三轴高频复合颤振冷挤压模具的制作方法
【专利摘要】三轴高频复合颤振冷挤压模具，包括成型机构、X轴颤振发生机构、Y轴颤振发生机构、Z轴颤振发生机构，成型机构包括凸模、凹模、上模板、凸模固定圈、预应力圈、压紧圈、凹模垫块、凹模垫圈、下模板，X轴颤振发生机构包括X轴支承板、连接板、第一高频阀、X轴颤振器，Y轴颤振发生机构包括Y轴支承板、连接板、Y轴颤振器、第一高频阀，Z轴颤振发生机构包括第二高频阀、Z轴颤振器，Z轴颤振器包括上板、下板，第一高频阀和第二高频阀的阀芯与伺服电机的输出轴相连。本发明的有益效果是：能分别提供三个方向的振动，振动输出力大、频率较高及振幅较小，在完成“难成形零件”振动挤压的同时，并能保证其尺寸精度。
【专利说明】三轴高频复合颤振冷挤压模具
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种三轴高频复合颤振冷挤压模具。
【背景技术】
[0002]冷挤压作为一种精密塑性成形技术，是代表一个国家汽车工业水平、工业化水平乃至现代化水平的一种重要标志和反映。然而在冷挤压生产产品时，毛坯在模具中受三向压应力而使变形抗力显著增大，同时由于对成形精度有要求，其材料在室温下流动应力很大，加之本身形状较为复杂，模具与坯料之间的摩擦力也阻碍着金属坯料的流动，越到成形的最后阶段摩擦力越大，金属流动越困难，这样最后阶段的变形抗力往往会有一个阶跃式的飞升，假使挤压设备吨位不足，极易导致挤压出来的零件形状产生缺陷。同时也对模具材料提出了苛刻的要求，除需要具有高强度外，还需有足够的冲击韧性、耐磨性和回火稳定性。对于被业内称为所谓的“难成形零件”而言，如采用冷挤压成形，则需要大吨位的压力机，而后者高昂的价格使得企业往往难以承受。显然，如何降低成形过程尤其是最后阶段的变形抗力，已经成为冷挤压技术应用于“难成形零件”急需解决的问题。
[0003]在传统的金属塑性成形过程中，如果利用一定的装置对被模具或工件主动施加一定方向、频率和振幅的可控振动，不仅可以降低工件和模具之间的成形力、摩擦力以及材料的流动应力，同时还能使得到的工件具有更好的表面质量和更高的成形精度，这种方式称为振动辅助加工或振动加工。目前，振动激励形式有功率超声、机械式、电磁式、液压式等，其中功率超声应用的最为广泛。
[0004]然而，功率超声虽然激振频率很高，振幅也较小，有利于保持挤压件的成型精度，但本身输入功率有限，通常输出功率为I?2kw，因此产生的激振力较小，只能应用于所需挤压力较小的塑性加工中。机械式激振装置结构简单、成本低，输出激振力大，但上限频率较低，振幅和频率调节困难；电磁式激振装置能产生复杂的振动波形，工作频率范围较大，但由于受到固有磁饱和的限制，不易获得大激振力，加之设备结构复杂、振幅有限并需要辅助冷却装置；常规的液压式振动虽然具有输出力大、动态响应高、振动频率和幅值易于调节的特点，但难实现高频振动，同时产生的振幅也较大，导致成形件的尺寸精度难以得到保证。因此，上述几种激振装置都不适用于“难成形零件”的振动挤压。
【发明内容】
[0005]为了克服现有冷挤压模具不能实现“难成形零件”的冷挤压成形及尺寸精度不能满足要求的问题，本发明提供一种能在三个方向获得足够大的激振力、较高的振动频率及较小的振幅同时，并保证零件成形尺寸精度的三轴高频复合颤振冷挤压模具。
[0006]本发明所述的三轴高频复合颤振冷挤压模具，其特征在于:包括成型机构、X轴颤振发生机构、Y轴颤振发生机构、Z轴颤振发生机构，所述的成型机构包括凸模、凹模、上模板、凸模固定圈、预应力圈、压紧圈、凹模垫块、凹模垫圈、下模板，所述凸模安装在所述的上模板的凸模固定圈内，位于凸模的正下方的所述凹模安装在预应力圈内，所述的凹模与正下方的所述凹模垫块上端面接触，所述凹模垫块安装在凹模垫圈内；所述压紧圈套在所述的预应力圈的上部，所述的压紧圈通过螺栓固定在所述的下模板上；
[0007]所述X轴颤振发生机构包括X轴支承板、上述的连接板、第一高频阀、X轴颤振器，上述下模板固定在X轴支承板上，所述的X轴颤振器分别与所述X轴支承板、所述的连接板固定，并且所述X轴支承板放置在所述的连接板上设置的X轴向槽内，所述的X轴震颤器的第一油道与所述的第一高频阀连通；所述的X轴颤振器包括振动板、与振动板紧固的固定板，所述的振动板中间开设第一弧形凹槽，所述固定板设有供液压油进出的第一油道，所述的第一油道的一端与所述第一弧形凹槽连通、另一端与所述的第一高频阀连通；
