一种增压装置及其增压机构的制作方法

本发明涉及一种增压装置及其增压机构。

背景技术：

液态模锻工艺要求将金属熔体浇入凹模型腔后，上模与凹模快速合模并对模腔内的液态或半固态金属施以较高的机械压力，使其在压力下结晶凝固并产生一定塑性变形，从而消除铸造缺陷，获得高质量的液锻件。液态模锻工艺一般使材料在30mpa～120mpa的压力下结晶凝固冷却成型，液压机是液态模锻的常用设备，可以满足一般尺寸零件的成型工艺要求，但对于横截面尺寸较大的液锻件，就需要使用大吨位的液压机，设备成本高。

授权公告号为cn207013491u的中国实用新型专利公开了一种增力机构，该增力机构包括机架，机架上设有滑块，滑块的下方设有压力板，滑块与压力板之间设有在滑块上下运动时带动压力板上下运动的连杆机构，连杆机构包括铰接在滑块上的左上连杆和右上连杆，左上连杆与压力板之间设有与二者铰接的左下连杆，右上连杆与压力板之间设有与二者铰接的右下连杆，机架上并位于滑块的外侧的位置还铰接有左外连杆和右外连杆，左外连杆与左下连杆铰接，右外连杆和右下连杆铰接。

上述的增力机构在使用时，滑块向下运动时，左上连杆向外侧推动左下连杆以及左外连杆，右上连杆向外侧推动右下连杆以及右外连杆，由于左外连杆和右外连杆是连接在机架上，左下连杆以及右下连杆受到的竖直方向的作用力逐渐增大，当左下连杆与左外连杆接近共线、右下连杆与右外连杆接近共线时，压力板受到竖直方向的压力接近无穷大，因此，在输入较小作用力时就能得到很大的输出作用力，起到增力的效果。但是由于上述增力机构中的各个连杆均铰接在不同的位置，在开模和合模时滑块的行程最大为左上连杆和左下连杆的长度之和，导致增力机构的行程较短，模具的开模空间小。在将该增力机构应用到液压机上时，由于增力机构行程的限制，在开模后开模空间较小，对于挤压成形、液态模锻等需要较大操作空间的情况，则无能为力。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种增压机构，以解决现有技术中增压机构受曲肘连杆的约束影响导致行程较小，无法具有较大开模空间而无法用于需要较大空间的情况的问题；本发明的目的还在于提供一种具有该增压机构的增压装置，以解决现有技术的增压装置由于受到曲肘连杆机构的约束影响导致行程小，无法具有较大开模空间导致加工效率低的问题。

为实现上述目的，本发明增压机构的技术方案是：

增压机构包括合模施压机构和约束框架，合模施压机构包括固定器和连接器，在使用时下模固定于约束框架内，上模连接在固定器上，连接器与液压机的活动横梁连接，固定器与连接器之间设有至少两组对称布置的曲肘连杆机构，固定器通过曲肘连杆机构吊装在连接器的下方，曲肘连杆机构包括第一肘杆、第二肘杆以及连杆，其中第一肘杆与第二肘杆铰接、连杆与第一肘杆铰接，或第一肘杆、第二肘杆和连杆三者同轴铰接，第一肘杆的另一端铰接在固定器上，连杆的另一端铰接在连接器上；合模施压机构还包括用于在合模前在连杆机构受拉力状态下，保证被铰接的第一肘杆和连杆之间具有一定角度而不会被拉直的摆动限位结构，曲肘连杆机构还包括设置在第一肘杆和第二肘杆之间、以在合模之前将第二肘杆保持在向外倾斜的初始位置的肘杆限位结构；所述第二肘杆的另一端具有配合结构，所述约束框架上位于第二肘杆的外侧设有滑穴，第一肘杆向外摆动时，所述第二肘杆滑入滑穴并与滑穴抵顶配合，并绕抵顶位置摆动以顶撑固定器实现合模增压，所述配合结构在液压机回程开模时与所述滑穴相对分离。

