CN114453583B - 一种锥形药型罩高压扭转成型模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锥形药型罩高压扭转成型模具，包括底座，底座的顶面中心固定设置有导向立柱，导向立柱的顶部固定连接有水平导轨，水平导轨的顶部滑动连接有成型模组件，成型模组件的外侧滑动套接有与导向立柱滑动配合的箍筒；冲头的外侧固定连接有施压连接盘，施压连接盘的底面边缘固定连接有多个均匀分布的伸缩杆组件，底座内滑动设置有与伸缩杆组件底端活动接触的环形压板，底座的顶面铰接有多个均匀分布的杠杆，杠杆的一端与环形压板的底面活动接触、另一端与箍筒的底面活动接触。本发明以联动方式实现扭转成型压力输出以及模具位置锁紧力输出，实现成型模组件合模状态的保持以及锁紧力的传递，且锁紧力与扭转成型压力成正相关。

Description

一种锥形药型罩高压扭转成型模具

技术领域

本发明涉及金属粉末加工领域，特别是涉及一种锥形药型罩高压扭转成型模具。

背景技术

药型罩作为聚能装药的核心部件，在破甲弹、侵彻弹等武器及石油射孔弹等民品中得到了广泛的应用。药型罩可以分为两类，一类是角度小于70°的锥形药型罩，另一类是角度大于120°的盘形或球缺形药型罩。传统药型罩制造方法主要有：车削成形、冲压成形、旋压成形及锻造成形等。国内外研究表明，尺寸精度高、晶粒细小且分布均匀是高质量药型罩的基本要求，而这些传统方法制造的药型罩很难得到细小的等轴晶组织，并且均存在射孔后杵堵严重的缺点，所以正逐步被淘汰。

高压扭转（high-pressure torsion，HPT）是在变形体高度方向施加压力的同时，通过主动摩擦作用在其横截面上施加扭矩，促使变形体产生轴向压缩和切向剪切变形的特殊塑性成形工艺。国内外研究表明HPT工艺可以显著提高粉末固结后的致密度，降低固结温度，有效细化晶粒并改善组织分布的均匀性。因此，将HPT工艺应用于粉末药型罩成形，不仅拓展了HPT工艺的应用范围，而且为粉末药型罩的生产提供了一种更好的方法。实践证明提高致密度可以有效增强粉末药型罩的破甲性能。由于HPT工艺可以提供较高的静水压力作用，有利于孔隙的减小及闭合，故被认为是固结粉末效果最好的大塑性变形方法。应用HPT工艺固结粉末，可以在室温或低于0.4Tm的温度下进行，通过高的静水压力和强烈的剪切变形作用，使粉末在固结的同时伴随有晶粒的细化，这样就使应用微米级粉末生产块体超细晶材料成为了可能，从而在提高材料性能的基础上，进一步降低了成本和难度。

现有技术的HPT工艺制造过程中，多采用限定性HPT，下模型腔的约束提供了较大的背压作用，坯料在变形过程中几何尺寸几乎不发生改变，进而获得了高的静水压力作用。然而，采用一体的成型模具，成型后的药型罩不便下料；采用开合式的成型模具，需要提供较大的动力以平衡扭转成型中对材料施加的压力，并与压力机构配合实现位置变化。目前多采用两个液压动力输出结构相对地作用在两个半模上，实现两个半模的合模及开模，机构复杂，且在扭转成型过程中，模型中的粉料容易出现溢出而形成飞边毛刺的问题，难以保证药型罩的质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种锥形药型罩高压扭转成型模具，以联动方式实现液压机单个动力源完成液压机冲头与模具之间的扭转成型压力输出以及模具开/合模位置变化的拉力输出，采用箍筒与成型模组件之间的配合，实现成型模组件合模状态的保持以及锁紧力的传递，且锁紧力与扭转成型压力成正相关。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种锥形药型罩高压扭转成型模具，包括位于液压机冲头正下方并固定安装于旋转驱动装置顶部的底座，所述底座的顶面中心固定设置有导向立柱，所述导向立柱的顶部固定连接有水平导轨，所述水平导轨的顶部滑动连接有成型模组件，所述成型模组件的外侧滑动套接有与导向立柱滑动配合的箍筒；

