专利名称：一种复杂曲面零件旋转结构模具及其脱合模方法
技术领域：
本发明属于半固态金属成形工艺技术领域，具体涉及一种复杂曲面零件旋转结 构模具，本发明还涉及利用该模具的脱合模方法。
背景技术：
复杂曲面类零件如增压器导风轮、螺旋桨、转子等，零件有多个叶片，形状复杂，在 空间为变曲面，扭角变化大，重叠系数大，制造难度大。目前，在金属模铸造成形，半固态成 形，液态模锻等方法成形时均采用镶块式分模，靠人工取出镶块，脱模极其困难，有时甚至 无法取出工件，效率低，难以组织生产。现有模具的脱合模，采用人工分模，由于是热成形，模具温度高。要等到模具温度 降下来，时间很长，生产时，模具又需要预热，这样效率极低，失去实际意义。人工取出时，由 于要敲击、撬取零件，容易造成零件受伤，产生废品；由于效率低，零件停模时间长，易造成 模具型腔内表面变形，缩短模具寿命；劳动强度大，不能自动化。
发明内容
本发明的目的是提供一种复杂曲面零件旋转结构模具，解决现有复杂曲面零件旋 转结构模具脱合模自动化程度不高的问题。本发明的另一目的是提供一种利用上述模具的脱合模方法。本发明所采用的技术方案是，一种复杂曲面零件旋转结构模具，包括连接固定部 分、顶出机构部分、下模脱合模结构部分、上模加压及脱合模辅助部分，
所述的连接固定部分包括上顶板及下底板，下底板上设置有座仓，座仓内设置有浮动 托板，浮动托板的中部设置有两个空腔，该两个空腔内从下到上分别设置有密封圈压盖及 锥盘顶板，座仓沿轴心开有中间孔，座仓的外圆顶部设置有环形压圈，下底板沿轴心开有中 心孔；
所述的顶出机构部分包括设置在底板中心孔内的顶杆，还包括座仓上中间孔内设置的 顶出叉板，顶出叉板内设置有顶出器，顶出器内设置有芯轴；顶杆由三个大小不同的圆台组 成，大圆与小圆之间构成环形凸台，顶出叉板的下底面坐在顶杆的环形凸台上，顶出叉板的 上端与锥盘顶板顶托连接；
所述的下模脱合模结构部分，包括在浮动托板上方设置的锥套，锥套的内表面为斜曲 圆周面，锥套内设置有两个或两个以上活动的瓣块组合体，各个瓣块组合体之间通过三分 弧固扣圈装配成一个圆，瓣块组合体的外圆周表面和锥套内的斜曲圆周面相贴合，瓣块组 合体内为模腔，瓣块组合体的外圆周表面开有T型滑槽，T型滑槽内伸进有分模扣的一端， 瓣块组合体的底部设置在浮动托板上，瓣块组合体同时位于锥盘顶板上方，锥套的顶部通 过串有螺钉a的T型压套和整体固扣圈连接，分模扣的另一端设置在整体固扣圈中，锥套的 外部设置有锥套压圈，锥套压圈通过螺钉b与浮动托板连接；
所述的上模加压及脱合模辅助部分，包括设置在模腔上方的空心冲头，空心冲头的空
5杆凸台之间安装有弹簧，芯杆凸台与设置在顶出 器内的芯轴连接，空心冲头的外部设置有长套，长套为全回转的台阶桶形结构，其下端内沿 的台阶上设置有半圆形环槽b，半圆形环槽b内设置有滚珠a，长套的顶部与上顶板固定连 接，螺塞的顶部与上顶板固定连接。本发明所采用的另一技术方案是，一种复杂曲面零件旋转结构模具的脱合模方 法，具体按照以下步骤实施
步骤1 用燃气预热模具，待瓣块组合体温度达到100-150°C时，用高压枪喷涂润滑剂， 然后继续预热模具，使得模具温度达到300-350°C ；
步骤2 零件成形，将半固态合金浆料在625-635°C浇注温度下，注入模腔中，下行液压 机活动横梁，待模具合模后，液压机活动横梁以lmm/s的速度继续下行，上顶板带动空心冲 头下压，使合金浆料充满模腔，保压60-90秒；
步骤3 脱模，液压机活动横梁抬起，上顶板、长套、空心冲头升起，液压机顶出缸动作， 向上对顶杆施力，依次带动顶出叉杆、锥盘顶板、瓣块组合体向上运动，瓣块组合体一边上 移，一边旋转向外分开，空心冲头在长套上的滚珠a上作旋转运动，待零件脱开后，液压机 顶出缸继续顶出顶杆，继续带动顶出器、模腔内的模具向上运动，零件与下模完全脱离，并 且顶高，同时芯杆凸台在弹簧作用下向下顶动芯轴，使得芯轴与零件分开，取出零件；
