CN113399614A - 一种空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具及方法，属于金属塑性成形技术领域，包括终锻模具与预制坯模具。本发明通过采用预锻制坯，再正反复合挤压终锻的两工序成形方法，与传统三工步成形方法相比，极大简化了工序，大大提高了生产效率；与传统一工步成形方法相比，通过预锻显著降低了成形吨位，改善了模具因应力集中而降低使用寿命的缺陷；在终锻成形时下方采用背压成形技术，背压组件通过弹性体提供背压力，能够有效控制下方涡旋部分的金属流速，成形结束后涡旋部分的高度和平整度可得到有效控制；在终锻成形时上方采用反挤压技术，由于下方背压组件的存在，可使整形时成形吨位显著下降。

Description

一种空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具及方法

技术领域

本发明涉及金属塑性成形技术领域，具体涉及一种空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具及方法。

背景技术

随着人民生活水平的不断提高，汽车也越来越多的进入普通人家，汽车空调作为汽车的主要部件之一，关系着汽车的使用体感。空调装置的核心部件为制冷压缩机，而涡旋式压缩机因其结构紧凑、重量轻、微振低噪和寿命长等优点被广泛应用。涡旋盘作为压缩机的关键零件，其成形质量直接影响到空调的工作状态。

传统涡旋盘静盘仅单侧有涡旋部分，动盘、静盘相互配合后置于压缩机壳体内。常用的加工方法主要有低压铸造、机械加工、重力铸造和液态模锻等。其中低压铸造容易产生疏松、缩孔等内部缺陷，成形性能差，合格率低；机械加工在加工过程中会切断金属流线，造成应力腐蚀，且生产效率、材料利用率低；重力铸造和液态模锻生产效率极低。显然，随着国内汽车需求量的不断增大，原有技术生产效率和产品质量两方面均难以满足国内需求。基于流动控制成形原理，采用塑性成形技术生产的零件不仅可以提高生产效率和材料利用率，还可以改善零件的机械性能，在国外已经被普遍应用于各类零件成形，近期国内在涡旋盘成形方面也逐渐开始应用。

用于新能源汽车的涡旋盘如图1、图2所示，两侧均带有一定高度和厚度的静盘外圈，并且处于中部的涡旋部分均低于外圈高度，其中上部较浅涡旋为一级压缩部分，下部较深涡旋为二级压缩部分。

对该类零件，传统的塑性加工技术采用单工步或三工步成形，单工步成形时采用闭式模锻，进行正反复合挤压，此时由于涡旋和上下外圈高度较大且壁厚不均，导致金属流速不均，最终成形构件上下端部高度不一，并且在成形后期会导致成形吨位急剧上升，造成模具应力集中，大大降低模具使用寿命；三工步成形时，先预制坯，再挤压成形下部涡旋，最后反挤压成形上部涡旋，在成形下部涡旋时也会因金属流速不均导致成形结束时下端部高度不一，在最后反挤成形上部涡旋时需要对下涡旋进行整形，此时也会造成模具的应力集中，降低模具使用寿命。传统成形方法的构件成形质量差强人意且工序繁琐，严重限制了双侧涡旋盘的成形质量和批量化生产。为此，提出一种空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决双侧涡旋盘成形时底部涡旋和外圈高度难以保证的问题，提供了一种空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括终锻模具，所述终锻模具包括终锻凸模、终锻凹模、终锻上模座、终锻下模座、背压组件，所述终锻凸模与所述终锻上模座连接，所述终锻凹模设置在所述终锻下模座上，所述背压组件设置在所述终锻凹模与所述终锻下模座之间，终锻时对位于所述终锻凸模、终锻凹模之间的坯料产生背压力。

更进一步地，所述背压组件包括背压体、背压顶杆、弹性体，所述背压体、背压顶杆、弹性体依次设置，所述背压体位于终锻凹模的型腔底部设置的螺旋通孔中，所述弹性体的一端与所述终锻下模座连接，另一端通过所述背压顶杆向所述背压体施加背压力。

更进一步地，所述背压组件还包括弹簧压板，所述弹簧压板设置在所述背压顶杆、弹性体之间。

更进一步地，所述背压组件还包括弹簧套筒、压板套圈，所述弹簧套筒设置在所述弹性体的外部，所述压板套圈设置在所述弹簧压板外部，与所述弹簧压板的尺寸相匹配，压板套圈用于起到对弹簧压板的导向限位作用。