该技术方案的有益效果在于：连杆、第一肘杆与第二肘杆相互铰接形成曲肘连杆机构，固定器与连接器同步下行合模，合模之后固定器暂停下行，连接器受推动继续下行，第一肘杆受压向外摆动，第二肘杆的配合结构卡入约束框架的滑穴内，滑穴与配合结构抵顶配合而对上模施压增压，曲肘连杆机构将液压机的压力放大，对模具加压，产生极大的成型力，保证产品的加工精度，可采用较小吨位的液压缸成型较大的制件；液压机回程开模时，连接器先被带动上行，曲肘连杆机构复位，实现卸压，第二肘杆可以从滑穴中带出，之后固定器与连接器同步上行开模，第二肘杆随第一肘杆以及连杆一起移动，这种结构形式能够使增压机构具有较大的开模空间，适用于液态模锻、挤压成形等需要较大操作空间的情况，便于工艺操作。

进一步的，所述第二肘杆的远离第一肘杆的一端为端面呈弧形的弧面配合端，所述配合结构由第二肘杆的弧面配合端构成。配合结构由第二肘杆的端部形成，便于第二肘杆落入及退出滑穴。

进一步的，所述第一肘杆上设置有限位挡销，第二肘杆上设有供限位挡销插入的弧形挡槽，所述第一肘杆不受压力时限位挡销与弧形挡槽的一侧槽壁挡止配合使第二肘杆与第一肘杆之间具有一定夹角，受压力时第二肘杆可以随第一肘杆一起向外摆动，所述肘杆限位结构由限位挡销和弧形挡槽形成。限位挡销和弧形挡槽作为肘杆限位，整体结构简单，便于装配，而且限位比较稳定可靠。

进一步的，所述固定器上装有限位销使第一肘杆和连杆之间具有一定的初始角度而不会被拉直，所述限位销构成所述摆动限位结构。这种限位结构加工简单，使用方便。

进一步的，所述滑穴包括约束面和与约束面连接的过渡面，所述配合结构经由过渡面的引导后滑入约束面。过渡面可以对配合结构起到引导作用，约束面形成抵顶位置，增大了与第二肘杆的配合结构的接触面积。

进一步的，所述约束框架包括底板和固定连接在底板上的侧板，所述滑穴设置在侧板上。约束框架的结构布局简单，使用方便。

本发明增压装置的技术方案是：

增压装置包括增压机构和连接在增压机构上的上模、下模，增压机构包括合模施压机构和约束框架，合模施压机构包括固定器和连接器，在使用时下模固定于约束框架内，上模连接在固定器上，连接器与液压机的活动横梁连接，固定器与连接器之间设有至少两组对称布置的曲肘连杆机构，固定器通过曲肘连杆机构吊装在连接器的下方，曲肘连杆机构包括第一肘杆、第二肘杆以及连杆，其中第一肘杆与第二肘杆铰接、连杆与第一肘杆铰接，或第一肘杆、第二肘杆和连杆三者同轴铰接，第一肘杆的另一端铰接在固定器上，连杆的另一端铰接在连接器上；合模施压机构还包括用于在合模前在连杆机构受拉力状态下，保证被铰接的第一肘杆和连杆之间具有一定角度而不会被拉直的摆动限位结构，曲肘连杆机构还包括设置在第一肘杆和第二肘杆之间、以在合模之前将第二肘杆保持在向外倾斜的初始位置的肘杆限位结构；所述第二肘杆的另一端具有配合结构，所述约束框架上位于第二肘杆的外侧设有滑穴，第一肘杆向外摆动时，所述第二肘杆滑入滑穴并与滑穴抵顶配合，并绕抵顶位置摆动以顶撑固定器实现合模增压，所述配合结构在液压机回程开模时与所述滑穴相对分离。

