用于金属塑性挤锻成型的成型装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于金属塑性挤锻成型的成型装置，包括上模、下模以及与上模相连的上模驱动机构，上模设有上模腔、上挤锻组件以及与上模腔连通的第一挤锻通道，下模设有用于与上模腔配合形成封闭型腔的下模腔，上挤锻组件包括挤孔头以及与上模驱动机构相连的上挤锻头，挤孔头沿挤锻方向滑设于上挤锻头中，上挤锻组件还包括可驱动挤孔头伸出上挤锻头在坯料上挤孔、且在挤出孔后使挤孔头缩入上挤锻头并与上挤锻头共同挤锻坯料的挤孔驱动机构。本发明具有结构简单紧凑、成本低廉、能耗低、所需挤锻力小、可降低挤锻成型难度、提高成型工件内部性能和质量、成型可靠、合格率高等优点。
【专利说明】用于金属塑性挤锻成型的成型装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属挤锻成型【技术领域】，具体涉及一种用于金属塑性挤锻成型的成型 装直。
【背景技术】
[0002] 金属挤锻成型技术是利用金属塑性成形原理进行压力加工的一种方法，将经过预 处理的金属坯料放入模具中，然后在金属坯料上施加压力使金属坯料产生变形并充满模具 型腔，从而获得所需要的零件。金属挤锻成型技术是一种少切削或无切削加工的先进工艺 技术，有利于提高制品的质量，可改善制品内部微观组织和性能，还具有节约材料、能耗低、 应用范围广、生产灵活性大、工艺流程简单和设备投资少的特点。
[0003] 目前，国内外热挤锻成型技术和热挤锻成型装备还存在很多技术问题，制约了该 技术的发展。
[0004] 现有挤锻头和主缸活塞杆的连接一般采用螺纹连接，在螺纹强度范围内，挤锻头 将液压能量直接作用在工件坯料表面，从而使工件坯料变形。挤锻头与工件坯料接触一次 挤锻成型，由于受力面积较大，必须要有很大的压力才能使工件坯料产生塑性变形，挤锻难 度大、需要的挤锻力也较大，这对液压系统和模具的性能提出了更高的要求，设备成本和能 耗也大大提高；而如果采用多次形变成型，需要多台设备的多次挤锻才能满足零部件的精 密度等要求，致使现有成型设备及能量供给系统复杂，设备的体积庞大、投资大、成本高；另 夕卜，由于工件坯料经一次性连续塑性变形达到所需要的形状，在挤锻过程中金属内部晶相 组织流动性大，这也会影响成型工件的内部结构性能，降低成型工件的质量。
[0005] 此外，目前的金属挤锻成型设备均是采用开放式的挤锻方式，即模具的型腔是由 挤锻头和开放式的模腔配合形成，坯料在完全成型前挤锻头与模腔之间处于未封闭状态， 在挤锻的过程中，坯料容易产生弯曲变形，导致不能完全进入模腔，进而产生次品，这还会 降低模具的使用寿命，甚至会损坏模具。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单紧凑、 成本低廉、能耗低、所需挤锻力小、可降低挤锻成型难度、提高成型工件内部性能和质量、成 型可靠、合格率高的用于金属塑性挤锻成型的成型装置。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案： 一种用于金属塑性挤锻成型的成型装置，包括上模、下模以及与上模相连的上模驱动 机构，所述上模设有上模腔、上挤锻组件以及与上模腔连通的第一挤锻通道，所述下模设有 用于与所述上模腔配合形成封闭型腔的下模腔，所述上挤锻组件包括挤孔头以及与上模驱 动机构相连的上挤锻头，所述挤孔头沿挤锻方向滑设于所述上挤锻头中，所述上挤锻组件 还包括可驱动挤孔头伸出上挤锻头在坯料上挤孔、且在挤出孔后使挤孔头缩入上挤锻头并 与上挤锻头共同挤锻坯料的挤孔驱动机构。
[0008] 作为本发明的进一步改进： 所述挤孔驱动机构与上模驱动机构相连并依靠上模驱动机构的驱动力使挤孔头挤孔。
[0009] 所述挤孔驱动机构包括与所述上模驱动机构的驱动端相连的单向油缸，所述单向 油缸的进油口设有在单向油缸内油压达到设定值时进行卸荷的控制阀组。
[0010] 所述控制阀组包括由电接点压力表控制通断的通断阀。
[0011] 所述上模驱动机构包括上伸缩油缸，所述单向油缸的缸体一体形成在所述上伸缩 油缸的伸缩杆上。
