CN203565662U - 多模块多向高频振动热成形模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于热成形模具技术领域，涉及多模块多向高频振动热成形模具，包括上模、上模及为上下模相对运动导向的导向杆，所述下模的下侧设置有可向多个方向进行高频振动的液压激振器，优点是：热成形工件时金属材料的流动应力小、金属流入凹模的阻力低、载荷稳定、挤压力相对小。

Description

多模块多向高频振动热成形模具

技术领域

本实用新型属于热成形模具技术领域，特指一种多模块多向高频振动热成形模具。

背景技术

热成形的加工方法是利用在高温下金属材料可塑性较高变、形抗力较小的特性，以强大的压力和一定速度，迫使金属毛坯产生塑性流动，通过凸模与凹模的间隙或凹模的出口，挤出空心或断面比毛坯断面要小的实心件。采用热成形工艺加工的零件具有金属流线连续、强度极高，可塑性强，成型精度高，成型行程中摩擦力小，热传递更为均匀，力学性能极强等特点，加工过程安全性更高，具有更好的经济效益和社会效益。

自从1955年F.Blaha和B.Langenecker首次揭示了附加的超声振动能减小单晶体锌塑性变形时的变形抗力以来，世界各国的许多学者针对振动在金属塑性加工中的应用展开了广泛深入的理论与实验研究。采用液压高频振动与金属热成形技术相结合后，有利于零件成形时的材料流动，能改善金属与模具之间的摩擦状态，降低坯料与模具表面的摩擦力，减小内应力，从而达到减小挤压力的特点。由于振幅微小，亦不会影响成形件的尺寸精度。目前，已经应用在线材、管材和异型材料的拉拔、金属材料的冲孔、剪切、精压、轧制等加工过程中，所采用的激振方式主要以功率超声振动和机械式为主，两者具有非常明显的局限性，比如振动方向有限，输出功率有限、产生激振力较小，频率和幅值难以调节。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种热成形工件时金属材料的流动应力小、金属流入凹模的阻力低、载荷稳定、挤压力相对小的多模块多向高频振动热成形模具。

本实用新型的目的是这样实现的：

多模块多向高频振动热成形模具，包括上模、上模及为上下模相对运动导向的导向杆，所述下模的下侧设置有可向多个方向进行高频振动的液压激振器。

上述液压激振器的具体结构是：在液压激振器外圈内设置有激振体，激振体的至少一个水平面和至少一个垂直面上分别设置有一个以上的凹槽，每个凹槽的开口处均设置有弹性的端盖形成颤振腔，所有的颤振腔均通过液压管道与伺服电机驱动的激振阀连通，激振阀的进油口与液压机的高压出油口通过导管连通。

上述颤振腔与激振阀连通的管道上设置有可变容积的变速腔。

上述变速腔内设置有活塞将变速腔分割成变频腔和连杆腔，连杆腔内设置有与活塞连接的伸出连杆腔外的连杆，通过连杆可调整活塞在变速腔内的不同位置进而调整变频腔的容积大小，实现振动频率的改变。

上述伺服电机的最高转速为3000转/min，所述激振阀的阀芯两侧分别开有八个大小相等角度相错的窗口，伺服电机与阀芯之间连接有一个1:2的变速箱，因此理论最高频率为50×2×16=1500Hz。

上述颤振腔有水平面上的颤振腔和垂直面上的颤振腔，垂直面上的颤振腔的体积与水平面上的颤振腔的体积比为1:2。

上述上模的具体结构是：凸模垫在凸模垫块上，用螺栓将凸模和凸模垫块以及凸模压圈一起固定在上模板上；所述下模的具体结构是：由凹模压圈与凹模通过体形契合，由螺栓与凹模垫块一起固定在液压激振器外圈上，并最终由螺栓固定在下模板上。

上述液压激振器设置在下模与下模板之间。

上述液压激振器与驱动上模上下移动的压力机共用一个高压油泵为其供压。

本实用新型相比现有技术突出且有益的技术效果是：

本实用新型采用液压振动技术，具有输出激振力大特点，能实现热挤压过程中的模具多向振动，亦可实现频率和振幅的无级调整，从而很好的克服了传统的超声振动和机械式振动的局限性，在颤振挤压方式下，由于凹模的高频颤振，热成形工件时减小了材料的流动应力，并改善了坯料与凹模之间的摩擦状态，金属流入凹模的阻力降低，从而使得载荷保持在一个相对稳定的水平，针对热成型加工而言不仅可以降低挤压力的大小，而且对热处理工艺也有非常明显的作用，具有重要的理论意义和工程实用背景。

