CN113414309B - 一种汽车车轮的挤压成形方法及其配套组合模具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车车轮的挤压成形方法及其配套组合模具，该挤压成形方法是借助于一套组合模具进行的，组合模具包括锁模机构、瓣合式下模、第一压头和第二压头，锁模机构包括垫板、紧固套和驱动组件；紧固套为整体锥套结构，紧固套的内表面与镶块凹模的外表面为锥度相等的上端小下端大的锥面，紧固套下行时能够通过锥面配合将镶块凹模合模并锁紧，镶块凹模在锁模机构的驱动下能够沿直径方向产生开模与合模运动。该挤压成形方法为：在锁模状态下，第一压头下行与瓣合式下模配合挤压出不具有轮辐形状的预挤压件，第二压头下行与瓣合式下模配合挤压出具有轮辐形状的车轮制件。该成形方法能够成形出挤压轮辐形状的精密镁合金车轮精坯。

Description

一种汽车车轮的挤压成形方法及其配套组合模具
技术领域
本发明涉及铝、镁合金塑性成形技术领域，具体的说是一种汽车车轮的挤压成形方法及其配套组合模具。
背景技术
镁合金材料的密度低、比强度与比刚度都比较高，且具有较高的减震性和抗冲击性，非常适合车轮的使用条件。镁合金汽车车轮（轮毂）有取代铝合金而成为高端汽车车轮的发展趋势。
汽车车轮主要由轮毂、轮辐、轮辋三部分组成，其中轮辋部分具有侧凹结构特征。镁合金汽车车轮的一种简单的成形方法，即将镁合金坯料放入组合凹模中，进行挤压成形，然后将组合凹模侧向分型后，使制件脱模。这种方法可以成形不带风口的车轮制件，需要后续切削加工出风口而形成轮辐部分；且由于成形力极大，需要的组合凹模的锁模力也很大。
现有技术中，对组合凹模的锁模主要是采用侧向液压缸结构，开合模动作比较灵活，但需要较大的液压缸，占据空间较大，且由于液压缸的刚性较差，容易使凹模变形而影响产品精度和出现飞边；也有采用紧固套对组合凹模进行锁模的，紧固套可以安装在活动横梁上，成形时，压力机下行，紧固套先对凹模进行锁模，然后上压头对坯料施压进行成形，这种方法需要液压机具有两种下行动作，还需要配合侧向液压缸对模具进行合模和分模动作，当然还需要下顶出缸进行挤压件的顶出，设备动作多，结构复杂；也有将锁模紧固套放在液压机的下部，通过四个液压缸带动紧固套上下运动，实现锁模动作，由于压机工作台需要安装模具，占据空间较大，还需要安装侧向液压缸，故只能将锁模液压缸放置在液压机下横梁的外侧，这样无疑又增大了设备空间；还有采用斜滑块锁模机构，但由于模具结构复杂，在加热状态下使用，效果较差。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种汽车车轮的挤压成形方法，能够成形出带轮辐形状的精密镁合金车轮精坯，不仅可以减少后续切削加工量和提高材料利用率，还可以提高产品的力学性能。同时提供一种该车轮挤压成形用的组合模具，该组合模具采用具有大锁模力的紧固套对镶块凹模进行锁模，结构简单可靠，占据空间小，成本较低。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：
一种汽车车轮的挤压成形方法，该挤压成形方法是借助于一套组合模具进行的，所述组合模具包括锁模机构、瓣合式下模、能够与瓣合式下模配合的第一压头和第二压头，所述瓣合式下模包括镶块凹模、模芯以及滑动插装于模芯中的顶出器，其中，镶块凹模、模芯和顶出器围成成形用的模腔；
该挤压成形方法包括如下步骤：
（1）、一次挤压成形：在锁模状态下，将坯料放入模腔中，第一压头下行，与瓣合式下模配合挤压成形出不具有轮辐形状的预挤压件，然后第一压头回程；
（2）、二次挤压成形：第二压头下行，与瓣合式下模配合挤压成形出具有轮辐形状的车轮制件，然后第二压头回程，锁模机构驱动镶块凹模进行开模，顶出器顶出，将车轮制件脱模。
