CN204724610U - 三维高频颤振冷挤压模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三维高频颤振冷挤压模具，包括成型机构、卸料机构、凹模颤振发生机构和凸模颤振发生机构；所述凹模颤振发生机构包括X轴颤振发生机构、Y轴颤振发生机构和连接机构，所述凸模颤振发生机构包括Z轴颤振发生器和Z轴连接板，所述X轴颤振发生机构和Y轴颤振发生机构采用两个不同的高频阀进行控制，所述的两个高频阀发出的频率互质,避免两个方向上颤振的相互影响；本实用新型能提供X轴、Y轴和Z轴的高频微幅可控颤振，且相互独立，通过振动塑性成形的“体积效益”和“表面效益”，在保证成形零件的精度的同时，降低成形挤压力、摩擦力、金属流动应力等，并能促使金属变形均匀、改善金属流线分布，细化晶粒，从而提高成品质量。

Description

三维高频颤振冷挤压模具

技术领域

本实用新型涉及一种冷挤压模具，更具体的说，涉及一种三维高频颤振冷挤压模具。

背景技术

冷挤压技术作为一种精密塑性成形技术，具有“优质、高产、低消耗、低成本”等优点，是一个国家汽车工业水平、工业化水平乃至现代化水平的一种重要标志和反映。然而在冷挤压生产产品时，毛坯受三向压应力作用使变形力显著增大，同时由于对成形精度有要求，其材料在室温下流动应力很大，加之本身形状较为复杂，模具与坯料之间的摩擦力也阻碍着金属坯料的流动，越到成形的最后阶段摩擦力越大，金属流动越困难，这样最后阶段的变形抗力往往会有一个阶跃式的飞升，假使挤压设备吨位不足，极易导致挤压出来的零件形状产生缺陷，同时巨大的变形抗力对模具材料和寿命也提出了更严酷的要求。因此，对于业内称为所谓的“难成形零件”而言，冷挤压这些零部件需要大吨位的压力机，而后者高昂的价格使得企业往往难以承受。显然，如何降低成形过程尤其是最后阶段的摩擦力和变形抗力，已经成为冷挤压技术应用于“难成形零件”急需解决的问题。

在材料成形或加工过程中，如果对被加工材料(或模具)主动施加一定方向的、频率和振幅可控的振动，则有可能得到一些有利于加工的结果，这种方式称为振动辅助加工或振动加工。目前，振动激励的主要形式有：功率超声、机械式、电磁式、液压式等，其中功率超声应用最广泛。

然而功率超声具有输出功率有限，通常为1～2kW，因此产生的激振力小，不适合冷挤压加工；机械式激振结构简单，输出激振力大，但上限频率低，振幅和频率调节困难；电磁式激振装置能产生复杂的振动波形，同时受到固有磁饱和限制，不易获得较大激振力，加之设备结构复杂，振幅有限和需要额外的冷却装置。因此，所述几种装置均不适用于“难成形零件”的振动挤压。

基于液压驱动的振动方式能提供足够大的激振力，其中一种形式是通过油液压力迫使颤振缸顶板发生弹性变形来实现振动，但由于金属的弹性变形量无法精确控制，导致振动的振幅无法预测和控制，这对于冷挤压振动加工的实际研究和应用造成一定的阻碍和限制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有冷挤压模具不能实现“难成形零件”的冷挤压成形和尺寸精度不能满足要求及现有的基于液压驱动方式的振动方式输出激振力不足、振幅不可控的问题，提供了一种能在三个方向上提供足够的挤压力、振动频率并且振幅可控，能够保证零件成形精度的三维高频颤振冷挤压模具。

本实用新型通过以下技术方案来实现所述目的：三维高频颤振冷挤压模具，包括成型机构、卸料机构、凹模颤振发生机构和凸模颤振发生机构；

所述成型机构包括上模板、凸模法兰连接块、凸模固定块、凸模、凹模、下凸模、凹模固定块、凹模座、凹模法兰连接块、下模板、下模座，所述凸模安装在所述凸模固定块内，所述凸模固定块通过螺栓与正上方的所述凸模法兰连接块和上模板连接，所述凹模安装在所述凸模正下方的凹模固定块内，所述凹模与正下方的所述凹模座接触，所述凹模座与正下方的所述凹模法兰连接块接触，所述凹模固定块通过螺栓与凹模法兰连接块和下模板连接，所述下模板与正下方的下模座通过螺栓连接，所述下凸模位于所述凹模内，下凸模的下端面与所述凹模座接触；