步骤4 合模，零件取出后，液压机顶出缸回程，顶杆、顶出叉杆、锥盘顶板回到初始位 置，瓣块组合体在自重和分模扣作用下，沿T型滑槽旋转滑入初始位置，开始下一循环。本发明的特点还在于，
其中的顶杆与底板中心孔之间留有间隙。其中的滚珠a设置有两个或两个以上。其中的浮动托板的靠近外端处设置有半圆环形槽a，半圆环形槽a内设置有滚珠 b，滚珠b设置有两个或两个以上。其中的两个或两个以上瓣块组合体的上表面通过瓣箍固合。本发明复杂曲面零件旋转结构模具及其脱合模方法的有益效果是，提供了一种轻 合金半固态成形时的模具以及快速脱合模方法。利用该方法设计复杂曲面类零件叶轮、转 子的半固态成形时的模具能够快速脱、合模，提高效率，保证零件质量。
图1是本发明复杂曲面零件旋转结构模具的结构示意图； 图2是本发明复杂曲面零件旋转结构模具脱模运行轨迹示意图； 图3是本发明复杂曲面零件旋转结构模具中锥套的结构示意图4是本发明复杂曲面零件旋转结构模具中浮动托板的结构示意图； 图5是本发明复杂曲面零件旋转结构模具中顶杆的结构示意图； 图6是本发明复杂曲面零件旋转结构模具中长套的结构示意图。图中，1.座仓，2.下底板，3.顶杆，4.顶出叉板，5.顶出器，6.锥盘顶板，7.芯轴， 8.模腔，9.瓣块组合体，10.空心冲头，11.芯杆凸台，12.螺塞，13.弹簧，14.上顶板，15.长 套，16.滚珠a，17.瓣箍，18.螺钉a，19.分模扣，20. T型压套，21.整体固扣圈，22.螺钉 b，23.锥套压圈，24.三分弧固扣圈，25.锥套，26.环型压圈，27.滚珠b，28.密封圈压盖，
629.浮动托板，30.半圆形环槽a，31.半圆形环槽b。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。图1为本发明复杂曲面零件旋转结构模具结构的半侧剖视图，下述实施例结构的 模具中瓣块组合体9及三分弧固扣圈24分别设置有三个，模具其余部分为对称结构，包括 连接固定部分、顶出机构部分、下模脱合模结构部分、上模加压及脱合模辅助部分。连接固定部分包括上顶板14及下底板2，上顶板14与液压机活动横梁连接，下底 板2固定在液压机工作台面上，下底板2上设置有座仓1，座仓1内设置有浮动托板29，如 图4所示，浮动托板29为全回转式结构，中部有两个空腔，该两个空腔内从下到上分别设置 有密封圈压盖28及锥盘顶板6，浮动托板29的靠近外端处设置有半圆环形槽a30，半圆环 形槽a30内设置有滚珠b27，滚珠b27共有200个Φ8球形滚珠，座仓1沿轴心开有中间孔， 下底板2沿轴心开有中心孔，座仓1的外圆顶部设置有环形压圈26。顶出机构部分包括设置在下底板2中心孔内的顶杆3，顶杆3与中心孔之间留有活 动间隙，还包括座仓1上中间孔内设置的顶出叉板4，顶出叉板4的下底面坐在顶杆3的环 形凸台上，如图5所示，顶杆3为一个大小不同的3个圆台组成的回转体，环形凸台为大圆 与小圆之间的大圆台阶。顶出叉板4的上端与锥盘顶板6顶托连接。顶出叉板4内设置有 顶出器5，顶出器5内设置有芯轴7。下模脱合模结构部分，包括在浮动托板29上方设置的锥套25，锥套25的内表面为 斜曲圆周面，锥套25内设置有多个活动的瓣块组合体9，各个瓣块组合体9之间通过三分弧 固扣圈24装配成一个圆，瓣块组合体9的外圆周表面和锥套25内的斜曲圆周面相贴合，瓣 块组合体9内为模腔8，瓣箍17装在瓣块组合体9上表面，用以固合瓣块组合体9 ；瓣块组 合体9的外圆周表面开有T型滑槽，T型滑槽内伸进有分模扣19的一端，瓣块组合体9的底 部设置在浮动托板29上，瓣块组合体9同时位于锥盘顶板6上方，如图3所示，锥套25的 顶部通过串有螺钉al8的T型压套20和整体固扣圈21连接，分模扣19的另一端设置在整 体固扣圈21中，锥套25的外部设置有锥套压圈23，锥套压圈23通过螺钉b22与浮动托板 29连接。