该技术方案的有益效果在于：连杆、第一肘杆与第二肘杆相互铰接形成曲肘连杆机构，固定器与连接器同步下行合模，合模之后固定器暂停下行，连接器受推动继续下行，第一肘杆受压向外摆动，第二肘杆的配合结构卡入约束框架的滑穴内，滑穴与配合结构抵顶配合而对上模施压增压，曲肘连杆机构将液压机的压力放大，对模具加压，产生极大的成型力，保证产品的加工精度，可采用较小吨位的液压缸成型较大的制件；液压机回程开模时，连接器先被带动上行，曲肘连杆机构复位，实现卸压，第二肘杆可以从滑穴中带出，之后固定器与连接器同步上行开模，第二肘杆随第一肘杆以及连杆一起移动，这种结构形式能够使增压装置具有较大的开模空间，适用于液态模锻、挤压成形等需要较大操作空间的情况，便于工艺操作。

进一步的，所述第二肘杆的远离第一肘杆的一端为端面呈弧形的弧面配合端，所述配合结构由第二肘杆的弧面配合端构成。配合结构由第二肘杆的端部形成，便于第二肘杆落入及退出滑穴。

进一步的，所述第一肘杆上设置有限位挡销，第二肘杆上设有供限位挡销插入的弧形挡槽，所述第一肘杆不受压力时限位挡销与弧形挡槽的一侧槽壁挡止配合使第二肘杆与第一肘杆之间具有一定夹角，受压力时第二肘杆可以随第一肘杆一起向外摆动，所述肘杆限位结构由限位挡销和弧形挡槽形成。限位挡销和弧形挡槽作为肘杆限位，整体结构简单，便于装配，而且限位比较稳定可靠。

进一步的，所述固定器上装有限位销使第一肘杆和连杆之间具有一定的初始角度而不会被拉直，所述限位销构成所述摆动限位结构。这种限位结构加工简单，使用方便。

进一步的，所述滑穴包括约束面和与约束面连接的过渡面，所述配合结构经由过渡面的引导后滑入约束面。过渡面可以对配合结构起到引导作用，约束面形成抵顶位置，增大了与第二肘杆的配合结构的接触面积。

进一步的，所述约束框架包括底板和固定连接在底板上的侧板，所述滑穴设置在侧板上。约束框架的结构布局简单，使用方便。

附图说明

图1为本发明的增压机构在使用时处于开模状态的结构示意图；

图2为图1的增压机构在刚刚合模的结构示意图；

图3为图1的增压机构的第二肘杆进入滑穴时的结构示意图；

图4为图1的增压机构的第一肘杆与第二肘杆接近同轴时处于最大增压状态的结构示意图；

图5为本发明的增压机构的连杆、第一肘杆、第二肘杆与滑穴的结构放大示意图；

图6为图1的增压机构的肘杆限位结构与摆动限位结构的示意图。

图中各标记：11.连接器；12.导柱；13.铰接轴；21.连杆；22.第二肘杆；23.第一肘杆；24.铰接轴；25.配合结构；31.固定器；32.铰接轴；41.滑穴；42.约束框架；43.底板；44.侧板；45.过渡面；46.约束面；51.上模；52.顶板；53.凹模；54顶杆；111.限位销；112.限位挡销；113.弧形挡槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的增压机构的实施例1，该增压机构用于大型工件的液态模锻工艺。如图1至图6所示，该增压机构包括安装在液压机活动横梁上的合模施压机构和安装在液压机工作台上的约束框架42。具体结构如图1、图2、图3与图4所示，约束框架42为组合结构，约束框架42包括底板43和固定连接在底板43上的侧板44，底板43用于安装液锻模具的下模，底板43上设有供顶杆54穿过的穿孔。侧板44与底板43刚性连接，侧板44的上方连接有横杆以对侧板44进行横向约束。

合模施压机构则包括用于与液压机的活动横梁连接的连接器11以及与连接器11浮动连接的固定器31，固定器31上开设有导柱孔，连接器11上固定有导柱12，连接器11与固定器31通过导柱12上下方向导向装配，固定器31的下端用于安装上模51。