所述卸料机构包括顶料片、顶料杆；所述顶料片为截面圆弧形的长条，安装在所述下凸模和凹模座的空孔内，所述顶料杆安装在所述凹模法兰连接片、下模板、下模座中心孔内，所述顶料杆的上端与所述顶料片接触；

所述凹模颤振发生机构包括X轴颤振发生机构、Y轴颤振发生机构和连接机构，所述连接结构包括上连接板和下连接板；所述上连接板和下连接板均具有对称结构，所述上连接板位于下连接板的正上方，所述上连接板通过均布的螺栓与下连接板连接，所述上连接板上开有用于油路通过的通孔；所述X轴颤振发生机构包括左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器，所述Y轴颤振发生机构包括前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器；所述左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器对称分布在所述凹模固定块的左右两侧，所述前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器对称分布在所述凹模固定块的前后两侧，所述左X轴颤振发生器、右X轴颤振发生器、前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器具有完全相同的结构，所述左X轴颤振发生器、右X轴颤振发生器、前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器的头部均连接凹模固定块，所述左X轴颤振发生器、右X轴颤振发生器、前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器的上下两端分别固定在所述上连接板和所述下连接板上；所述左X轴颤振发生器、右X轴颤振发生器、前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器具有完全相同的结构，每个所述颤振发生器均包括缸筒、活塞、活塞杆、左法兰盖、右法兰盖和活塞杆头；所述左法兰盖和右法兰盖固定在所述缸筒的两端，所述左法兰盖和右法兰盖的上下两端分别连接上连接板和下连接板，所述活塞杆的一端连接活塞，另一端连接活塞杆头；所述活塞杆头的端面与所述凹模固定圈接触，所述缸筒上开有两个油口；所述活塞杆穿过所述左法兰盖并通过两个对称的防尘圈与所述左法兰盖结构密封；

所述凸模颤振发生机构包括Z轴颤振发生器和Z轴连接板，所述Z轴连接板固定在上模板上方，Z轴颤振发生器的头部连接Z轴连接板，Z轴颤振发生器的顶部固定在上模座上；所述Z轴颤振发生器具有和所述四个颤振发生器完全相同的结构，所述Z轴颤振发生器采用独立的高频阀进行控制。

进一步的，所述X轴颤振发生机构和Y轴颤振发生机构采用两个不同的高频阀进行控制，所述左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器连接同一个高频阀并通过同一个高频阀进行控制，所述前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器连接同一个高频阀并通过同一个高频阀进行控制。

所述左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器的头部均与所述凹模固定块接触，以实现带动其X轴方向微幅振动；所述前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器的头部均与所述凹模固定块接触，以实现带动其Y轴方向微幅振动。所述X轴颤振发生机构与所述Y轴颤振发生机构分别采用两个高频阀控制以保证相互独立；所述两个高频阀发出的频率互质,避免两个方向上颤振的相互影响。

活塞杆与左法兰之间采用两个对称的防尘圈结构密封，采用该方式实现了动密封，当然，也可以采用其他密封方式。

本实用新型的技术构思为：一种三维高频颤振冷挤压模具，包括凹模颤振发生机构和凸模颤振发生机构，凹模颤振发生机构为在模具凹模固定块的四周均布四个颤振发生器，同一直线上的颤振发生器采用同一液压控制器控制，但进出油口方向相反，以使模具在接受颤振运动的同时保证成品精度。同时两个颤振发生器的控制频率互质以保证两个方向上的颤振不相互影响。颤振发生器中活塞杆上连接活塞杆头以增加其与模具接触面积，活塞杆与活塞通过焊接方式连接。上端靠活塞杆的轴肩限位，以防止活塞堵住油口，活塞杆与法兰盖之间采用组合动密封连接，由于活塞与活塞杆只进行微幅运动，不会影响密封的效果；凸模颤振发生机构为设置在上模座和上模座之间的Z轴颤振发生机器和和Z轴连接板。

