CN113145748A - 一种采用滚轴结构的省力变薄拉伸模具 - Google Patents

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方敏
张治民
王强
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Abstract

本发明公开一种采用滚轴结构的省力变薄拉伸模具，包括滚轴和拉伸模圈，拉伸模圈呈环形，拉伸模圈设有中空的拉伸件通道，拉伸件通道内壁开设若干个凹槽，每个凹槽内均同轴嵌入一个转动的圆柱形滚轴，相邻两个滚轴紧密相抵接，从而拉伸模圈的内壁的所有滚轴排列构成封闭的环形工作带；凹槽的截面呈月牙形，滚轴的外部嵌入凹槽中，滚轴的内部凸出于凹槽外；进给方向上游的凹槽槽口相对拉伸模圈的中心轴方向向外偏转，进给方向下游的凹槽槽口相对拉伸模圈的中心轴方向向内偏转，使得进给方向上游的拉伸件通道直径大于进给方向上游的拉伸件通道直径。本案弱化了拉伸件与模圈之间的滑动摩擦，实现了省力变薄拉伸、单道次变形大、拉伸件不易损坏等优点。

Description

一种采用滚轴结构的省力变薄拉伸模具
技术领域
本发明属于金属塑性成形技术，特别是涉及常见的筒形件或盒型件的一种变薄拉伸塑性加工模具。
背景技术
筒形件或盒型件是常见的金属构件类型，传统的加工方法是反挤压配合多道次变薄拉伸组成的成形技术或工艺方法。多道次的变薄拉伸可以大幅度减小壁厚并获得拉伸件长度的相应增加，同时有利于降低反挤压制坯时产生的壁厚差，目前在工业制造领域有着广泛的应用。但是，传统的变薄拉伸模具在变形时，其工作面与拉伸件之间存在剧烈的滑动摩擦，一方面增大了变形力，易出现底部拉裂或者筒壁撕裂等现象；另一方面造成了模具寿命低、拉伸件表面划伤等一系列难题。特别是对于一些需要加热后进行拉伸变形的高强度构件，传统的变薄拉伸工艺更是难以胜任。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用滚轴结构的省力变薄拉伸模具，大幅度降低拉伸所需的载荷，从而实现单道次拉伸变形量大，在保证产品成形精度要求的基础上实现省力的高效率生产，且模具寿命明显提高。
为达成上述目的，本发明的解决方案为：一种采用滚轴结构的省力变薄拉伸模具，包括滚轴和拉伸模圈，所述拉伸模圈呈环形，所述拉伸模圈设有中空的拉伸件通道，供拉伸件通过，所述拉伸件通道内壁开设若干个凹槽，每个所述凹槽内均同轴嵌入一个转动的圆柱形滚轴，滚轴的转轴垂直于拉伸模圈的中心轴，相邻两个滚轴紧密相抵接，从而拉伸模圈的内壁的所有滚轴排列构成封闭的环形工作带；
所述凹槽的截面呈月牙形，所述滚轴的外部嵌入凹槽中，所述滚轴的内部凸出于凹槽外；
进给方向上游的所述凹槽槽口相对拉伸模圈的中心轴方向向外偏转，进给方向下游的所述凹槽槽口相对拉伸模圈的中心轴方向向内偏转，使得进给方向上游的拉伸件通道直径大于进给方向上游的拉伸件通道直径。
优选的，进给方向上游的所述凹槽槽口向外偏转后，再向内延伸形成防脱挡缘。
优选的，进给方向下游的所述凹槽槽口向内偏转后与所述防脱挡缘位于同一直线上。
采用上述方案后，本发明的有益效果在于：
本发明采用多个圆柱形滚轴紧密环形排列构成了适合筒型件以及盒型件等变薄拉伸的拉伸模圈，结构简单、灵活性强、方式新颖，利用圆柱滚轴的同步转动，最大程度地弱化了变薄拉伸中常见的滑动摩擦，最大成形力相比较传统工艺降低1/3至1/4，最大拉伸速度可以提高2倍以上；可以实现超出传统工艺的单道次壁厚减薄量的多道次工艺设计；模圈使用寿命提高50％以上。特别是，本发明的滚轴凹槽结构易于存储油脂等润滑剂，有利于保证高温度、高载荷工况下的生产的连续性，相较之下，传统工艺无法储存润滑剂，短板明显。而且，本发明的滚轴在变薄拉伸过程中，得益于偏转的月牙形凹槽结构，使得滚轴在进给方向转动过程中始终保持在凹槽内，不易脱出，因此，利用结构本身产生的自锁效果也是本发明的主要特点之一。
附图说明
图1是本发明与拉伸件的工作过程示意图；
图2是本发明凹槽与滚轴的配合关系示意图；
图3是本发明拉伸模圈和滚轴沿中心轴方向的剖视示意图；
图4是本发明的俯视示意图。
标号说明：
拉伸模圈1、拉伸件通道11、凹槽12、防脱挡缘13、滚轴2、拉伸件3。
具体实施方式
以筒形件为例、以下结合附图1至图4及具体实施例对本发明做详细的说明。
本发明提供一种采用滚轴结构的省力变薄拉伸模具，如图1所示，包括拉伸模圈1和滚轴2，所述拉伸模圈1呈环形，所述拉伸模圈1设有中空的拉伸件通道11，供拉伸件3通过，所述拉伸件通道11内壁开设若干个凹槽12，每个所述凹槽12内均同轴嵌入一个转动的圆柱形滚轴2；
如图3所示，滚轴2的转轴垂直于拉伸模圈1的中心轴，相邻两个滚轴2紧密相抵接，从而拉伸模圈1的内壁的所有滚轴2排列构成封闭的环形工作带，如图4所示；
结合图1和图2，所述凹槽12的截面呈月牙形，所述滚轴2的外部嵌入凹槽12中，所述滚轴2的内部凸出于凹槽12外；进给方向上游的所述凹槽12槽口相对拉伸模圈1的中心轴方向向外偏转，进给方向下游的所述凹槽12槽口相对拉伸模圈1的中心轴方向向内偏转，使得进给方向上游的拉伸件通道11直径大于进给方向上游的拉伸件通道11直径。
作为进一步的优选方案，进给方向上游的所述凹槽12槽口向外偏转的倾角为α，再向内延伸一段距离δ形成防脱挡缘13，所述防脱挡缘13可以有效抵挡滚轴2上移，防止滚轴2脱出。
进给方向下游的所述凹槽12槽口向内偏转后与所述防脱挡缘13位于同一直线上，方便槽口直线切割加工成型。
本发明拉伸件的拉伸过程为，当拉伸件3随拉伸冲头向下运动，拉伸件3从拉伸件通道11进入环形工作带，首先与圆柱滚轴2接触并开始咬合，随着咬合面积增大，二者间的摩擦力会导致圆柱滚轴2在凹槽12内发生并保持转动，后续的变形过程中滚轴2与拉伸件3的进给运动同步转动，从而实现无滑动摩擦的变薄拉伸，直至拉伸件3全部通过环形工作带。
本发明各部件的具体参数可参照如下：图1中，d为拉伸件3内径，D1为拉伸件3原始外径，D2为拉伸件3变薄拉伸后的外径。则变薄前壁厚为
Figure BDA0003034377590000041
变薄后的壁厚为
Figure BDA0003034377590000042
故单道次变薄量为
Figure BDA0003034377590000043
槽口倾角α与单道次变薄量
Figure BDA0003034377590000044
相关，随单道次变薄量的增加而增大，取15～30°为宜。
首先，如图2所示，圆柱形滚轴2的直径d0应大于单道次变薄量的两倍
Figure BDA0003034377590000045
或保证拉伸件3变形金属与滚轴2的咬合区域不超过滚轴2周长的五分之一；
这样设计是由于管壁变薄的过程中，后续进入环形工作带的金属会出现堆积，导致壁厚略有增大，导致原来直径D1有所增大，所以这样设计保证金属堆积在滚轴与滚轴紧密抵接的上方，换句话说，保证金属不至于流出咬合区域以外的地方。
将滚轴2嵌入凹槽12内，凹槽12的内径
Figure BDA0003034377590000046
如图4所示，圆柱滚轴2长度B取决于环形工作带的细分程度，环形工作带的直径为D2，等分为24个滚轴2且各滚轴2内沿两个端点位于环形工作带D2的圆周上，则
Figure BDA0003034377590000047
而
Figure BDA0003034377590000048
一般地，B＝1～1.5d0，相应的槽长为B+0.02～0.05mm。槽口宽度L小于d0，进一步确保滚轴2不会自由脱落。
其次，装配好的拉伸模圈1如图3所示，嵌入槽圈的圆柱滚轴2内沿紧密排列，构成封闭的环形工作带。
Figure BDA0003034377590000049
即本道次壁厚减薄量，而单道次最大许可减薄量与材料性质、变形条件以及D1、D2、d等几何尺寸相关，由于本发明最大程度地弱化了拉伸件3与拉伸模圈1之间的滑动摩擦，因此实际减薄量可以大幅度超出传统的最大许可减薄量。
在上述结构基础上，本发明所述拉伸模圈1还可以采用诸如分体式的多种结构形式，以利于加工和装配。另外，多个拉伸模圈1的叠加可以实现多道次变薄拉伸的连续进行，各模圈有意识地将滚轴2错开一定位置布置有利于提高拉伸件3表面质量；而且圆柱滚轴2可以制成通用尺寸以适应类似的拉伸模圈1的需要。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (3)