所述冲头的外侧固定连接有施压连接盘，所述施压连接盘的底面边缘固定连接有多个均匀分布的伸缩杆组件，底座内滑动设置有与伸缩杆组件底端活动接触的环形压板，底座的顶面铰接有多个均匀分布的杠杆，所述杠杆的一端与环形压板的底面活动接触、另一端与箍筒的底面活动接触。

进一步的，所述成型模组件包括左半模和右半模，所述左半模和右半模均为半圆锥状，且对接后形成与液压机冲头相匹配的圆锥状腔体结构。

进一步的，所述左半模的端面上设置有与内侧边缘平行的第一对接凸起和第一对接凹槽，且第一对接凸起和第一对接凹槽交替分布，所述右半模的端面上设置有与第一对接凸起/第一对接凹槽相匹配的第二对接凹槽/第二对接凸起。

进一步的，所述左半模和右半模的底部均设置有导向滑块，所述导向滑块滑动嵌设于水平导轨内。

进一步的，所述左半模和右半模的外侧弧形面上均设置有沿母线方向分布的导向滑条，所述箍筒的顶部设置有与成型模组件相匹配的锥形面，且锥形面上开设有与导向滑条滑动嵌装配合的导向槽。

进一步的，所述箍筒的底部开设有与锥形面连通的导向通孔，所述导向通孔的截面形状与导向立柱的截面形状相匹配。

进一步的，所述箍筒的底面边缘固定连接有多个均匀分布的复位弹簧，复位弹簧的另一端固定连接于底座的顶面上。

进一步的，所述底座的顶面上固定设置有位于环形压板外侧的导向围板，所述导向围板的内壁上设置有多个垂向设置且均匀分布的导向条，所述环形压板的圆周面上开设有多个与导向条对应匹配的导向槽口。

进一步的，所述环形压板的底面上设置有弧形压条，所述弧形压条的表面与杠杆的顶面滑动接触，环形压板的底面边缘还固定连接有多个均匀分布的缓冲弹簧，缓冲弹簧的另一端固定连接于底座的顶面上。

进一步的，所述伸缩杆组件的底端转动连接有下压滚轮，下压滚轮的圆周面与环形压板的顶面滚动接触。

本发明的有益效果如下：

1.本发明通过在液压机冲头上设置伸缩杆组件、环形压板、杠杆组成的传动机构，将液压机冲头的动力输出转变为箍筒向上升降的动力输入，箍筒与两个半模之间通过滑块滑槽结构连接并实现相对运动，从而以联动方式实现液压机单个动力源完成液压机冲头与模具之间的扭转成型压力输出以及模具开/合模位置变化的拉力输出，使得结构紧凑，各部件之间的位置控制更加准确可靠；

2. 本发明通过采用箍筒与成型模组件之间的配合，实现成型模组件合模状态的保持以及锁紧力的传递，且锁紧力与扭转成型压力成正相关，可保证两个半模之间的位置保持稳定，有效降低扭转成型过程中模具内粉料溢出的可能性，提升扭转成型所得产品的质量；

3. 本发明通过在两个半模对接的端面上开设交替分布的对接凸起和凹槽，使得对接后两个半模的接触面增大，增大成型模组件内粉末受压状态下通过两个半模之间的缝隙溢出的阻力，减少药型罩成型后表面的毛刺，提升高压扭转成型的质量。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的剖视结构示意图；