工作时，固定好模具和颤振发生装置。以右X颤振发生器为例，油液从缸筒侧面两油口进入并充满缸筒油腔，由于活塞与缸筒，以及活塞与活塞杆之间的密封，缸筒油腔被活塞隔离成上下两部分，并分别通过上下油口与液压控制阀连通；通过对液压控制阀输入指定参数的振动信号，可调控缸筒上下油腔内的油液压力，活塞与活塞杆在上下油腔压力差的作用下，在缸筒内进行微幅的往复运动，活塞头与模具接触，带动模具微幅振动。由于同一直线上的颤振发生器采用同一控制器控制，且两个颤振发生器的油路方向相反，能实现带动凹模左右两个方向的往复运动。Y轴颤振工作原理与X轴相同，但控制频率互质，隔绝了两个方向的相互影响；同时Z轴颤振发生器在高频阀的控制作用下带动下促使凸模作Z轴微幅高频颤振，从而实现三维高频颤振。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型结构简单紧凑，生产成本低，只需在传统液压机上增加颤振发生机构即可；本实用新型所采用的颤振发生器输出力大、振幅、频率可控；本实用新型能提供X轴、Y轴和Z轴的高频微幅可控颤振，且相互独立，通过振动塑性成形的“体积效益”和“表面效益”，在保证成形零件的精度的同时，降低成形挤压力、摩擦力、金属流动应力等，并能促使金属变形均匀、改善金属流线分布，细化晶粒，从而提高成品质量。

附图说明

图1是本实用新型三维高频颤振冷挤压模具的结构示意图。

图2是本实用新型连接机构、颤振发生机构的俯视图。

图3是本实用新型X轴颤振控制示意图。

图4是本实用新型Z轴颤振控制示意图。

图中，1-上模座；2-Z轴颤振发生器；3-Z轴连接板；4-上模板；5-凸模法兰连接块；6-凸模固定块；7-凸模；8-凹模固定块；9-凹模；10-下凸模；11-下模座；12-顶料杆；13-下模板；14-凹模法兰连接块；15-下连接板；16-顶料片；17-凹模座；18-右法兰；19-活塞杆头；20-活塞杆；21-左法兰；22-活塞；23-缸筒；24-上连接板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1～4所示，一种三维高频颤振冷挤压模具，包括成型机构，成型机构包括凸模7和凹模9，凸模7安装在凸模固定块6内，凸模固定块6通过螺栓与正上方的凸模法兰连接块5和上模板4连接，位于凸模正下方的凹模9安装在凹模固定块8内，凹模9与正下方的凹模座17接触，凹模座17与正下方的凹模法兰连接块14接触，凹模固定块8、凹模法兰连接块14通过螺栓连接，凹模法兰连接块14通过螺栓与下模板13连接，下模板13通过螺栓与下模座11相连，下凸模10位于凹模9内，下端面与凹模座17接触。

三维高频颤振冷挤压模具还包括卸料机构，卸料机构包括顶料片16和顶料杆12。顶料片16为截面圆弧形的长条，安装在下凸模10和凹模座17的空孔内，顶料杆12安装在凹模法兰连接块14、下模板13和下模座11中心孔内，顶料杆的上端与顶料片16接触。

三维高频颤振冷挤压模具还包括凹模颤振发生机构，凹模颤振发生机构包括：连接机构和颤振发生器，连接机构包括上连接板24和下连接板15的上连接板、下连接板具有对称结构，下连接板15与下模座11连接，上连接板24位于下连接板的正上方，通过均布螺栓与下连接板15连接。的上连接板24上开有通孔以便于油路的通过。的颤振发生器具有相同的结构，包括缸筒23、活塞杆20、活塞22、左法兰21、右法兰18和活塞杆头19。的颤振发生器通过左右法兰21、18固定在上、下连接板24、15上，的活塞杆头19均布地与凹模固定块8四周接触。活塞杆20与左法兰21上端靠轴肩定位，活塞杆20与活塞22通过焊接连接在一起。活塞杆20与左法兰21之间采用两个对称的防尘圈结构密封。采用该方式实现了动密封，当然，也可以采用其他密封方式。活塞杆头19通过螺纹与活塞杆20连接，缸筒23上开有两个油口，与左右法兰21、18通过焊接连接。

三维高频颤振冷挤压模具还包括凸模颤振发生机构，包括Z轴颤振发生器2和Z轴连接板3。Z轴颤振发生器与上述颤振发生器具有类似的结够，通过Z轴连接板3固定在上模座1和上模板4之间。

