液态模锻装置及其增压机构的制作方法

本发明涉及成型装置，特别适用于液态模锻装置及其增压机构。

背景技术：

液态模锻工艺要求将金属熔体浇入凹模型腔后，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，获得高质量锻件。具有省力、节能和材料利用率高的特点，其工件的力学性能可以接近或达到同种合金的锻件水平。

液态模锻工艺要求熔体凝固时具有的30～120mpa的压力。该压力需要由液压机（一般是液压机）来提供。液锻件横截面尺寸越大，需要的设备吨位也越大，设备成本也越高；另外液压机吨位越大，受液压系统供油量的影响，下行速度越慢，从而影响成型工艺和工件的质量。为了能够在较小的液压机上生产较大的产品，需要通过增压机构将液压机的压力放大。

申请公布号为cn106182861a，申请公布日为2016.12.07的中国发明专利申请公开了一种用于复合传动液压机的油缸-连杆驱动系统，包括对称连杆增力机构和液压机油缸，其中对称连杆增力机构由左右对称的两组四个连杆机构组成，每一组连杆机构由肘杆、肘销、出力杆、出力销、驱动杆、驱动销、铰接销构成，肘杆通过肘销连接液压机的上横梁，驱动杆通过驱动销连接液压机的小滑座，出力杆通过出力销与液压机的滑块连接，肘杆、驱动杆和出力杆又通过铰链销连接组成曲肘连杆机构，通过液压机的油缸的运动带动液压机的滑块，实现液压机的往复运动。

上述曲肘连杆机构在接近下死点位置（极限位置）时具有6-8倍的增力系数，出力杆相当于肘杆，驱动杆相当于连杆，两肘杆组成曲肘机构，其中一肘杆与连杆组成连杆机构，两肘杆与连杆共同组成曲肘连杆机构。可考虑将上述曲肘连杆机构应用于液锻模具上，作为液锻模具的增压机构。但是，在使用时，上述曲肘连杆机构的两肘杆均与连杆铰接，液压机的最大开模空间为两肘杆的长度，模具开模空间小，无法提供足够大的操作空间。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种液态模锻增压机构，以解决现有技术中在液锻模具上使用曲肘连杆机构增压时，模具的开模行程小，无法提供足够大操作空间的问题；本发明的目的还在于提供一种解决上述问题的液态模锻装置。

本发明的液态模锻增压机构采用如下技术方案：

液态模锻增压机构包括合模施压机构和约束框架，所述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，固定器下行过程中与约束框架导向配合，固定器与连接器之间设置有至少两组对称布置的连杆机构，固定器通过连杆机构吊装在连接器的下方；连杆机构包括与固定器铰接的第一肘杆、与连接器铰接的连杆，连杆与第一肘杆之间相互铰接，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间具有一定角度而不会被拉直的摆动限位结构；第一肘杆在和连杆的铰接位置或靠近铰接位置处设有铰接配合结构，约束框架上铰接有第二肘杆，第二肘杆与约束框架之间设有使第二肘杆的自由端悬伸在设定位置的弹性保持件，第二肘杆的自由端设有卡接结构，所述卡接结构在液压机下行合模时与铰接配合结构相连并形成铰接关系而使连杆机构与第二肘杆共同构成曲肘连杆机构，所述卡接结构在液压机回程时与所述铰接配合结构相对分离。

本发明的有益效果是：液压机为液态模锻增压机构提供动力实现模具的开合模，活动横梁下行时，固定器与约束框架导向配合使上模、下模顺利合模；合模完成后，连接器继续下行，第一肘杆和连杆受压力向外摆动，使铰接配合结构与卡接结构形成铰接关系，连杆机构与第二肘杆共同构成曲肘连杆机构，通过曲肘连杆机构将液压机的压力放大，产生极大的成型力，使模腔高度减小，模腔中的液体坯料在较大压力下冷却、凝固、定型，成为高力学性能的液锻件，不仅保证产品的加工精度，还可以采用较小吨位的液压缸成型较大尺寸的液锻件；在液压机回程过程，连杆机构和第二肘杆可通过卡接结构与铰接配合结构实现分离，模具的开模空间不受曲肘连杆机构的约束，具有较大的行程，为液态模锻工艺的浇注过程和脱模过程提供足够大的操作空间。

为简化液态模锻增压机构的结构，本方案中所述第一肘杆上设有机构铰接轴，所述第二肘杆的自由端上设有轴槽，在液压机下行合模时机构铰接轴滑入轴槽中并形成铰接关系而使连杆机构与第二肘杆形成曲肘连杆机构，所述机构铰接轴构成所述铰接配合结构，所述轴槽构成所述卡接结构。

