具有嵌套自锁机构的闭式半模热锻成形模具设计及工艺的制作方法

1.本发明涉及金属锻造成形技术领域，具体为具有嵌套自锁机构的闭式半模热锻成形模具设计及工艺。


背景技术：

2.现有的带枝杈杆形件的锻造工艺中，采用闭式半模结构是一种比较有效的方式，这种利用自锁机构锁定型腔空间进行锻造的工艺无需采用特殊模架，结构比较简单。在这种依靠自锁结构的模具中，模具的自锁角一般是按照干摩擦条件设计的，干摩擦条件下钢-钢之间的摩擦系数为0.15，理论自锁角为8.5度，设计的自锁机构一般按照8度的角度设计，这样即照顾了开模和出件的效率，也能保证自锁，还有一定的安全裕度。而在实际生产中，由于现场难免有机油存在，自锁构件的摩擦接触面之间会渗入机油而导致摩擦系数降低，例如钢-钢摩擦接触面之间一旦渗入机油，则摩擦系数会下降到0.1-0.12，而这时的自锁角会相应下降到5.7度-6.8度以下，模具8度的自锁角就超出自锁范围，一旦受到推挤，沿斜面产生的滑动力将大于接触面间摩擦力，这时就无法完成自锁功能，导致模具自锁功能失效，为此，提出具有嵌套自锁机构的闭式半模热锻成形模具设计及工艺。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供具有嵌套自锁机构的闭式半模热锻成形模具设计及工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：具有嵌套自锁机构的闭式半模热锻成形模具设计，包括模套，所述模套的顶部设有模腔，所述模腔的内部分别设有右半模和左半模，所述模套的上方设有上模固定板，所述上模固定板的内部中心处设有上压头，所述上模固定板的顶部固定连接有上模板，所述上模固定板的两侧均通过紧固件固定连接有拨杆，所述模套的两侧分别活动插入有第一自锁定位块和第二自锁定位块，所述第一自锁定位块和第二自锁定位块的一端均位于模腔的内部，所述第一自锁定位块和第二自锁定位块的顶部均开设有插孔，所述右半模和左半模的一侧均开设有深孔。
5.作为优选，上述所述模套的底部活动插入有数量为两个的顶杆，两个所述顶杆的一端均位于模腔的内部，所述模腔的两侧均设有自锁斜面n，所述自锁斜面n的角度为7.5度-8.3度。
6.作为优选，上述所述模套的底部固定连接有套接于顶杆外侧的固定板，所述固定板的顶部位于模套的两侧均固定连接有限位板，所述限位板与第一自锁定位块和第二自锁定位块之间均固定连接有拉簧。
7.作为优选，上述所述右半模和左半模的一侧均抵触于模腔的两侧。
8.作为优选，上述所述插孔为斜孔，所述插孔与拨杆相互匹配，所述拨杆包括长方体杆部和长方体工作部，所述长方体杆部和长方体工作部之间形成一定夹角，夹角最优值为30-45度。
9.作为优选，上述所述第一自锁定位块和第二自锁定位块分别与深孔相互匹配，所述第一自锁定位块和第二自锁定位块与深孔的自锁面为斜面且斜面角度小于5.7度，所述第一自锁定位块和第二自锁定位块端面的高度大于深孔底面的高度，所述第一自锁定位块和第二自锁定位块的截面均为矩形。
10.作为优选，上述两个所述顶杆位于模腔的内部的一端分别抵触于右半模和左半模的底部。
11.本发明还提供了具有嵌套自锁机构的闭式半模热锻成形模具工艺，包括以下步骤：
12.s1、下料，将棒料放入炉体中，对棒料进行加热；
13.s2、模具开模，将右半模和左半模放置在模腔的内部，使得右半模和左半模抵触在模腔的底部，通过右半模和左半模与模套之间共同组成模具型腔，将第一自锁定位块和第二自锁定位块抵触在限位板的一侧，此时第一自锁定位块和第二自锁定位块处于最外侧的极限位置；
14.s3、放料，将加热完成的棒料，从炉中取出，竖直放入模具型腔中；
15.s4、上模下降，通过将上模板向下移动，从而带动拨杆向下移动，使得拨杆的一端抵触在插孔的内侧，从而通过两个拨杆分别带动第一自锁定位块和第二自锁定位块向内移动并分别进入右半模和左半模一侧开设的深孔的内部，使得第一自锁定位块和第二自锁定位块将右半模和左半模的位置进行固定，通过上模板继续向下移动，通过上压头封闭型腔并接触锻坯，开始锻坯成形过程；