上模加压及脱合模辅助部分，包括设置在模腔8上方的空心冲头10，空心冲头10 的空腔里设置有螺塞12和芯杆凸台11，在螺塞12和芯杆凸台11之间安装有弹簧13，芯杆 凸台11与设置在顶出器5内的芯轴7连接，空心冲头10的外部设置有长套15，如图6所 示，长套15为全回转的台阶桶形结构，其下端内沿的台阶上设置有半圆形环槽b31，半圆形 环槽b31内设置有滚珠al6，滚珠al6共有56个Φ 8球形滚珠，长套15的顶部与上顶板14 固定连接，螺塞12的顶部与上顶板14固定连接。本发明复杂曲面零件旋转结构模具脱合模方法，具体按照以下步骤实施
步骤1 根据要得到的零件的结构设计瓣块组合体9内腔的形状，本发明主要针对叶轮 这一类的零件，根据不同的叶片数修改瓣块组合体9内的型腔结构。喷涂润滑剂，预热模 具，用燃气预热模具，待瓣块组合体9温度达到100-150°C时，用高压枪喷涂润滑剂，然后继 续预热模具，到模具温度300-350°C时为止。步骤2 零件成形，将已处理好的半固态合金浆料在625_635°C浇注温度下，定量
7注入模腔8中，迅速下行液压机活动横梁，待模具合模后，液压机速度放缓(速度约lmm/s) 继续下行，上顶板14带动空心冲头10下压，使合金液充满模腔8，保压60-90秒。步骤3 脱模，液压机活动横梁抬起，与其连接的上顶板14、与上顶板14连接的长 套15，一同升起，到一定位置时，长套15拉动空心冲头10—起升起一定距离。液压机顶出 缸动作，向上对模具顶杆3施力，依次带动顶出叉杆4、锥盘顶板6、瓣块组合体9向上运动， 随着顶出行程的加大，如图2所示，瓣块组合体9沿锥面滑槽曲线运动时，瓣块组合体9 一 边上移，一边旋转向外分开，逐渐把瓣块模具与零件脱开。此时，空心冲头10在长套15上的 滚珠al6上作旋转运动，待零件脱开后，液压机顶出缸继续顶出顶杆3，继续带动顶出器5， 模腔8内的模具向上运动，零件与下模完全脱离，并且顶高，同时芯杆凸台11在弹簧13作 用下向下顶动芯轴7，使得芯轴7与零件分开，取出零件。步骤4 合模，零件取出后，液压机顶出缸回程，模具顶出机构(顶杆3，顶出叉杆4， 锥盘顶板6)回到初始位置。瓣块组合体9在自重和锥套25的分模扣19作用下，沿T型滑 槽旋转滑入初始位置，开始下一循环。本发明复杂曲面零件旋转结构模具，一个脱合模循环2-3分钟，比原来人工拆卸 脱模，3-4人，需180-210分钟，合模需45-60分钟，共需4-4. 5小时的时间缩短了很多，能够 使模具快速脱、合模，提高生产效率。
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权利要求
一种复杂曲面零件旋转结构模具，其特征在于，包括连接固定部分、顶出机构部分、下模脱合模结构部分、上模加压及脱合模辅助部分，所述的连接固定部分包括上顶板(14)及下底板(2)，下底板(2)上设置有座仓(1)，座仓(1)内设置有浮动托板(29)，浮动托板(29)的中部设置有两个空腔，该两个空腔内从下到上分别设置有密封圈压盖(28)及锥盘顶板(6)，座仓(1)沿轴心开有中间孔，座仓(1)的外圆顶部设置有环形压圈(26)，下底板(2)沿轴心开有中心孔；所述的顶出机构部分包括设置在底板(2)中心孔内的顶杆(3)，还包括座仓(1)上中间孔内设置的顶出叉板(4)，顶出叉板(4)内设置有顶出器(5)，顶出器(5)内设置有芯轴(7)；顶杆(3)由三个大小不同的圆台组成，大圆与小圆之间构成环形凸台，顶出叉板(4)的下底面坐在顶杆(3)的环