CN110918938A - 工件挤压扭转复合一体化成型方法及成型装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及金属铸造领域，尤其涉及一种工件挤压扭转复合一体化成型方法，包括以下步骤：加热模具至指定的温度值，并将熔融的金属液浇注到扭转凹模的型腔内；挤压凸模向下移动并伸入扭转凹模内挤压金属液使金属液充满凹模整个型腔，当型腔压力升至临界值时停止凸模的移动，并向冷却沟道内通入冷却水冷却型腔，当型腔的温度冷却到适宜温度值时停止冷却水的通入，并启动扭转装置，带动扭转凹模转动，使型腔内的金属液形成为金属中心对称件；挤压凸模向上运动，直至推杆将黏着在凸模上的金属中心对称件推出。本申请的工件挤压扭转复合一体化成型方法，能高效率制备高性能的有色金属中心对称件，缩短加工流程，降低制造成本。

Description

工件挤压扭转复合一体化成型方法及成型装置

【技术领域】

本申请涉及金属铸造领域，尤其涉及一种工件挤压扭转复合一体化成型方法及成型装置。

【背景技术】

目前，对于有色合金中心对称件的成形加工来说，主要由铸造和塑性成形两种方式，铸造包括压力铸造和挤压铸造等，虽然工艺流程相对简单，但工件力学性能较低且重量较重；塑性成形包括锻造、旋压、环轧等，它们的工件力学性能优异且重量较轻，但工艺流程复杂、生产能耗高。由上可见，现行的有色合金中心对称件成形加工面临加工效率与工件性能两者难全的困境，不能满足有色合金加工行业日益增长的高效率、高性能的绿色制造要求。因此，铸造和塑性成形的复合工艺将会是未来的研究重点。

【发明内容】

为解决现行的有色合金中心对称件成形加工面临加工效率与工件性能两者难全的困境，本申请提供一种工件挤压扭转复合一体化成型方法及成型装置。

本申请为解决其技术问题所采用的技术方案：

工件挤压扭转复合一体化成型方法，包括以下步骤：

第一步，加热模具至指定的温度值，并将熔融的金属液浇注到扭转凹模的型腔内；

第二步，挤压凸模向下移动并伸入扭转凹模内挤压金属液使金属液充满凹模整个型腔，当型腔压力升至临界值时停止凸模的移动，并向冷却沟道内通入冷却水冷却型腔，当型腔的温度冷却到适宜温度值时停止冷却水的通入，并启动扭转装置，带动扭转凹模转动，使型腔内的金属液形成为金属中心对称件；

第三步，挤压凸模向上运动，直至推杆将黏着在凸模上的金属中心对称件推出。

工件挤压扭转复合一体化成型装置，包括凹模模块，所述凹模模块上方设有与凹模模块配合并可相对凹模模块上下移动的凸模模块，所述凹模模块包括下模板，所述下模板上设有可转动的设于下模板上的扭转凹模，所述扭转凹模上成型设置有用于注入金属液的注入腔，所述凸模模块包括与驱动装置相连的上模板和与所述上模板固定连接并可伸入到所述注入腔内挤压金属液的挤压凸模，所述挤压凸模与所述扭转凹模合拢时留有用于成型工件的型腔，所述下模板上还设有与所述扭转凹模相连带动凹模扭转的扭转装置。

如上所述的工件挤压扭转复合一体化成型装置，所述下模板上设有固定于下模板上的凹模安装座，所述凹模安装座的上表面设有安装凹位，所述扭转凹模的底部设有伸入该安装凹位内的凸台，所述凸台的外周与安装凹位的侧壁之间设有支撑扭转凹模转动的第一轴承。

如上所述的工件挤压扭转复合一体化成型装置，所述凸台的底部设有开口向下的扭转凹位，所述下模板以及凹模安装座的中部穿插有伸入至所述扭转凹位内的中心固定轴，所述中心固定轴的外周与扭转凹位的侧壁之间设有第二轴承，所述中心固定轴、所述扭转凹模以及所述挤压凸模的中心线重合。

如上所述的工件挤压扭转复合一体化成型装置，所述扭转装置包括两个与所述扭转凹模相连的扭转推杆，所述扭转推杆上对应连接有控制推杆带动凹模扭转的驱动机构，所述驱动机构关于所述扭转凹模呈中心对称设置。