为方便第一肘杆与第二肘杆、第一肘杆与连杆铰接的铰接轴的结构设计，本方案中所述第一肘杆上设有两个铰接轴，其中一个铰接轴与连杆铰接，另一个铰接轴为所述机构铰接轴；由于肘杆起增力作用，连杆及与连杆铰接的铰接轴承受的力较小，因此与连杆铰接的铰接轴尺寸可以相对减小，即第一肘杆与第二肘杆、第一肘杆与连杆铰接的铰接轴结构强度要求不同，方便根据强度要求分别设计各铰接轴。

为方便设计加工，本方案中所述固定器上设有限位销，所述连杆机构受拉力时被限位销挡止使第一肘杆与连杆之间具有一定角度、受压力时第一肘杆可以绕与固定器的铰接轴向外摆动，限位销构成所述摆动限位结构。

为简化液态模锻增压机构的结构，本方案中所述弹性保持件为扭簧。

为方便固定器与约束框架之间的导向，本方案中所述约束框架内侧面设有导轨，固定器上具有在下行过程中与导轨导向配合的导向面。

本发明的液态模锻装置采用如下技术方案：

液态模锻装置包括上模、下模和增压机构，所述增压机构包括合模施压机构和约束框架，所述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，固定器下行过程中与约束框架导向配合，固定器与连接器之间设置有至少两组对称布置的连杆机构，固定器通过连杆机构吊装在连接器的下方；连杆机构包括与固定器铰接的第一肘杆、与连接器铰接的连杆，连杆与第一肘杆之间相互铰接，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间具有一定角度而不会被拉直的摆动限位结构；第一肘杆在和连杆的铰接位置或靠近铰接位置处设有铰接配合结构，约束框架上铰接有第二肘杆，第二肘杆与约束框架之间设有使第二肘杆的自由端悬伸在设定位置的弹性保持件，第二肘杆的自由端设有卡接结构，所述卡接结构在液压机下行合模时与铰接配合结构相连并形成铰接关系而使连杆机构与第二肘杆共同构成曲肘连杆机构，所述卡接结构在液压机回程时与所述铰接配合结构相对分离。

本发明的有益效果是：液压机为液态模锻增压机构提供动力实现模具的开合模，活动横梁下行时，固定器与约束框架导向配合使上模、下模顺利合模；合模完成后，连接器继续下行，第一肘杆和连杆受压力向外摆动，使铰接配合结构与卡接结构形成铰接关系，连杆机构与第二肘杆共同构成曲肘连杆机构，通过曲肘连杆机构将液压机的压力放大，产生极大的成型力，使模腔高度减小，模腔中的液体坯料在较大压力下冷却、凝固、定型，成为高力学性能的液锻件，不仅保证产品的加工精度，还可以采用较小吨位的液压缸成型较大尺寸的液锻件；在液压机回程过程，连杆机构和第二肘杆可通过卡接结构与铰接配合结构实现分离，模具的开模空间不受曲肘连杆机构的约束，具有较大的行程，为液态模锻工艺的浇注过程和脱模过程提供足够大的操作空间。

为简化增压机构结构，本方案中所述第一肘杆上设有机构铰接轴，所述第二肘杆的自由端上设有轴槽，在液压机下行合模时机构铰接轴滑入轴槽中并形成铰接关系而使连杆机构与第二肘杆形成曲肘连杆机构，所述机构铰接轴构成所述铰接配合结构，所述轴槽构成所述卡接结构。

为方便第一肘杆与第二肘杆、第一肘杆与连杆铰接的铰接轴的结构设计，本方案中所述第一肘杆上设有两个铰接轴，其中一个铰接轴与连杆铰接，另一个铰接轴为所述机构铰接轴；由于肘杆起增力作用，连杆及与连杆铰接的铰接轴承受的力较小，因此与连杆铰接的铰接轴尺寸可以相对减小，即第一肘杆与第二肘杆、第一肘杆与连杆铰接的铰接轴结构强度要求不同，方便根据强度要求分别设计各铰接轴。

为方便设计加工，本方案中所述固定器上设有限位销，所述连杆机构受拉力时被限位销挡止使第一肘杆与连杆之间具有一定角度、受压力时第一肘杆可以绕与固定器的铰接轴向外摆动，限位销构成所述摆动限位结构。

为简化增压机构的结构，本方案中所述弹性保持件为扭簧。

为方便固定器与约束框架之间的导向，本方案中所述约束框架内侧面设有导轨，固定器上具有在下行过程中与导轨导向配合的导向面。

附图说明

图1为本发明的液态模锻增压机构应用于液态模锻中的开模状态图；

图2为本发明的液态模锻增压机构应用于液态模锻中刚合模且连杆机构与第二肘杆未铰接时的状态图；

图3为本发明的液态模锻增压机构应用于液态模锻中连杆机构与第二肘杆铰接且曲肘连杆机构刚铰接时的状态图；

图4为本发明的液态模锻增压机构应用于液态模锻中曲肘连杆机构接近于极限位置时的状态图。

图中：11-连接器，12-铰接轴，13-铰接轴，21-连杆，22-第一肘杆，23-铰接轴，31-固定器，32-限位销，33-铰接轴，41-第二肘杆，42-铰接轴，43-约束框架，44-轴槽，45-导轨，51-上模，52-凹模，53-顶杆，6-熔体。