形凸台上，顶出叉板(4)的上端与锥盘顶板(6)顶托连接；所述的下模脱合模结构部分，包括在浮动托板(29)上方设置的锥套(25)，锥套(25)的内表面为斜曲圆周面，锥套(25)内设置有两个或两个以上活动的瓣块组合体(9)，各个瓣块组合体(9)之间通过三分弧固扣圈(24)装配成一个圆，瓣块组合体(9)的外圆周表面和锥套(25)内的斜曲圆周面相贴合，瓣块组合体(9)内为模腔(8)，瓣块组合体(9)的外圆周表面开有T型滑槽，T型滑槽内伸进有分模扣(19)的一端，瓣块组合体(9)的底部设置在浮动托板(29)上，瓣块组合体(9)同时位于锥盘顶板(6)上方，锥套(25)的顶部通过串有螺钉a(18)的T型压套(20)和整体固扣圈(21)连接，分模扣(19)的另一端设置在整体固扣圈(21)中，锥套(25)的外部设置有锥套压圈(23)，锥套压圈(23)通过螺钉b(22)与浮动托板(29)连接；所述的上模加压及脱合模辅助部分，包括设置在模腔(8)上方的空心冲头(10)，空心冲头(10)的空腔内设置有螺塞(12)和芯杆凸台(11)，在螺塞(12)和芯杆凸台(11)之间安装有弹簧(13)，芯杆凸台(11)与设置在顶出器(5)内的芯轴(7)连接，空心冲头(10)的外部设置有长套(15)，长套(15)为全回转的台阶桶形结构，其下端内沿的台阶上设置有半圆形环槽b(31)，半圆形环槽b(31)内设置有滚珠a(16)，长套(15)的顶部与上顶板(14)固定连接，螺塞(12)的顶部与上顶板(14)固定连接。
2.根据权利要求1所述的复杂曲面零件旋转结构模具，其特征在于，所述的顶杆(3)与 底板(2)中心孔之间留有间隙。
3.根据权利要求1所述的复杂曲面零件旋转结构模具，其特征在于，所述的滚珠a (16)设置有两个或两个以上。
4.根据权利要求1所述的复杂曲面零件旋转结构模具，其特征在于，所述的浮动托板 (29)的靠近外端处设置有半圆环形槽a (30)，半圆环形槽a (30)内设置有滚珠b (27)，滚 珠b (27)设置有两个或两个以上。
5.根据权利要求1所述的复杂曲面零件旋转结构模具，其特征在于，所述的两个或两 个以上瓣块组合体(9)的上表面通过瓣箍(17)固合。
6.一种复杂曲面零件旋转结构模具的脱合模方法，其特征在于，采用一种复杂曲面零 件旋转结构模具，其结构为包括连接固定部分、顶出机构部分、下模脱合模结构部分、上模 加压及脱合模辅助部分，所述的连接固定部分包括上顶板(14)及下底板(2)，下底板(2)上设置有座仓(1)，座 仓(1)内设置有浮动托板(29)，浮动托板(29)的中部设置有两个空腔，该两个空腔内从下到上分别设置有密封圈压盖(28)及锥盘顶板(6)，座仓(1)沿轴心开有中间孔，座仓(1)的 外圆顶部设置有环形压圈(26)，下底板(2)沿轴心开有中心孔；所述的顶出机构部分包括设置在底板(2)中心孔内的顶杆(3)，还包括座仓(1)上中间 孔内设置的顶出叉板(4)，顶出叉板(4)内设置有顶出器(5)，顶出器(5)内设置有芯轴(7); 顶杆(3)由三个大小不同的圆台组成，大圆与小圆之间构成环形凸台，顶出叉板(4)的下底 面坐在顶杆(3)的环形凸台上，顶出叉板(4)的上端与锥盘顶板(6)顶托连接；所述的下模脱合模结构部分，包括在浮动托板(29)上方设置的锥套(25)，锥套(25)的 内表面为斜曲圆周面，锥套(25)内设置有两个或两个以上活动的瓣块组合体(9)，各个瓣 块组合体(9 )之间通过三分弧固扣圈(24)装配成一个圆，瓣块组合体(9 )的外圆周表面和 锥套(25)内的斜曲圆周面相贴合，瓣块组合体(9)内为模腔(8)，瓣块组合体(9)的外圆周 表面开有T型滑槽，T型滑槽内伸进有分模扣(19)的一端，瓣块组合体(9)的底部设置在浮 