[0008]所述Y轴颤振发生机构包括Y轴支承板、上述的连接板、与上述的X轴颤振器结构相同的Y轴颤振器、第一高频阀，所述Y轴颤振器分别与所述的连接板、所述的Y轴支承板固定，所述的连接板放置在所述的Y轴支承板上表面设置的Y轴向槽内；所述的Y轴震颤器的油道与所述的第一高频阀连通；
[0009]所述Z轴颤振发生机构包括第二高频阀、Z轴颤振器，所述的Z轴颤振器包括上板、与上板密封连接的下板，所述Z轴颤振器的上板与上述上模板固定，所述的下板下表面开设第二弧形凹槽，所述的下板设有供液压油进出的第二油道，所述的第二油道的一端与所述的第二弧形凹槽连通，所述的第二油道的另一端与所述的第二高频阀连通；
[0010]所述的第一高频阀和所述的第二高频阀的阀芯与伺服电机的输出轴相连，并且所述的阀芯台肩周向均匀开设与阀套上的窗口相配合的沟槽；所述的第一高频阀与所述的第二高频阀的结构相同。
[0011]所述X轴支承板上表面设有第一 T型槽，所述下模板通过紧固件固定在所述的第一 T型槽内。
[0012]所述Z轴颤振器位于所述的上模板的正上方，所述的上板上表面设有第二 T型槽和圆形槽，所述上模板通过紧固件固定在所述的上板的第二 T型槽上。
[0013]所述的X轴向槽、所述的Y轴向槽均为U型槽。
[0014]所述的振动板与所述的固定板之间、所述的上板与所述的下板之间均通过紧固件和O型圈密封连接。
[0015]所述的紧固件均位于所述的第一弧形凹槽和第二弧形槽的外圈。
[0016]工作原理:当液压油经通过油路进入X/Y轴颤振器的振动板的第一弧形凹槽时，内部油液压强增大，使得振动板中间部分凸起；当油液流出振动板的第一弧形凹槽时，其内部油液压力回到原态，振动板中间部分回到初始位置；通过第一高频阀控制液压油的进入、流出频率以及液压油的压强，即可实现X/Y轴颤振器以一定的频率和振幅振动，同时X轴颤振器与X轴支承板连接、Y轴颤振器与Y轴支承板连接下模板分别与X轴支承板、Y轴支撑板固定，因此凹模部件将随着X轴颤振器或者Y轴颤振器作X/Y轴方向的振动；而当液压油经通过油路进入上板的第二弧形凹槽时，内部油液压强增大，使得上板中间部分凸起:当油液流出上板的第二弧形凹槽时，其内部油液压力回到原态，上板中间部分回到初始位置；通过第二高频阀控制液压油的进入、流出频率以及液压油的压强，即可实现Z轴方向以一定的频率和振幅进行振动，而凸模部件通过紧固件固定在Z轴颤振器的上板上，因此也将随着Z轴颤振器进行周期性振动，从而实现凸模的高频挤压振动。
[0017]本发明的有益效果是:能分别提供三个方向的振动，且振动输出力大、频率较高及振幅较小，在完成“难成形零件”振动挤压的同时，并能保证其尺寸精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明的结构图。
[0019]图2是本发明的成形机构、X、Y轴颤振发生机构的俯视图。
[0020]图3是图1左视图。
[0021 ]图4是X轴颤振器或Y轴颤振器的结构图。
[0022]图5是图4左视图。
[0023]图6为图4俯视图。
[0024]图7为图4右视图。
[0025]图8是Z轴颤振器结构图。
[0026]图9是图8俯视图。
[0027]图10是本发明的连接板结构图。
[0028]图11是图10俯视图。
[0029]图12是图10左视图。
[0030]图13是本发明的Y轴支承板结构图。
[0031]图14是图13俯视图。
[0032]图15是图13左视图。
[0033]图16是本发明的X轴支撑板结构图。
[0034]图17是图16右视图。
[0035]图18是图16俯视图。
[0036]图19是Z轴颤振器进油状态示意图。
[0037]图20是Z轴颤振器出油状态示意图。
[0038]图21是X轴颤振器和Y轴颤振器进油状态示意图。
[0039]图22是X轴颤振器和Y轴颤振器出油状态示意图。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图进一步说明本发明
[0041]参照附图:
[0042]实施例1本发明所述的三轴高频复合颤振冷挤压模具，包括成型机构1、X轴颤振发生机构2、Y轴颤振发生机构3、Z轴颤振发生机构4，所述的成型机构I包括凸模11、凹模12、上模板13、凸模固定圈14、预应力圈15、压紧圈16、凹模垫块17、凹模垫圈18、下模板19，所述凸模11安装在所述的上模板13的凸模固定圈14内，位于凸模11的正下方的所述凹模12安装在预应力圈15内，所述的凹模12与正下方的所述凹模垫块17上端面接触，所述凹模垫块17安装在凹模垫圈18内；所述压紧圈16套在所述的预应力圈15的上部，所述的压紧圈16通过螺栓固定在所述的下模板19上；
[0043]所述X轴颤振发生机构2包括X轴支承板21、上述的连接板22、第一高频阀23、X轴颤振器24，上述下模板19固定在X轴支承板21上，所述的X轴颤振器24分别与所述X轴支承板21、所述的连接板22固定，并且所述X轴支承板21放置在所述的连接板22上设置的X轴向槽内，所述的X轴震颤器24的第一油道与所述的第一高频阀23连通；所述的X轴_振器24包括振动板241、与振动板241紧固的固定板242,所述的振动板241中间开设第一弧形凹槽2411，所述固定板242设有供液压油进出的第一油道2421，所述的第一油道2421的一端与所述第一弧形凹槽2411连通、另一端与所述的第一高频阀23连通；
[0044]所述Y轴颤振发生机构3包括Y轴支承板31、上述的连接板22、与上述的X轴颤振器24结构相同的Y轴颤振器33、第一高频阀23，所述Y轴颤振器33分别与所述的连接板22、所述的Y轴支承板固定，所述的连接板22放置在所述的Y轴支承板31上表面设置的Y轴向槽内；所述的Y轴震颤器33的油道与所述的第一高频阀23连通；
[0045]所述Z轴颤振发生机构4包括第二高频阀41、Z轴颤振器42，所述的Z轴颤振器42包括上板421、与上板421密封连接的下板422，所述Z轴颤振器42的上板421与上述上模板13固定，所述的下板422下表面开设第二弧形凹槽4221，所述的下板4221设有供液压油进出的第二油道4222，所述的第二油道4222的一端与所述的第二弧形凹槽4221连通，所述的第二油道4222的另一端与所述的第二高频阀41连通；
[0046]所述的第一高频阀和所述的第二高频阀的阀芯与伺服电机的输出轴相连，并且所述的阀芯台肩周向均匀开设与阀套上的窗口相配合的沟槽；所述的第一高频阀与所述的第二高频阀的结构相同。
[0047]所述X轴支承板21上表面设有第一 T型槽，所述下模板通过紧固件固定在所述的第一 T型槽内。
[0048]所述Z轴颤振器42位于所述的上模板13的正上方，所述的上板421上表面设有第二 T型槽4211和圆形槽4212，所述上模板13通过紧固件固定在所述的上板421的第二T型槽4211上。
[0049]所述的X轴向槽、所述的Y轴向槽均为U型槽。
[0050]所述的振动板241与所述的固定板242之间、所述的上板241与所述的下板242之间均通过紧固件和O型圈密封连接。
[0051]所述的紧固件均位于所述的第一弧形凹槽和第二弧形槽的外圈。
[0052]工作原理:当液压油经通过油路进入X/Y轴颤振器的振动板的第一弧形凹槽时，内部油液压强增大，使得振动板中间部分凸起；当油液流出振动板的第一弧形凹槽时，其内部油液压力回到原态，振动板中间部分回到初始位置；通过第一高频阀控制液压油的进入、流出频率以及液压油的压强，即可实现X/Y轴颤振器以一定的频率和振幅振动，同时X轴颤振器与X轴支承板连接、Y轴颤振器与Y轴支承板连接下模板分别与X轴支承板、Y轴支撑板固定，因此凹模部件将随着X轴颤振器或者Y轴颤振器作X/Y轴方向的振动；而当液压油经通过油路进入上板的第二弧形凹槽时，内部油液压强增大，使得上板中间部分凸起:当油液流出上板的第二弧形凹槽时，其内部油液压力回到原态，上板中间部分回到初始位置；通过第二高频阀控制液压油的进入、流出频率以及液压油的压强，即可实现Z轴方向以一定的频率和振幅进行振动，而凸模部件通过紧固件固定在Z轴颤振器的上板上，因此也将随着Z轴颤振器进行周期性振动，从而实现凸模的高频挤压振动。
[0053]实施例2实施例1的Z轴颤振器的进出油过程
