一種微反擠壓成形模具及擠壓成形載荷試驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于微成形【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種微反擠壓成形模具。該模具包括：兩個半模裝置，每個半模裝置包含模架和可拆卸地固定在模架上的夾持器，其中夾持器形成有夾持器保持腔，用于夾持凹?；蛲鼓５倪m配夾具可拆卸地固定在夾持器保持腔中。本發(fā)明所提供的微反擠壓成形模具通過采用兩個夾具對凹凸模進行夾持，在更換凹凸模時只需對適配夾具進行更換，而保持器可繼續(xù)使用，從而降低了實驗時模具的制造成本，同時也便于凹凸模的更換，且結(jié)構(gòu)簡單。本發(fā)明還公開了一種包含上述類型的微反擠壓成形模具的擠壓成形載荷試驗裝置。
【專利說明】一種微反擠壓成形模具及擠壓成形載荷試驗裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微成形【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種實驗室用微反擠壓成形模具及包含上 述類型的微反擠壓成形模具的擠壓成形載荷試驗裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 微成形技術(shù)是近十幾年來在全球范圍內(nèi)興起的一種先進微細(xì)制造技術(shù)，微型化已 經(jīng)是制造業(yè)的趨勢之一。微擠壓成形是指以擠壓的加工方法成形在兩個或兩個以上維度尺 寸在1毫米以下的零件，由于成形零件趨于微型化，因此對微成形的模具提出了高精密、高 硬度、低摩擦的要求。此外，作為實驗室用的微反擠壓成形模具，還需要方便不同直徑凹凸 模更換，并能收集擠壓成形過程中的載荷位移曲線，以便可以對微擠壓成形過程進行相關(guān) 的研究。然而，現(xiàn)有的實驗室模具都不能滿足上述要求。進一步，由于成型零件微小，擠壓 成形時不僅潤滑十分困難，且容易產(chǎn)生微尺寸效應(yīng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] (一）要解決的技術(shù)問題
[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、精度高且便于更換凹凸模的微 反擠壓成形模具。
[0005] (二）技術(shù)方案
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種微反擠壓成形模具，包括：兩個半模裝 置，每個半模裝置包含模架和可拆卸地固定在模架上的夾持器，其中夾持器形成有夾持器 保持腔，用于夾持凹?；蛲鼓５倪m配夾具可拆卸地固定在夾持器保持腔中。
[0007] 在根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，兩個半模裝置分別為反擠壓凸模裝置和反擠 壓凹模裝置，其中反擠壓凸模裝置為上模，反擠壓凹模裝置為下模。
[0008] 在根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，夾持器保持腔為階梯孔，適配夾具包括圓柱 形本體和位于圓柱形本體上與階梯孔限位配合的軸肩，其中圓柱形本體形成有適配夾具保 持腔，凹?；蛲鼓？刹鹦兜毓潭ㄔ谶m配夾具保持腔中。
[0009] 在根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，夾持器保持腔為截頭圓錐孔，適配夾具包括 與截頭圓錐孔過盈配合的截頭圓錐體，其中截頭圓錐體形成有適配夾具保持腔，凹?；蛲??？刹鹦兜毓潭ㄔ谶m配夾具保持腔中。
[0010] 在根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，在半模裝置的模架上均設(shè)置有空心導(dǎo)柱，半 模裝置的夾持器位于空心導(dǎo)柱的內(nèi)部，在兩個半模模具之一的模架上還設(shè)置有與兩個半模 裝置的空心導(dǎo)柱滑動配合的導(dǎo)套。
[0011] 在根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，模架與設(shè)置在模架上的空心導(dǎo)柱是一體的。 [0012] 在根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，在導(dǎo)套上開設(shè)有用于觀察凹模和凸模配合狀 況的窗口。
