专利名称：一种大型杯形件的热反挤压成型模具的制作方法
技术领域：
本发明属于杯形件成型技术领域，具体涉及一种大型杯形件的热反挤压成型装置。
背景技术：
反挤压成型技术是一种先进的少无切削的金属压力加工工艺，具有“高效、优质、 低消耗”等特点，在技术上和经济上都有很高的使用价值。杯形件是反挤压典型制件。对于杯形件的制备，目前国内外大都采用反挤压成型 技术。由于反挤压成型过程中材料处于三向压应力状态，材料抗力较强，且金属流动时与凸 模、凹模均有相对运动，摩擦力较大，对设备吨位要求较高。为减小成型力，较大一些的黑色 金属反挤压制件都采用热反挤压成型技术，但据资料统计黑色金属热反挤压冲头直径大 都仍局限在100毫米之内。为减小热反挤压成型力，专利申请“一种制作发电机护环热锻环坯的方法及模 具(申请号为200510012565. 2) ”采取了坯料包套成形的方法来减小发电机护环热锻 环坯时的成型力，专利申请“一种大型环筒类锻件热冲挤成型工艺及装置(申请号为 200910074230. 1) ”采用把一次变形分开为多次变形的方法来减小大型环筒类锻件的热冲 挤成型力，这些方法均可减小热反挤压成型力，达到“小设备干大活”的目的，但生产效率较 低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种大型杯形件的热反挤压成型模 具，有效降低大型杯形件热反挤压成型工艺的成型力，提高生产效率。本发明是通过以下技术方案实现的—种大型杯形件的热反挤压成型模具，其特征在于所述模具包括反挤压冲头、 反挤压筒、法兰、螺栓、圆柱螺旋压缩弹簧、底座、承压垫板、顶料杆；所述反挤压冲头装配在 压力机压头上；所述反挤压筒的内腔由两个不同内径的同心圆筒组成，上面部分为盛料腔， 下面部分为反挤压腔，所述盛料腔的内径((!+△(!)比所述反挤压腔的内径d大△(!，所述盛 料腔与所述反挤压腔之间有角度为α的过渡台阶，α =10° 45° ；所述反挤压筒的下 端带有一个限位台阶；所述反挤压筒的下端设置有η个均布的弹簧定位窝；所述底座固定 在压力机的工作台面上；所述底座的内腔由三个不同内径的同心圆筒组成，上面部分为上 端内腔，中间部分为中部内孔，下面部分为下端内腔；所述中部内孔的外侧设置有η个均布 的柱状的弹簧凹坑；所述下端内腔设置有所述承压垫板；所述承压垫板的中心孔与压力机 的顶杆滑动配合；所述承压垫板的上端面支承着所述顶料杆；所述顶料杆为上小下大台阶 式的圆柱体，其大端与所述中部内孔滑动配合，其小端与所述反挤压腔滑动配合；所述限位 台阶的外壁与所述上端内腔的壁面滑动配合；所述法兰用m个所述螺栓与所述底座的上端 固定；所述反挤压筒与所述底座之间设置有η个均布的所述圆柱螺旋压缩弹簧；11个均布的
3所述圆柱螺旋压缩弹簧是对应地放置在η个均布的所述弹簧定位窝和η个均布的所述弹簧 凹坑内；其中，η和m均为正整数，Ad和α均为正数。所述盛料腔端口部位加工有10°斜锥供导料使用。所述限位台阶的外壁与所述上端内腔的壁面可滑动的最大距离等于a，也即所述 反挤压筒的下底面与底座的上端内腔的底平面之间的最大距离等于a，对a的数值要求大 于反挤压制件的高度H与坯料被全部减径挤压到反挤压腔内且尚未开始反挤压成型时的 高度h的差值(H-h)的1.2倍，即a > 1.2 (H-h)，其中a、H和h均为正数。