动托板(29)上，瓣块组合体(9)同时位于锥盘顶板(6)上方，锥套(25)的顶部通过串有螺 钉a (18)的T型压套(20)和整体固扣圈(21)连接，分模扣(19)的另一端设置在整体固扣 圈(21)中，锥套(25 )的外部设置有锥套压圈(23 )，锥套压圈(23 )通过螺钉b (22 )与浮动 托板(29)连接；所述的上模加压及脱合模辅助部分，包括设置在模腔(8)上方的空心冲头(10)，空心 冲头(10)的空腔内设置有螺塞(12)和芯杆凸台(11)，在螺塞(12)和芯杆凸台(11)之间安 装有弹簧(13)，芯杆凸台(11)与设置在顶出器(5)内的芯轴(7)连接，空心冲头(10)的外 部设置有长套(15)，长套(15)为全回转的台阶桶形结构，其下端内沿的台阶上设置有半圆 形环槽b (31)，半圆形环槽b (31)内设置有滚珠a (16)，长套(15)的顶部与上顶板(14) 固定连接，螺塞(12)的顶部与上顶板(14)固定连接； 具体按照以下步骤实施步骤1 用燃气预热模具，待瓣块组合体(9)温度达到100-150°C时，用高压枪喷涂润滑 剂，然后继续预热模具，使得模具温度达到300-350°C ；步骤2 零件成形，将半固态合金浆料在625-635 浇注温度下，注入模腔(8)中，下行 液压机活动横梁，待模具合模后，液压机活动横梁以lmm/s的速度继续下行，上顶板(14)带 动空心冲头(10)下压，使合金浆料充满模腔(8)，保压60-90秒；步骤3 脱模，液压机活动横梁抬起，上顶板(14)、长套(15)、空心冲头(10)升起，液压 机顶出缸动作，向上对顶杆(3)施力，依次带动顶出叉杆(4)、锥盘顶板(6)、瓣块组合体(9) 向上运动，瓣块组合体(9) 一边上移，一边旋转向外分开，空心冲头(10)在长套(15)上的滚 珠a (16 )上作旋转运动，待零件脱开后，液压机顶出缸继续顶出顶杆(3 )，继续带动顶出器 (5)、模腔(8)内的模具向上运动，零件与下模完全脱离，并且顶高，同时芯杆凸台(11)在弹 簧(13)作用下向下顶动芯轴(7)，使得芯轴(7)与零件分开，取出零件；步骤4:合模，零件取出后，液压机顶出缸回程，顶杆(3)、顶出叉杆(4)、锥盘顶板(6)回 到初始位置，瓣块组合体(9)在自重和分模扣(19)作用下，沿T型滑槽旋转滑入初始位置， 开始下一循环。
7.根据权利要求6所述的复杂曲面零件旋转结构模具的脱合模方法，其特征在于，所 述的顶杆(3)与底板(2)中心孔之间留有间隙。
8.根据权利要求6所述的复杂曲面零件旋转结构模具的脱合模方法，其特征在于，所述的滚珠a (16)设置有两个或两个以上。
9.根据权利要求6所述的复杂曲面零件旋转结构模具的脱合模方法，其特征在于，所 述的浮动托板(29)的靠近外端处设置有半圆环形槽a (30)，半圆环形槽a (30)内设置有 滚珠b (27)，S*b (27)设置有两个或两个以上。
10.根据权利要求6所述的复杂曲面零件旋转结构模具的脱合模方法，其特征在于， 所述的两个或两个以上瓣块组合体(9)的上表面通过瓣箍(17)固合。
全文摘要
本发明公开的一种复杂曲面零件旋转结构模具，包括连接固定部分、顶出机构部分、下模脱合模结构部分、上模加压及脱合模辅助部分。本发明提供了一种轻合金半固态成形时的模具以及快速脱合模方法，利用该方法设计复杂曲面类零件叶轮、转子的半固态成形时的模具能够快速脱、合模，提高效率，保证零件质量。
文档编号B22D17/22GK101912956SQ20101026371
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月26日 优先权日2010年8月26日
发明者宇文建鹏, 李海军, 赵孟舟, 陈鹏波, 雍艺龙, 马敏团 申请人:中国船舶重工集团公司第十二研究所