毂成形技术中没有带增压功能的开合模驱动机构，故需要采用相应的大吨位液压机，而大型液压机结构庞大，价格高，液压系统复杂，工作速度较低，因而影响了该技术的应用。

申请公布号为CN106182861A、申请公布日为2016.12.07的中国发明专利申请公开了一种用于复合传动液压机的油缸-连杆驱动系统，包括对称连杆增力机构和液压机油缸，其中对称连杆增力机构由左右对称的两组连杆机构组成，每一组连杆机构由肘杆、肘销、出力杆、出力销、驱动杆、驱动销、铰接销构成，肘杆通过肘销连接液压机的上横梁，驱动杆通过驱动销连接液压机的小滑座，出力杆通过出力销与液压机的滑块连接，肘杆、驱动杆和出力杆又通过铰链销连接组成曲肘连杆机构，通过液压机的油缸的运动带动液压机的滑块实现液压机的往复运动。

上述曲肘连杆机构在接近下死点位置（极限位置）时具有6-8倍的增力系数，出力杆相当于肘杆，驱动杆相当于连杆，两肘杆组成曲肘机构，其中一肘杆与连杆组成连杆机构，两肘杆与连杆共同组成曲肘连杆机构。可考虑将上述曲肘连杆机构应用于轮毂成形模具上，作为轮毂成形模具的增压机构。但是上述曲肘连杆机构的两肘杆均与连杆铰接，液压机的最大开模空间为两肘杆的长度，模具开模空间小，无法提供足够大操作空间。

发明内容

本发明的目的在于提供轮毂成形增压机构，以解决现有技术中在轮毂成形模具上使用曲肘连杆机构增压时，模具的开模行程小，无法提供足够大操作空间的问题；本发明的目的还在于提供一种解决上述问题的轮毂成形装置。

本发明的轮毂成形增压机构采用如下技术方案：

轮毂成形增压机构包括合模施压机构和约束框架，所述合模施压机构包括固定器和连接器，在使用时下模固定于约束框架内，上模连接在固定器上，连接器与液压机的活动横梁连接，所述连接器与固定器之间设有导向结构，固定器与连接器之间设置有至少两组对称布置的连杆机构，固定器通过连杆机构吊装在连接器的下方；连杆机构包括与固定器铰接的第一肘杆、与连接器铰接的连杆，连杆与第一肘杆之间相互铰接，合模施压机构还包括用于在合模前在连杆机构受拉力状态下，保证被铰接的第一肘杆和连杆间具有一定角度而不会被拉直的摆动限位结构；第一肘杆在和连杆的铰接位置或靠近铰接位置处设有铰接配合结构，约束框架上铰接有第二肘杆，第二肘杆与约束框架之间设有使第二肘杆的自由端悬伸在设定位置的弹性保持件，第二肘杆的自由端设有卡接结构，所述卡接结构在液压机下行合模时与所述铰接配合结构相连并形成铰接关系而使连杆机构与第二肘杆共同构成曲肘连杆机构，所述卡接结构在液压机回程时与所述铰接配合结构相对分离。

本发明的有益效果是：液压机为轮毂成形模具提供动力实现模具的开合模，活动横梁下行时，在导向结构作用下使上模、下模顺利合模；合模完成后，连接器继续下行，上模暂停运动，第一肘杆和连杆受压力向外摆动，使铰接配合结构与卡接结构配合形成铰接关系，连杆机构与第二肘杆共同构成曲肘连杆机构，通过曲肘连杆机构将液压机的压力放大，具有很大的增压作用，极大地增加成形力，迫使模具中的上模在大的压力下下行，使模具中的金属坯料产生塑性变形成为轮毂筒形件，从而可以采用较小的成形设备生产较大尺寸的轮毂产品；在液压机回程过程，连杆机构和第二肘杆可通过卡接结构与铰接配合结构实现分离，模具的开模空间不受曲肘连杆机构的约束，具有较大的行程，为轮毂挤压成形操作提供了更大的操作空间。