[0013] 在根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，至少凸模的擠壓表面和至少凹模的擠壓表面 分別設(shè)有固體自潤滑涂層。
[0014] 在根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，凹模由兩個相互配合的半模組成，在凹模的 上端設(shè)置有向凹模的模腔凸出用于將加工好的零件脫離凸模的突出部。
[0015] 本發(fā)明還提供了一種擠壓成形載荷試驗裝置，包括萬能材料試驗機和根據(jù)上述技 術(shù)方案所述的模具，該模具的兩個半模裝置分別安裝在萬能材料試驗機的壓塊上，以通過 萬能材料試驗機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集擠壓成形過程中的載荷位移曲線。
[0016] (三）有益效果
[0017] 上述技術(shù)方案提供的微反擠壓成形模具通過采用兩個夾具（即：保持器和適配夾 具）對凹凸模進行夾持，在更換凹凸模時只需對適配夾具進行更換，而保持器可繼續(xù)使用， 從而降低了模具的制造成本，同時也便于凹凸模的更換，且結(jié)構(gòu)簡單。此外，該裝置通過采 用滑動配合的導(dǎo)套和模架上的導(dǎo)向筒實現(xiàn)了精密導(dǎo)向，并通過設(shè)置固體自潤滑層，使得該 模具無須使用液體潤滑劑或固體潤滑劑即可擠壓成形微型零件，此外，該模具可安裝在萬 能材料試驗機上采集載荷數(shù)據(jù)，以便對微擠壓成形中的潤滑、摩擦、尺寸效應(yīng)等科學(xué)問題進 行實驗研究。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的微反擠壓成形模具的剖視圖；
[0019] 圖2是圖1中的微反擠壓成形模具的立體圖。
[0020] 圖3是圖1中的微反擠壓成形模具的夾具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖4是圖1中的微反擠壓成形模具的固體自潤滑涂層的示意圖。
[0022] 圖5是利用圖1中的微反擠壓成形模具加工的杯形零件的立體圖。

【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細(xì)描述。以下實施例 用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0024] 圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一種微反擠壓成形模具的一個優(yōu)選實施例。如圖1所示， 該模具包括兩個半模裝置，每個半模裝置包含模架和可拆卸地固定在模架上的通用的夾持 器，其中夾持器形成有保持腔，用于夾持凹?；蛲鼓５倪m配夾具可拆卸地固定在夾持器的 保持腔中。在更換凹?；蛲鼓r只需根據(jù)不同的凹?；蛲鼓＿x取適合的適配夾具，而夾持 器可繼續(xù)使用，從而降低了模具的制造成本，同時也便于凹凸模的更換，且結(jié)構(gòu)簡單、加工 精度高。
[0025] 具體地，兩個半模裝置分別為反擠壓凸模裝置和反擠壓凹模裝置。其中反擠壓凸 模裝置為上模，并包括上模架1、上基座3、凸模夾持器5和凸模適配夾具4,以及由凸模適配 夾具4夾持的凸模6。其中，上模架1和凸模夾持器5以及上基座3通過四個螺栓2連接， 如圖3所示，凸模夾持器5中的保持腔為階梯孔，凸模適配夾具4包括圓柱形本體和位于圓 柱形本體上與階梯孔限位配合的軸肩，在凸模適配夾具4的圓柱形本體形成適配夾具保持 腔，凸模6可拆卸地固定在適配夾具保持腔中。為了達到可迅速更換不同直徑大小的凸模 6的目的，凸模適配夾具4的保持腔可設(shè)計成不同的規(guī)格尺寸，以便與不同的凸模6配合。
[0026] 需要說明的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，凸模夾持器5和凸模適配夾具4的配 合也可采用其它的結(jié)構(gòu)，例如夾持器保持腔為倒置的截頭圓錐孔，凸模適配夾具4包括與 截頭圓錐孔過盈配合的截頭圓錐體，其中截頭圓錐體形成有適配夾具保持腔，凸模6可拆 卸地固定在適配夾具保持腔中。