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。

本发明的液态模锻增压机构的具体实施例，如图1至图4所示，液态模锻增压机构包括合模施压机构和约束框架43。约束框架43为组合结构，且具有足够的强度和刚度，约束框架43的下部为一底板，使用时，下模固定安装底板上，并处于约束框架43内。约束框架43的侧面为两块立板，立板与底板刚性连接；约束框架43的上部具有前后两根横梁，以对立板进行横向约束，防止立板受力时产生横向移动变形。

合模施压机构包括连接器11和固定器31，使用时上模51连接在固定器31上。定义约束框架43上两立板的布置方向为左右方向，两横梁的布置方向为前后方向，连接器11与固定器31之间设有两组左右对称布置的连杆机构，固定器31通过连杆机构吊装在连接器11的下方。

连杆机构包括通过铰接轴33与固定器31铰接的第一肘杆22、通过铰接轴12与连接器11铰接的连杆21，第一肘杆22与连杆21通过铰接轴23相互铰接。约束框架43的两立板内侧，通过铰接轴42对称铰接有两个第二肘杆41，两个第二肘杆41与两组连杆机构一一对应，上述各铰接轴的轴线均相互平行。当然在其他实施例中，约束框架的两立板内侧也可对称铰接四个第二肘杆，且每两个第二肘杆与一组连杆机构对应。在其他实施例中，连杆机构可设置四组或其他数量的组数。

定义靠近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。如图1所示，固定器31上设有限位销32，在连杆机构受拉力状态下，第一肘杆22被限位销32挡止，保证连杆21和第一肘杆22间具有一定的角度而不会被拉直，设计目的是，在图3所示状态下，即连杆21和第一肘杆22间受压力时，可以使第一肘杆22向外摆动。需要说明的是，铰接轴13处于铰接轴33与铰接轴12连线的外侧，以使连杆21、第一肘杆22能够向外摆动。本实施例中的限位销32为方便加工的圆柱销，在其他实施例中，限位销可以是方形等其他形状。

另外，本实施例中的第二肘杆41与约束框架43之间设有将第二肘杆41的自由端悬伸在设定位置的扭簧（图中未画出），扭簧即为将第二肘杆41的自由端悬伸在设定位置的弹性保持件。

本实施例中的第一肘杆22上设有两个铰接轴，分别为铰接轴13和与连杆21铰接的铰接轴23。第二肘杆41的自由端上设有轴槽44，本实施例中的轴槽44为开口半圆槽，轴槽44的直径应满足能够与铰接轴13转动配合，以在第一肘杆22、连杆21向外摆动时，铰接轴13进入轴槽44中配合形成卡接结构，使连杆机构与第二肘杆41共同构成曲肘连杆机构。进一步的，铰接轴13和轴槽44可以调换，将铰接轴13设置在第二肘杆41上、轴槽设置在第一肘杆22上。

上述铰接轴13和铰接轴23相互平行，且铰接轴13处于铰接轴23的外侧，避免铰接轴23影响曲肘连杆机构动作。在其他实施例中，设置在第一肘杆上的两个铰接轴，即第一肘杆上用于与连杆铰接的铰接轴、用于与第二肘杆铰接的铰接轴也可沿上下方向布置。

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51下行的合模过程和合模后的增压过程。使用时，将该液态模锻增压机构安装在液压机上，即将连接器11固定在液压机的活动横梁上且由活动横梁导向，约束框架43固定在液压机的工作台上，并将上模51连接在固定器31上，下模固定安装在约束框架43内。为保证上模51与下模对中合模，本实施例中的约束框架43上设有导轨45，固定器31上设有导向面，在固定器31下行过程中导向面与导轨45导向配合。

本实施例中的下模包括凹模52和顶杆53，凹模52固定在约束框架43的底板上，顶杆53与底板间滑动配合，顶杆53与液压机下顶出缸连接。

定义如图1和图2所示的连杆21和第一肘杆22的轴线间具有一定角度时的状态为初始状态，即连杆机构没有向外摆动时的状态为初始状态；在塑性成形结束，第一肘杆22与第二肘杆41配合形成的曲肘机构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。

