CN220739047U - 一种钛合金细长杆的温成形加工模具 - Google Patents

Abstract

本申请涉及钛合金杆加工领域，具体公开了一种钛合金细长杆的温成形加工模具，其包括温压模具、温镦模具、温滚压模具，其中温挤压模具的挤压下模包括第一挤压下模和第二挤压下模，用于将细长杆杆部成型出台阶轴，温镦模具的温镦上模具包括第一上模和第二上模，用于将细长杆头部成型成镦头，温滚压模具的滚压轮上设有环纹，用于在台阶轴上滚压出环槽。本方案解决了针对钛合金细长杆温成形加工所用的多次压力加工模具的问题。

Description

一种钛合金细长杆的温成形加工模具

技术领域

本实用新型涉及钛合金杆加工领域，具体涉及一种钛合金细长杆的温成形加工模具。

背景技术

细长杆广泛用于紧固件连接，是航空航天紧固件连接的重要组成材料，其细长杆的加工质量直接决定着紧固件连接的质量。我司采用TB9钛合金生产航空用细长杆产品，航空材料TB9钛合金材料具有抗拉强度、屈服强度高等特点，在细长杆实际的成形过程中，如果采用冷成形的方式，TB9钛合金材料特性会造成金属材料难以流动；若采用以往的切削加工方法，在成型过程中浪费了大量的材料，提高产品整体加工的成本，极大限度影响产品的生产周期。

因此，考虑到成型质量，我司提出采用温成形技术加工细长杆，温成形技术是一种通过对零部件原材料施加压力进行加工的方法。通俗的讲就是将处于常温下的生产部件，经过加热到适合的温度后，模具预热温度低于待成形工件，通过外力对其原材料施加压力，使其在设定好的模具内成形。温成形技术包含温挤压、温镦、温滚压三道工序，其中温挤压工序将胚料压制成台阶杆状，温镦工序将台阶杆头部材料镦出成型，温滚压工序在台阶段上滚制出环形凹槽。而三道工序无法一次成型，需要进行多次压力加工的组合，所以设计出温成形钛合金细长杆的加工模具是目前亟需解决的难点之一。

实用新型内容

本实用新型在于提供一种钛合金细长杆的温成形加工模具，以解决针对钛合金细长杆温成形加工所用的多次压力加工模具的问题。

为解决上述问题，本实用新型采取的技术方案如下：一种钛合金细长杆的温成形加工模具，包括温挤压模具、温镦模具、温滚压模具；

所述温挤压模具包括可上下往复运动的挤压上模、固定的挤压下模，所述挤压下模设有柱型且竖直贯穿下模的下模模腔，挤压下模包括第一挤压下模和第二挤压下模，所述第一挤压下模的下模型腔从低到高划分为第一台阶段和第二台阶段，第一台阶段的内径小于第二台阶段的内径；所述第二挤压下模的第一台阶段与第一挤压下模相同，第二挤压下模的第二台阶段从低到高划分为第二台阶段和第三台阶段，所述第三台阶段的内径大于第二台阶段的内径；

所述温镦模具包括可上下移动的温镦上模具、固定在机架上的温镦下模具，所述温镦下模具内开有可容纳细长杆的镦头以下杆件的下模型腔，所述下模型腔竖直贯穿温镦下模具，所述温镦上模具包括第一上模、第二上模，第一上模的底面为平面，第二下模的底面开有可容纳镦头的上模型腔，上模型腔内底面圆弧处理；

所述温滚压模具包括滚压轮，所述滚压轮包括第一滚压轮、第二滚压轮，第一滚压轮与第二滚压轮轴向水平设置，两滚压轮之间设有可抬接待加工工件的支撑辊，两滚压轮、待加工件的相互平行设置且各中轴经过同一水平面，滚压轮的外壁上设有外凸的环纹，两滚压轮固定在外设的驱动设备主轴上，其中一个滚压轮可沿工件径向水平移动。