[0012] 所述单向油缸的进油口还连接有被动式超压卸荷阀，所述被动式超压卸荷阀包括 阀体以及滑设于所述阀体中的阀芯，所述阀芯沿轴向依次设有第一液压驱动部、第二液压 驱动部和第三液压驱动部，所述阀体上设有与液压系统的低压油路连通并驱动第一液压驱 动部的第一压力油腔、与单向油缸的进油口连通并驱动第二液压驱动部的第二压力油腔以 及与液压系统的低压油路连通并驱动第三液压驱动部的第三压力油腔，所述第二液压驱动 部和第三液压驱动部的驱动方向为同向并且与第一液压驱动部的驱动方向相反，所述第一 液压驱动部的油压作用面积大于所述第二液压驱动部的油压作用面积加上所述第三液压 驱动部的油压作用面积之和，所述阀芯通过滑动使所述单向油缸的进油口与液压系统的低 压油路连通或断开。
[0013] 所述下模还设有下挤锻机构以及与所述下模腔连通的第二挤锻通道，所述下挤锻 机构包括下挤锻头，所述下挤锻头滑设于所述第二挤锻通道中。
[0014] 所述上模包括上模座、上应力圈、上动板和上模芯，所述上模座与上模驱动机构刚 性连接，所述上模芯通过上应力圈安装于上动板上，所述上模腔和第一挤锻通道设于所述 上模芯上；所述下模包括下模座、下应力圈、下动板和下模芯，所述下模芯通过下应力圈安 装于下动板上，所述下模腔和第二挤锻通道设于所述下模芯上；所述第二挤锻通道和第一 挤锻通道沿合模方向同轴布置，所述上模腔和下模腔配合形成的封闭型腔沿挤锻方向的长 度为200?850mm。
[0015] 所述上动板通过第二缓冲导向组件与上模座相连并可相对于上模座往复滑动，所 述下动板通过第一缓冲导向组件与下模座相连并可相对于下模座往复滑动。
[0016] 所述成型装置还包括用于驱动下挤锻头顶出坯料的出料驱动组件，所述出料驱动 组件包括滑设于下模座上的下滑块以及装设于下模座上的下伸缩油缸，所述下模座上设有 用于支承所述下滑块的支承板，所述下挤锻头固设于所述下滑块上，所述下伸缩油缸与所 述下滑块相连并可驱动下滑块带着下挤锻头滑动伸入所述下模腔。
[0017] 与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明用于金属塑性挤锻成型的成型装置， 挤锻坯料成型时，将坯料上料后，由上模和下模合模形成包裹坯料的封闭型腔，上挤锻组件 从第一挤锻通道伸入对封闭型腔内的坯料实施挤锻，挤孔头在挤孔驱动机构的驱动下先在 坯料上挤孔，使坯料完成一次塑性变形，当挤孔到一定深度时，使挤孔头缩入至与挤锻头 的挤锻端面平齐，再使挤锻头和挤孔头同步动作即可将坯料挤锻成型。该成型装置按照挤 孔、避让、挤锻的过程挤锻坯料，先在坯料上挤孔使坯料完成一定量的变形，再挤锻整个坯 料使坯料变形充满整个型腔并回填将挤出的孔也充满，使坯料分两次塑性变形得到成型工 件，一方面，改变了挤锻变形过程，坯料每次变形所需的挤锻力较小，降低了挤锻难度，降低 了对设备的性能要求；另一方面，挤出的孔起到分流材料的作用，可改善金属的流动状态和 坯料的充填性，提高了成型工件的内部结构性能；再者，挤孔头由挤孔驱动机构驱动滑动伸 缩，其还可用于将成型后的工件顶出，实现了挤孔和出料的一体化。同时，采用封闭型腔包 裹坯料进行挤锻，避免了开放式挤锻容易导致坯料不能完全进入模腔的问题，提高了合格 率，保障了模具的使用寿命。该成型装置的结构简单紧凑、成本低、动作稳定可靠、能耗低、 工作效率高、对设备零部件的要求和动力系统的要求也低，大大降低了挤锻成型的难度。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本发明用于金属塑性挤锻成型的成型装置的剖视结构示意图。
[0019] 图2为图1中A处放大结构示意图。
[0020] 图3为本发明用于金属塑性挤锻成型的成型装置中上挤锻组件的剖视结构示意 图。
[0021] 图4为本发明用于金属塑性挤锻成型的成型装置中被动式超压卸荷阀的剖视结 构示意图。
[0022] 图5为本发明用于金属塑性挤锻成型的成型装置中被动式超压卸荷阀的阀芯的 剖视结构示意图。
[0023] 图例说明： 1、上模；11、上模腔；12、第一挤锻通道；13、上模座；14、上应力圈；15、上动板；16、上 模芯；17、第二缓冲导向组件；2、下模；21、下模腔；22、第二挤锻通道；23、下模座；24、下应 力圈；25、下动板；26、下模芯；27、第一缓冲导向组件；3、上模驱动机构；4、挤孔驱动机构； 41、单向油缸；42、控制阀组；5、上挤锻头；6、被动式超压卸荷阀；61、阀体；611、第一压力油 腔；612、第二压力油腔；613、第三压力油腔；614、通断口；62、阀芯；621、第一液压驱动部； 622、第二液压驱动部；623、第三液压驱动部；63、弹性元件；64、排油通道；7、下挤锻头；8、 出料驱动组件；81、下滑块；82、下伸缩油缸；83、支承板；9、挤孔头。