定义约束框架42的左右方向即为图1中的视图的左右方向，连接器11与固定器31之间设有四组左右对称布置的曲肘连杆机构，每侧具有两组曲肘连杆机构，在其他实施例中，曲肘连杆机构的组数也可以设置其他数量的组数。曲肘连杆机构包括第一肘杆23、第二肘杆22和连杆21，第一肘杆23、第二肘杆22和连杆21三者通过一个铰接轴24同轴铰接，可以减少铰接轴的数量，简化曲肘连杆机构的形式，第一肘杆23和第二肘杆22形成曲肘机构。第一肘杆23位于连杆21和第二肘杆22的下方，第一肘杆23的另一端通过铰接轴32铰接在固定器31上，连杆21的另一端通过铰接轴13铰接在连接器11上。第一肘杆23的下端的端面为圆弧面，固定器31上具有与第一肘杆23的圆弧面适配且曲率相同的配合面，从而增大第一肘杆23与固定器31的接触面积。

定义如图1所示的连杆21和第一肘杆23的轴线间具有一定角度时的状态为初始状态，即上模51和下模未接触时曲肘连杆机构的状态为初始状态；如图4所示的在塑性成形结束，第一肘杆23与第二肘杆22的轴线接近重合时的状态为终了状态，此时曲肘连杆机构处于极限位置。

定义如图1至图4所示的靠近两组曲肘连杆机构对称轴线的一侧为内侧，远离对称轴线的一侧为外侧，在固定器31上于第一肘杆内侧的摆动路径上横向设置有限位销111，使连杆21与第一肘杆23之间在受拉力时具有一定夹角，该夹角的设置能够使连杆21与第一肘杆23受压力时第一肘杆23可以向外侧摆动而不会被卡死，也就是在合模后，连接器11继续被液压机的活动横梁推动，使得第一肘杆向外摆动，该限位销111则构成了将被铰接的第一肘杆和连杆之间具有一定角度而不会被拉直的摆动限位结构。在第一肘杆23上设置有限位挡销112，在第二肘杆22上对应设置有弧形挡槽113，在图6所示位置的曲肘连杆机构处于初始状态下，由于限位挡销112和弧形挡槽113的作用，第二肘杆22在不受力时，在重力作用下保持在向外倾斜一定角度的初始位置处而不会逆时针摆动，但可以顺时针摆动一定角度，该限位挡销112和弧形挡槽113构成了肘杆限位结构。

如图1与图2所示，第二肘杆22远离第一肘杆23的一端为端面呈弧形的弧面配合端，第二肘杆22上具有弧面配合端形成配合结构25，配合结构25处于第一肘杆23径向方向的外侧。约束框架42的侧板44靠近第二肘杆22的内壁面凹设有凹槽，凹槽的数量与曲肘连杆机构的数量相同且位置与第二肘杆22的配合结构25的位置相对应，凹槽形成用于容纳第二肘杆22的配合结构25的滑穴41，第一肘杆23在向外摆动时，第二肘杆22的配合结构25落入滑穴41内。而上述的肘杆限位结构能够在第一肘杆向外摆动时使第二肘杆22的配合结构25滑入至滑穴41内并与滑穴41配合以顶撑固定器11实现合模增压。

滑穴41包括过渡面45和与过渡面45光滑连接的约束面46，过渡面45为竖直的平面，约束面46为与第二肘杆22的配合结构25曲率相同的曲面，配合结构25经由过渡面45的引导后滑入约束面46内，在合模施压机构朝向施压方向移动并受到模具的阻碍时，第二肘杆22的配合结构25受到第一肘杆23与连杆21的作用力而随第一肘杆23向外摆动靠到过渡面45上进而滑动到约束面46内，侧板44的约束面46与第二肘杆22的配合结构25形成抵顶配合。

如图1、图2、图3与图4所示，本发明的增压机构在对工件进行液态模锻作业时，将模具的上模51固定连接在固定器31上，下模包括凹模53，凹模53固定在约束框架42的底板43上，凹模53内安装有用于顶出液锻件的顶板52，顶板52的下部顶接安装有顶杆54，顶杆54滑动穿过底板43与液压机顶出缸活塞接触。