如上所述的工件挤压扭转复合一体化成型装置，所述扭转凹模的外周侧壁开设有装配孔，所述扭转推杆的一端设有伸入所述装配孔内与扭转凹模过盈配合连接的凸柱，其另一端设有与所述驱动机构的动力输出端铰接的铰接部。

如上所述的工件挤压扭转复合一体化成型装置，所述驱动机构为液压油缸，所述液压油缸的活塞杆与所述扭转推杆连接的一端设有与扭转推杆的铰接部铰接的活塞杆端部耳环，所述液压油缸远离所述活塞杆端部耳环的一端设有缸体端部耳环，所述下模板上设有固定于下模板上的横向双耳支座，所述液压油缸的缸体端部耳环铰设于所述横向双耳支座上。

如上所述的工件挤压扭转复合一体化成型装置，所述挤压凸模的顶部连接有凸模固定板，所述凸模固定板的上端两侧与所述上模板之间设有两垫块，所述垫块上穿设有垫块连接件，所述上模板通过所述垫块连接件与所述凸模固定板固定连接，所述推出装置以及所述复位装置设于两垫块之间。

如上所述的工件挤压扭转复合一体化成型装置，所述推出装置包括设于上模板下方的推板，所述推板上设有推杆，所述推杆的上端固定于所述推杆，推杆的下端向下延伸穿过所述凸模固定板后插入所述挤压凸模内并可将凸模底部成型的工件推出。

如上所述的工件挤压扭转复合一体化成型装置，所述复位装置包括复位杆，所述复位杆的上端固定于所述推板，复位杆的下端穿过所述凸模固定板后伸入所述挤压凸模内，所述复位杆上套有复位弹簧，所述复位弹簧的一端抵接于所述推板，复位弹簧的另一端抵接于所述凸模固定板。

如上所述的工件挤压扭转复合一体化成型装置，所述挤压凸模的中部设有钻孔，所述凸模固定板上设有与所述钻孔相通的冷却水管，所述扭转凹模的外壁套有冷却水套。

与现有技术相比，本申请有如下优点：

1、本申请的工件挤压扭转复合一体化成型装置，通过在凹模型腔内待金属液冷却到适宜温度，利用铸件在凝固状态时或半凝固状态时的热量和凸模具有的压力，直接进行扭转剪切变形制备中心对称件的挤压、铸造复合装置，可应用于铝合金、镁合金等材料成型，在挤压扭转制备中心对称件时，剪切力又与压力和温度有关，这不但能使初生晶粒发生破碎化，而且能使初生晶粒发生偏转形成织构，织构会引起工件内部组织力学性能的各项异性，获得更具独特组织和力学性能的铸件，提高工件强度。

2、本申请的工件挤压扭转复合一体化成型装置，利用挤压铸造的余温余压，可以免去工件扭转剪切变形前的二次加热加压工序，采用挤压铸造扭转成型工艺可缩短铝合金材料加工流程、降低加工能耗，实现高效率、节能、减排的绿色制造。

【附图说明】

图1是本申请的工件挤压扭转复合一体化成型装置的结构示意图；

图2是本申请的工件挤压扭转复合一体化成型装置的局部剖视图；

图3是图2沿A-A向的剖视图；

图4是本申请的液压油缸的结构示意图。

【具体实施方式】

下面将结合附图及具体实施例对本申请作进一步说明。

请参看附图1至附图4，一种工件挤压扭转复合一体化成型装置，包括凹模模块1，所述凹模模块上方设有与凹模模块配合并可相对凹模模块上下移动的凸模模块2，所述凹模模块1包括下模板11、固定于下模板上的凹模安装座13、以及可转动的设于凹模安装座13上的扭转凹模12。具体地，凹模安装座和下模板上开设有螺孔，凹模安装座通过螺钉固定于下模板上，所述扭转凹模12上成型设置有用于注入金属液的注入腔121，直接挤压铸造一般通过给料机构(例如浇注机械手)将合金液直接浇注入敞口模具中，无需设置浇道。本实施例中，所述凹模安装座13的上表面设有安装凹位，所述扭转凹模12的底部设有伸入该安装凹位内的凸台123，所述凸台123的外周与安装凹位的侧壁之间设有支撑扭转凹模12转动的第一轴承6。具体地，该第一轴承为推力圆柱滚子轴承，以减小凹模扭转的摩擦力。