[0027] 類似地，反擠壓凹模裝置為下模，并包括下模架12、下基座10、凹模夾持器9和凹 模適配夾具8,以及由凹模適配夾具8夾持的凹模7。其中，下模架12和凹模夾持器9以及 下基座10通過四個螺栓連接，凹模夾持器9中的保持腔為階梯孔，凹模適配夾具8包括圓 柱形本體和位于圓柱形本體上與階梯孔限位配合的軸肩，在凹模適配夾具8的圓柱形本體 形成適配夾具保持腔，凹模7可拆卸地固定在適配夾具保持腔中。為了達到可迅速更換不 同直徑大小的凹模7的目的，凹模適配夾具8的保持腔也可設(shè)計成不同的規(guī)格尺寸，以便與 不同的凹模7配合。
[0028] 需要說明的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，凹模夾持器9和凹模適配夾具8的配 合面也可設(shè)計成其它的結(jié)構(gòu)，例如夾持器保持腔為截頭圓錐孔，凹模適配夾具8包括與截 頭圓錐孔過盈配合的截頭圓錐體，其中截頭圓錐體形成有適配夾具保持腔，凹模7可拆卸 地固定在適配夾具保持腔中。
[0029] 在該實施例中，凹模7由兩個相互配合的半模組成。在凹模7的上端設(shè)置有向模 腔凸出用于將擠壓完成的零件脫離凸模6的突出部，具體地，突出部應(yīng)保證待加工零件的 坯料能夠放置在凹模7內(nèi)，并且當(dāng)擠壓完成之后，凹模7上的突出部將擠壓完成的零件阻擋 在凹模7內(nèi)。在這種情況下，可通過擰下下模架12的螺栓將模具拆開，并將由兩半合成的 凹模7分開來取出加工好的零件。
[0030] 為了保證高精度，在上模架1上設(shè)置有從其下表面向下伸出的空心導(dǎo)柱，在下模 架12上設(shè)置有從其上表面向上伸出的空心導(dǎo)柱，上模架1的空心導(dǎo)柱和下模架12的空心 導(dǎo)柱的外徑相同。在該實施例中，空心導(dǎo)柱分別與各自的上模架1和下模架12是一體的， 當(dāng)然，也可以不是一體的，例如采用螺栓等連接件固定在一起。反擠壓凸模和反擠壓凹模的 夾具和基座分別位于各自的模架的空心導(dǎo)柱內(nèi)部，在反擠壓凹模的下模架12上設(shè)置有與 上模架1的空心導(dǎo)柱和下模架12的空心導(dǎo)柱滑動配合的導(dǎo)套11，通過導(dǎo)套11對模架的空 心導(dǎo)柱進行精密導(dǎo)向以減小加工及配合誤差對精度的影響，并且使得結(jié)構(gòu)更加簡單。進一 步地，在導(dǎo)套11上開設(shè)有用于觀察凹模7和凸模6配合狀況的窗口（如圖2所示）。
[0031] 進一步地，至少凸模6的擠壓表面和至少凹模7的擠壓表面分別設(shè)有固體自潤滑 涂層。固體自潤滑涂層的摩擦系數(shù)極低，并能夠起到自潤滑效果，以使得該模具無需使用液 體潤滑劑或固體潤滑劑即可擠壓成形微型零件。在這里，凸模6的擠壓表面為凸模6在擠 壓過程中與擠壓零件接觸的表面；和凹模7的擠壓表面為凹模7在擠壓過程中與擠壓零件 接觸的表面。如圖4所示，該固體自潤滑涂層為三層結(jié)構(gòu)，其中底層15為Cr，優(yōu)選其厚度為 0· 1?0· 2 μ m，中間層14為Cr-Mo/Cr，優(yōu)選其厚度為0· 2?0· 3 μ m，表層13為Mo層，優(yōu)選 其厚度為〇. 4?0. 5 μ m。固體自潤滑涂層優(yōu)選采用磁控濺射法形成。
[0032] 本發(fā)明還公開了一種擠壓成形載荷試驗裝置，包括萬能材料試驗機和上述類型的 模具，該模具的兩個半模裝置分別安裝在萬能材料試驗機的壓塊上，以通過萬能材料試驗 機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集擠壓成形過程中的載荷位移曲線。