本方案的基本原理为：将坯料进行加热到合适温度，然后放入温挤压模具，挤压上模向下移动对胚料进行挤压，第一挤压下模内的细长杆预成型出第一个阶梯形状，换上第二挤压下模，对细长杆再次进行挤压，使细长杆阶梯部分完全成型；在将细长杆放入温镦模具内，第一上模下压对头部进行自由镦粗，预成型出细长杆为鼓形的头部，鼓形头部的高与成型细长杆头部的高一致，换上第二上模，第二上模内的上模型腔限定镦头形状，使细长杆头部完全成型；将温镦好的细长杆再次进行加热，然后放在温滚压模具之间上进行滚压，使凹槽部分完全成型。

本方案的有益效果为：

1、阶梯杆在挤压模具中进行挤压加工，使一个阶梯的杆变成两个阶梯，通过温挤压模具的两个挤压下模使丝材毛坯逐渐变成二个阶梯的杆，使材料流动更充分，避免了一次变形量太大，而造成成型的阶梯杆变化位置填充不满的情况，进一步保证了成型零件的精度。

2、坯料直径与阶梯杆的最大端直径相一致，坯料丝材的体积略大于最终成型零件的体积，因为温成形加工过程可以看作为不去除材料的加工方式，所以成型前后的体积基本保持不变，减少材料浪费。

3、细长杆头部温镦工序采用温镦模具中的两个上模依次完成，能更大程度的让头部材料完全填充上模模腔，使成型的零件填充效果更好。

进一步，挤压下模、温镦下模具的顶面边缘开设有环台。环台可安装下模压板，将下模固定在温镦机下模座上。

进一步，挤压上模、温镦上模具的两端直径大、中间直径小，且二者的上端侧壁为锥面，二者的下端外壁为圆柱面。圆柱面使得上模能够穿过压套的开口，锥面将上模固定在压套内，通过压套将上模安装在上模座内。

进一步，挤压下模的下模模腔内、温镦下模的下模型腔内均活动连接有可上下滑动的顶杆，所述顶杆固定在外设的驱动机构上。利用顶杆对细长杆材料支撑，并在挤压后可向上顶出细长杆。

进一步，温镦上模具的上模型腔为圆柱型。根据工件外形要求将上模型腔设置为圆柱型，最终成型的镦头为圆柱状。

进一步，温镦下模的下模型腔的内径为沿细长杆长度方向逐级递减的台阶状。台阶面贴合前道成型的台阶轴外壁，便于保持细长杆的台阶段成型效果。

进一步，第一台阶段与第二台阶段的交界面侧壁圆滑处理，第二台阶段与第三台阶段的交界面侧壁圆滑处理。使得成型的细长杆台阶交界面过渡圆滑。

进一步，滚压轮的中轴开有主轴孔，主轴孔的侧壁上开有键槽。通过键连接将滚压轮安装在驱动设备上，方便后期维护更换。

进一步，环纹的圆弧面为半圆弧形。根据工件环槽的形状选择环纹形状。

进一步，支撑辊的上端为水平面。利用水平面贴触细长杆侧壁，承接整根细长杆。

附图说明

图1为本发明实施例的装配示意图；

图2为本发明实施例中温挤压模具和温镦模具的示意图；

图3为本发明实施例中温滚压模具的示意图；

图4为图3中滚压轮的剖视图；

图5为图4中环纹的细节示意图；

图6为本实施例中各道工序成型的工件示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：导套1、挤压上模2、下模压板3、导柱4、下模模腔5、下模座6、下模垫块7、顶杆8、第一挤压下模91、第二挤压下模92、螺栓10、上模座11、挤压上模垫块12、压套13、上模压板14、第一上模20、第二上模21、上模型腔211、温镦下模具22、下模型腔23、环形台阶24、工件25、键16、支撑辊17、平面171、待滚压工件18、滚压轮19、主轴孔191、键槽192、环纹193、传动轴020。

实施例基本如附图1至附图6所示：

温成形加工模具包括温挤压模具、温镦模具、温滚压模具，其中温挤压模具及温镦模具均安装在温镦机上，温滚压模具安装在滚压机上。

温挤压工序：本工序包括两次挤压，分别采用第一挤压下模91预成型出细长杆的第一个台阶形状、第二挤压下模92预成型出细长杆的第二个台阶形状。

挤压上模2为柱型，挤压上模2的两端直径大，中间直径小，挤压上模2的上端为锥段，挤压上模2的下端为圆柱段，挤压上模2固定在上模座11内，上模座11为板状，上模座11的左右两端贯穿有竖直的导套1，导套1内穿过竖直的导柱4，导柱4固定在水平放置的下模座6上，上模座11和下模座6分别固定在温镦机上，利用温镦机的液压系统实现挤压上模2的往复上下运动。