更进一步地，所述终锻模具还包括终锻凹模垫板、终锻凹模套圈，所述终锻凹模垫板设置在所述终锻凹模的下端，所述终锻凹模套圈设置在所述终锻凹模的外部，同时位于所述终锻凹模垫板的上端。

更进一步地，所述终锻凹模套圈、所述终锻凹模垫板、所述压板套圈、所述弹簧套筒自上而下依次设置。

更进一步地，所述终锻模具还包括下模套、终锻凸模固定圈，所述下模套设置在所述所述终锻凹模套圈、所述终锻凹模垫板、所述压板套圈、所述弹簧套筒的外部，用于起到限位作用，所述终锻凸模通过所述终锻凸模固定圈与所述终锻上模座连接。

更进一步地，所述终锻模具还包括上推料组件，所述上推料组件贯穿所述终锻凸模设置。

更进一步地，所述空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具还包括预制坯模具，所述预制坯模具包括预锻凸模、预锻凹模、预锻上模座、预锻下模座，所述预锻凸模设置在所述预锻上模座上，所述预锻凹模设置在所述预锻下模座上，坯料位于所述预锻凸模、预锻凹模中进行预锻。

更进一步地，所述预制坯模具还包括下推料组件，所述下推料组件贯穿所述预锻凹模设置。

本发明还提供了一种空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形方法，采用上述的成形模具对涡旋盘双侧涡旋进行成形工作，包括以下步骤：

S1：进行下料和坯料基本处理；

S2：将坯料置于预制坯模具上进行预锻制坯，使坯料成形为具有预设形状的预锻坯；

S3：将预制坯料放置于终锻模具中进行终锻成形，下部较深涡旋采用背压挤压成形，上部较浅涡旋采用反挤压成形，完成零件成形。

本发明相比现有技术具有以下优点：该空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具及方法，通过采用预锻制坯，再正反复合挤压终锻的两工序成形方法，与传统三工步成形方法相比，极大简化了工序，大大提高了生产效率；与传统一工步成形方法相比，通过预锻显著降低了成形吨位，改善了模具因应力集中而降低使用寿命的缺陷；在终锻成形时下方采用背压成形技术，背压组件通过弹性体提供背压力，能够有效控制下方涡旋部分的金属流速，成形结束后涡旋部分的高度和平整度可得到有效控制；在终锻成形时上方采用反挤压技术，由于下方背压组件的存在，可使整形时成形吨位显著下降，值得被推广使用。

附图说明

图1为本发明实施例中双侧涡旋盘上部结构示意图；

图2为本发明实施例中双侧涡旋盘下部结构示意图；

图3为本发明实施例中预锻模具的内部结构示意图；

图4为本发明实施例中终锻模具的内部结构示意图；

图5为本发明实施例中终锻模具的局部内部结构示意图；

图6为本发明实施例中有限元模拟结果示意图；(图中左上角百分比数值表示锻件成形进度)

图7为本发明实施例中预锻件结构示意图。

图中：1、预锻上模座；2、预锻凸模固定圈；3、预锻凸模；4、预锻凹模套圈；5、预锻凸模；6、预锻凹模垫板；7、预锻下模座；8、预锻打料杆；9、推料块；10、终锻凸模；11、终锻上模座；12、终锻凸模固定圈；13、导套；14、导柱；15、终锻凹模套圈；16、终锻凹模；17、终锻凹模垫板；18、压板套圈；19、弹簧套筒；20、弹簧压板；21、弹簧垫板；22、顶料杆；23、终锻下模座；24、弹性体；25、背压顶杆；26、背压体；27、下模套；28、模套压板；29、终锻打料杆。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供一种技术方案：一种新能源空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形工艺方法是在完成下料和坯料基本处理后，首先将坯料置于预制坯模具上进行预锻制坯，使坯料成形为具有预设形状的预锻坯；再将预制坯料放置于正反复合挤压终锻模具中进行终锻成形，下部较深涡旋采用背压挤压成形，上部较浅涡旋采用反挤压成形，完成零件成形。

在本实施例中，下料和基本坯料处理过程如下：

(1)下料

以某牌号铝合金挤压棒材为基础原料，其中棒材外径为零件圆形部分外径，根据体积不变原则计算零件所需高度，采用带锯进行下料；

(2)坯料处理

2a：对坯料外轮廓进行车削处理，以消除径向挤压痕迹；

2b：对材料在某制度下进行热处理，随后将坯料预热至200℃，将坯料蘸取水基石墨，最后将坯料加热至450℃保温一定时间后再次蘸取油基石墨，至此坯料预处理完成。

本实施例还提供了一种空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具，包括上述的预制坯模具与终锻模具。