1.一种采用滚轴结构的省力变薄拉伸模具，其特征在于，包括滚轴和拉伸模圈，所述拉伸模圈呈环形，所述拉伸模圈设有中空的拉伸件通道，供拉伸件通过，所述拉伸件通道内壁开设若干个凹槽，每个所述凹槽内均同轴嵌入一个转动的圆柱形滚轴，滚轴的转轴垂直于拉伸模圈的中心轴，相邻两个滚轴紧密相抵接，从而拉伸模圈的内壁的所有滚轴排列构成封闭的环形工作带；
所述凹槽的截面呈月牙形，所述滚轴的外部嵌入凹槽中，所述滚轴的内部凸出于凹槽外；
进给方向上游的所述凹槽槽口相对拉伸模圈的中心轴方向向外偏转，进给方向下游的所述凹槽槽口相对拉伸模圈的中心轴方向向内偏转，使得进给方向上游的拉伸件通道直径大于进给方向上游的拉伸件通道直径。
2.如权利要求1所述一种采用滚轴结构的省力变薄拉伸模具，其特征在于：进给方向上游的所述凹槽槽口向外偏转后，再向内延伸形成防脱挡缘。
3.如权利要求2所述一种采用滚轴结构的省力变薄拉伸模具，其特征在于：进给方向下游的所述凹槽槽口向内偏转后与所述防脱挡缘位于同一直线上。
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