液态模锻增压机构的工作过程包括液压机带动增压机构及固定在增压机构上的上模下行的合模过程和合模后的增压过程。

在开模状态下，向凹模53内浇入一定量的金属溶体坯料，当坯料降到一定温度（呈液态或半固态）时，液压机工作并通过活动横梁带动合模施压机构及上模51快速下行，当上模51与凹模53接近合模时，液压机慢速下行合模，使坯料产生流动充满闭合模腔；在上模51与凹模53合模前，连杆21、第一肘杆23以及第二肘杆22之间的角度始终不变；当在上模51接触凹模53中的坯料后，上模51及固定器31暂停运动，液压机的活动横梁带动连接器11继续下行，坯料对模具产生的反作用力传给增压机构，连杆21与第一肘杆23间的高度被压缩，使连杆21和第一肘杆23向外侧摆动，带动第二肘杆22一起摆动，第二肘杆22的配合结构25进入约束框架42上的滑穴41内，直至触到过渡面45；液压机的活动横梁带动连接器11继续下行，连杆21与第一肘杆23继续向外摆动，由于第二肘杆22的配合结构25受过渡面45的横向约束，使配合结构25向上运动一小段距离后，滑入约束面46内；液压机的活动横梁带动连接器11继续慢速下行，使连杆21推动第一肘杆23绕与固定器31的铰接点摆动，带动第二肘杆22绕约束面46摆动，第一肘杆23与第二肘杆22的轴线逐渐趋于伸直；由于约束面为刚性约束结构，不会产生运动，第一肘杆23与第二肘杆22的轴线伸直的结果会迫使与第一肘杆23铰接的固定器31及上模51下行并对闭合模腔中的坯料施压，使坯料在上模51与凹模53组成的闭合模腔变形并结晶凝固冷却成型最终形成液锻件，而上述的在合模以后的模具下行加压过程速度远较液压机下行速度慢，实现稳定的加压，非常适合液态模锻工艺对模具压力的要求。

回程时，连接器11随液压机的活动横梁上行，此时连杆21、第一肘杆23向内摆动复位，带动第二肘杆22从滑穴41内脱出，此时固定器31及上模51回程速度较慢，保证模具慢速稳定卸压；之后连接器继续上行，并通过连杆21、第一肘杆23带动固定器31以及上模51上行，此时已经处于分模过程，上行速度较快，由于增压机构的行程不受第二肘杆22以及第一肘杆23的摆动行程限制，液压机的活动横梁可以带动合模施压机构一同上行，增大了开模空间；液压机的下顶出缸工作，通过顶杆54、顶板52将液锻件从凹模53内顶出实现脱模；此后，顶出缸回程，并重复上述动作，进行下一次成型。

在此过程中，该增压机构动作迅速可靠，具有快速下行、慢速加压、慢速卸压和快速回程的特点，有利于争取时间，实施合理的成型工艺。

在图4所示状态，曲肘连杆机构接近于极限位置时，第一肘杆23、第二肘杆22的轴线接近重合，具有较大的轴向刚性；连杆21的中心线（轴线）与合模运动方向具有较大的夹角，对液压机的活动横梁提供的的压力具有很大的轴向放大作用；连杆21的加力方向与曲肘机构的轴线接近垂直，能够对曲肘机构伸直具有最大的加压效果；曲肘机构的轴线与压机作用力方向具有较小的夹角，在模具受力方向具有大的分力。因此，该曲肘连杆机构在有效的工作范围内具有较大的增压效果，增压倍数可达数十倍；在接近轴线相对垂直的死点位置处时，增压比甚至可达上千倍。在液锻成型工艺中，熔体结晶凝固冷却成型时变形抗力逐渐变大，而本增压机构的增压作用也是逐步加强的，成型的液锻件具有更高的组织性能和力学性能。