[0054]图19和图20为Z轴颤振器进出油状态示意图，系统由液压油源、第二高频阀和Z轴颤振器组成，第二高频阀的阀芯的旋转由伺服电机驱动，使得沿阀芯台肩周向均匀开设的沟槽与阀套上的窗口相配合的阀口面积大小成周期性变化，由于相邻台肩上的沟槽相互错位，因而使得进出颤振器的流量大小及方向发生周期性的变化；工作时，当阀芯转至图19所示的位置时，P-A导通，压力油进入颤振器，颤振器上板发生变形凸出:当阀芯转至图20所示的位置时，A-T导通，液压油流出颤振器，上板回复原位。
[0055]实施例3实施例1的X/Y轴颤振器的进出油过程
[0056]图21和图22为X轴颤振器和Y轴颤振器进出油状态示意图，系统由液压油源、高频阀、X轴颤振器和Y轴颤振器组成，系统供油与Z轴颤振器相同。工作时，当阀芯转至图所示位置时，P-A导通，压力油进入X轴颤振器和Y轴颤振器，颤振器振动板发生变形凸出:当阀芯转至图22所示的位置时，A-T导通，液压油流出X轴颤振器和Y轴颤振器，振动板回复原位。
[0057]高频颤振器的工作频率等于高频阀的阀芯转速与阀芯槽口和阀套窗口之间的每转通断次数的乘积。
[0058]本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
【权利要求】
1.三轴高频复合颤振冷挤压模具，其特征在于:包括成型机构、X轴颤振发生机构、Y轴颤振发生机构、Z轴颤振发生机构，所述的成型机构包括凸模、凹模、上模板、凸模固定圈、预应力圈、压紧圈、凹模垫块、凹模垫圈、下模板，所述凸模安装在所述的上模板的凸模固定圈内，位于凸模的正下方的所述凹模安装在预应力圈内，所述的凹模与正下方的所述凹模垫块上端面接触，所述凹模垫块安装在凹模垫圈内；所述压紧圈套在所述的预应力圈的上部，所述的压紧圈通过螺栓固定在所述的下模板上； 所述X轴颤振发生机构包括X轴支承板、上述的连接板、第一高频阀、X轴颤振器，上述下模板固定在X轴支承板上，所述的X轴颤振器分别与所述X轴支承板、所述的连接板固定，并且所述X轴支承板放置在所述的连接板上设置的X轴向槽内，所述的X轴震颤器的第一油道与所述的第一高频阀连通；所述的X轴颤振器包括振动板、与振动板紧固的固定板，所述的振动板中间开设第一弧形凹槽，所述固定板设有供液压油进出的第一油道，所述的第一油道的一端与所述第一弧形凹槽连通、另一端与所述的第一高频阀连通； 所述Y轴颤振发生机构包括Y轴支承板、上述的连接板、与上述的X轴颤振器结构相同的Y轴颤振器、第一高频阀，所述Y轴颤振器分别与所述的连接板、所述的Y轴支承板固定，所述的连接板放置在所述的Y轴支承板上表面设置的Y轴向槽内；所述的Y轴震颤器的油道与所述的第一高频阀连通； 所述Z轴颤振发生机构包括第二高频阀、Z轴颤振器，所述的Z轴颤振器包括上板、与上板密封连接的下板，所述Z轴颤振器的上板与上述上模板固定，所述的下板下表面开设第二弧形凹槽，所述的下板设有供液压油进出的第二油道，所述的第二油道的一端与所述的第二弧形凹槽连通，所述的第二油道的另一端与所述的第二高频阀连通； 所述的第一高频阀和所述的第二高频阀的阀芯与伺服电机的输出轴相连，并且所述的阀芯台肩周向均匀开设与阀套上的窗口相配合的沟槽；所述的第一高频阀与所述的第二高频阀的结构相同。
2.如权利要求1所述的三轴高频复合颤振冷挤压模具，其特征在于:所述X轴支承板上表面设有第一 T型槽，所述下模板通过紧固件固定在所述的第一 T型槽内。
3.如权利要求2所述的三轴高频复合颤振冷挤压模具，其特征在于:所述Z轴颤振器位于所述的上模板的正上方，所述的上板上表面设有第二 T型槽和圆形槽，所述上模板通过紧固件固定在所述的上板的第二 T型槽上。
4.如权利要求3所述的三轴高频复合颤振冷挤压模具，其特征在于:所述的X轴向槽、所述的Y轴向槽均为U型槽。
5.如权利要求4所述的三轴高频复合颤振冷挤压模具，其特征在于:所述的振动板与所述的固定板之间、所述的上板与所述的下板之间均通过紧固件和O型圈密封连接。
6.如权利要求5所述的三轴高频复合颤振冷挤压模具，其特征在于:所述的紧固件均位于第一弧形凹槽和第二弧形槽的外圈。
【文档编号】B21C25/02GK103447339SQ201310373769
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】杨庆华, 胡新华, 王志恒, 鲍官军, 孟彬, 董明飞 申请人:浙江工业大学