本实用新型提供了一种三维高频颤振冷挤压模具的凹模颤振发生机构的控制思路：同一直线上的颤振发生机构采用同一高频阀控制，同时两个高频阀的控制频率互质，以避免两个方向的相互干扰。

工作时，凸模7挤压零件的同时，Z轴颤振发生器2通过高频阀控制带动凸模7作微幅高频颤振，同时通过高频阀控制凹模颤振发生机构对凹模固定块8施加两个方向的频率和幅度可控的高频颤振，并传递到凹模9上，以实现振动挤压，由于高频颤振的振幅可达微米级，因此不会影响成型件的尺寸精度。

所述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在所述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。

Claims (2)

1.三维高频颤振冷挤压模具，其特征在于：包括成型机构、卸料机构、凹模颤振发生机构和凸模颤振发生机构；

所述成型机构包括上模板、凸模法兰连接块、凸模固定块、凸模、凹模、下凸模、凹模固定块、凹模座、凹模法兰连接块、下模板、下模座，所述凸模安装在所述凸模固定块内，所述凸模固定块通过螺栓与正上方的所述凸模法兰连接块和上模板连接，所述凹模安装在所述凸模正下方的凹模固定块内，所述凹模与正下方的所述凹模座接触，所述凹模座与正下方的所述凹模法兰连接块接触，所述凹模固定块通过螺栓与凹模法兰连接块和下模板连接，所述下模板与正下方的下模座通过螺栓连接，所述下凸模位于所述凹模内，下凸模的下端面与所述凹模座接触；

所述卸料机构包括顶料片、顶料杆；所述顶料片为截面圆弧形的长条，安装在所述下凸模和凹模座的空孔内，所述顶料杆安装在所述凹模法兰连接片、下模板、下模座中心孔内，所述顶料杆的上端与所述顶料片接触；

所述凹模颤振发生机构包括X轴颤振发生机构、Y轴颤振发生机构和连接机构，所述连接结构包括上连接板和下连接板；所述上连接板和下连接板均具有对称结构，所述上连接板位于下连接板的正上方，所述上连接板通过均布的螺栓与下连接板连接，所述上连接板上开有用于油路通过的通孔；所述X轴颤振发生机构包括左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器，所述Y轴颤振发生机构包括前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器；所述左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器对称分布在所述凹模固定块的左右两侧，所述前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器对称分布在所述凹模固定块的前后两侧，所述左X轴颤振发生器、右X轴颤振发生器、前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器具有完全相同的结构，所述左X轴颤振发生器、右X轴颤振发生器、前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器的头部均连接凹模固定块，所述左X轴颤振发生器、右X轴颤振发生器、前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器的上下两端分别固定在所述上连接板和所述下连接板上；所述左X轴颤振发生器、右X轴颤振发生器、前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器具有完全相同的结构，每个所述颤振发生器均包括缸筒、活塞、活塞杆、左法兰盖、右法兰盖和活塞杆头；所述左法兰盖和右法兰盖固定在所述缸筒的两端，所述左法兰盖和右法兰盖的上下两端分别连接上连接板和下连接板，所述活塞杆的一端连接活塞，另一端连接活塞杆头；所述活塞杆头的端面与所述凹模固定圈接触，所述缸筒上开有两个油口；所述活塞杆穿过所述左法兰盖并通过两个对称的防尘圈与所述左法兰盖结构密封；

所述凸模颤振发生机构包括Z轴颤振发生器和Z轴连接板，所述Z轴连接板固定在上模板上方，Z轴颤振发生器的头部连接Z轴连接板，Z轴颤振发生器的顶部固定在上模座上；所述Z轴颤振发生器具有和所述四个颤振发生器完全相同的结构，所述Z轴颤振发生器采用独立的高频阀进行控制。

2.根据权利要求1所述的三维高频颤振冷挤压模具，其特征在于：所述X轴颤振发生机构和Y轴颤振发生机构采用两个不同的高频阀进行控制，所述左X轴颤振发生器和右X轴颤振发生器连接同一个高频阀并通过同一个高频阀进行控制，所述前Y轴颤振发生器和后Y轴颤振发生器连接同一个高频阀并通过同一个高频阀进行控制。