多模塊多向高頻振動(dòng)熱成形模具的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型屬于熱成形模具【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及多模塊多向高頻振動(dòng)熱成形模具，包括上模、上模及為上下模相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向的導(dǎo)向桿，所述下模的下側(cè)設(shè)置有可向多個(gè)方向進(jìn)行高頻振動(dòng)的液壓激振器，優(yōu)點(diǎn)是：熱成形工件時(shí)金屬材料的流動(dòng)應(yīng)力小、金屬流入凹模的阻力低、載荷穩(wěn)定、擠壓力相對(duì)小。
【專(zhuān)利說(shuō)明】多模塊多向高頻振動(dòng)熱成形模具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于熱成形模具【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種多模塊多向高頻振動(dòng)熱成形模具。
【背景技術(shù)】
[0002]熱成形的加工方法是利用在高溫下金屬材料可塑性較高變、形抗力較小的特性，以強(qiáng)大的壓力和一定速度，迫使金屬毛坯產(chǎn)生塑性流動(dòng)，通過(guò)凸模與凹模的間隙或凹模的出口，擠出空心或斷面比毛坯斷面要小的實(shí)心件。采用熱成形工藝加工的零件具有金屬流線(xiàn)連續(xù)、強(qiáng)度極高，可塑性強(qiáng)，成型精度高，成型行程中摩擦力小，熱傳遞更為均勻，力學(xué)性能極強(qiáng)等特點(diǎn)，加工過(guò)程安全性更高，具有更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0003]自從1955年F.Blaha和B.Langenecker首次揭示了附加的超聲振動(dòng)能減小單晶體鋅塑性變形時(shí)的變形抗力以來(lái)，世界各國(guó)的許多學(xué)者針對(duì)振動(dòng)在金屬塑性加工中的應(yīng)用展開(kāi)了廣泛深入的理論與實(shí)驗(yàn)研究。采用液壓高頻振動(dòng)與金屬熱成形技術(shù)相結(jié)合后，有利于零件成形時(shí)的材料流動(dòng)，能改善金屬與模具之間的摩擦狀態(tài)，降低坯料與模具表面的摩擦力，減小內(nèi)應(yīng)力，從而達(dá)到減小擠壓力的特點(diǎn)。由于振幅微小，亦不會(huì)影響成形件的尺寸精度。目前，已經(jīng)應(yīng)用在線(xiàn)材、管材和異型材料的拉拔、金屬材料的沖孔、剪切、精壓、軋制等加工過(guò)程中，所采用的激振方式主要以功率超聲振動(dòng)和機(jī)械式為主，兩者具有非常明顯的局限性，比如振動(dòng)方向有限，輸出功率有限、產(chǎn)生激振力較小，頻率和幅值難以調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種熱成形工件時(shí)金屬材料的流動(dòng)應(yīng)力小、金屬流入凹模的阻力低、載荷穩(wěn)定、擠壓力相對(duì)小的多模塊多向高頻振動(dòng)熱成形模具。
[0005]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]多模塊多向高頻振動(dòng)熱成形模具，包括上模、上模及為上下模相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向的導(dǎo)向桿，所述下模的下側(cè)設(shè)置有可向多個(gè)方向進(jìn)行高頻振動(dòng)的液壓激振器。
[0007]上述液壓激振器的具體結(jié)構(gòu)是:在液壓激振器外圈內(nèi)設(shè)置有激振體，激振體的至少一個(gè)水平面和至少一個(gè)垂直面上分別設(shè)置有一個(gè)以上的凹槽，每個(gè)凹槽的開(kāi)口處均設(shè)置有彈性的端蓋形成顫振腔，所有的顫振腔均通過(guò)液壓管道與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的激振閥連通，激振閥的進(jìn)油口與液壓機(jī)的高壓出油口通過(guò)導(dǎo)管連通。
[0008]上述顫振腔與激振閥連通的管道上設(shè)置有可變?nèi)莘e的變速腔。
[0009]上述變速腔內(nèi)設(shè)置有活塞將變速腔分割成變頻腔和連桿腔，連桿腔內(nèi)設(shè)置有與活塞連接的伸出連桿腔外的連桿，通過(guò)連桿可調(diào)整活塞在變速腔內(nèi)的不同位置進(jìn)而調(diào)整變頻腔的容積大小，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)頻率的改變。