所述圆柱螺旋压缩弹簧的弹性力大小，由以下三个条件确定①当所述反挤压筒的下底面与所述上端内腔的底平面距离等于a时，η个所述圆 柱螺旋压缩弹簧的总的弹性力之和Fsil在数值上应大于所述坯料的重量Ge与所述反挤压 筒的重量G筒之和的1.5倍，即> 1.5(Ge+G筒)；②当所述反挤压筒的下底面与所述上端内腔的底平面接触时，η个所述圆柱螺旋 压缩弹簧的总的弹性力之和F⑷在数值上应小于使得所述坯料由反挤压筒的盛料腔逐步 被减径挤压到反挤压筒的反挤压腔内的减径挤压变形力Fs的0. 7倍，即F· < 0. 7Fa ；③以上工作状态中每个所述圆柱螺旋压缩弹簧均处在许用工作范围内。以上所述F弹” F弹2、F减、F反、Ga^PG筒均为正数。本发明的优点及积极效果是(1)反挤压成型过程中，部分金属被反挤向上流动，由此而产生的坯料与反挤压筒 之间的摩擦力会很大，对于中小型模具而言，此摩擦力可由模具结构本身来克服，相应也就 增大了反挤压成型力，而对于大型杯形件反挤压成型而言，此摩擦力在数值上会非常大，不 宜由模具本身来克服。本发明中的模具采用反挤压筒与坯料随动的方法，使得在反挤压成 型过程中，反挤压筒相对于底座有相对运动，可消除部分摩擦力的影响，从而减小反挤压成 型力，省力效果明显；(2)在坯料减径挤压变形前，反挤压筒已经在坯料的带动下开始向下滑动到最低 位置，可满足后续反挤压成型过程中反挤压筒要向上滑动的空间要求；(3)常规热反挤压成型，坯料外周表面粗糙，坯料与成型型腔之间的间隙不均，会 出现制件壁厚不均勻、表面质量不高等缺陷。而以减径挤压的方式将坯料由盛料腔压入反 挤压腔后，坯料与反挤压腔之间几乎没有间隙，可减小由于间隙不均而造成的壁厚不均勻 现象，同时可改善坯料外周表面粗糙度，提高热反挤压制件的表面质量；(4)反挤压成型终了、取走反挤压制件后模具在重力和圆柱螺旋压缩弹簧的弹性 力的作用下迅速恢复初始状态，为下次反挤压成型做好了准备，与现有技术相比，大大提高 了生产效率。
图1为本发明反挤压筒的结构示意图；图2为本发明底座的结构示意图；图3为本发明将坯料放入盛料筒时的状态示意图；图4为本发明反挤压冲头压下并接触坯料时的状态示意图；图5为本发明反挤压冲头压下坯料、反挤压筒被坯料带动向下滑动到与底座的上端内腔的底平面相接触时的状态示意图；图6为本发明反挤压冲头将坯料减径挤压到反挤压腔时的状态示意图；图7为本发明反挤压冲头压入坯料进行反挤压成型中间过程的状态示意图；图8为本发明反挤压成型过程结束时的状态示意图；图9为本发明反挤压制件脱离反挤压冲头和反挤压筒时的状态示意图。
具体实施例方式如图1至图9所示，一种大型杯形件的热反挤压成型模具，包括反挤压冲头2、反 挤压筒4、法兰5、螺栓6、圆柱螺旋压缩弹簧7、底座8、承压垫板9、顶料杆11 ；所述反挤压 冲头2装配在压力机压头1上；所述反挤压筒4的内腔由两个不同内径的同心圆筒组成，上 面部分为盛料腔4-2，下面部分为反挤压腔4-4，所述盛料腔4-2的内径(d+Ad)比所述反 挤压腔4-4的内径d大Δ d，所述盛料腔4-2与所述反挤压腔4-4之间有角度为α的过渡 台阶4-3，α =10° 45° ；所述反挤压筒4的下端带有一个限位台阶4_5 ；所述反挤压筒 4的下端设置有η个均布的弹簧定位窝4-6 ；所述底座8固定在压力机的工作台面上；所述 底座8的内腔由三个不同内径的同心圆筒组成，上面部分为上端内腔8-1，中间部分为中部 内孔8-4，下面部分为下端内腔8-5 ；所述中部内孔8-4的外侧设置有η个均布的柱状的弹 簧凹坑8-3 ；所述下端内腔8-5设置有所述承压垫板9 ；所述承压垫板9的中心孔与压力机 