上模座11安装挤压上模2的一端机加工出开口向下的安装槽，安装槽底部放置挤压上模2垫块，将挤压上模2从上往下穿过筒型压套13，压套13内壁为与挤压上模2上端贴合的锥面，从而将挤压上模2限位在压套13内。压套13安装在安装槽内，在压套13外安装覆盖整个安装槽顶面的上模压板14，在安装槽的两侧机加工出开口向下的螺纹盲孔，通过螺栓10穿过上模压板14与上模座11的盲孔螺纹连接，挤压上模2得以安装在上模座11内。

下模包括第一挤压下模91和第二挤压下模92，两者均为矩块状，且中轴处开有竖直贯穿的下模模腔5，其中第一挤压下模91的下模模腔5从低到高划分出第一台阶段和第二台阶段，第一台阶段的直径小于第二台阶段的直径；第二挤压下模92的下模模腔5将第二台阶段再次划分，第二台阶段的上端形成第三台阶段，第三台阶段的直径大于第二台阶段。

下模座6为“凸”型，下模座6中部机加工出可容纳下模且开口向上的凹槽，凹槽底部放置下模垫块7，下模垫块7中轴处机加工出可供顶杆8穿过的通孔，下模的顶面外沿加工出环台，在下模座6的顶面安装可覆盖环台及整个下模座6顶面的下模压板3，在下模座6上端机加工出开口向上的螺纹盲孔，通过螺栓10将下模压板3固定在下模座6顶面。

温镦工序：采用两次温镦将细长杆的镦头成型，先使用第一上模20对细长杆的头部挤压成鼓型，再采用第二上模21再次挤压细长杆头部最终成型。

温镦下模具22的内部开有竖直贯穿温镦下模具22的下模型腔23，下模型腔23的形状与细长杆除头部外的部分轮廓相同，本实施例中下模型腔23为柱型，其内径沿细长杆的长度方向逐级递减，形成两级台阶。将温镦下模具22放入后，温镦下模具22的镦头部分暴露在温镦下模具22顶部。

第一上模20和第二上模21都是两端外径大、中部外径小的沙漏状。第二上模21的下端机加工出开口向下的上模型腔211，上模型腔211为可容纳镦头的圆柱型，上模型腔211的底部经过圆滑处理，使得上模型腔211的底壁与侧壁之间圆滑过渡，使得镦压后的细长杆头部直接一体成型，边缘圆滑。上模型腔211和下模型腔23同轴设置。

温滚压工序：滚压轮19包括第一滚压轮19及第二滚压轮19，两滚压轮19的结构相同，以第一滚压轮19为例，第一滚压轮19的外壁上有外凸的两圈环纹193，环纹193的凸面为半圆弧面，该圆弧面的直径可根据加工需求设置。第一滚压轮19中心开有主轴孔191，主轴孔191内壁上开有贯通的键槽192，第一滚压轮19通过主轴孔191套设在外设的驱动设备的传动轴020上，在通过将键16插入键槽192将第一滚压轮19固定在传动轴020上，通过控制传动轴020的转速可控制第一滚压轮19的速度。传动轴020呈轴向水平状态，从而第一滚压轮19可沿水平方向竖直转动。

第二滚压轮19平行设置在第一滚压轮19的旁侧，两滚压轮19中心的连线经过同一水平线，与第一滚压轮19的不同之处在于第二滚压轮19套设在可横向进给的驱动设备上。

第一滚压轮19靠近第二滚压轮19的旁侧水平固定有支撑辊17，支撑辊17沿滚压轮19的周向轴向设置，其上端机加工成平面171，将待滚压工件1825平行放置在平面171上时，待滚压工件1825与两滚压轮19的中轴经过同一水平面171。

具体实施过程如下：

温挤压工序：胚料为细长杆型，将第一挤压下模91固定在温镦机上后，将细长杆插入第一挤压下模91的下模模腔5内并与顶杆8接触，启动温镦机，上模下压将细长杆挤压，使细长杆底部部分直径变小成为阶梯轴，利用顶杆8顶出加工完成后的工件25，再换上第二挤压下模92将细长杆再次挤压，使其细长杆下端直径再次变小变为二阶阶梯轴。