16.s5、锻件成形，同时在嵌套的自锁机构作用下，右半模和左半模始终保持封闭状态，成型结束后，上模板回程，同时带动拨杆向上移动，使得两个拨杆分别带动第一自锁定位块和第二自锁定位块向外运动，使得第一自锁定位块和第二自锁定位块的一端远离深孔的内部，当拨杆脱离插孔时，使得第一自锁定位块和第二自锁定位块最终到达最外侧的极限位置，使得第一自锁定位块和第二自锁定位块的另一端抵触在限位板的一侧，使得第一自锁定位块和第二自锁定位块不再对右半模和左半模在模腔的内侧滑动产生阻碍；
17.s6、取锻件，通过其中两个顶杆将右半模和左半模向外顶出，使得右半模和左半模沿模套的导轨向斜上方滑动，并由于锻件上横向枝杈的存在，从而带动锻件向上运动，取出锻件后，两个顶杆回程，右半模和左半模回落到最低位置，抵触在模腔的底部，与模套共同组成模具型腔，等待下一次工作循环。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过嵌套的自锁机构，提高了自锁机构的可靠性，即便有机油渗入自锁摩擦面也可以完全保证机构自锁，并能保持通常自锁机构的顶出效率。
附图说明
19.图1为本发明的剖视结构示意图；
20.图2为本发明的第一自锁定位块结构示意图；
21.图3为本发明的带枝杈杆形锻件结构示意图；
22.图4为本发明的拨杆结构示意图。
23.图中：1、右半模；2、左半模；3、模套；4、第一自锁定位块；5、第二自锁定位块；6、顶
杆；7、上模板；8、上模固定板；9、上压头；10、拨杆；11、限位板；12、固定板；13、插孔；14、深孔；15、模腔；16、带枝杈杆形锻件；17、拉簧。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.实施例
26.请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：具有嵌套自锁机构的闭式半模热锻成形模具设计，包括模套3，模套3的顶部设有模腔15，模腔15的内部分别设有右半模1和左半模2，模套3的上方设有上模固定板8，上模固定板8的内部中心处设有上压头9，上模固定板8的顶部固定连接有上模板7，上模固定板8的两侧均通过紧固件固定连接有拨杆10，通过将上模板7向下移动，从而带动拨杆10向下移动，使得拨杆10的一端抵触在插孔13的内侧，模套3的两侧分别活动插入有第一自锁定位块4和第二自锁定位块5，第一自锁定位块4和第二自锁定位块5的一端均位于模腔15的内部，第一自锁定位块4和第二自锁定位块5的顶部均开设有插孔13，右半模1和左半模2的一侧均开设有深孔14，通过两个拨杆10分别带动第一自锁定位块4和第二自锁定位块5向内移动并分别进入右半模1和左半模2一侧开设的深孔14的内部，使得第一自锁定位块4和第二自锁定位块5将右半模1和左半模2的位置进行固定，模套3的底部活动插入有数量为两个的顶杆6，两个顶杆6的一端均位于模腔15的内部，模腔15的两侧均设有自锁斜面n，自锁斜面n的角度为7.5度-8.3度，8
°
最好的，两个顶杆6位于模腔15的内部的一端分别抵触于右半模1和左半模2的底部，通过顶杆6向上运动，右半模1和左半模2顺着模套3的导轨向斜上方滑动，并由于带枝杈杆形锻件16上横向枝杈的存在而带动带枝杈杆形锻件16向上运动，模套3的底部固定连接有套接于顶杆6外侧的固定板12，固定板12的顶部位于模套3的两侧均固定连接有限位板11，限位板11与第一自锁定位块4和第二自锁定位块5之间均固定连接有拉簧17，当第一自锁定位块4和第二自锁定位块5到达最外侧的极限位置，使得第一自锁定位块4和第二自锁定位块5的另一端抵触在限位板11的一侧，右半模1和左半模2的一侧均抵触于模腔15的两侧，插孔13为斜孔，插孔13与拨杆10相互匹配，拨杆10包括长方体杆部和长方体工作部，长方体杆部和长方体工作部之间形成一定夹角，夹角最优值为30-45度，第一自锁定位块4和第二自锁定位块5分别与深孔14相互匹配，第一自锁定位块4和第二自锁定位块5与深孔14的自锁面为斜面且斜面角度小于5.7度，第一自锁定位块4和第二自锁定位块5端面的高度大于深孔14底面的高度，第一自锁定位块4和第二自锁定位块5的截面均为矩形，增加接触面的受力面积同时避免自转，提高使用时的可靠性。