【具体实施方式】
[0024] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0025] 如图1至图3所示，本发明用于金属塑性挤锻成型的成型装置，包括上模1、下模2 以及与上模1相连的上模驱动机构3,上模1包括上模座13、上应力圈14、上动板15和上模 芯16,上模座13与上模驱动机构3刚性连接，上模芯16通过上应力圈14安装于上动板15 上，上动板15通过第二缓冲导向组件17与上模座13相连，上模座13与上模驱动机构3相 连，上模芯16上设有上模腔11和第一挤锻通道12。第二缓冲导向组件17包括导向杆和伸 缩弹簧，导向杆的一端固定于上动板15上，另一端穿过上模座13上的导向孔中，伸缩弹簧 装设于上模座13和上动板15之间，可以压迫上动板15使其克服伸缩弹簧的弹性力向上模 座13运动。上模1还设有上挤锻组件，上挤锻组件包括挤孔头9、挤孔驱动机构4以及上挤 锻头5,上挤锻头5与上模驱动机构3相连并由上模驱动机构3驱动，挤孔头9沿挤锻方向 滑设于上挤锻头5中，挤孔驱动机构4与挤孔头9相连，可驱动挤孔头9伸出上挤锻头5在 坯料上挤孔、且在挤出孔后使挤孔头9缩入上挤锻头5并与上挤锻头5共同挤锻坯料。下 模2设有用于与上模腔11配合形成封闭型腔的下模腔21，该封闭型腔的沿挤锻方向的长度 尺寸范围可以为200?850_。
[0026] 挤锻坯料成型时，将坯料上料后，上模1和下模2合模形成包裹坯料的封闭型腔， 上挤锻组件从第一挤锻通道12伸入对封闭型腔内的坯料实施挤锻，在挤孔驱动机构4的驱 动下挤孔头9先在坯料上挤孔，使坯料完成一次塑性变形，当挤孔到一定深度时，使挤孔头 9缩入至与上挤锻头5的挤锻端面平齐，再使上挤锻头5和挤孔头9同步动作挤锻坯料成 型。
[0027] 该成型装置按照挤孔、避让、挤锻的过程挤锻坯料，先在坯料上挤孔使坯料完成一 定量的变形，再挤锻整个坯料使坯料变形充满整个型腔并回填将挤出的孔也充满，使坯料 分两次塑性变形得到成型工件，一方面，改变了挤锻变形过程，坯料每次变形所需的挤锻力 较小，降低了挤锻难度，对设备的性能要求也降低；另一方面，挤出的孔起到分流材料的作 用，可改善金属的流动状态和坯料的充填性，提高了成型工件的内部结构性能；再者，挤孔 头9由挤孔驱动机构4驱动滑动伸缩，其还可用于将成型后的工件顶出，实现了挤孔和出料 的一体化。同时，采用封闭型腔包裹坯料进行挤锻，避免了开放式挤锻容易导致坯料不能完 全进入模腔的问题，提高了合格率，保障了模具的使用寿命。该成型装置的结构简单紧凑、 成本低、动作稳定可靠、能耗低、工作效率高、对设备零部件的要求和动力系统的要求也低， 大大降低了挤锻成型的难度。
[0028] 本实施例中，挤孔驱动机构4连接在上模驱动机构3的驱动端上，上模驱动机构3 工作时驱动上挤锻头5和挤孔驱动机构4同步运动，挤孔驱动机构4为依靠挤上模驱动机 构3的驱动力使挤孔头9挤孔的被动式驱动机构，即挤孔驱动机构4可驱动挤孔头9伸出 上挤锻头5的挤锻端面并保持挤孔头9处在伸出状态，也可使挤孔头9缩入上挤锻头5中， 但在挤孔时，挤孔驱动机构4不提供主动驱动力，其由上模驱动机构3驱动向挤锻坯料的方 向运动，进而带着挤孔头9在坯料上挤孔。
[0029] 上述被动式驱动机构具体包括与上模驱动机构3的驱动端相连的单向油缸41，单 向油缸41的进油口设有当单向油缸41内油压达到设定值时进行卸荷的控制阀组42。控制 阀组42为由电接点压力表控制通断的通断阀，例如，采用电接点压力表、电磁阀及插装阀 的组合，由电接点压力表检测压力，再通过电磁阀控制插装阀通断。打开通断阀可以将压力 油注入单向油缸41内，单向油缸41的伸缩杆伸出使挤孔头9伸出上挤锻头5的挤锻端面， 再关闭通断阀可使单向油缸41的伸缩杆保持伸出状态，进而挤孔头9也保持伸出上挤锻头 5的挤锻端面的状态，电接点压力表可检测单向油缸41的压力油腔内的油压，再根据该油 压是否达到其设定的压力值来相应控制通断阀的通断。挤孔时单向油缸41内的油压会因 坯料反作用力的增大而升高，当达到电接点压力表设定的压力值后，电接点压力表控制通 断阀打开对单向油缸41进行卸荷，从而使挤孔头9可以在挤锻反作用力下缩入上挤锻头5 中。由于挤孔头9在坯料上挤孔越深，坯料对挤孔头9的反作用力越大，单向油缸41的压 力油腔内的油压也越高，因此单向油缸41的压力油腔内的油压值也反应了挤孔头9挤入坯 料的位置，根据需要挤孔的深度，相应设置电接点压力表控制通断阀打开的压力值即可。该 种驱动结构只需采用一套驱动机构，通过一次动作即可完成挤孔、避让和挤锻成型，不需要 增加动力件和辅助的控制装置，也不会增加动力系统的负担，进一步降低了能耗，提高了工 作效率高，节省了设备成本。