在增压过程中，上模51与凹模53的的合模刚度主要与模具本身、固定器31、第一肘杆23和第二肘杆22、各铰接轴、约束框架42的刚度及各零件接触面的接触刚度有关，而液压缸的压力影响极小。模具、固定器31、第一肘杆23、第二肘杆22、约束框架42的刚度很容易提高，并且，由于第一肘杆22的配合结构25与滑穴41的约束面半径相同，具有较大的接触面积。这样就使其整个增压机构具有极大的刚度，可提高液锻件的精度和性能。

该增压机构在实际的工作过程中具有以下有益效果：

1）模具的工作行程与液压机液压缸行程有关，不受增压机构的限制，具有较大的行程，为液锻成型时的液体浇注和锻件脱模提供更大的操作空间；

2）能够进行快速下行合模，慢速施压增压，慢速卸压、快速上行开模，有利于争取时间，实施合理的成型工艺；

3）具有很大的增压作用，可以采用较小的成型设备，生产大的液锻件产品。

与使用大吨位液压机相比，可使模具的动作迅速，模具的合模刚度大，制件精度及质量高；需要提供的液压力小；提供的开合模行程大，操作方便。

本实施例中，限位销横向布置，在其他实施例中，限位销也可以纵向设置，限位销的外壁对第一肘杆进行限位，也可以对连杆进行限位。

本实施例中，限位销形成摆动限位结构，在其他实施例中，也可以在连杆与第一肘杆上设置在第一肘杆与连杆摆动时互相挡止的挡块，第一肘杆与连杆不受连接器的作用力时，第一肘杆与连杆上的挡块互相挡止，第一肘杆向外倾斜，挡块形成摆动限位结构。

本实施例中第一肘杆上的限位挡销和第二肘杆上的弧形挡槽相互作用而构成肘杆限位结构，而在其他实施例中，也可以在第二肘杆与第一肘杆上设置在第一肘杆与第二肘杆摆动时互相挡止的挡块，第一肘杆与第二肘杆不受连杆的作用力时，第一肘杆与第二肘杆上的挡块互相挡止，第二肘杆向外倾斜，挡块形成肘杆限位结构。限位挡销可以为圆柱销、方形销或者其他形状，不做具体限定。

在本实施例中，连接器与固定器通过导柱与导柱孔导向装配，在其他实施例中，也可以在机架上设置沿竖直方向延伸的导轨，固定器与连接器沿导轨导向移动；也可以在固定器上设置导柱，连接器上设置导套，连接器与固定器通过导柱和导套实现导向装配。

在本实施例中，滑穴包括过渡面和约束面，在其他实施例中，滑穴还可以整体构成为与第二肘杆的配合结构曲率相同的曲面。

本实施例中连杆、第一肘杆与第二肘杆同轴铰接，在其他实施例中，也可以在第一肘杆上设置两个偏心的铰接轴，连杆与第二肘杆分别与两个铰接轴中的一个铰接。

本实施例中第二肘杆在合模施压机构朝向施压方向移动时为倾斜向上的，在其他实施例中，也可以在约束框架的滑穴的下方设置挡块，第二肘杆在合模施压机构朝向施压方向移动时为水平布置或者倾斜向下的，第二肘杆在下行时受到挡块的挡止作用而向上摆动并进入滑穴内，此时省略滑穴的过渡面，仅保留约束面。

本发明的增压机构的实施例2，与实施例1的区别在于：实施例1中滑穴的过渡面为内侧壁竖直的平面，在本实施例中，过渡面也可以为斜面或曲面。

本发明的增压机构的实施例3，与实施例1的区别在于：实施例1中配合结构由第二肘杆远离第一肘杆的端部形成，在本实施例中，在第二肘杆的端部转动装配有销轴，销轴的两端伸出第二肘杆的壁面且与滑穴转动配合，配合结构由销轴形成。

本发明的增压装置的实施例，包括增压机构和连接在增压机构上的下模、上模，增压机构的结构与上述的增压机构的实施例中的结构一致，不再详细展开。