如图3所示，本实施例中预制坯模具包括预锻凸模3、预锻凹模5，所述预锻模具还包括预锻凸模固定圈2、预锻凹模套圈4、预锻凹模垫板6和预锻打料杆8，所述预锻凸模3利用预锻凸模固定圈2与预锻上模座1下端面相连接；所述预锻凹模5设置于预锻凹模套圈4内与预锻下模座7上端面相连接；所述预锻凹模垫板6设置于预锻凹模5内部下端；所述预锻打料杆8贯穿预锻下模座7和预锻凹模垫板6且上表面与预锻凹模垫板6平齐。

如图4所示，本实施例中终锻模具包括终锻凸模10、终锻凹模16、背压组件，所述终锻模具还包括终锻凸模固定圈12、终锻打料杆29、推料块9、终锻上模座11、下模套27、模套压板28、终锻凹模套圈15、终锻凹模垫板17、终锻下模座23、顶料杆22。所述终锻凸模10通过终锻凸模固定圈12与终锻上模座11连接；所述终锻打料杆29贯穿终锻凸模10，并通过推料块9进行上限位；所述终锻凹模16嵌入至终锻凹模套圈15内置于下模套27内的终锻凹模垫板17上，下模套27上方边沿处设置有模套压板28；所述终锻凹模16型腔底部设置有贯穿螺旋形通孔；所述背压组件在下模套27的内部最下方；所述终锻凹模垫板17位于背压组件上方；“T”形结构的顶料杆22贯穿下模座27和弹簧垫板21，上方与弹簧压板20平齐，所述下模套27位于终锻下模座23上方。

如图4、5所示，本实施例中背压组件包括背压体26、背压顶杆25、弹簧压板20、压板套圈18、弹簧套筒19、弹簧垫板21、弹性体24。所述背压体26位于终锻凹模16的型腔底部的螺旋通孔中，螺旋通孔与下方涡旋形状相匹配，背压体26的底部设置有背压顶杆25；所述背压顶杆25贯穿终锻凹模垫板17置于弹簧压板20的上方；所述弹性体24设置于弹簧套筒19内侧，所述弹簧压板20设置在弹性体24的顶部，弹簧垫板21设置在弹性体24的底部；所述弹簧压板20置于压板套圈18中。

在本实施例中，终锻模具的背压组件，所使用的弹性体24可为氮气弹簧、蝶形弹簧或液压缸等。

本实施例的工作原理如下(结合有限元模拟结果，见附图6)：

预锻成形时，将处理好的坯料放入预锻凹模5内，置于预锻凹模垫板6上，预锻凸模3下行挤压坯料，坯料金属在预锻凸模3作用下向四周流动填充预锻凹模5的型腔，当预锻凸模3到达预设行程时，预锻凸模3上升，预锻打料杆8在外部作用下向上顶出，使预锻件顶预锻凹模5型腔，取出预锻件进行终锻。

终锻成形时，坯料在预锻作用下已经可以完全填满终锻凹模16内腔外轮廓，可以起到很好的导向作用，显著提高上下涡旋及外圈流动速度的均匀性，大大降低成形吨位。在终锻过程中，将预锻坯料置于终锻凹模16内，终锻上模座11带动终锻凸模10下行挤压坯料，在成形初期终锻凸模10与坯料并未完全接触，并且零件下涡旋及外壁均较高，此时则主要成形上方涡旋部分，如图6(a)所示。随着终锻凸模10的继续下行，上部涡旋逐渐成形，同时开始成形上部外圈；同时下方涡旋也逐渐开始成形，如图6(b)所示。由于下方部分金属流动的不均匀，流速较快的中间部分率先接触到背压体26，背压体26在接触到坯料后受到向下的压力，通过背压顶杆25传递到弹簧压板20上，此时弹性体24受力压缩，产生向上的背压力逐级传递到背压体26上，此时率先与背压体26相接触的部分继续流动受到流动阻力，未接触背压体的金属随着终锻上模座11的下行继续流动直至接触到背压体26，最终使涡旋部分下端面高度趋于一致，此时，下部外圈逐渐成形，如图6(c)所示。在成形末期，略微增大吨位进行整体整形，当下部外圈填充结束时，涡旋部分也基本达到预设高度，如图6(d)所示。在成形结束后，终锻凸模10上行，若锻件留在终锻凸模10上，液压缸作用于推料块9，使终锻打料杆29向下运动，将锻件推出，之后推料块9复位，终锻打料杆29在下次成形时回到初始位置；若锻件留在终锻凹模16中，顶料杆22在液压缸的作用下向上顶出，通过带动弹簧压板20、背压顶杆25和背压体26上行将锻件顶出终锻凹模16，同时弹性体24释放弹力，背压顶杆25和背压体26复位。