[0030] 本实施例中，上模驱动机构3为上伸缩油缸，单向油缸41的缸体一体形成在上伸 缩油缸的伸缩杆上。即在伸缩油缸的伸缩杆上开设腔体和进油口，然后在该腔体内设置相 配合的活塞后形成单向油缸41，这样设置可以降低成本，提高驱动机构的刚性和结构紧凑 性。
[0031] 前述的上伸缩油缸包括主油缸和增压油缸，增压油缸的活塞的横截面积大于主油 缸的活塞的横截面积，主油缸的无杆腔内设有相配合的增压活塞，增压油缸的活塞杆与增 压活塞相连。成型装置的一次挤锻行程具有三个挤锻过程，第一个挤锻过程是挤孔头9和 下挤锻头7将坯料挤进封闭的型腔，并在坯料上打孔。当坯料上端的抗变力大于单向油缸 41的静压力时，单向油缸41卸荷，挤孔头9随坯料的形变而回程，同时主油缸的作用力通 过上挤锻头5连续对坯料做工迫使坯料形变，这是第二个挤锻过程，在此过程中，挤孔头9 的回程空间起到分流材料的作用，改善了材料的流动状态，从而降低载荷，改善坯料的填充 性。当坯料总抗变力大于主油缸作用力时，将主油缸无杆腔中的油封闭在腔体中，此时的整 个腔体的油可以看作是不可压缩的缸体，打开增压油缸的进油口进油，增压油缸工作，增压 油缸的作用力通过刚性油体传递到主油缸的活塞上，再传递到挤锻端面，迫使坯料继续发 生形变，并充满型腔，从而获得轮廓分明的产品零件，这是第三个挤锻过程。这三个挤锻过 程充分改善了坯料流动方式，降低了流动载荷，从而进一步减小了挤锻设备的负荷，减少了 挤锻工序和挤锻设备的数量，降低了成本，也节省了能源。
[0032] 本实施例中，单向油缸41的进油口还连接有被动式超压卸荷阀6,被动式超压卸 荷阀6的卸荷压力大于电接点压力表设定的压力值，当控制阀组42出现故障时，被动式超 压卸荷阀6可在单向油缸41内的油压达到其设定值后进行卸压，避免因压力过高而损坏单 向油缸41及其他液压元件，也保障了工作人员的安全，尤其是在金属塑性挤锻设备中，因 其液压系统的油压达到了几十兆帕甚至更高，如果高压油喷出极容易造成人员伤亡。
[0033] 如图4和图5所示，被动式超压卸荷阀6包括阀芯62和阀体61，阀芯62滑设于阀 体61中，阀芯62为回转体，阀体61上与阀芯62配合的内腔为圆柱腔体。阀芯62沿轴向 依次设有第一液压驱动部621、第二液压驱动部622和第三液压驱动部623,阀体61上设有 第一压力油腔611、第二压力油腔612和第三压力油腔613,其中，第一压力油腔611与液压 系统的低压油路(例如，从油泵或液压站输出的主工作油路)连通，第一压力油腔611与第一 液压驱动部621配合驱动阀芯62滑动，第二压力油腔612与单向油缸41的进油口连通，第 二压力油腔612与第二液压驱动部622配合驱动阀芯62滑动，第三压力油腔613与液压系 统的低压油路连通，第三压力油腔613与第三液压驱动部623配合驱动第三液压驱动部623 驱动阀芯62滑动。第二压力油腔612和第三压力油腔613的驱动方向为同向，并且与第一 压力油腔611的驱动方向相反，且第一液压驱动部621的液压驱动面积大于第二液压驱动 部622的液压驱动面积加上第三液压驱动部623的液压驱动面积之和。阀芯62根据第一 液压驱动部621、第二液压驱动部622和第三液压驱动部623所受的驱动力情况相应滑动， 阀芯62通过滑动使单向油缸41的进油口与液压系统的低压油路连通或断开。上述油压作 用面积是指各压力油腔驱动相应液压驱动部的实际驱动面积。