温镦工序：将温镦上模具的第一上模20安装在温镦机的上方夹套上，温镦下模具22固定在温镦机的下模座6内，工作人员把前道工序加工好的细长杆放入下模型腔23中，启动温镦机，温镦机带动第一上模20下压细长杆的镦头，镦头径向自由流动形成鼓型，将第二上模21替换第一上模20，再次启动温镦机，第二上模21的上模型腔211完全容纳镦头，在挤压作用下，镦头完全填充贴合上模型腔211，形成圆柱状镦头。

温滚压工序：在滚压加工过程中将前道工序加工完成的工件25水平放置在支撑辊17上，两个滚压轮19开始旋转，其中可移动的滚压轮19沿工件25径向进给，工件25侧壁与滚压轮19侧壁的环纹193贴触，使得工件25材料发生流动形成环槽，整根细长杆加工完成。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种钛合金细长杆的温成形加工模具，其特征在于：包括温挤压模具、温镦模具、温滚压模具；

所述温挤压模具包括可上下往复运动的挤压上模、固定的挤压下模，所述挤压下模设有柱型且竖直贯穿下模的下模模腔，挤压下模包括第一挤压下模和第二挤压下模，所述第一挤压下模的下模型腔从低到高划分为第一台阶段和第二台阶段，第一台阶段的内径小于第二台阶段的内径；所述第二挤压下模的第一台阶段与第一挤压下模相同，第二挤压下模的第二台阶段从低到高划分为第二台阶段和第三台阶段，所述第三台阶段的内径大于第二台阶段的内径；

所述温镦模具包括可上下移动的温镦上模具、固定在机架上的温镦下模具，所述温镦下模具内开有可容纳细长杆的镦头以下杆件的下模型腔，所述下模型腔竖直贯穿温镦下模具，所述温镦上模具包括第一上模、第二上模，第一上模的底面为平面，第二下模的底面开有可容纳镦头的上模型腔，上模型腔内底面圆弧处理；

所述温滚压模具包括滚压轮，所述滚压轮包括第一滚压轮、第二滚压轮，第一滚压轮与第二滚压轮轴向水平设置，两滚压轮之间设有可抬接待加工工件的支撑辊，两滚压轮、待加工件的相互平行设置且各中轴经过同一水平面，滚压轮的外壁上设有外凸的环纹，两滚压轮固定在外设的驱动设备主轴上，其中一个滚压轮可沿工件径向水平移动。

2.根据权利要求1所述的一种钛合金细长杆的温成形加工模具，其特征在于：所述挤压下模、温镦下模具的顶面边缘开设有环台。

3.根据权利要求2所述的一种钛合金细长杆的温成形加工模具，其特征在于：所述挤压上模、温镦上模具的两端直径大、中间直径小，且二者的上端侧壁为锥面，二者的下端外壁为圆柱面。

4.根据权利要求3所述的一种钛合金细长杆的温成形加工模具，其特征在于：所述挤压下模的下模模腔内、温镦下模的下模型腔内均活动连接有可上下滑动的顶杆，所述顶杆固定在外设的驱动机构上。

5.根据权利要求4所述的一种钛合金细长杆的温成形加工模具，其特征在于：所述温镦上模具的上模型腔为圆柱型。

6.根据权利要求5所述的一种钛合金细长杆的温成形加工模具，其特征在于：所述温镦下模的下模型腔的内径为沿细长杆长度方向逐级递减的台阶状。

7.根据权利要求6所述的一种钛合金细长杆的温成形加工模具，其特征在于：所述第一台阶段与第二台阶段的交界面侧壁圆滑处理，第二台阶段与第三台阶段的交界面侧壁圆滑处理。

8.根据权利要求7所述的一种钛合金细长杆的温成形加工模具，其特征在于：所述滚压轮的中轴开有主轴孔，主轴孔的侧壁上开有键槽。

9.根据权利要求8所述的一种钛合金细长杆的温成形加工模具，其特征在于：所述环纹的圆弧面为半圆弧形。

10.根据权利要求9所述的一种钛合金细长杆的温成形加工模具，其特征在于：所述支撑辊的上端为水平面。