进一步地，所述凸台123的底部设有开口向下的扭转凹位124，所述下模板11以及凹模安装座13的中部穿插有伸入至所述扭转凹位124内的中心固定轴14，所述中心固定轴14的外周与扭转凹位124的侧壁之间设有第二轴承7，具体地，该第二轴承为滚针轴承，所述中心固定轴14、所述扭转凹模12以及所述挤压凸模22的中心线重合。扭转凹模底部中心处有一固定轴固定，固定轴与凹模间放置一滚针轴承，凹模通过凹模安装座安装在下模板上，凹模为整体凹模，为了满足扭转的要求，凹模形状为圆形，加工为台肩轴的形状，并在凹模下端面开有孔，便于放入放入轴承。

所述凸模模块2包括上模板21和可伸入到所述注入腔内挤压金属液的挤压凸模22，凸模采用直装整体式结构，由于零件形状简单，易于脱模。上模板与油压机活动横梁通过螺钉连接，带动上模板上下移动。所述挤压凸模22的顶部连接有凸模固定板23，所述凸模固定板23的上端两侧与所述上模板21之间设有两垫块24，所述垫块24上穿设有垫块连接件25，具体地，该垫块连接件为内六角螺钉，上模板通过内六角螺钉与凸模固定板固定连接，所述挤压凸模22与所述扭转凹模12合拢时留有用于成型工件的型腔122，型腔为铸件形状，同时在非型腔处也留有可相互转动的缝隙。凸模上开螺纹孔，采用细杆状溢流槽，细杆通过螺纹与溢流槽相连接，可防止中心对称件的大平面表面产生裂纹。

所述挤压凸模22与所述上模板21之间设有用于推出工件的推出装置3和复位推出装置的复位装置4。具体地，推出装置3包括设于上模板21下方的推板31，所述推板31上设有推杆32，所述推杆32的上端固定于所述推板31，推杆32的下端向下延伸穿过所述凸模固定板23后插入所述挤压凸模22内并可将凸模底部成型的工件推出。本实施例中，在推板与凹模法兰处设置有四根推杆，长度为合模时推板至凹模法兰处的高度。

复位装置4包括复位杆41，所述复位杆41的上端固定于所述推板31，复位杆41的下端穿过所述凸模固定板23后伸入所述挤压凸模22内，所述复位杆41上套有复位弹簧42，所述复位弹簧42的一端抵接于所述推板31，复位弹簧42的另一端抵接于所述凸模固定板23。本实施例中，在上模板和凸模固定板中间放置四个复位弹簧，复位弹簧一端接触推板，一端接触凸模固定板，复位弹簧的中间穿插复位杆，复位杆的顶端置于两块推板间，底端置于凸模处。优选地，复位弹簧选用圆柱螺旋弹簧。

进一步地，所述挤压凸模22的中部设有冷却沟道221，所述凸模固定板23上设有与所述冷却沟道221相通的冷却水管8，所述扭转凹模12的外壁套有冷却水套9。采用沟道内冷式，在凹模外圈安装冷却水套，在凸模和模板上钻孔使得冷却剂在孔道和沟槽内流动进行冷却。

所述下模板11上设有与所述扭转凹模12相连带动凹模扭转的扭转装置5。本实施例中，所述扭转装置5包括两个与所述扭转凹模12相连的扭转推杆51，所述扭转推杆51上对应连接有控制推杆带动凹模扭转的驱动机构。具体地，所述扭转凹模12的外周两开设有装配孔，所述扭转推杆51的一端设有伸入所述装配孔内与扭转凹模12过盈配合连接的凸柱511，其另一端设有与所述驱动机构的动力输出端铰接的铰接部512，所述驱动机构为液压油缸52，两个液压油缸关于所述扭转凹模12呈中心对称设置。本实施例中，液压油缸采用轻型HSG液压缸与扭转推杆进行扭转，为了排除液压缸内的空气，不影响液压缸的正常工作，需设置排气阀，采用整体式排气阀，阀体和阀针合为一体。