综上所述，上述实施例的空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具及方法，通过采用预锻制坯，再正反复合挤压终锻的两工序成形方法，与传统三工步成形方法相比，极大简化了工序，大大提高了生产效率；与传统一工步成形方法相比，通过预锻显著降低了成形吨位，改善了模具因应力集中而降低使用寿命的缺陷；在终锻成形时下方采用背压成形技术，背压组件通过弹性体提供背压力，能够有效控制下方涡旋部分的金属流速，成形结束后涡旋部分的高度和平整度可得到有效控制；在终锻成形时上方采用反挤压技术，由于下方背压组件的存在，可使整形时成形吨位显著下降，值得被推广使用。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具，其特征在于：包括终锻模具，所述终锻模具包括终锻凸模、终锻凹模、终锻上模座、终锻下模座、背压组件，所述终锻凸模与所述终锻上模座连接，所述终锻凹模设置在所述终锻下模座上，所述背压组件设置在所述终锻凹模与所述终锻下模座之间，终锻时对位于所述终锻凸模、终锻凹模之间的坯料产生背压力。

2.根据权利要求1所述的一种空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具，其特征在于：所述背压组件包括背压体、背压顶杆、弹性体，所述背压体、背压顶杆、弹性体依次设置，所述背压体位于终锻凹模的型腔底部设置的螺旋通孔中，所述弹性体的一端与所述终锻下模座连接，另一端通过所述背压顶杆向所述背压体施加背压力。

3.根据权利要求2所述的一种空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具，其特征在于：所述背压组件还包括弹簧压板，所述弹簧压板设置在所述背压顶杆、弹性体之间。

4.根据权利要求3所述的一种空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具，其特征在于：所述背压组件还包括弹簧套筒、压板套圈，所述弹簧套筒设置在所述弹性体的外部，所述压板套圈设置在所述弹簧压板外部，与所述弹簧压板的尺寸相匹配。

5.根据权利要求4所述的一种空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具，其特征在于：所述终锻模具还包括终锻凹模垫板、终锻凹模套圈，所述终锻凹模垫板设置在所述终锻凹模的下端，所述终锻凹模套圈设置在所述终锻凹模的外部，同时位于所述终锻凹模垫板的上端。

6.根据权利要求5所述的一种空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具，其特征在于：所述终锻凹模套圈、所述终锻凹模垫板、所述压板套圈、所述弹簧套筒自上而下依次设置。

7.根据权利要求6所述的一种空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具，其特征在于：所述终锻模具还包括下模套、终锻凸模固定圈，所述下模套设置在所述所述终锻凹模套圈、所述终锻凹模垫板、所述压板套圈、所述弹簧套筒的外部，所述终锻凸模通过所述终锻凸模固定圈与所述终锻上模座连接。

8.根据权利要求7所述的一种空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具，其特征在于：所述终锻模具还包括上推料组件，所述上推料组件贯穿所述终锻凸模设置。

9.根据权利要求1或7所述的一种空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具，其特征在于：所述空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形模具还包括预制坯模具，所述预制坯模具包括预锻凸模、预锻凹模、预锻上模座、预锻下模座、下推料组件，所述预锻凸模设置在所述预锻上模座上，所述预锻凹模设置在所述预锻下模座上，坯料位于所述预锻凸模、预锻凹模中进行预锻、所述下推料组件贯穿所述预锻凹模设置。

10.一种空调压缩机双侧涡旋盘静盘成形方法，其特征在于，采用如权利要求9所述的成形模具对涡旋盘双侧涡旋进行成形工作，包括以下步骤：

S1：进行下料和坯料基本处理；

S2：将坯料置于预制坯模具上进行预锻制坯，使坯料成形为具有预设形状的预锻坯；

S3：将预制坯料放置于终锻模具中进行终锻成形，下部较深涡旋采用背压挤压成形，上部较浅涡旋采用反挤压成形，完成零件成形。

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