一种汽车车轮挤压成形用组合模具，所述组合模具包括锁模机构、瓣合式下模、能够与瓣合式下模配合的第一压头和第二压头；所述瓣合式下模包括镶块凹模、模芯和顶出器，其中，镶块凹模、模芯和顶出器围成成形用的模腔，第一压头或第二压头与镶块凹模相配合能够进行挤压成形；所述镶块凹模由多个镶块沿周向排布组成，所述锁模机构包括水平固设于液压机下横梁上面的垫板、设于垫板上方的紧固套以及用于驱动紧固套上下运动的驱动组件；所述紧固套为整体锥套结构，紧固套的内表面与所述镶块凹模的外表面为锥度相等的上端小下端大的锥面，紧固套套装在镶块凹模上，紧固套下行时能够通过锥面配合将镶块凹模合模并锁紧；各镶块与垫板间具有导滑装置，镶块凹模可以在锁模机构的驱动下沿直径方向产生开模与合模运动。
进一步地，所述驱动组件包括套缸型组合液压缸，所述套缸型组合液压缸包括固定于下横梁下面的活塞I、能够相对于活塞I上下运动的缸体I同轴一体设于活塞I内的油缸以及设于油缸内能够相对于油缸上下运动的活塞II，所述活塞I和缸体I配合组成驱动缸，所述油缸和活塞II配合组成顶出缸，活塞II与顶出器相连接以使得顶出缸能够通过顶出器推动制件脱模；缸体I的端部设有拉板，拉板竖直固接有依次穿过下横梁和垫板且由垫板导向的多根拉杆和多根斜楔，拉杆的上端与紧固套固定连接，斜楔的数量与镶块的数量保持一致，各斜楔的上部与相应的镶块配合以实现镶块凹模的开模。
进一步地，各个镶块设有开口朝下的楔槽，楔槽形状与斜楔上部的形状相符，楔槽远离中心一侧的侧面均为斜面，各斜楔的上部在远离中心的一侧为斜楔结构，楔槽的斜面斜度与斜楔的斜面斜度相同，在驱动缸的作用下，斜楔与楔槽配合能够实现镶块凹模的开模。
进一步地，紧固套内表面的斜度和斜楔的斜度相等。
进一步地，瓣合式下模、第一压头和第二压头上均设有加热装置。
有益效果：
本发明中的组合模具具有如下优点：1）具有大锁模力，采用整体紧固套进行锁模，具有大的锁模刚度；紧固套与镶块凹模的配合面具有较小的斜度，采用较小的驱动缸拉力，即可产生很大的横向锁模力；2）结构简单，采用了与紧固套同步运动的斜楔结构，实现对镶块凹模的开模动作，省去了开合模侧向液压缸，使锁模机构简单紧凑，减少了对工作台的占用空间；3）驱动缸与顶出缸为组合结构，结构简单，有效减小了结构尺寸，使其能够安装在液压机下横梁的下面；4）将驱动缸的活塞固定在液压机的下横梁的下面，缸体通过连杆连接紧固套，将驱动缸的推出力转换成对紧固套的下拉力，使其对镶块凹模进行锁模，能够充分利用驱动缸的推出作用力，有效减小驱动缸的尺寸；并且避免了采用多个液压缸驱动紧固套运动，解决了多缸运动不同步的问题（现有技术中采用4个驱动液压缸驱动）。
附图说明
图1为本发明挤压成形工艺图。
图2为本发明中一次挤压成形用组合模具结构示意图，图中左半部分为挤压前状态，右半部分为挤压后状态。
图3为本发明中第二挤压成形用组合模具结构示意图，图中左半部分为挤压前状态，右半部分为挤压后状态。
图4为本发明中第二挤压成形后的组合模具开模状态时的结构示意图。
图示标记：1、缸体I，2、活塞I，3、活塞II，4、缸盖，5、顶出器，6、模芯，7、坯料，8、第一压头，9、预挤压件，10、镶块凹模，11、紧固套，12、垫板，13、下横梁，14、斜楔，15、拉杆，16、拉板，17、第二压头，18、车轮制件；
a、b、c、d均为油路。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