进一步地，液压缸的活塞杆与所述扭转推杆51连接的一端设有与扭转推杆的铰接部512铰接的活塞杆端部耳环521，所述液压油缸52远离所述活塞杆端部耳环521的一端设有缸体端部耳环522，所述下模板11上设有固定于下模板上的横向双耳支座15，所述液压油缸的缸体端部耳环522铰设于所述横向双耳支座15上。本实施例中，扭转凹模上开孔，与扭转推杆通过过盈配合连接，推杆和液压缸活塞杆通过销钉连接成转动副，液压缸缸头通过销钉与横向双耳支座连接成转动副，支座与下模板通过螺钉连接。本实施例中，由于装置的扭转角度仅需要30°，扭转速度较低(10°/s),所需扭矩为1028.28N/m,需要较大的扭转力，由于液压机自带一个一个液压系统，若能够通过液压驱动则可以改造油压机液压管路来实现驱动，不需要另外考虑设计控制系统。

采用本申请的工件挤压扭转复合一体化成型装置制备金属中心对称件的成型方法如下：

第一步，将金属进行加热至700℃并保温同时连通电阻丝与电源，加热模具至300℃，然后将金属在熔化炉内熔化，对金属液进行出渣、出气、精炼、静置处理，用给料机构浇注到凹模型腔内。

第二步，液压机带动凸模模块整体往下运动，挤压凸模向下移动并伸入注入腔内挤压金属液使金属液充满凹模整个型腔，将压力升至临界值并保压，然后通入冷却水冷却金属液体，温度逐渐降低，当温度冷却到适宜温度时停止冷却水的通入，然后启动液压缸，活塞杆推动扭转推杆，扭转推杆在推力圆柱滚子轴承的作用下带动凹模扭转，型腔内的金属液体或刚刚凝固的金属固体由于凹模的转动作用，形成为金属中心对称件，扭转凹模扭转后，继续通入冷却水将金属中心对称件冷却，直至冷却完毕后，关闭冷却水开关。

第三步，扭转结束后由液压机带动凸模模块整体向上运动，金属中心对称件黏着在凸模上随凸模向上运动一定距离，推杆向下运动将金属中心对称件推出，然后复位弹簧由于弹性带动推杆缩回，接着返回控制液压缸，活塞杆缩回带动扭转凹模反方向转动，使得扭转推杆复位。

本申请的工作原理：通过将熔融金属倒入凹模型腔内，凸模向下挤压，使金属液充满型腔，冷凝到适宜温度时，整体凹模转动，在挤压力和剪切力的作用下，溶液被挤压成中心对称件。

综上，本申请有如下优点：

1、本申请的工件挤压扭转复合一体化成型装置，通过在凹模型腔内待金属液冷却到适宜温度，利用铸件在凝固状态时或半凝固状态时的热量和凸模具有的压力，直接进行扭转剪切变形制备中心对称件的挤压、铸造复合装置，可应用于铝合金、镁合金等材料成型，在挤压扭转制备中心对称件时，剪切力又与压力和温度有关，这不但能使初生晶粒发生破碎化，而且能使初生晶粒发生偏转形成织构，织构会引起工件内部组织力学性能的各项异性，获得更具独特组织和力学性能的铸件，提高工件强度。

2、本申请的工件挤压扭转复合一体化成型装置，利用挤压铸造的余温余压，可以免去工件扭转剪切变形前的二次加热加压工序，采用挤压铸造扭转成型工艺可缩短铝合金材料加工流程、降低加工能耗，实现高效率、节能、减排的绿色制造。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请实施的范围，其他凡其原理和基本结构与本申请相同或近似的，均在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.工件挤压扭转复合一体化成型方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，加热模具至指定的温度值，并将熔融的金属液浇注到扭转凹模的型腔内；

第二步，挤压凸模向下移动并伸入扭转凹模内挤压金属液使金属液充满凹模整个型腔，当型腔压力升至临界值时停止凸模的移动，并向冷却沟道内通入冷却水冷却型腔，当型腔的温度冷却到适宜温度值时停止冷却水的通入，并启动扭转装置，带动扭转凹模转动，使型腔内的金属液形成为金属中心对称件；

第三步，挤压凸模向上运动，直至推杆将黏着在凸模上的金属中心对称件推出。

2.工件挤压扭转复合一体化成型装置，包括凹模模块(1)，所述凹模模块上方设有与凹模模块配合并可相对凹模模块上下移动的凸模模块(2)，其特征在于：所述凹模模块(1)包括下模板(11)，所述下模板(11)上设有可转动的设于下模板上的扭转凹模(12)，所述扭转凹模(12)上成型设置有用于注入金属液的注入腔(121)，所述凸模模块(2)包括与驱动装置相连的上模板(21)和与所述上模板固定连接并可伸入到所述注入腔内挤压金属液的挤压凸模(22)，所述挤压凸模(22)与所述扭转凹模(12)合拢时留有用于成型工件的型腔(122)，所述下模板(11)上还设有与所述扭转凹模(12)相连带动凹模扭转的扭转装置(5)。