图3为本发明底座上各组件的立体结构示意图；

图4为本发明底座上各组件的剖视结构示意图；

图5为所述左半模的立体结构示意图之一；

图6为所述左半模的立体结构示意图之二；

图7为所述左半模的立体结构示意图之三；

图8为所述右半模的立体结构示意图之一；

图9为所述右半模的立体结构示意图之二；

图10为所述成型模组件在水平导轨上安装状态的结构示意图；

图11为所述箍筒与成型模组件配合状态的立体结构示意图之一；

图12为所述箍筒与成型模组件配合状态的立体结构示意图之二；

图13为所述箍筒与成型模组件配合状态的剖视结构示意图；

图14为所述箍筒的立体结构示意图之一；

图15为所述箍筒的立体结构示意图之二；

图16为所述箍筒的剖视结构示意图；

图17为本发明施压连接盘上各组件的立体结构示意图之一；

图18为本发明施压连接盘上各组件的立体结构示意图之二；

图19为本发明施压连接盘上各组件的剖视结构示意图；

图20为所述环形压板的立体结构示意图。

图中：1底座、11导向围板、12导向条、2导向立柱、3水平导轨、4箍筒、41导向槽、42导向通孔、43复位弹簧、5施压连接盘、6伸缩杆组件、61下压滚轮、7环形压板、71导向槽口、72弧形压条、73缓冲弹簧、8杠杆、81上顶滚轮、9成型模组件、91左半模、911第一对接凸起、912第一对接凹槽、913导向滑块、914导向滑条、92右半模、921第二对接凸起、922第二对接凹槽、100液压机冲头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1和图2，一种锥形药型罩高压扭转成型模具，用于锥形药型罩的粉末高压扭转（high-pressure torsion，HPT）工艺的成型制造，动力设备采用型号为RZU200HF的HPT专用液压机，该设备公称压力为2000 kN，下模可以做旋转运动，其中上模压力和下模旋转速度均可在一定范围内进行调节，满足锥形药型罩的高压扭转成型制造要求。该设备使用的模具为镶块式结构，当进行不同型号的药型罩生产制造时，只需要更换内部的液压机冲头100和垫块即可。且上模和下模的材料为火焰钢，硬度达到60 HRC以上，可加热到400℃左右，满足制造要求。

该高压扭转包括位于液压机冲头100正下方并固定安装于旋转驱动装置顶部的底座1，如图3和图4所示，底座1为圆盘结构，通过螺栓连接固定于液压机的下模上，液压机冲头100固定插接于液压机的上模中。底座1的顶面中心螺栓连接或焊接固定设置有导向立柱2，导向立柱2采用多边形立柱结构。本实施例中，导向立柱2为方形柱。

导向立柱2的顶部螺栓固定连接有水平导轨3，水平导轨3采用燕尾槽式滑轨，其长度和宽度与导向立柱2的水平截面尺寸相匹配。

水平导轨3的顶部滑动连接有成型模组件9。如图5至图10所示，成型模组件9包括左半模91和右半模92，左半模91和右半模92均为半圆锥状，且对接后形成与液压接冲头100相匹配的圆锥状腔体结构。具体的，左半模91的端面上设置有与内侧边缘平行的第一对接凸起911和第一对接凹槽912，且第一对接凸起911和第一对接凹槽912交替分布，右半模92的的端面上设置有与第一对接凸起911/第一对接凹槽912相匹配的第二对接凹槽922/第二对接凸起921。第一对接凸起911和第一对接凹槽912连续交替分布，第二对接凹槽922和第二对接凸起921连续交替分布，左半模91和右半模92对接后，两个半模的端面贴合，第一对接凸起911嵌入第二对接凹槽922中，第二对接凸起921嵌入第一对接凹槽912中，使得对接后两个半模的接触面增大，增大成型模组件内粉末受压状态下通过两个半模之间的缝隙溢出的阻力，减少药型罩成型后表面的毛刺，提升高压扭转成型的质量。

左半模91和右半模92的底部均设置有与水平导轨3的截面相匹配的导向滑块913，导向滑块913滑动嵌设于水平导轨3内，使得左半模91和右半模92可沿水平导轨3相互远离而分模或相互靠近而合模。