的顶杆10滑动配合；所述承压垫板9的上端面支承着所述顶料杆11 ；所述顶料杆11为上 小下大台阶式的圆柱体，其大端与所述中部内孔8-4滑动配合，其小端与所述反挤压腔4-4 滑动配合；所述限位台阶4-5的外壁与所述上端内腔8-1的壁面滑动配合；所述法兰5用m 个所述螺栓6与所述底座8的上端固定；所述反挤压筒4与所述底座8之间设置有η个均 布的所述圆柱螺旋压缩弹簧7 ；η个均布的所述圆柱螺旋压缩弹簧7是对应地放置在η个均 布的所述弹簧定位窝4-6和η个均布的所述弹簧凹坑8-3内；其中，η和m均为正整数，Ad 和α均为正数。所述盛料腔4-2端口部位加工有10°斜锥4-1供导料使用。所述限位台阶4-5的外壁与所述上端内腔8-1的壁面可滑动的最大距离等于a，也 即所述反挤压筒4的下底面4-7与底座8的上端内腔8-1的底平面8-2之间的最大距离等 于a，对a的数值要求大于反挤压制件12的高度H与坯料3被全部减径挤压到反挤压腔 4-4内且尚未开始反挤压成型时的高度h的差值(H-h)的1. 2倍，即a > 1. 2 (H_h)，其中a、 H和h均为正数。所述圆柱螺旋压缩弹簧7的弹性力大小，由以下三个条件确定①当所述反挤压筒4的下底面4-7与所述上端内腔8-1的底平面8_2距离等于a 时，η个所述圆柱螺旋压缩弹簧7的总的弹性力之和F…在数值上应大于所述坯料3的重 量68与所述反挤压筒4的重量Gw之和的1. 5倍，S卩F.工> 1. 5 (Ga+Gw)，确保在反挤压冲 头2接触坯料3前依靠η个所述圆柱螺旋压缩弹簧7的总的弹性力之和Fsil能将反挤压筒 4与坯料3 —起弹起，使得限位台阶4-5的上表面与法兰5的下表面相接触；②当所述反挤压筒4的下底面4-7与所述上端内腔8-1的底平面8_2接触时，η 个所述圆柱螺旋压缩弹簧7的总的弹性力之和Fsi2在数值上应小于使得所述坯料3由反挤 压筒4的盛料腔4-2逐步被减径挤压到反挤压筒4的反挤压腔4-4内的减径挤压变形力F
5 的0. 7倍，即Fsi2 < 0. 7FS，确保在所述坯料3发生减径挤压变形前所述反挤压筒4的下 底面4-7已与所述上端内腔8-1的底平面8-2接触；③以上工作状态中每个所述圆柱螺旋压缩弹簧7均处在许用工作范围内。使得所述坯料3由反挤压筒4的盛料腔4-2逐步被减径挤压到反挤压筒4的反挤 压腔4-4内的减径挤压变形力Fs与所述坯料3被反挤压成型为反挤压制件的过程中的反 挤压成型力Ffi之间的关系应满足Fs< 0. 2F&，确保在减径挤压过程中不发生反挤压变型。以上所述F#1、F.2、Fs、F&、68和Gw均为正数，具体数值均可由常规热挤压计算 公式计算得出。所述螺栓6是用来固定所述法兰5并承受反挤压制件12脱模时的脱模力。应用本发明的一种大型杯形件的热反挤压成型工艺步骤如下①将加热后的坯料3放置在反挤压筒4的盛料腔4-2内；②压力机压头1下压，带动反挤压冲头2接触到坯料3 ；③压力机压头1继续下压，带动反挤压冲头2压下坯料3，反挤压筒4在坯料3的 带动下沿底座8的上端内腔8-1的壁面开始向下滑动，并压缩η个均布的圆柱螺旋压缩弹 簧7，直到反挤压筒4的下底面4-7与底座8的上端内腔8-1的底平面8-2相接触，η为正 整数；④压力机压头1继续下压，带动反挤压冲头2压下坯料3，坯料3由反挤压筒4的 盛料腔4-2逐步被减径挤压到反挤压筒4的反挤压腔4-4内，直到坯料3被全部减径挤压 到反挤压腔4-4内且坯料3的底部与顶料杆11的上表面贴合，此时坯料3尚未开始反挤压 