3.根据权利要求2所述的工件挤压扭转复合一体化成型装置，其特征在于：所述下模板(11)上设有固定于下模板上的凹模安装座(13)，所述凹模安装座(13)的上表面设有安装凹位，所述扭转凹模(12)的底部设有伸入该安装凹位内的凸台(123)，所述凸台(123)的外周与安装凹位的侧壁之间设有支撑扭转凹模(12)转动的第一轴承(6)。

4.根据权利要求3所述的工件挤压扭转复合一体化成型装置，其特征在于：所述凸台(123)的底部设有开口向下的扭转凹位(124)，所述下模板(11)以及凹模安装座(13)的中部穿插有伸入至所述扭转凹位(124)内的中心固定轴(14)，所述中心固定轴(14)的外周与扭转凹位(124)的侧壁之间设有第二轴承(7)，所述中心固定轴(14)、所述扭转凹模(12)以及所述挤压凸模(22)的中心线重合。

5.根据权利要求2所述的工件挤压扭转复合一体化成型装置，其特征在于：所述扭转装置(5)包括两个与所述扭转凹模(12)相连的扭转推杆(51)，所述扭转推杆(51)上对应连接有控制推杆带动凹模扭转的驱动机构，所述驱动机构关于所述扭转凹模(12)呈中心对称设置。

6.根据权利要求5所述的工件挤压扭转复合一体化成型装置，其特征在于：所述扭转凹模(12)的外周侧壁开设有装配孔，所述扭转推杆(51)的一端设有伸入所述装配孔内与扭转凹模(12)过盈配合连接的凸柱(511)，其另一端设有与所述驱动机构的动力输出端铰接的铰接部(512)。

7.根据权利要求6所述的工件挤压扭转复合一体化成型装置，其特征在于：所述驱动机构为液压油缸(52)，所述液压油缸(52)的活塞杆与所述扭转推杆(51)连接的一端设有与扭转推杆的铰接部(512)铰接的活塞杆端部耳环(521)，所述液压油缸(52)远离所述活塞杆端部耳环(521)的一端设有缸体端部耳环(522)，所述下模板(11)上设有固定于下模板上的横向双耳支座(15)，所述液压油缸的缸体端部耳环(522)铰设于所述横向双耳支座(15)上。

8.根据权利要求2所述的工件挤压扭转复合一体化成型装置，其特征在于：所述挤压凸模(22)的顶部连接有凸模固定板(23)，所述凸模固定板(23)的上端两侧与所述上模板(21)之间设有两垫块(24)，所述垫块(24)上穿设有垫块连接件(25)，所述上模板(21)通过所述垫块连接件(25)与所述凸模固定板(23)固定连接，所述两垫块之间设有用于推出工件的推出装置(3)和复位推出装置的复位装置。

9.根据权利要求8所述的工件挤压扭转复合一体化成型装置，其特征在于：所述推出装置(3)包括设于上模板(21)下方的推板(31)，所述推板(31)上设有推杆(32)，所述推杆(32)的上端固定于所述推板(31)，推杆(32)的下端向下延伸穿过所述凸模固定板(23)后插入所述挤压凸模(22)内并可将凸模底部成型的工件推出，所述复位装置(4)包括复位杆(41)，所述复位杆(41)的上端固定于所述推板(31)，复位杆(41)的下端穿过所述凸模固定板(23)后伸入所述挤压凸模(22)内，所述复位杆(41)上套有复位弹簧(42)，所述复位弹簧(42)的一端抵接于所述推板(31)，复位弹簧(42)的另一端抵接于所述凸模固定板(23)。

10.根据权利要求8所述的工件挤压扭转复合一体化成型装置，其特征在于：所述挤压凸模(22)的中部设有冷却沟道(221)，所述凸模固定板(23)上设有与所述冷却沟道(221)相通的冷却水管(8)，所述扭转凹模(12)的外壁套有冷却水套(9)。

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