附图说明

图1是本实用新型的结构剖视图。

图2是本实用新型的液压激振器的供压状态原理图。

图3是本实用新型的液压激振器的回流状态原理图。

图4是本实用新型的多模块液压激振器的结构原理图。

图5是本实用新型的液压系统原理图。

图6是传统热挤压成型过程载荷图。

图7是本实用新型在颤振条件下热挤压行程载荷图。

具体实施方式

下面结合附图以具体实施例对本实用新型作进一步描述，参见图1—图7：

多模块多向高频振动热成形模具，包括上模A、上模A及为上下模相对运动导向的导向杆11，所述下模B的下侧设置有可向多个方向进行高频振动的液压激振器10。

上述液压激振器10的具体结构是：在液压激振器外圈10b内设置有激振体10a，激振体10a的至少一个水平面和至少一个垂直面上分别设置有一个以上的凹槽，每个凹槽的开口处均设置有弹性的端盖101、105形成颤振腔102、104，所有的颤振腔102、104均通过液压管道103与伺服电机13驱动的激振阀14连通，激振阀14的进油口与液压机的高压出油口通过导管连通。

上述颤振腔102、104与激振阀14连通的管道上设置有可变容积的变速腔。

上述变速腔内设置有活塞108将变速腔分割成变频腔109和连杆腔106，连杆腔106内设置有与活塞108连接的伸出连杆腔106外的连杆107，通过连杆107可调整活塞108在变速腔内的不同位置进而调整变频腔109的容积大小，实现振动频率的改变。

上述伺服电机13的最高转速为3000转/min，所述激振阀14的阀芯141两侧分别开有八个大小相等角度相错的窗口，伺服电机13与阀芯14之间连接有一个1:2的变速箱，因此理论最高频率为50×2×16=1500Hz。

上述颤振腔有水平面上的颤振腔104和垂直面上的颤振腔102，垂直面上的颤振腔102的体积与水平面上的颤振腔104的体积比为1:2。

上述上模A的具体结构是：凸模4垫在凸模垫块2上，用螺栓将凸模4和凸模垫块2以及凸模压圈3一起固定在上模板1上；所述下模B的具体结构是：由凹模压圈5与凹模6通过体形契合，由螺栓与凹模垫块8一起固定在液压激振器外圈9上，并最终由螺栓固定在下模板12上。

上述液压激振器10设置在下模与下模板12之间。

上述液压激振器10与驱动上模A上下移动的压力机19共用一个高压油泵16为其供压。

工作时，液压激振器10与驱动上模A上下移动的压力机19共用一个高压油泵16为其供压，当压力机19开始挤压工作时，液压激振器10的激振油路13也同时打开。通过激振阀14的高频转动，从而改变颤振腔102、104内高低压油压的高频切换，从而产生高频颤振。因此在模具成形部分挤压零件的同时，液压激振器10亦工作，并且以一定的频率和振幅带动凹模同步振动。高频的颤振有利于零件成形时的材料流动，并能改善摩擦条件以及减小流动应力，从而达到减摩降载的目的。此外，由于颤振的振幅微小，不会影响成形件的尺寸精度要求。

图2和图3一起构成液压激振器10的颤振腔102、104内高低压油压切换的工作原理图。激振阀14的旋转由伺服电机13驱动，使沿阀芯台肩周向均匀开设的八沟槽与阀套上窗口相配合的阀口面积大小成周期性变化，且相邻台肩上的沟槽相互错位，构成通过激振阀14的油液方向的周期性改变。工作时，当阀芯141转至图2所示位置时，P-A连通，高压油通过激振阀14从油泵16（或称油源）进入颤振腔102、104，使两个弹性端盖101、105分别向图示上侧和左侧变形鼓起；当阀芯141转至图3位置时右侧台肩的槽口与阀套窗口沟通，A-T连通，颤振腔102、104内的高压油通过激振阀14流回油箱，弹性端盖101、105变形回复到原来位置，从而实现高频颤振的过程。利用插装节流阀可调节进出颤振腔的油液流量大小，进而实现颤振器非谐振点振幅的调节。

此外激振阀14与伺服电机13之间可以嵌入变速箱，从而产生更高的激振频率。颤振腔亦模块化，如图4所示。多个振动模块151、152、153、154结构相同，用来产生激振力。其通过连接块155与激振阀156相连，再由激振阀156调节液压油的进出，进而调节振动模块151、152、153、154振动的频率和振幅实现同步振动。从而实现针对不同的需要选择模块数量。