[0010]上述伺服電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/min，所述激振閥的閥芯兩側(cè)分別開(kāi)有八個(gè)大小相等角度相錯(cuò)的窗口，伺服電機(jī)與閥芯之間連接有一個(gè)1:2的變速箱，因此理論最高頻率為 50X2X16=1500Hzo[0011]上述顫振腔有水平面上的顫振腔和垂直面上的顫振腔，垂直面上的顫振腔的體積與水平面上的顫振腔的體積比為1:2。
[0012]上述上模的具體結(jié)構(gòu)是:凸模墊在凸模墊塊上，用螺栓將凸模和凸模墊塊以及凸模壓圈一起固定在上模板上；所述下模的具體結(jié)構(gòu)是:由凹模壓圈與凹模通過(guò)體形契合，由螺栓與凹模墊塊一起固定在液壓激振器外圈上，并最終由螺栓固定在下模板上。
[0013]上述液壓激振器設(shè)置在下模與下模板之間。
[0014]上述液壓激振器與驅(qū)動(dòng)上模上下移動(dòng)的壓力機(jī)共用一個(gè)高壓油泵為其供壓。
[0015]本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)突出且有益的技術(shù)效果是:
[0016]本實(shí)用新型采用液壓振動(dòng)技術(shù)，具有輸出激振力大特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)熱擠壓過(guò)程中的模具多向振動(dòng)，亦可實(shí)現(xiàn)頻率和振幅的無(wú)級(jí)調(diào)整，從而很好的克服了傳統(tǒng)的超聲振動(dòng)和機(jī)械式振動(dòng)的局限性，在顫振擠壓方式下，由于凹模的高頻顫振，熱成形工件時(shí)減小了材料的流動(dòng)應(yīng)力，并改善了坯料與凹模之間的摩擦狀態(tài)，金屬流入凹模的阻力降低，從而使得載荷保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平，針對(duì)熱成型加工而言不僅可以降低擠壓力的大小，而且對(duì)熱處理工藝也有非常明顯的作用，具有重要的理論意義和工程實(shí)用背景。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0018]圖2是本實(shí)用新型的液壓激振器的供壓狀態(tài)原理圖。
[0019]圖3是本實(shí)用新型的液壓激振器的回流狀態(tài)原理圖。
[0020]圖4是本實(shí)用新型的多模塊液壓激振器的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0021]圖5是本實(shí)用新型的液壓系統(tǒng)原理圖。
[0022]圖6是傳統(tǒng)熱擠壓成型過(guò)程載荷圖。
[0023]圖7是本實(shí)用新型在顫振條件下熱擠壓行程載荷圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖以具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述，參見(jiàn)圖1一圖7:
[0025]多模塊多向高頻振動(dòng)熱成形模具，包括上模A、上模A及為上下模相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向的導(dǎo)向桿11，所述下模B的下側(cè)設(shè)置有可向多個(gè)方向進(jìn)行高頻振動(dòng)的液壓激振器10。
[0026]上述液壓激振器10的具體結(jié)構(gòu)是:在液壓激振器外圈IOb內(nèi)設(shè)置有激振體10a，激振體IOa的至少一個(gè)水平面和至少一個(gè)垂直面上分別設(shè)置有一個(gè)以上的凹槽，每個(gè)凹槽的開(kāi)口處均設(shè)置有彈性的端蓋101、105形成顫振腔102、104，所有的顫振腔102、104均通過(guò)液壓管道103與伺服電機(jī)13驅(qū)動(dòng)的激振閥14連通，激振閥14的進(jìn)油口與液壓機(jī)的高壓出油口通過(guò)導(dǎo)管連通。
[0027]上述顫振腔102、104與激振閥14連通的管道上設(shè)置有可變?nèi)莘e的變速腔。
[0028]上述變速腔內(nèi)設(shè)置有活塞108將變速腔分割成變頻腔109和連桿腔106，連桿腔106內(nèi)設(shè)置有與活塞108連接的伸出連桿腔106外的連桿107，通過(guò)連桿107可調(diào)整活塞108在變速腔內(nèi)的不同位置進(jìn)而調(diào)整變頻腔109的容積大小，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)頻率的改變。