[0033] 下面用一個微型杯形零件16(如圖4所示）的擠壓過程來說明本模具的具體使 用。該杯形零件的外徑為2_，內(nèi)徑為1_，壁厚為0. 5_，高3_。首先根據(jù)擠壓該杯形零 件16的凹模7和凸模6的規(guī)格來選用凹模7和凸模6的適配夾具，并將凹模7和凸模6分 別裝配在適配夾具保持腔中，然后將裝配有凹模7或凸模6的適配夾具裝配在夾持器中，然 后將直徑為2mm，長為2. 38mm的圓柱體形坯料放置在凹模7中，接著通過螺栓按照圖1所示 將模架、夾持器和基座固定在一起，然后將上模架1和下模架12分別安裝在萬能材料試驗 機的壓塊上。萬能材料試驗機作用于上模架1，從而帶動凸模6向下運動1. 88mm，將坯料進 行擠壓，以形成杯形零件16 ;然后萬能材料試驗機帶動上模架1上升，杯形零件16由于受 到凹模7上端的突出部的阻礙作用而與凸模6分離，以實現(xiàn)脫模；然后擰下下模架12的螺 栓將模具拆開，并將由兩半合成的凹模7分開，取出杯形零件16,擠壓完成。當(dāng)需要擠壓另 一零件時，松開螺栓將反擠壓凹模和反擠壓凸模的夾持器拆下來，并根據(jù)待擠壓零件的凹 凸模規(guī)格選取合適的適配夾具安裝即可。由于在更換凹凸模時只需對適配夾具進行更換， 而夾持器可繼續(xù)使用，從而降低了模具的制造成本，同時也便于凹凸模的更換。在擠壓的過 程中，通過萬能材料試驗機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集擠壓成形過程中的載荷位移曲線，以便對 微擠壓成形中的潤滑、摩擦、尺寸效應(yīng)等科學(xué)問題進行實驗研究。
[〇〇34] 以上所述僅是本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和 變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種微反擠壓成形模具，包括：兩個半模裝置，每個半模裝置包含模架和可拆卸地 固定在模架上的夾持器，其中夾持器形成有夾持器保持腔，用于夾持凹?；蛲鼓５倪m配夾 具可拆卸地固定在夾持器保持腔中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具，兩個半模裝置分別為反擠壓凸模裝置和反擠壓凹模裝 置，其中反擠壓凸模裝置為上模，反擠壓凹模裝置為下模。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具，夾持器保持腔為階梯孔，適配夾具包括圓柱形本體和 位于圓柱形本體上與階梯孔限位配合的軸肩，其中圓柱形本體形成有適配夾具保持腔，凹 模或凸?？刹鹦兜毓潭ㄔ谶m配夾具保持腔中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具，夾持器保持腔為截頭圓錐孔，適配夾具包括與截頭圓 錐孔過盈配合的截頭圓錐體，其中截頭圓錐體形成有適配夾具保持腔，凹?；蛲鼓？刹鹦?地固定在適配夾具保持腔中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具，在半模裝置的模架上均設(shè)置有空心導(dǎo)柱，半模裝置的 夾持器位于空心導(dǎo)柱的內(nèi)部，在兩個半模模具之一的模架上還設(shè)置有與兩個半模裝置的空 心導(dǎo)柱滑動配合的導(dǎo)套。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的模具，模架與設(shè)置在模架上的空心導(dǎo)柱是一體的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的模具，在導(dǎo)套上開設(shè)有用于觀察凹模和凸模配合狀況的窗 □。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具，至少凸模的擠壓表面和至少凹模的擠壓表面分別鍍有 固體自潤滑涂層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具，凹模由兩個相互配合的半模組成，在凹模的上端設(shè)置 有向凹模的模腔凸出用于將加工好的零件脫離凸模的突出部。
10. -種擠壓成形載荷試驗裝置，包括萬能材料試驗機和根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項 所述的模具，該模具的兩個半模裝置分別固定安裝在萬能材料試驗機的壓塊上，以通過萬 能材料試驗機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集擠壓成形過程中的載荷位移曲線。
【文檔編號】B21C25/02GK104084441SQ201410312718
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】李仕成, 陳澤中, 魏雅新, 茹林潺, 蘇曦, 涂明, 閆強, 高強, 王東峰 申請人:上海理工大學(xué)