27.首先在模具右半模1和左半模2上都有自锁斜面m，模套3的相应位置也有自锁斜面n，二者构成一对摩擦副m-n。自锁角按照8度设计。如果m-n面间渗入机油，导致摩擦系数下降至0.1，自锁角将下降为5.7度，这时m-n摩擦副失去自锁作用，成形时的压强产生的横向扩张力f将推挤着右半模1和左半模2沿着m-n面向斜上方滑动；
28.为了克服这种自锁失效的情形，本发明设计了新型嵌套自锁机构，在模套3的上方
适当位置开设一个长方形孔位，孔中设置一个活动的第一自锁定位块4，其自锁斜面与水平面成4度角。在右半模1的相应位置开设一个深孔14，深孔14的形状与第一自锁定位块4对应并形成配合，深孔14的自锁斜面同样与水平面成4度角。之所以采用斜面有以下两个原因，
①
可以利用斜面将模具进一步固定到位置；
②
斜面在进入和退出时较平面方便，不易产生干涉。保留原设计中8度自锁角及自锁定位块设计成4度的原因是
①
右半模1与第一自锁定位块4配合工作时，如果右半模1的自锁角角度过大，就有可能对第一自锁定位块4产生足够大的水平推力，将第一自锁定位块4挤出而导致自锁失效；
②
保持8度角度使得半模1沿斜面滑动的力较小，有利于机构采用更小的尺寸较而仍能保持强度。
③
有可能8度使右半模1与模套3之间本身就满足自锁要求，这就进一步提高了自锁的可靠性；
29.右半模1受力外张时，如果右半模1和模套3之间由于渗入机油而不能自锁，右半模1将有向上运动趋势并顶住第一自锁定位块4，由于4度角度存在，右半模1给予第一自锁定位块4受力面的力可以分解为向外的水平作用力f1和垂直的压力f2，f2将引发第一自锁定位块4产生旋转力矩，其上侧和下侧都压紧模套3上对应的面并产生摩擦力。由于力f2是通过4度面产生的，角度值仍小于钢的最小自锁角5.7度，足以保证第一自锁定位块4即便有机油渗入也完全处于自锁状态而不会滑动。这样就通过嵌套的自锁定位机构保障了右半模1和左半模2即便在有机油的状态下也不可能向上滑动，达到完全自锁的目的。当右半模1和左半模2无法自锁而斜向滑动时，可以计算出半模的斜向滑动力为sin8
°×
f＝0.14f，此时的摩擦系数为0.1，这样摩擦力至少抵消0.1cos8
°×
f，即0.099f，剩余0.041f为沿斜面的滑动力，也即自锁定位块4所受的力，这个力只有扩张力f的4％左右，常规的模具结构足以承受这个力而不至损坏；
30.当一个工作行程完成后，右半模1和左半模2处于顶出位置。随着顶杆6回程，右半模1和左半模2首先靠自重或弹簧回到底部位置。随后上模板7向下运动，固定在上模板7侧面的拨杆10向下运动并与第一自锁定位块4接触，随后将第一自锁定位块4向中心推入右半模1和左半模2的深孔14中。由于斜面的存在，第一自锁定位块4的端部垂直尺寸小，可以较容易地进入深孔14而不引起干涉，并能借助斜面进一步固定右半模1和左半模2的位置。由于第一自锁定位块4的斜面与水平面和右半模1和左半模2的斜面都呈4度角，即便斜面上有机油存在，该4度角都小于最小的自锁角5.7度，完全可以保证在任何情况下都处于自锁状态而不会向外平移，进而保障了右半模1和左半模2在锻造时的位置始终维持在合模状态。这个机构是在右半模1和左半模2与模套3之间自锁的基础上再一次嵌套的自锁机构，可以完全保障成形部分的空间位置始终不会变动；
31.开模后，依靠上模板7回程的力量通过拨杆10带动第一自锁定位块4从右半模1深孔14中抽出回到最右端位置。顶杆6向上运动，右半模1和左半模2顺着模套3的导轨向斜上方滑动，并由于带枝杈杆形锻件16上横向枝杈的存在而带动带枝杈杆形锻件16向上运动。由于带枝杈杆形锻件16下部仍在模套3的圆孔中不能左右移动，因此带枝杈杆形锻件16只能作垂直向上的运动，而右半模1和左半模2则不断向两边分开，这样右半模1和左半模2既可以把锻件向上顶出，同时也在水平方向上不断与带枝杈杆形锻件16分离，最终完成顶出和出件工步。