[0034] 本实施例中，第三压力油腔613设有可使单向油缸41的进油口与液压系统的低压 油路连通的通断口 614,第三液压驱动部623的端部随阀芯62滑动使通断口 614开启或关 闭。具体是，通断口 614位于第三压力油腔613和第二压力油腔612之间，第三液压驱动部 623的端部和通断口 614均设有圆锥面，阀芯62滑动时，可使第三液压驱动部623的端部的 圆锥面与通断口 614的圆锥面贴合形成一个环形封闭面，将通断口 614关闭，或者使第三液 压驱动部623的端部远离通断口 614,将通断口 614开启。当第一液压驱动部621所受的驱 动力大于第二液压驱动部622所受的驱动力和第三液压驱动部623所受的驱动力之和时， 阀芯62向关闭通断口 614的方向滑动，使第三液压驱动部623的端面与通断口 614贴合将 通断口 614关闭，第二压力油腔612和第三压力油腔613不连通；当第一液压驱动部621所 受的驱动力小于第二液压驱动部622所受的驱动力和第三液压驱动部623所受的驱动力之 和时，阀芯62向打开通断口 614的方向滑动，第三液压驱动部623的端面与通断口 614脱 离，通断口 614将第二压力油腔612和第三压力油腔613连通，此时，被动式超压卸荷阀6 进行卸荷，单向油缸41的高压油通过第二压力油腔612排放到第三压力油腔613中，也即 排放到液压系统的低压油路中。
[0035] 本实施例中，阀体61与阀芯62之间设有弹性元件63,弹性元件63为伸缩弹簧，该 伸缩弹簧压设在第一压力油腔611的内壁和阀芯62之间，在第一压力油腔611、第二压力油 腔612和第三压力油腔613不通入压力油的情况下，伸缩弹簧弹性压紧阀芯62,使阀芯62 处在关闭通断口 614的位置。
[0036] 本实施例中，阀芯62包括滑设于阀体61中的滑杆部，滑杆部的一端形成第三液压 驱动部623,滑杆部的中部设置环形凸台形成第二液压驱动部622,第一液压驱动部621和 滑杆部为分体结构，第一液压驱动部621装设于第一压力油腔611中，第一液压驱动部621 直接与滑杆部的另一端相抵。第一压力油腔611和第三压力油腔613分别位于阀芯62的 两端，第二压力油腔612位于阀芯62的中部。
[0037] 本实施例中，阀体61上还设有排油通道64,排油通道64连通阀体61与滑杆部配 合的内腔，且排油通道64设于靠近第一压力油腔611的位置处。该排油通道64可将从第二 压力油腔612渗向第一压力油腔611的高压油排出，进行卸压，避免影响第一压力油腔611 内的压力，保证了工作的可靠性和准确性。
[0038] 被动式超压卸荷阀6的工作原理： 使第一压力油腔611和第三压力油腔613与液压系统的压力油路相连，第二压力油腔 612与单向油缸41的进油口连接。如图5所示，第一液压驱动部621的油压作用面积为Sp 第二液压驱动部622的油压作用面积为（S 2 - S3)，第三液压驱动部623的油压作用面积为 S3。假设系统压力油路的油压为Pi，单向油缸41的工作油压为P 2，不考虑第三液压驱动部 623与凸台的贴合面积以及弹性元件63的弹性压紧力。
[0039] 被动式超压卸荷阀6的关阀力为P&，开阀力为P2 (S2 - S3) + P&，要使阀芯62 打开，就须使ΡΑ<Ρ2 (S2 - S3)+ Ρ#3，由于第一液压驱动部621的油压作用面积大于第 二液压驱动部622的油压作用面积加上第三液压驱动部623的油压作用面积之和，也即Si >(S 2 - S3)+ S3,因此，只有在己> Pi的情况下才能使P& < P2 (S2 - S3)+ Ρ#3。这样， 被动式超压卸荷阀6可使单向油缸41具有比系统压力油路的油压更高的工作油压，当单向 油缸41的工作油压Ρ 2达到足够高，使Pji <P2 (S2 - S3)+ PiS3时，才会驱动阀芯62打开 进行卸荷。单向油缸41背压的大小由Sp S2、S3的大小决定，但在设计制作时，可只改变Si 的大小，这也是将阀芯62的第一液压驱动部621制成分离的滑动件的目的，便于制作具有 不同背压的被动式超压卸荷阀6。
[0040] 上述被动式超压卸荷阀6采用三个压力油腔与三个液压驱动部配合驱动阀芯62 滑动来控制卸荷，通过合理设置各液压驱动部的液压驱动面积可控制卸荷的压力，也即控 制单向油缸41的最高工作压力，既可保证单向油缸41具有比液压系统的低压油路更高的 工作压力，又可在单向油缸41的高压油路超压时，通过驱动阀芯62滑动进行卸荷；同时，其 卸荷是将高压油路的高压油排放到低压油路中，使高压油能得到重复利用，降低了系统供 能的要求，达到了节能环保的目的，也降低了生产成本；其通过液压驱动的机械式结构实现 开启和关闭动作，不会出现不动作或者动作失误的情况，保证了工作的可靠性。该被动式超 压卸荷阀6可直接安装应用到需要将高压油路的高压油卸荷到低压油路的液压系统中，只 需将各压力油腔直接与液压系统中的压力油相连，不需要设置其他辅助的液压元件和电气 元件，具有结构简单、易于制作、动作灵敏、使用安全可靠、控制方便等优点。上述由电接点 压力表控制的通断阀和阀体61设在同一阀块上，使结构更加紧凑，并节省了制作成本。