为简化轮毂成形增压机构的结构，本方案中所述第一肘杆上设有机构铰接轴，所述第二肘杆的自由端上设有轴槽，在液压机下行合模时机构铰接轴滑入轴槽中并形成铰接关系而使连杆机构与第二肘杆形成曲肘连杆机构，所述机构铰接轴构成所述铰接配合结构，所述轴槽构成所述卡接结构。

为进一步简化轮毂成形增压机构的结构，本方案中所述连杆与第一肘杆的铰接轴的轴线与机构铰接轴的轴线一致。

为方便设计加工，本方案中所述连杆上设有弧形挡槽，第一肘杆上设有限位销，所述连杆机构受拉力时限位销与弧形挡槽的一侧槽壁挡止配合使第一肘杆与连杆之间具有一定角度、受压力时第一肘杆可以绕与固定器铰接的铰接轴向外摆动，所述弧形挡槽与限位销构成所述摆动限位结构。

为简化轮毂成形增压机构的结构，本方案中所述弹性保持件为扭簧。

为方便连接器与固定器之间的导向，本方案中所述导向结构包括固定在连接器上的导柱和设置在固定器上与导柱适配的导柱孔，所述连接器与固定器通过导柱插装在导柱孔内实现导向。

本发明的轮毂成形装置采用如下技术方案：

轮毂成形装置包括上模、下模和增压机构，所述增压机构包括合模施压机构和约束框架，所述合模施压机构包括固定器和连接器，在使用时下模固定于约束框架内，上模连接在固定器上，连接器与液压机的活动横梁连接，所述连接器与固定器之间设有导向结构，固定器与连接器之间设置有至少两组对称布置的连杆机构，固定器通过连杆机构吊装在连接器的下方；连杆机构包括与固定器铰接的第一肘杆、与连接器铰接的连杆，连杆与第一肘杆之间相互铰接，合模施压机构还包括用于在合模前在连杆机构受拉力状态下，保证被铰接的第一肘杆和连杆间具有一定角度而不会被拉直的摆动限位结构；第一肘杆在和连杆的铰接位置或靠近铰接位置处设有铰接配合结构，约束框架上铰接有第二肘杆，第二肘杆与约束框架之间设有使第二肘杆的自由端悬伸在设定位置的弹性保持件，第二肘杆的自由端设有卡接结构，所述卡接结构在液压机下行合模时与所述铰接配合结构相连并形成铰接关系而使连杆机构与第二肘杆共同构成曲肘连杆机构，所述卡接结构在液压机回程时与所述铰接配合结构相对分离。

本发明的有益效果是：液压机为增压机构提供动力实现模具的开合模，活动横梁下行时，在导向结构作用下使上模、下模顺利合模；合模完成后，连接器继续下行，第一肘杆和连杆受压力向外摆动，使铰接配合结构与卡接结构配合形成铰接关系，连杆机构与第二肘杆共同构成曲肘连杆机构，通过曲肘连杆机构将液压机的压力放大，极大地增加成形力，迫使模具中的上模在大的压力下下行，使模具中的金属坯料产生塑性变形成为轮毂筒形件，不仅保证产品的加工精度，从而可以采用较小的成形设备，生产较大尺寸的轮毂产品；在液压机回程过程，连杆机构和第二肘杆可通过卡接结构与铰接配合结构实现分离，模具的开模空间不受曲肘连杆机构的约束，具有较大的行程，为轮毂挤压成形操作提供了更大的操作空间。

为简化增压机构的结构，本方案中所述第一肘杆上设有机构铰接轴，所述第二肘杆的自由端上设有轴槽，在液压机下行合模时机构铰接轴滑入轴槽中并形成铰接关系而使连杆机构与第二肘杆形成曲肘连杆机构，所述机构铰接轴构成所述铰接配合结构，所述轴槽构成所述卡接结构。