需要说明的是：本说明书中，如附图所示，各元件或零件向下方向运动称为“下行”，向上方向运动称为“回程”；模具以对称轴线为中心，各模具零件靠近中心的一侧为内侧，远离中心的一侧为外侧，“径向”是指通过模具对称轴线的水平方向；“镶块凹模”是指凹模为镶块结构，“开模”是指各凹模镶块沿直径方向向外运动一段距离，能够不影响凹模中的制件向上运动而脱模，“合模”是指各凹模镶块沿直径方向向内运动使其闭合，“锁模”是指对闭合凹模镶块进行约束，使其能够承受挤压成形过程对凹模的胀模力而不会分开；“挤压件”、“车轮制件”是指挤压成形后得到的零件，“预挤压件”是指一次挤压成形得到的零件，也是二次成形用的坯料，预挤压件与挤压件的区别在于车轮的轮辐部分为盘形结构，不具有轮辐（辐条）形状。
一种汽车车轮的挤压成形方法，该挤压成形方法是借助于一套组合模具进行的，所述组合模具包括锁模机构、瓣合式下模、能够与瓣合式下模配合的第一压头8和第二压头17，所述瓣合式下模包括镶块凹模10、模芯6以及滑动插装于模芯6中的顶出器5，其中，镶块凹模10、模芯6和顶出器5围成成形用的模腔，锁模机构可以驱动镶块凹模10进行锁紧或松开；
如图1～4所示，该挤压成形方法包括如下步骤：
（1）、一次挤压成形：在锁模状态下，将坯料7放入模腔中，第一压头8下行，与瓣合式下模配合挤压成形出不具有轮辐形状预挤压件9，然后第一压头8回程；
（2）、二次挤压成形：第二压头17下行，与瓣合式下模配合挤压成形出具有轮辐形状的车轮制件18，然后第二压头17回程，锁模机构驱动镶块凹模10进行开模，顶出器5顶出，将车轮制件脱模。
一种汽车车轮挤压成形用组合模具，请参考图2~图4，所述组合模具包括锁模机构、瓣合式下模、能够与瓣合式下模配合的第一压头8和第二压头17；所述瓣合式下模包括镶块凹模10、模芯6以及滑动插装于模芯6中的顶出器5，其中，镶块凹模10、模芯6和顶出器5围成成形用的模腔，第一压头8或第二压头17与镶块凹模10相配合能够进行挤压成形；所述镶块凹模10由多个沿周向排布的凹模镶块组成，所述锁模机构包括水平固设于液压机下横梁13上面的垫板12、设于垫板12上方的紧固套11以及用于驱动紧固套11上下运动的驱动组件；所述紧固套11为环形锥套结构，具有大的约束强度和刚度，紧固套11的内表面与镶块凹模10的外表面为锥度相等的上端小下端大的锥面，紧固套11套装在镶块凹模10上，在驱动组件的作用下，紧固套11下行时能够通过锥面配合将镶块凹模10合模并锁紧。各镶块与垫板12间具有水平导滑装置（图中未画出），在锁模机构作用下，镶块凹模10能够沿直径方向产生开模与合模运动；
所述驱动组件包括套缸型组合液压缸，所述套缸型组合液压缸包括固定于下横梁13下面的活塞I 2、能够相对于活塞I 2上下运动的缸体I 2同轴一体设于活塞I内的油缸以及设于油缸内能够相对于油缸上下运动的活塞II，所述活塞I 2和缸体I 1配合组成驱动缸，所述油缸和活塞II 3配合组成顶出缸，活塞II 3与顶出器5相连接以通过顶出器5推动车轮制件18脱模；缸体I 1的端部设有拉板16，拉板16具有缸盖的功能，能够对驱动缸进行密封和导向，拉板16竖直固接有依次穿过下横梁13和垫板12且由垫板12导向的多根拉杆15和多根斜楔14，拉杆15的上端与紧固套11固定连接，斜楔14的数量与镶块的数量保持一致，斜楔14的上部与相应的镶块配合以实现镶块凹模10的开模。斜楔14上行时推动凹模镶块10向外运动进行开模，斜楔14下行时解除对镶块凹模10推动作用。
需要说明的是，参考图2~图4，各个镶块的设有开口朝下的楔槽，各楔槽具有与斜楔14的上部形状相符的形状，楔槽远离中心一侧的侧面均为斜面，各斜楔14的上部在远离中心的一侧为斜楔结构，楔槽的斜面斜度与斜楔14的斜面斜度相同，在驱动缸的作用下，斜楔14与楔槽配合能够实现镶块凹模10的开模。
其中，缸体I 1通过拉板16、拉杆15驱动紧固套11和斜楔14上下运动，驱动缸向下推出时能够产生大的驱动力拉着紧固套11下行，使其产生较大的锁紧力，使驱动缸的尺寸较小；回程时通过斜楔14使镶块凹模10分型，分型时需要的力很小，因此所需驱动缸的回程力很小，可以增加驱动缸活塞I 2的直径，使其具有足够的空间内置顶出缸，驱动缸和顶出缸形成复合液压缸，与单独设置一个顶出液压缸和多个驱动液压缸相比，结构明显简单紧凑。