[0041] 当然，在其他实施例中，挤孔驱动机构4也可以是其他形式的被动式驱动机构。例 如，单向油缸41与锁紧销的组合，先通过单向油缸41驱动挤孔头9伸出上挤锻头5,由锁 紧销锁止挤孔头9使其保持伸出上挤锻头5的挤锻端面的状态，挤孔后再解除锁紧销的锁 止作用，使挤孔头9可以在挤锻反作用力下缩入上挤锻头5中。或者重力件与锁紧销的组 合，由重力件拉动挤孔头9伸出上挤锻头5,由锁紧销锁止挤孔头9使其保持伸出上挤锻头 5的挤锻端面的状态，挤孔后再解除锁紧销的锁止作用，使挤孔头9可以在挤锻反作用力下 缩入上挤锻头5中。
[0042] 本实施例中，上模驱动机构3的驱动端与上模座13固接，上模座13上设有台阶 孔，上挤锻头5固定装设于台阶孔中。上挤锻头5的中部设有沿挤锻方向贯穿的通孔，通孔 的一端设有导向孔，挤孔头9滑设于通孔中，同时在挤孔头9的端部设有与导向孔滑动配合 的滑块，通过滑块与导向孔的配合，使挤孔头9的工作稳定性更好。单向油缸41的伸缩杆 穿过上模座13上的通孔与滑块固定连接，单向油缸41的伸缩杆运动到与缸体内腔上壁相 抵的上极限位置时，挤孔头9的挤锻端面也正好与上挤锻头5的挤锻端面平齐。
[0043] 本实施例中，下模2包括下模座23、下应力圈24、下动板25和下模芯26,下模芯 26通过下应力圈24安装于下动板25上，下动板25通过第一缓冲导向组件27与下模座23 相连，下模芯26上设有下模腔21以及与下模腔21连通的第二挤锻通道22,该第二挤锻通 道22与第一挤锻通道12沿合模方向同轴布置。第一缓冲导向组件27包括导向杆和伸缩 弹簧，导向杆的一端固定于下动板25上，另一端穿过下模座23上的导向孔中，伸缩弹簧装 设于下模座23和下动板25之间，压迫下动板25可使其克服伸缩弹簧的弹性力向下模座23 运动。
[0044] 下模2还设有下挤锻机构，下挤锻机构包括下挤锻头7,下挤锻头7的截面与上挤 锻头5的截面大小一致，下挤锻头7通过一出料驱动组件8装设于下模座23上。出料驱动 组件8包括下滑块81和装设于下模座23上的下伸缩油缸82,下滑块81滑设于下模座23 中，同时在下模座23上设有支承板83,该支承板83起支承下滑块81的作用。下伸缩油缸 82通过连杆与下滑块81相连，其可驱动下滑块81沿合模方向往复滑动，下挤锻头7固设于 下滑块81上随下滑块81同步运动。正常情况下，下滑块81支撑在支承板83上，下挤锻头 7相对下模座23保持固定不动，在合模进行挤锻时，下模芯26随下动板25向下运动，使下 挤锻头7沿第二挤锻通道22伸入型腔，进而下挤锻头7与上挤锻头5配合对坯料实施双向 挤压。开模后，下模芯26随下动板25复位，再通过下伸缩油缸82驱动下滑块81滑动，使 下挤锻头7伸出第二挤锻通道22将挤锻成型后的工件顶出。这样，下挤锻头7同时具备挤 锻和出料的作用，下挤锻头7挤锻时，第二挤锻通道22可保护下挤锻头7不被折断，并且下 挤锻头7和相关驱动机构都位于下模2内，减小了空间尺寸，使模具的整体结构更加简单紧 凑，也降低了制作成本。
[0045] 本发明结构紧凑，体积小，重量轻，与现有技术中油压挤压设备相比，结构的强度 和刚性大大提高，例如其上模座13与主油缸是连续性刚体，且上模座13的长度和宽度均缩 小，从而降低了上模座13的桡度，提高上模座13的刚度，因此，本发明在保证性能的前提下 有效减轻了主机的总重量。
[0046] 该成型装置尤其适用于金属的热挤锻成型，能够挤锻形面复杂的零件，如盘形正 齿轮、双凸通孔正齿轮、齿轮轴、阶梯轴、通孔圆环、各种法兰、大规格紧固件和各种回旋体 零件等。采用本发明对上述产品加工时，前述三个挤锻过程充分改善了其坯料流动方式，降 低了流动载荷，改善了制品内部微观组织和性能。而且，加工不同零件时，只需要更换模芯、 上挤锻头5、下挤锻头7和挤孔头9,而无需更换模具及自动机械手等其他辅助系统，本发明 的出料系统可以适应以上不同产品的出料需要，从而实现了同一台设备加工不同挤锻成型 对象的效果，使小批量、多品种的零件也可采用挤锻方式进行生产。本发明的挤锻长度尺寸 范围可达200?850_，解决了现有挤锻机挤锻长度没有通用性，需要由不同设备完成的缺 陷。