为进一步简化增压机构的结构，本方案中所述连杆与第一肘杆的铰接轴的轴线与机构铰接轴的轴线一致。

为方便设计加工，本方案中所述连杆上设有弧形挡槽，第一肘杆上设有限位销，所述连杆机构受拉力时限位销与弧形挡槽的一侧槽壁挡止配合使第一肘杆与连杆之间具有一定角度、受压力时第一肘杆可以绕与固定器铰接的铰接轴向外摆动，所述弧形挡槽与限位销构成所述摆动限位结构。

为简化增压机构的结构，本方案中所述弹性保持件为扭簧。

为方便连接器与固定器之间的导向，本方案中所述导向结构包括固定在连接器上的导柱和设置在固定器上与导柱适配的导柱孔，所述连接器与固定器通过导柱插装在导柱孔内实现导向。

附图说明

图1为本发明的轮毂成形增压机构用于轮毂成形时的开模状态图；

图2为本发明的轮毂成形增压机构用于轮毂成形时刚合模且连杆机构与第二肘杆未铰接时的状态图；

图3为本发明的轮毂成形增压机构用于轮毂成形时连杆机构与第二肘杆铰接且曲肘连杆机构刚铰接时的状态图；

图4为本发明的轮毂成形增压机构用于轮毂成形时曲肘连杆机构接近于极限位置时的状态图；

图5为本发明的轮毂成形增压机构的摆动限位结构示意图。

图中：11-连接器，12-导柱，13-铰接轴，14-导柱孔，21-连杆，22-第一肘杆，23-铰接轴，24-弧形挡槽，25-限位销，31-固定器，32-铰接轴，41-约束框架，42-第二肘杆，43-铰接轴，44-轴槽，51-上模，52-凹模，53-型芯，54-顶出器，6-毛坯。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的轮毂成形增压机构的具体实施例，如图1至图4所示，轮毂成形增压机构包括合模施压机构和约束框架41。约束框架41为组合结构，且具有足够的强度和刚度，约束框架41的下部为一底板，用于安装模具的下模。约束框架41的侧面为两块立板，立板与底板刚性连接；约束框架41的上部具有前后两根横梁，以对立板进行横向约束，防止立板受力变形。

合模施压机构包括连接器11和固定器31，使用时上模51连接在固定器31上。定义约束框架41上两立板的布置方向为左右方向，两横梁的布置方向为前后方向，连接器11与固定器31之间设有两组左右对称布置的连杆机构，每组连杆机构由两个连体的连杆机构前后对称布置，固定器31通过连杆机构吊装在连接器11的下方。

连杆机构包括通过铰接轴32铰接在固定器31上的第一肘杆22、通过铰接轴13铰接在连接器11上的连杆21，第一肘杆22与连杆21通过铰接轴23铰接。约束框架41的两立板内侧，通过铰接轴43对称铰接有两个第二肘杆42，两个第二肘杆42与两组连杆机构一一对应，上述各铰接轴的轴线均相互平行。当然在其他实施例中，连杆机构可设置四组或其他数量的组数。

本实施例中第一肘杆22的长度大于第二肘杆42的长度，即第一肘杆22为长肘杆，第二肘杆42为短肘杆。在其他实施例中，连杆机构可设置四组、六组或大于六的其他偶数组，且各组连杆机构在连接器与固定器之间左右或前后对称布置。

定义靠近连杆机构对称轴线的一侧为内侧，远离对称轴线的一侧为外侧。如图5所示，本实施例中的第一肘杆22上设有限位销25，连杆21上设有角度为α的弧形挡槽24。连杆机构受拉力状态下，通过限位销25与弧形挡槽24的一侧槽壁挡止配合，保证连杆21和第一肘杆22间具有一定角度而不会被拉直，设计目的是，在连杆21和第一肘杆22间受压力时，可以使第一肘杆22向外摆动。需要说明的是，铰接轴23处于铰接轴32与铰接轴13连线的外侧，以使以使连杆21、第一肘杆22能够向外摆动。本实施例中的限位销25为方便加工的圆柱销，在其他实施例中，限位销可以是方形等其他形状；本实施例中的限位销25设置在第一肘杆22上，弧形挡槽24设置在连杆21上，在其他实施例中，也可以使限位销25设置在连杆21上，弧形挡槽24设置在第一肘杆22上。