所设计模具的液压激振器10的液压回路是压力机19之液压系统中的一部分，与压力机19共用一个油源。当凸模4开始挤压工件7时，系统压力经高压油泵16升高，当压力达到溢流阀18的调定压力，此时溢流阀18打开，油液进入激振回路中，控制信号使伺服电机13得电开始转动，在激振阀10的控制下，使得颤振腔102、104产生高频的振动。

系统相关参数及试验研究结果如下：

基于Deform仿真分析下，设定的热成形模具系统相关参数如表1所示

表1热成型模具相关参数表：

由于电机的最高转速为3000转/min，阀芯两侧分别开有8个大小相等角度相错的窗口，电机与阀芯之间嵌入一个1:2的变速箱，因此理论最高频率为50×2×16=1500Hz。垂直面上的颤振腔102的体积与水平面上的颤振腔104的体积比为1:2，因此左右振动的振幅为上下振动的1/2。液压激振器相关参数如表2所示

表2液压激振器相关参数表：

图6和图7分别为传统热成型加工和加载高频激振频率为1000Hz左右振幅为0.005mm，上下振幅为0.01mm时的热成型加工的行程载荷图，两曲线的载荷变化趋势总体上基本一致。在成形的终了阶段，在传统热挤压方式下，由于坯料进入凹模内腔时受到的摩擦力不断增加，金属流动困难，因此载荷力上升非常迅速。而在颤振挤压方式下，由于凹模的高频颤振，减小了材料的流动应力，并改善了坯料与凹模之间的摩擦状态，金属流入凹模的阻力降低，从而使得载荷保持在一个相对稳定的水平。从图中可以看出，传统挤压方式下最大载荷约为244Mpa，而颤振挤压方式下最终载荷约为210Mpa，降低了14%，效果显著。

上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.多模块多向高频振动热成形模具，包括上模、上模及为上下模相对运动导向的导向杆，其特征在于：所述下模的下侧设置有可向多个方向进行高频振动的液压激振器。

2.根据权利要求1所述的多模块多向高频振动热成形模具，其特征在于：所述液压激振器的具体结构是：在液压激振器外圈内设置有激振体，激振体的至少一个水平面和至少一个垂直面上分别设置有一个以上的凹槽，每个凹槽的开口处均设置有弹性的端盖形成颤振腔，所有的颤振腔均通过液压管道与伺服电机驱动的激振阀连通，激振阀的进油口与液压机的高压出油口通过导管连通。

3.根据权利要求2所述的多模块多向高频振动热成形模具，其特征在于：所述颤振腔与激振阀连通的管道上设置有可变容积的变速腔。

4.根据权利要求3所述的多模块多向高频振动热成形模具，其特征在于：所述变速腔内设置有活塞将变速腔分割成变频腔和连杆腔，连杆腔内设置有与活塞连接的伸出连杆腔外的连杆，通过连杆可调整活塞在变速腔内的不同位置进而调整变频腔的容积大小，实现振动频率的改变。

5.根据权利要求2所述的多模块多向高频振动热成形模具，其特征在于：所述伺服电机的最高转速为3000转/min，所述激振阀的阀芯两侧分别开有八个大小相等角度相错的窗口，伺服电机与阀芯之间连接有一个1:2的变速箱。

6.根据权利要求2所述的多模块多向高频振动热成形模具，其特征在于：所述颤振腔有水平面上的颤振腔和垂直面上的颤振腔，垂直面上的颤振腔的体积与水平面上的颤振腔的体积比为1:2。

7.根据权利要求1所述的多模块多向高频振动热成形模具，其特征在于：所述上模的具体结构是：凸模垫在凸模垫块上，用螺栓将凸模和凸模垫块以及凸模压圈一起固定在上模板上；所述下模的具体结构是：由凹模压圈与凹模通过体形契合，由螺栓与凹模垫块一起固定在液压激振器外圈上，并最终由螺栓固定在下模板上。

8.根据权利要求5所述的多模块多向高频振动热成形模具，其特征在于：所述液压激振器设置在下模与下模板之间。

9.根据权利要求1—8任一项所述的多模块多向高频振动热成形模具，其特征在于：所述液压激振器与驱动上模上下移动的压力机共用一个高压油泵为其供压。

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