[0047] 本发明在势压站能够提供每秒上千万牛米的输出功能的前提下，挤锻组件可达到 每秒0. 3?0. 5米运动速度，坯料挤锻过程可在0. 2?0. 3秒钟内完成，迫使坯料产生高速 的几何形变，充满型腔，获得具有所需几何形状、尺寸及机械性能的产品零件。同时，由于本 发明的坯料挤压过程在0. 2?0. 3秒钟内完成，大大减少了坯料和模具的热传导时间。坯 料一般在1000?1200°C开始被挤压，而模具表面温升在500°C以下，封闭型腔表面压力不 超过200Mpa，因此，本发明大大降低了对模具的材料选用的要求，如40cr材质即可满足要 求，上挤锻头5、下挤锻头7和挤孔头9的材料采用一般热模具材料即可，大大降低了模具费 用。
[0048] 本实施例的用于金属塑性挤锻成型的成型装置在挤锻成型时，其工作过程如下： 上模驱动机构3驱使上模1远离下模2,模具处于开模状态；此时下伸缩油缸82不动 作，使下滑块81支承于支承板83上；先控制通断阀打开，向单向油缸41内注入压力油，单 向油缸41的伸缩杆伸出使挤孔头9伸出上挤锻头5的挤锻端面，然后控制通断阀断开使挤 孔头9保持伸出状态。
[0049] 将坯料置入下模2的下模腔21中，上模驱动机构3驱使上模1向下运动合模，当 上动板15与下动板25相贴时，米用锁模机构将上动板15和下动板25扣合锁紧，上模腔11 和下模腔21形成封闭的型腔，坯料被包裹在该封闭的型腔内。
[0050] 上模驱动机构3继续驱动上挤锻头5和单向油缸41同步向挤锻坯料的方向运动， 挤孔头9随单向油缸41也向挤锻坯料的方向运动，挤孔头9先于上挤锻头5与坯料接触进 行挤孔，由于单向油缸41内的压力油被封闭，挤孔头9不会后退缩入上挤锻头5,单向油缸 41内的油压力随挤孔深度的增加而增大。同时，第一缓冲导向组件27被压缩，使下模芯26 相对于下挤锻头7向下运动，下挤锻头7伸入型腔与坯料接触进行挤锻。
[0051] 当挤孔头9挤到一定深度后，单向油缸41内的油压力达到电接点压力表的设定压 力值，电接点压力表控制通断阀打开对单向油缸41进行卸压，挤孔头9失去单向油缸41的 伸缩杆作用力，此时上模驱动机构3继续驱动上挤锻头5和单向油缸41同步向挤锻坯料的 方向运动，由于上挤锻头5与上模驱动机构3刚性连接，其继续运动挤向坯料，挤孔头9则 在坯料的反作用力下向上挤锻头5内缩入。直至挤孔头9缩入至与上挤锻头5的挤锻端面 平齐，单向油缸41的伸缩杆运动到上极限位置使挤孔头9无法继续后退，上挤锻头5和挤 孔头9共同运动挤锻坯料。最终，在挤孔头9、上挤锻头5和下挤锻头7的挤锻作用下，将坯 料挤锻成型得到需要的工件。
[0052] 工件挤锻成型后，上模驱动机构3驱动上模1整体向上运动开模，同时下伸缩油缸 82驱动下挤锻头7伸出将成型后的工件顶出。
[0053] -次挤锻完成后，即开始对模芯、上挤锻头5、下挤锻头7及出料机构进行高压风 冷却和表面清洁。在重新放入坯料前对上挤锻头5和上模1喷涂润滑液，而由下挤锻头7 和下模2组成的型腔也同时喷满润滑液，再通过机械手放入新的热坯料，热挤锻机完成自 动装料、合模、锁模，再次喷入润滑液使热状坯料与模具处于隔离状态，热传导被减小，模具 所受热量很小。
[0054] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施 例。对于本【技术领域】的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变 换也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种用于金属塑性挤锻成型的成型装置，包括上模（1)、下模（2)以及与上模（1)相 连的上模驱动机构（3)，其特征在于：所述上模（1)设有上模腔（11)、上挤锻组件以及与上 模腔（11)连通的第一挤锻通道（12 )，所述下模（2 )设有用于与所述上模腔（11)配合形成封 闭型腔的下模腔（21)，所述上挤锻组件包括挤孔头（9)以及与上模驱动机构（3)相连的上 挤锻头（5)，所述挤孔头（9)沿挤锻方向滑设于所述上挤锻头（5)中，所述上挤锻组件还包 括可驱动挤孔头（9 )伸出上挤锻头（5 )在坯料上挤孔、且在挤出孔后使挤孔头（9 )缩入上挤 锻头（5)并与上挤锻头（5)共同挤锻坯料的挤孔驱动机构（4)。