另外，为了将第二肘杆42保持在设定位置，本实施例中的第二肘杆42与约束框架41之间设有扭簧（图中未画出），通过扭簧将第二肘杆42的自由端悬伸在设定位置，扭簧即为将第二肘杆42的自由端悬伸在设定位置的弹性保持件。

第二肘杆42的自由端上设有轴槽44，本实施例中的轴槽44为开口半圆槽，轴槽44的直径应满足能够与铰接轴23转动配合，以在第一肘杆22、连杆21向外摆动时，铰接轴13进入轴槽44配合形成卡接结构，使连杆机构与第二肘杆42共同构成曲肘连杆机构。在其他实施例中，可以在第二肘杆42的自由端上设置一铰接轴，同时在第一肘杆22上设置轴槽44，在第一肘杆22、连杆21向外摆动时，设置在第二肘杆42上的铰接轴进入轴槽44中配合形成卡接结构。

轮毂成形增压机构的工作过程包括液压机带动增压机构及固定在增压机构上的上模51下行的合模过程和合模后的增压过程。使用时，将轮毂成形增压机构安装在液压机上，即将连接器11固定在液压机的活动横梁上且由活动横梁导向，约束框架41固定在液压机的工作台上，并将下模安装在约束框架41的底板上，上模51安装在固定器31上。为保证上模51、下模对中合模，本实施例中的连接器11上固定有导柱12，固定器31上设有与导柱12适配的导柱孔14，连接器11与固定器31通过导柱12插装在导柱孔14内实现导向。

本实施例中的下模包括凹模52，凹模52的内腔中同轴固定安装有型芯53，凹模52和型芯53间形成间隙，用于成形轮毂的筒形轮辋部分，型芯53上滑动配合安装有带有顶杆的顶出器54。凹模52和型芯53固定在约束框架41的底板上，顶杆与底板间滑动配合，顶出器54上的顶杆与液压机下顶出缸连接。

定义如图1和图2所示的连杆21和第一肘杆22的轴线间具有一定角度时的状态为初始状态，即连杆机构没有向外摆动时的状态为初始状态；如图4所示的第一肘杆22与第二肘杆42配合形成的曲肘机构的轴线接近重合时的状态为终了状态，此时曲肘连杆机构处于极限位置。

具体的，在图1所示的开模状态下，凹模52中放入饼状金属毛坯6；液压机的活动横梁带动合模施压机构及上模51迅速下行，使上模51进入凹模52并压住毛坯6，处于图2所示的状态；活动横梁继续下行，毛坯6对模具产生的反作用力传给连杆机构，使连杆21和第一肘杆22向外摆动，同时，其铰接轴23进入第二肘杆42的轴槽44中，形成曲肘连杆机构，如图3所示；活动横梁继续下行，如图4所示，连杆21的力迫使合体后的曲肘机构逐步趋于伸直，通过固定器31带动上模51下行，对模腔中的坯料慢速加压，速度由快变慢，压力逐渐增加，使坯料先镦粗变形再逐步沿凹模52和型芯53间的环形间隙向下流动，最终形成筒形挤压件。这种变形条件正好适合轮毂的成形条件。