32.工作原理或者结构原理，使用时，将棒料放入炉体中，对棒料进行加热，将右半模1和左半模2放置在模腔15的内部，使得右半模1和左半模2抵触在模腔15的底部，通过右半模
1和左半模2与模套3之间共同组成模具型腔，将第一自锁定位块4和第二自锁定位块5抵触在限位板11的一侧，此时第一自锁定位块4和第二自锁定位块5处于最外侧的极限位置，将加热完成的棒料，从炉中取出，竖直放入模具型腔中，通过将上模板7向下移动，从而带动拨杆10向下移动，使得拨杆10的一端抵触在插孔13的内侧，从而通过两个拨杆10分别带动第一自锁定位块4和第二自锁定位块5向内移动并分别进入右半模1和左半模2一侧开设的深孔14的内部，使得第一自锁定位块4和第二自锁定位块5将右半模1和左半模2的位置进行固定，通过上模板7继续向下移动，通过上压头9封闭型腔并接触锻坯，开始锻坯成形过程，同时在嵌套的自锁机构作用下，右半模1和左半模2始终保持封闭状态，成型结束后，上模板7回程，同时带动拨杆10向上移动，使得两个拨杆10分别带动第一自锁定位块4和第二自锁定位块5向外运动，使得第一自锁定位块4和第二自锁定位块5的一端远离深孔14的内部，当拨杆10脱离插孔13时，使得第一自锁定位块4和第二自锁定位块5最终到达最外侧的极限位置，使得第一自锁定位块4和第二自锁定位块5的另一端抵触在限位板11的一侧，使得第一自锁定位块4和第二自锁定位块5不再对右半模1和左半模2在模腔15的内侧滑动产生阻碍，通过其中两个顶杆6将右半模1和左半模2向外顶出，使得右半模1和左半模2沿模套3的导轨向斜上方滑动，并由于锻件上横向枝杈的存在，从而带动锻件向上运动，取出锻件后，两个顶杆6回程，右半模1和左半模2回落到最低位置，抵触在模腔15的底部，与模套3共同组成模具型腔，等待下一次工作循环。
33.本发明还提供了具有嵌套自锁机构的闭式半模热锻成形模具工艺，包括以下步骤：
34.s1、下料，将棒料放入炉体中，对棒料进行加热；
35.s2、模具开模，将右半模1和左半模2放置在模腔15的内部，使得右半模1和左半模2抵触在模腔15的底部，通过右半模1和左半模2与模套3之间共同组成模具型腔，将第一自锁定位块4和第二自锁定位块5抵触在限位板11的一侧，此时第一自锁定位块4和第二自锁定位块5处于最外侧的极限位置；
36.s3、放料，将加热完成的棒料，从炉中取出，竖直放入模具型腔中；
37.s4、上模下降，通过将上模板7向下移动，从而带动拨杆10向下移动，使得拨杆10的一端抵触在插孔13的内侧，从而通过两个拨杆10分别带动第一自锁定位块4和第二自锁定位块5向内移动并分别进入右半模1和左半模2一侧开设的深孔14的内部，使得第一自锁定位块4和第二自锁定位块5将右半模1和左半模2的位置进行固定，通过上模板7继续向下移动，通过上压头9封闭型腔并接触锻坯，开始锻坯成形过程；
38.s5、锻件成形，同时在嵌套的自锁机构作用下，右半模1和左半模2始终保持封闭状态，成型结束后，上模板7回程，同时带动拨杆10向上移动，使得两个拨杆10分别带动第一自锁定位块4和第二自锁定位块5向外运动，使得第一自锁定位块4和第二自锁定位块5的一端远离深孔14的内部，当拨杆10脱离插孔13时，使得第一自锁定位块4和第二自锁定位块5最终到达最外侧的极限位置，使得第一自锁定位块4和第二自锁定位块5的另一端抵触在限位板11的一侧，使得第一自锁定位块4和第二自锁定位块5不再对右半模1和左半模2在模腔15的内侧滑动产生阻碍；
39.s6、取锻件，通过其中两个顶杆6将右半模1和左半模2向外顶出，使得右半模1和左半模2沿模套3的导轨向斜上方滑动，并由于锻件上横向枝杈的存在，从而带动锻件向上运
动，取出锻件后，两个顶杆6回程，右半模1和左半模2回落到最低位置，抵触在模腔15的底部，与模套3共同组成模具型腔，等待下一次工作循环。
40.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。