详细地，请参考图2，本发明实施例所述镶块凹模10与斜楔14的优化数量为4，拉杆15的优化数量为8。
其中，垫板12与下横梁13间采用螺钉固定，拉杆15与紧固套11和拉板16通过螺钉连接，斜楔14与拉板16间由螺钉固定连接，活塞I 2通过螺钉固定安装在下横梁13上；拉板16与缸体I 1间通过密封圈固定密封，与活塞I 2间导向密封，起缸盖作用；顶出器 5与顶出缸采用螺纹连接，顶出缸上端通过缸盖4导向密封，油路a、b分别将液压系统连接到驱动缸的下腔与上腔，油路c、d分别将液压系统连接到顶出缸的下腔与上腔。
进一步地，斜楔14的斜度与紧固套11内表面的斜度相等。
进一步地，瓣合式下模、第一压头8和第二压头17上均设有加热装置。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非随本发明作任何形式上的限制。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种汽车车轮挤压成形用组合模具，其特征在于：所述组合模具包括锁模机构、瓣合式下模、能够与瓣合式下模配合的第一压头和第二压头；所述瓣合式下模包括镶块凹模、模芯和顶出器，其中，镶块凹模、模芯和顶出器围成成形用的模腔，第一压头或第二压头与镶块凹模相配合能够进行挤压成形，所述镶块凹模由多个镶块沿周向排布组成，所述锁模机构包括水平固设于液压机下横梁上面的垫板、设于垫板上方的紧固套以及用于驱动紧固套上下运动的驱动组件；所述紧固套为整体锥套结构，紧固套的内表面与镶块凹模的外表面为锥度相等的上端小下端大的锥面，紧固套套装在镶块凹模上，紧固套下行时能够通过锥面配合将镶块凹模合模并锁紧；各镶块与垫板间具有水平导滑装置，镶块凹模在锁模机构的驱动下能够沿直径方向产生开模与合模运动；
所述驱动组件包括套缸型组合液压缸，所述套缸型组合液压缸包括固定于下横梁下面的活塞I、能够相对于活塞I上下运动的缸体I、同轴一体设于活塞I内的油缸以及设于油缸内能够相对于油缸上下运动的活塞II，所述活塞I和缸体I配合组成驱动缸，所述油缸和活塞II配合组成顶出缸，活塞II与顶出器相连接以使得顶出缸能够通过顶出器推动制件脱模；缸体I的端部设有拉板，拉板竖直固接有依次穿过下横梁和垫板且由垫板导向的多根拉杆和多根斜楔，拉杆的上端与紧固套固定连接，斜楔的数量与镶块的数量保持一致，各斜楔的上部与相应的镶块配合以实现镶块凹模的开模。
2.根据权利要求1所述的一种汽车车轮挤压成形用组合模具，其特征在于：各个镶块的设有开口朝下的楔槽，楔槽形状与斜楔上部的形状相符，楔槽远离中心一侧的侧面均为斜面，各斜楔的上部在远离中心的一侧为斜楔结构，楔槽的斜面斜度与斜楔的斜面斜度相同，在驱动缸的作用下，斜楔与楔槽配合能够实现镶块凹模的开模。
3.根据权利要求2所述的一种汽车车轮挤压成形用组合模具，其特征在于：紧固套内表面的斜度和斜楔的斜度相等。
4.根据权利要求1所述的一种汽车车轮挤压成形用组合模具，其特征在于：瓣合式下模、第一压头和第二压头上均设有加热装置。
5.一种汽车车轮的挤压成形方法，其特征在于：该挤压成形方法是借助于权利要求1所述的组合模具进行的，该挤压成形方法包括如下步骤：
（1）、一次挤压成形：在锁模状态下，将坯料放入模腔中，第一压头下行与瓣合式下模配合挤压成形出不具有轮辐形状的预挤压件，然后第一压头回程；
（2）、二次挤压成形：第二压头下行与瓣合式下模配合挤压成形出具有轮辐形状的车轮制件，然后第二压头回程，锁模机构驱动镶块凹模进行开模，顶出器顶出，将车轮制件脱模。
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