形成筒形挤压件之后，液压机回程，在回程拉力作用下，第一肘杆22和连杆21组成的连杆机构向内摆动，致使第二肘杆42同步复位，模具慢速开模；当第二肘杆42复位后停止运动，轴槽44与铰接轴23分离，连杆机构继续向内摆动复位，在第二肘杆42复位完成，连杆机构与第二肘杆42分离并到连杆机构完全复位的短暂时间内，模具不动；当连杆机构复位后具有轴向拉力作用，液压机继续回程，通过连杆机构带动上模51继续开模上行；液压机回程后，液压机顶出缸工作，通过顶出器54将挤压件从凹模52中顶出脱模，完成一个轮毂的成形；此后，顶出缸回程，并重复上述动作，进行下一次成形。在轴槽44与铰接轴23分离前，上模51慢速上行，为慢速卸压过程；当连杆机构复位后，连杆机构带动上模51随液压机快速回程。

在图4所示状态，曲肘连杆机构接近于极限位置，此时，第一肘杆22、第二肘杆42的轴线接近重合，具有较大的轴向刚性，连杆21的中心线（轴线）与合模运动方向具有较大的夹角（接近垂直状态），对液压缸的压力具有很大的轴向放大作用；连杆21的加力方向与曲肘机构的轴线接近垂直，能够对曲肘连杆机构伸直具有最大的加压效果；曲肘机构的轴线与液压机作用力方向具有较小的夹角，在模具受力方向具有大的分力。因此，该曲肘连杆机构具有较大的增压效果，增压倍数可达数十倍。

在液压机回程过程，由于连杆机构和第二肘杆42可通过卡接结构与铰接配合结构实现分离，使带动上模51的合模施压机构能够与约束框架41上的第二肘杆42分离，从而使模具的开模空间不受曲肘连杆机构的约束，达到增加开模空间的目的，为轮毂挤压成形操作提供了足够大的操作空间，满足汽车轮毂挤压成形的需要，解决了现有技术中在轮毂成形模具上使用曲肘连杆机构增压时，模具的开模行程小，无法提供足够大操作空间的问题。该增压机构同样可以用于低压铸造及需要大开模行程、大成形压力、小加力行程的场合，可以有效地减小设备的负荷。

需要说明的是，曲肘连杆机构的各配合面为间隙配合，具有可靠的润滑。为降低模具内毛坯6热量向曲肘连杆机构的传递效率，影响曲肘连杆21的使用，本实施例中的固定器31上还设有隔热结构。

本发明的轮毂成形增压机构具有以下优点：

1）由于采用了可分离的曲肘连杆机构，模具的工作行程不受曲肘连杆机构的约束，具有较大的行程，为轮毂挤压成形作业提供了更大的操作空间；

2）增压机构具有快速下行、慢速加压、慢速卸压和快速回程的特点，有利于提高生产效率和节能降耗；

3）增压作用由合模施压机构和约束框架实现，只需将增压机构安装在现有液压机上使用，不需要对液压机进行改造，且增压机构不会对液压机的机架产生多余的作用力；

4）具有很大的增压作用，可以采用较小的成形设备，生产较大尺寸的轮毂产品。

本实施例中，铰接轴23构成与第二肘杆42的自由端配合的铰接配合结构；在其他实施例中，也可在靠近第一肘杆与连杆的铰接位置处固定一限位杆，通过限位杆与轴槽的配合实现第二肘杆、连杆与第一肘杆的铰接，第一肘杆与连杆通过铰接轴铰接，此时，限位杆构成铰接配合结构。本实施例中，铰接轴23构成机构铰接轴，第一肘杆22、第二肘杆42与连杆21均铰接在铰接轴23上，实现连杆与第一肘杆的铰接轴的轴线与机构铰接轴的轴线一致；在其他实施例中，第一肘杆上可设置两个铰接轴，分别为第一铰接轴和第二铰接轴，其中第一铰接轴与连杆铰接配合，第二铰接轴用于在活动横梁导向合模时与第二肘杆铰接，第二肘杆构成铰接配合结构。

本实施例中，弧形挡槽24和限位销25构成摆动限位结构；在其他实施例中，也可在固定器上增设限位销，通过限位销对第一肘杆进行限位来限制第一肘杆的初始位置，在受拉力的情况下，连杆和第一肘杆间具有一定角度，而在受力时可以使第一肘杆绕与固定器的铰接轴向外摆动，此时，限位销构成摆动限位结构。