2. 根据权利要求1所述的用于金属塑性挤锻成型的成型装置，其特征在于：所述挤孔 驱动机构（4)与上模驱动机构（3)相连并依靠上模驱动机构（3)的驱动力使挤孔头（9)挤 孔。
3. 根据权利要求2所述的用于金属塑性挤锻成型的成型装置，其特征在于：所述挤孔 驱动机构（4)包括与所述上模驱动机构（3)的驱动端相连的单向油缸（41)，所述单向油缸 (41)的进油口设有在单向油缸（41)内油压达到设定值时进行卸荷的控制阀组（42)。
4. 根据权利要求3所述的用于金属塑性挤锻成型的成型装置，其特征在于：所述控制 阀组（42)包括由电接点压力表控制通断的通断阀。
5. 根据权利要求3所述的用于金属塑性挤锻成型的成型装置，其特征在于：所述上模 驱动机构（3)包括上伸缩油缸，所述单向油缸（41)的缸体一体形成在所述上伸缩油缸的伸 缩杆上。
6. 根据权利要求3所述的用于金属塑性挤锻成型的成型装置，其特征在于：所述单 向油缸（41)的进油口还连接有被动式超压卸荷阀（6)，所述被动式超压卸荷阀（6)包括阀 体（61)以及滑设于所述阀体（61)中的阀芯（62)，所述阀芯（62)沿轴向依次设有第一液压 驱动部（621 )、第二液压驱动部（622 )和第三液压驱动部（623 )，所述阀体（61)上设有与液 压系统的低压油路连通并驱动第一液压驱动部（621)的第一压力油腔（611)、与单向油缸 (41)的进油口连通并驱动第二液压驱动部（622)的第二压力油腔（612)以及与液压系统的 低压油路连通并驱动第三液压驱动部（623)的第三压力油腔（613)，所述第二液压驱动部 (622)和第三液压驱动部（623)的驱动方向为同向并且与第一液压驱动部（621)的驱动方 向相反，所述第一液压驱动部（621)的油压作用面积大于所述第二液压驱动部（622)的油 压作用面积加上所述第三液压驱动部（623)的油压作用面积之和，所述阀芯（62)通过滑动 使所述单向油缸（41)的进油口与液压系统的低压油路连通或断开。
7. 根据权利要求1飞中任一项所述的用于金属塑性挤锻成型的成型装置，其特征在 于：所述下模（2)还设有下挤锻机构以及与所述下模腔（21)连通的第二挤锻通道（22)，所 述下挤锻机构包括下挤锻头（7 )，所述下挤锻头（7 )滑设于所述第二挤锻通道（22 )中。
8. 根据权利要求7所述的用于金属塑性挤锻成型的成型装置，其特征在于：所述上模 (1)包括上模座（13)、上应力圈（14)、上动板（15)和上模芯（16)，所述上模座（13)与上模 驱动机构（3)刚性连接，所述上模芯（16)通过上应力圈（14)安装于上动板（15)上，所述上 模腔（11)和第一挤锻通道（12 )设于所述上模芯（16 )上；所述下模（2 )包括下模座（23 )、下 应力圈（24)、下动板（25)和下模芯（26)，所述下模芯（26)通过下应力圈（24)安装于下动 板（25 )上，所述下模腔（21)和第二挤锻通道（22 )设于所述下模芯（26 )上；所述第二挤锻 通道（22 )和第一挤锻通道（12 )沿合模方向同轴布置，所述上模腔（11)和下模腔（21)配合 形成的封闭型腔沿挤锻方向的长度为200?850mm。
9. 根据权利要求8所述的用于金属塑性挤锻成型的成型装置，其特征在于：所述上动 板（15)通过第二缓冲导向组件（17)与上模座（13)相连并可相对于上模座（13)往复滑动， 所述下动板（25)通过第一缓冲导向组件（27)与下模座（23)相连并可相对于下模座（23) 往复滑动。
10. 根据权利要求8所述的用于金属塑性挤锻成型的成型装置，其特征在于：所述成 型装置还包括用于驱动下挤锻头（7)顶出坯料的出料驱动组件（8)，所述出料驱动组件（8) 包括滑设于下模座（23)上的下滑块（81)以及装设于下模座（23)上的下伸缩油缸（82)，所 述下模座（23)上设有用于支承所述下滑块（81)的支承板（83)，所述下挤锻头（7)固设于所 述下滑块（81)上，所述下伸缩油缸（82 )与所述下滑块（81)相连并可驱动下滑块（81)带着 下挤锻头（7 )滑动伸入所述下模腔（21)。
【文档编号】B21C25/02GK104084440SQ201410349323
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】龙西新 申请人:株洲市文佳实业有限公司