如图11至图13所示，成型模组件9的外侧滑动套接有与导向立柱2滑动配合的箍筒4。箍筒4的顶部设置有与成型模组件9相匹配的锥形面，箍筒4的底部开设有与锥形面连通的导向通孔42，导向通孔42的截面形状与导向立柱2的截面形状相匹配，使得箍筒4可在导向立柱2的导向作用下垂向移动。箍筒4的底面边缘固定连接有多个均匀分布的复位弹簧43，复位弹簧43的另一端固定连接于底座1的顶面上。本实施例中，复位弹簧43的数量为4个，并围绕箍筒4的轴线圆周均匀分布。左半模91和右半模92的外侧弧形面上均设置有沿母线方向分布的导向滑条914，且锥形面上开设有与导向滑条914滑动嵌装配合的导向槽41，如图14至图16所示。箍筒4在复位弹簧43的作用下向下移动过程中，在导向滑条914与导向槽41的配合下，导向槽41相对导向滑条914下移，同时两个半模相互分离；当箍筒4受力向上移动时，同样在导向滑条914与导向槽41的配合下，使得两个半模相互靠近并合模，同时在箍筒4的限制作用下，阻止两个半模在受液压机冲头100向下压力作用下向两侧分离，从而保证成型模组件9始终处于最佳的合模状态。

优选的，成型模组件9的外侧面母线的水平夹角大于内侧面母线的水平夹角，使得成型模组件9与箍筒4之间的相互作用力在水平方向上的分力尽量大，则周向各个方向的水平力相互抵消；垂向的分力尽量小，以降低箍筒4紧固成型模组件9时所需的垂向力输入。

如图17至图19所示，液压机冲头100的外侧固定连接有施压连接盘5，施压连接盘5套设在液压机冲头100的外侧并通过多个螺钉连接紧固。施压连接盘5的底面边缘通过螺栓固定连接有多个垂向设置（如图中所示的8个）均匀分布的伸缩杆组件6。伸缩杆组件6采用双套杆式结构，外杆为空心杆并固定于施压连接盘5上，内杆为实心杆并滑动套设在外杆内，且内杆的顶端与外杆的内壁顶端固定连接有弹簧，且该弹簧的弹性系数大于回位弹簧43的弹性系数。

如图3所示，底座1内滑动设置有与伸缩杆组件6底端活动接触的环形压板7，底座1的顶面上固定设置有位于环形压板7外侧的导向围板11，导向围板11的内壁上设置有多个垂向设置且均匀分布的导向条12，环形压板7的圆周面上开设有多个与导向条12对应匹配的导向槽口71，如图20所示，使得环形压板7在底座1内可垂向移动。

底座1的顶面铰接有多个（如图3中所示的8个）均匀分布的杠杆8，杠杆8的一端与环形压板7的底面活动接触、另一端与箍筒4的底面活动接触。具体的，底座1的顶面螺栓连接固定或焊接固定有8个铰接座，杠杆8通过销轴铰接于铰接座上。环形压板7的底面上设置有弧形压条72，弧形压条72的表面与杠杆8的顶面滑动接触，环形压板7的底面边缘还固定连接有多个均匀分布的缓冲弹簧73，缓冲弹簧73的另一端固定连接于底座1的顶面上。

当液压机冲头100向下移动靠近成型模组件9至成型模组件9上方的一定距离时，伸缩杆组件6跟随施压连接盘5向下移动至其底端与环形压板7的顶面接触，继而对环形压板7施压，环形压板7下移并通过弧形压条72作用与于杠杆8的表面，使多个杠杆8的外侧端同时向下移动、内侧端同时向上移动，将箍筒4向上推动一定距离，完成成型模组件9的合模过程，复位弹簧43被拉伸。此时，液压机冲头100暂停下移，将固定量的待加工成型的粉末材料从成型模组9的顶部送入。而后，液压机冲头100继续下移，底座1在液压机下模的驱动下带动成型模组件9转动，液压机冲头100逐渐下移的过程中完成高压扭转成型制造过程，在液压机冲头100逐渐下移的过程中，通过伸缩杆组件6传递至箍筒4底部的举力也同步增大，即箍筒4对成型模组件9的紧固力增大，以保证两个半模间对合的密封性，降低成型件表面毛刺的生成。