成型，其高度为h，h为正数；⑤压力机压头1继续下压，带动反挤压冲头2压入坯料3，开始反挤压成型过程，部 分金属被反挤向上流动，带动反挤压筒4沿底座8的上端内腔8-1的壁面向上滑动，直到反 挤压成型过程结束，此过程中坯料3被反挤压成型为反挤压制件12，反挤压制件12的高度 等于H，H为正数；⑥压力机压头1停止下压并反向提起，带动反挤压冲头2、反挤压制件12以及反挤 压筒4向上运动，反挤压筒4的限位台阶4-5的上表面与法兰6的下表面相接触，反挤压筒 4被限制运动，而反挤压制件12在继续向上运动的过程中被卸料板(图中未标出)限制运 动，脱离反挤压冲头2，然后压力机的顶杆10向上顶出，推动顶料杆11向上顶出反挤压制件 12，反挤压制件12脱离反挤压筒4，随后被取出；⑦压力机的顶杆10向下收回、顶料杆11在重力作用下向下滑动到与承压垫板9 接触，反挤压筒4在η个均布的圆柱螺旋压缩弹簧7的弹性力的作用下保持其限位台阶4-5 的上表面与法兰5的下表面相接触的状态，模具恢复到初始状态；⑧重复上述工艺步骤①到⑦，可连续不断地完成大型杯形件的热反挤压成型。所述步骤①到⑦中，反挤压筒4沿底座8的上端内腔8-1的壁面可滑动的最大距 离等于a，对a的数值要求大于反挤压制件12的高度H与坯料3被全部减径挤压到反挤 压腔4-4内且尚未开始反挤压成型时的高度h的差值(H-h)的1. 2倍，即a > 1. 2(H_h)，a 为正数。所述步骤③结束时，反挤压筒4沿底座8的上端内腔8-1的壁面向下滑动的距离 等于a，确保反挤压筒4在后续的反挤压成型过程中有足够的向上滑动的空间。
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所述步骤⑤结束时，反挤压筒4沿底座8的上端内腔8-1的壁面向上滑动的距离 等于b，其中b为正数且b < a，确保反挤压筒4的限位台阶4-5的上表面不与法兰6的下 表面相接触。所述步骤⑦结束时，反挤压筒4的下底面4-7与底座8的上端内腔8-1的底平面 8-2距离等于a，保证后续工艺过程循环的正常进行。所述步骤④中坯料3由反挤压筒4的盛料腔4-2逐步被减径挤压到反挤压筒4的 反挤压腔4-4内的减径挤压变形力Fs与所述步骤⑤中坯料3被反挤压成型为反挤压制件 12的过程中的反挤压成型力Ffi之间的关系应满足Fs< 0. 2F&，确保在减径挤压过程中不 发生反挤压变形，其中！^与Ffi均为正数，具体数值均可由常规热挤压计算公式计算得出。
权利要求
一种大型杯形件的热反挤压成型模具，其特征在于所述模具包括反挤压冲头(2)、反挤压筒(4)、法兰(5)、螺栓(6)、圆柱螺旋压缩弹簧(7)、底座(8)、承压垫板(9)、顶料杆(11)；所述反挤压冲头(2)装配在压力机压头(1)上；所述反挤压筒(4)的内腔由两个不同内径的同心圆筒组成，上面部分为盛料腔(4 2)，下面部分为反挤压腔(4 4)，所述盛料腔(4 2)的内径(d+Δd)比所述反挤压腔(4 4)的内径d大Δd，所述盛料腔(4 2)与所述反挤压腔(4 4)之间有角度为α的过渡台阶(4 3)，α＝10°～45°；所述反挤压筒(4)的下端带有一个限位台阶(4 5)；所述反挤压筒(4)的下端设置有n个均布的弹簧定位窝(4 6)；所述底座(8)固定在压力机的工作台面上；所述底座(8)的内腔由三个不同内径的同心圆筒组成，上面部分为上端内腔(8 1)，中间部分为中部内孔(8 4)，下面部分为下端内腔(8 5)；所述中部内孔(8 4)的外侧设置有n个均布的柱状的弹簧凹坑(8 