具体的，在图1所示的开模状态下，凹模52中浇入金属熔体6；液压机的活动横梁带动合模施压机构及上模51迅速下行，使上模51、凹模52处于合模状态，如图2所示；合模后活动横梁继续下行，在连杆21和第一肘杆22间产生压力，迫使第一肘杆22绕铰接轴23由初始状态向外摆动，其上的铰接轴23从轴槽44的开口滑入第二肘杆41的轴槽44中，形成曲肘连杆机构，如图3所示；活动横梁继续下行，连杆21的力迫使合体后的曲肘机构逐步趋于伸直，对闭合模腔中的液态或半固态坯料慢速加压，使坯料在压力下凝固冷却成型为液锻件，如图4所示。

坯料在压力下凝固冷却成型为液锻件之后，液压机回程，在回程拉力作用下，第一肘杆22和连杆21组成的连杆机构向内摆动，致使第二肘杆41同步复位，模具慢速开模；当第二肘杆41复位后停止运动，轴槽44与铰接轴13分离，连杆机构继续向内摆动复位；从连杆机构与第二肘杆41分离并到连杆机构完全复位的短暂时间内，模具不动；液压机继续回程，通过连杆机构带动上模51继续开模上行；液压机回程后，液压机顶出缸工作，通过顶杆53将液锻件顶出脱模；此后，顶出缸回程，并重复上述动作，进行下一次成型。在轴槽44与铰接轴13分离前，上模51慢速上行，为慢速卸压过程；当连杆机构复位后，连杆机构带动上模51随液压机快速回程。

在图4所示状态，曲肘连杆机构接近于极限位置，此时，第一肘杆22、第二肘杆41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（接近垂直状态），对液压缸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，能够对曲肘连杆机构伸直具有最大的加压效果；曲肘机构的轴线与液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，该曲肘连杆机构具有较大的增压效果，增压倍数可达数十倍。

在液压机回程过程，由于连杆机构和第二肘杆41可通过卡接结构与铰接配合结构实现分离，使带动上模51的合模施压机构能够与约束框架43上的第二肘杆41分离，从而使模具的开模空间不受曲肘连杆机构的约束，达到增加开模空间的目的，为大尺寸工件的提供足够大的操作空间，解决了现有技术中在模具上使用曲肘连杆机构增压时，模具的开模行程小，无法提供足够大操作空间的问题。该增压机构同样可以用于低压铸造及诸如汽车轮毂挤压成形等需要大开模行程、大成型压力、小加力行程的场合，可以有效地减小设备的负荷，从而可以采用较小吨位的液压缸成型较大的工件。

需要说明的是，曲肘连杆机构的各配合面均为间隙配合，具有可靠的润滑。

本发明的液态模锻增压机构具有以下优点：

1）将现有技术中的曲肘连杆机构替换为可分离的曲肘连杆机构，增压机构具有较大的行程和成型操作空间；

2）该增压机构具有快速下行、慢速加压、慢速卸压和快速回程的特点，有利于节能降耗和提高生产效率，符合液态模锻的工艺要求，操作非常方便；

3）采用曲肘连杆机构，具有很大的增压作用，可以采用较小的液压装置，生产较大尺寸的液锻件；

4）只需将增压机构安装在现有液压机上使用，不需要对液压机进行改造，且不会对液压机的机架产生多余的作用力。

本实施例中，铰接轴13构成机构铰接轴，连杆21和第一肘杆22通过铰接轴23铰接；在其他实施例中，第一肘杆上可仅设置一个铰接轴，第一肘杆、连杆和第二肘杆均通过同一铰接轴铰接。

本实施例中的限位销32构成摆动限位结构；在其他实施例中，可在第一肘杆上设有限位销，连杆上设有弧形挡槽，通过限位销与弧形挡槽的配合，在连杆机构受拉力的情况下，连杆和第一肘杆的轴线间具有一定角度，而在受压力时可以使第一肘杆绕与固定器的铰接轴向外摆动，此时，弧形挡槽与限位销构成摆动限位结构。

在其他实施例中，弹性保持件也可为拉簧、压簧等弹性件；固定器上也可不设置隔热结构，而在模具上设置隔热结构，用于冷压时固定器上不需要设置隔热结构；约束框架可仅包括两块立板和前后两根对立板进行横向约束的横梁，而不包括底板，使用时，下模固定在液压机的工作台上，同时将约束框架固定在液压机的机架上，此时，由曲肘连杆机构产生的压力由液压机的工作台、机架承担，增压机构的承力效果会受到影响；也可在固定器外侧设置导轨，在约束框架内侧设置与导轨导向配合的滑块，通过导轨与滑块的导向配合使固定器朝施压方向移动的行程中与约束框架导向配合。

本发明的液态模锻装置的具体实施例，液态模锻装置包括上模、下模和增压机构，本实施例中的增压机构与上述液态模锻增压机构的具体实施例中所述的液态模锻增压机构的结构相同，不再赘述。