优选的，为提升杠杆8端部与箍筒4底面之间的滑动性，在杠杆8的端部转动安装有上顶滚轮81，变滑动接触为滚动接触。同样的，为保证环形压板7跟随底座1连续转动过程中，伸缩杆组件6底端与环形压板7的顶面可靠接触，伸缩杆组件6的底端转动连接有下压滚轮61，下压滚轮61的圆周面与环形压板7的顶面滚动接触，保证伸缩杆组件6向下传递压力的同时，底座1及其上各部件同步转动过程中，降低摩擦损失。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种锥形药型罩高压扭转成型模具，包括位于液压机冲头（100）正下方并固定安装于旋转驱动装置顶部的底座（1），其特征在于：所述底座（1）的顶面中心固定设置有导向立柱（2），所述导向立柱（2）的顶部固定连接有水平导轨（3），所述水平导轨（3）的顶部滑动连接有成型模组件（9），所述成型模组件（9）的外侧滑动套接有与导向立柱（2）滑动配合的箍筒（4）；

所述成型模组件（9）包括左半模（91）和右半模（92），所述左半模（91）和右半模（92）均为半圆锥状，且对接后形成与液压机冲头（100）相匹配的圆锥状腔体结构；所述左半模（91）的端面上设置有与内侧边缘平行的第一对接凸起（911）和第一对接凹槽（912），且第一对接凸起（911）和第一对接凹槽（912）交替分布，所述右半模（92）的端面上设置有与第一对接凸起（911）/第一对接凹槽（912）相匹配的第二对接凹槽（922）/第二对接凸起（921）；

所述左半模（91）和右半模（92）的外侧弧形面上均设置有沿母线方向分布的导向滑条（914），所述箍筒（4）的顶部设置有与成型模组件（9）相匹配的锥形面，且锥形面上开设有与导向滑条（914）滑动嵌装配合的导向槽（41），所述箍筒（4）的底部开设有与锥形面连通的导向通孔（42），所述导向通孔（42）的截面形状与导向立柱（2）的截面形状相匹配；

所述液压机冲头（100）的外侧固定连接有施压连接盘（5），所述施压连接盘（5）的底面边缘固定连接有多个均匀分布的伸缩杆组件（6），底座（1）内滑动设置有与伸缩杆组件（6）底端活动接触的环形压板（7），底座（1）的顶面铰接有多个均匀分布的杠杆（8），所述杠杆（8）的一端与环形压板（7）的底面活动接触、另一端与箍筒（4）的底面活动接触。

2.根据权利要求1所述的一种锥形药型罩高压扭转成型模具，其特征在于：所述左半模（91）和右半模（92）的底部均设置有导向滑块（913），所述导向滑块（913）滑动嵌设于水平导轨（3）内。

3.根据权利要求1或2所述的一种锥形药型罩高压扭转成型模具，其特征在于：所述箍筒（4）的底面边缘固定连接有多个均匀分布的复位弹簧（43），复位弹簧（43）的另一端固定连接于底座（1）的顶面上。

4.根据权利要求1所述的一种锥形药型罩高压扭转成型模具，其特征在于：所述底座（1）的顶面上固定设置有位于环形压板（7）外侧的导向围板（11），所述导向围板（11）的内壁上设置有多个垂向设置且均匀分布的导向条（12），所述环形压板（7）的圆周面上开设有多个与导向条（12）对应匹配的导向槽口（71）。

5.根据权利要求1或4所述的一种锥形药型罩高压扭转成型模具，其特征在于：所述环形压板（7）的底面上设置有弧形压条（72），所述弧形压条（72）的表面与杠杆（8）的顶面滑动接触，环形压板（7）的底面边缘还固定连接有多个均匀分布的缓冲弹簧（73），缓冲弹簧（73）的另一端固定连接于底座（1）的顶面上。

6.根据权利要求1所述的一种锥形药型罩高压扭转成型模具，其特征在于：所述伸缩杆组件（6）的底端转动连接有下压滚轮（61），下压滚轮（61）的圆周面与环形压板（7）的顶面滚动接触。

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