[0029]上述伺服電機(jī)13的最高轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/min，所述激振閥14的閥芯141兩側(cè)分別開(kāi)有八個(gè)大小相等角度相錯(cuò)的窗口，伺服電機(jī)13與閥芯14之間連接有一個(gè)1:2的變速箱，因此理論最高頻率為50X2X16=1500Hz。
[0030]上述顫振腔有水平面上的顫振腔104和垂直面上的顫振腔102，垂直面上的顫振腔102的體積與水平面上的顫振腔104的體積比為1:2。
[0031]上述上模A的具體結(jié)構(gòu)是:凸模4墊在凸模墊塊2上，用螺栓將凸模4和凸模墊塊2以及凸模壓圈3 —起固定在上模板I上；所述下模B的具體結(jié)構(gòu)是:由凹模壓圈5與凹模6通過(guò)體形契合，由螺栓與凹模墊塊8 —起固定在液壓激振器外圈9上，并最終由螺栓固定在下模板12上。
[0032]上述液壓激振器10設(shè)置在下模與下模板12之間。
[0033]上述液壓激振器10與驅(qū)動(dòng)上模A上下移動(dòng)的壓力機(jī)19共用一個(gè)高壓油泵16為
其供壓。
[0034]工作時(shí)，液壓激振器10與驅(qū)動(dòng)上模A上下移動(dòng)的壓力機(jī)19共用一個(gè)高壓油泵16為其供壓，當(dāng)壓力機(jī)19開(kāi)始擠壓工作時(shí)，液壓激振器10的激振油路13也同時(shí)打開(kāi)。通過(guò)激振閥14的高頻轉(zhuǎn)動(dòng),從而改變顫振腔102、104內(nèi)高低壓油壓的高頻切換，從而產(chǎn)生高頻顫振。因此在模具成形部分?jǐn)D壓零件的同時(shí)，液壓激振器10亦工作，并且以一定的頻率和振幅帶動(dòng)凹模同步振動(dòng)。高頻的顫振有利于零件成形時(shí)的材料流動(dòng)，并能改善摩擦條件以及減小流動(dòng)應(yīng)力，從而達(dá)到減摩降載的目的。此外，由于顫振的振幅微小，不會(huì)影響成形件的尺寸精度要求。
[0035]圖2和圖3 —起構(gòu)成液壓激振器10的顫振腔102、104內(nèi)高低壓油壓切換的工作原理圖。激振閥14的旋轉(zhuǎn)由伺服電機(jī)13驅(qū)動(dòng)，使沿閥芯臺(tái)肩周向均勻開(kāi)設(shè)的八溝槽與閥套上窗口相配合的閥口面積大小成周期性變化，且相鄰臺(tái)肩上的溝槽相互錯(cuò)位，構(gòu)成通過(guò)激振閥14的油液方向的周期性改變。工作時(shí)，當(dāng)閥芯141轉(zhuǎn)至圖2所示位置時(shí)，P-A連通，高壓油通過(guò)激振閥14從油泵16(或稱(chēng)油源)進(jìn)入顫振腔102、104，使兩個(gè)彈性端蓋101、105分別向圖示上側(cè)和左側(cè)變形鼓起；當(dāng)閥芯141轉(zhuǎn)至圖3位置時(shí)右側(cè)臺(tái)肩的槽口與閥套窗口溝通，A-T連通，顫振腔102、104內(nèi)的高壓油通過(guò)激振閥14流回油箱，彈性端蓋101、105變形回復(fù)到原來(lái)位置，從而實(shí)現(xiàn)高頻顫振的過(guò)程。利用插裝節(jié)流閥可調(diào)節(jié)進(jìn)出顫振腔的油液流量大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)顫振器非諧振點(diǎn)振幅的調(diào)節(jié)。
[0036]此外激振閥14與伺服電機(jī)13之間可以嵌入變速箱，從而產(chǎn)生更高的激振頻率。顫振腔亦模塊化，如圖4所示。多個(gè)振動(dòng)模塊151、152、153、154結(jié)構(gòu)相同，用來(lái)產(chǎn)生激振力。其通過(guò)連接塊155與激振閥156相連，再由激振閥156調(diào)節(jié)液壓油的進(jìn)出，進(jìn)而調(diào)節(jié)振動(dòng)模塊151、152、153、154振動(dòng)的頻率和振幅實(shí)現(xiàn)同步振動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同的需要選擇模塊數(shù)量。
[0037]所設(shè)計(jì)模具的液壓激振器10的液壓回路是壓力機(jī)19之液壓系統(tǒng)中的一部分，與壓力機(jī)19共用一個(gè)油源。當(dāng)凸模4開(kāi)始擠壓工件7時(shí)，系統(tǒng)壓力經(jīng)高壓油泵16升高，當(dāng)壓力達(dá)到溢流閥18的調(diào)定壓力，此時(shí)溢流閥18打開(kāi)，油液進(jìn)入激振回路中，控制信號(hào)使伺服電機(jī)13得電開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，在激振閥10的控制下，使得顫振腔102、104產(chǎn)生高頻的振動(dòng)。