3)；所述下端内腔(8 5)设置有所述承压垫板(9)；所述承压垫板(9)的中心孔与压力机的顶杆(10)滑动配合；所述承压垫板(9)的上端面支承着所述顶料杆(11)；所述顶料杆(11)为上小下大台阶式的圆柱体，其大端与所述中部内孔(8 4)滑动配合，其小端与所述反挤压腔(4 4)滑动配合；所述限位台阶(4 5)的外壁与所述上端内腔(8 1)的壁面滑动配合；所述法兰(5)用m个所述螺栓(6)与所述底座(8)的上端固定；所述反挤压筒(4)与所述底座(8)之间设置有n个均布的所述圆柱螺旋压缩弹簧(7)；n个均布的所述圆柱螺旋压缩弹簧(7)是对应地放置在n个均布的所述弹簧定位窝(4 6)和n个均布的所述弹簧凹坑(8 3)内；其中，n和m均为正整数，Δd和α均为正数。
2.按照权利要求1所述的一种大型杯形件的热反挤压成型模具，其特征在于所述盛 料腔(4-2)端口部位加工有10°斜锥(4-1)。
3.按照权利要求1所述的一种大型杯形件的热反挤压成型模具，其特征在于所述限 位台阶(4-5)的外壁与所述上端内腔(8-1)的壁面可滑动的最大距离等于a，也即所述反挤 压筒4的下底面(4-7)与底座(8)的上端内腔(8-1)的底平面(8-2)之间的最大距离等于 a，对a的数值要求大于反挤压制件(12)的高度H与坯料(3)被全部减径挤压到反挤压腔 (4-4)内且尚未开始反挤压成型时的高度h的差值(H-h)的1.2倍，S卩a >1.2 (H-h)，其中 a、H和h均为正数。
4.按照权利要求1所述的一种大型杯形件的热反挤压成型模具，其特征在于所述圆 柱螺旋压缩弹簧(7)的弹性力大小，由以下三个条件确定①当所述反挤压筒(4)的下底面(4-7)与所述上端内腔(8-1)的底平面(8-2)距离等 于a时，η个所述圆柱螺旋压缩弹簧(7)的总的弹性力之和F…在数值上应大于所述坯料(3)的重量(^与所述反挤压筒(4)的重量G筒之和的1.5倍，S卩F#1>1.5(Ge+G筒)；②当所述反挤压筒(4)的下底面(4-7)与所述上端内腔(8-1)的底平面(8-2)接触时， η个所述圆柱螺旋压缩弹簧(7)的总的弹性力之和F·在数值上应小于使得所述坯料(3) 由反挤压筒(4)的盛料腔(4-2)逐步被减径挤压到反挤压筒(4)的反挤压腔(4-4)内的减 径挤压变形力F减的0. 7倍，即< 0. 7F减；③以上工作状态中每个所述圆柱螺旋压缩弹簧(7)均处在许用工作范围内；以上所述F弹” F弹2、F减、Ga^P G筒均为正数。
全文摘要
一种大型杯形件的热反挤压成型模具，涉及反挤压成型装置。本发明可降低大型杯形件热反挤压的成型力，并解决现有技术生产效率低的问题。本发明的反挤压冲头装配在压力机压头上；反挤压筒的内腔由盛料腔、过渡台阶和反挤压腔组成，其下端带有限位台阶；底座固定在压力机的工作台面上；底座的内腔由上端内腔、中部内孔和下端内腔组成；下端内腔设置有承压垫板；承压垫板的中心孔与压力机的顶杆滑动配合，其上端面支承着顶料杆；顶料杆大端与中部内孔滑动配合，小端与反挤压腔滑动配合；限位台阶的外壁与上端内腔的壁面滑动配合；法兰用螺栓与底座的上端固定；反挤压筒与底座之间设置有n个均布的所述圆柱螺旋压缩弹簧，n和m为正整数。
文档编号B21C25/02GK101972792SQ20101051855
公开日2011年2月16日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者张利, 田继红 申请人:南京迪威尔重型锻造股份有限公司