在其他实施例中，可在固定器上设置导柱，同时在连接器上设置与导柱适配的导柱孔，连接器与固定器通过导柱实现导向；也可在连接器上设置导轨，在固定器上设置与导轨导向配合的滑轨，通过导轨与滑轨的导向配合实现导向；弹性保持件也可为拉簧、压簧等弹性件；固定器上也可不设置隔热结构，而在上模上设置隔热结构，用于冷压时固定器上不需要设置隔热结构；约束框架可仅包括两块立板和前后两根对立板进行横向约束的横梁，而不包括底板，使用时，下模固定在液压机的工作台上，同时将约束框架固定在液压机的机架上，此时，由曲肘连杆机构产生的压力由液压机的工作台、机架承担，增压机构的承力效果会受到影响。

本发明的轮毂成形装置的具体实施例，轮毂成形装置包括上模、下模和增压机构，本实施例中的增压机构与上述轮毂成形增压机构的具体实施例中所述的增压机构的结构相同，不再赘述。

Claims (7)

1.轮毂成形增压机构，其特征是，包括合模施压机构和约束框架，所述合模施压机构包括固定器和连接器，在使用时下模固定于约束框架内，上模连接在固定器上，连接器与液压机的活动横梁连接，所述连接器与固定器之间设有导向结构，固定器与连接器之间设置有至少两组对称布置的连杆机构，固定器通过连杆机构吊装在连接器的下方；连杆机构包括与固定器铰接的第一肘杆、与连接器铰接的连杆，连杆与第一肘杆之间相互铰接，合模施压机构还包括用于在合模前在连杆机构受拉力状态下，保证被铰接的第一肘杆和连杆间具有一定角度而不会被拉直的摆动限位结构；第一肘杆在和连杆的铰接位置或靠近铰接位置处设有铰接配合结构，约束框架上铰接有第二肘杆，第二肘杆与约束框架之间设有使第二肘杆的自由端悬伸在设定位置的弹性保持件，第二肘杆的自由端设有卡接结构，所述卡接结构在液压机下行合模时与所述铰接配合结构相连并形成铰接关系而使连杆机构与第二肘杆共同构成曲肘连杆机构，所述卡接结构在液压机回程时与所述铰接配合结构相对分离。

2.根据权利要求1所述的轮毂成形增压机构，其特征是，所述第一肘杆上设有机构铰接轴，所述第二肘杆的自由端上设有轴槽，在液压机下行合模时机构铰接轴滑入轴槽中并形成铰接关系而使连杆机构与第二肘杆形成曲肘连杆机构，所述机构铰接轴构成所述铰接配合结构，所述轴槽构成所述卡接结构。

3.根据权利要求2所述的轮毂成形增压机构，其特征是，所述连杆与第一肘杆的铰接轴的轴线与机构铰接轴的轴线一致。

4.根据权利要求1或2或3所述的轮毂成形增压机构，其特征是，所述连杆上设有弧形挡槽，第一肘杆上设有限位销，所述连杆机构受拉力时限位销与弧形挡槽的一侧槽壁挡止配合使第一肘杆与连杆之间具有一定角度、受压力时第一肘杆可以绕与固定器铰接的铰接轴向外摆动，所述弧形挡槽与限位销构成所述摆动限位结构。

5.根据权利要求1或2或3所述的轮毂成形增压机构，其特征是，所述弹性保持件为扭簧。

6.根据权利要求1或2或3所述的轮毂成形增压机构，其特征是，所述导向结构包括固定在连接器上的导柱和设置在固定器上与导柱适配的导柱孔，所述连接器与固定器通过导柱插装在导柱孔内实现导向。

7.轮毂成形装置，包括上模、下模和增压机构，其特征是，所述增压机构为权利要求1至6中任意一项所述的轮毂成形增压机构。

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