[0038]系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)及試驗(yàn)研究結(jié)果如下:
[0039]基于Deform仿真分析下，設(shè)定的熱成形模具系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)如表I所示
[0040]表I熱成型模具相關(guān)參數(shù)表:
[0041]
【權(quán)利要求】
1.多模塊多向高頻振動(dòng)熱成形模具，包括上模、上模及為上下模相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向的導(dǎo)向桿，其特征在于:所述下模的下側(cè)設(shè)置有可向多個(gè)方向進(jìn)行高頻振動(dòng)的液壓激振器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模塊多向高頻振動(dòng)熱成形模具，其特征在于:所述液壓激振器的具體結(jié)構(gòu)是:在液壓激振器外圈內(nèi)設(shè)置有激振體，激振體的至少一個(gè)水平面和至少一個(gè)垂直面上分別設(shè)置有一個(gè)以上的凹槽，每個(gè)凹槽的開(kāi)口處均設(shè)置有彈性的端蓋形成顫振腔，所有的顫振腔均通過(guò)液壓管道與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的激振閥連通，激振閥的進(jìn)油口與液壓機(jī)的高壓出油口通過(guò)導(dǎo)管連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模塊多向高頻振動(dòng)熱成形模具，其特征在于:所述顫振腔與激振閥連通的管道上設(shè)置有可變?nèi)莘e的變速腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多模塊多向高頻振動(dòng)熱成形模具，其特征在于:所述變速腔內(nèi)設(shè)置有活塞將變速腔分割成變頻腔和連桿腔，連桿腔內(nèi)設(shè)置有與活塞連接的伸出連桿腔外的連桿，通過(guò)連桿可調(diào)整活塞在變速腔內(nèi)的不同位置進(jìn)而調(diào)整變頻腔的容積大小，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)頻率的改變。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模塊多向高頻振動(dòng)熱成形模具，其特征在于:所述伺服電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/min，所述激振閥的閥芯兩側(cè)分別開(kāi)有八個(gè)大小相等角度相錯(cuò)的窗口，伺服電機(jī)與閥芯之間連接有一個(gè)1:2的變速箱。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模塊多向高頻振動(dòng)熱成形模具，其特征在于:所述顫振腔有水平面上的顫振腔和垂直面上的顫振腔，垂直面上的顫振腔的體積與水平面上的顫振腔的體積比為1:2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模塊多向高頻振動(dòng)熱成形模具，其特征在于:所述上模的具體結(jié)構(gòu)是:凸模墊在凸模墊塊上，用螺栓將凸模和凸模墊塊以及凸模壓圈一起固定在上模板上；所述下模的具體結(jié)構(gòu)是:由凹模壓圈與凹模通過(guò)體形契合，由螺栓與凹模墊塊一起固定在液壓激振器外圈上，并最終由螺栓固定在下模板上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多模塊多向高頻振動(dòng)熱成形模具，其特征在于:所述液壓激振器設(shè)置在下模與下模板之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1一8任一項(xiàng)所述的多模塊多向高頻振動(dòng)熱成形模具，其特征在于:所述液壓激振器與驅(qū)動(dòng)上模上下移動(dòng)的壓力機(jī)共用一個(gè)高壓油泵為其供壓。
【文檔編號(hào)】B21D37/10GK203565662SQ201320699283
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】馮曉龍, 黃良國(guó) 申請(qǐng)人:浙江黃巖沖模有限公司