一种环形复合顶杆机构的制作方法

本发明涉及一种顶杆机构，尤其涉及的是一种一种环形复合顶杆机构。

背景技术：

锻钢活塞按结构形式可分为两大类：整体活塞和分体活塞，分体活塞由活塞头、活塞裙两部份焊接组合而成。通常活塞头锻造采用“开式模锻”，坯料加热温度在1200℃左右，活塞头毛坏加工余量大、边角R大(一般R≥3)。开式锻造工艺材料利用率低、加工成本高，客户抱怨大。

活塞头先进的锻造工艺是“闭式模锻”，但经常出现锻件边角R较充填不满，充填效果差；传统的圆柱顶杆在顶出锻件时，两侧受力不平衡，锻件在被顶出时出现卡模现象，导致生产线停机；由于圆柱顶杆与模具间有配合间隙，通常在锻件顶出位置留下的凸台或毛刺，不利于后期毛坯的加工；更突出的问题是闭式锻造模具寿命低，制造成本高，不能适应大批量自动化锻造。

常规活塞头锻造模具顶出方案大致分为两种：第一种，将活塞头整个下模芯作为模具顶杆的一部分。顶杆工作时，整个下模芯被顶出，然后下模芯顶出锻件。这种结构设计简单，安装方便，对于边角R要求不高(R≥3)，下模型腔不深的活塞头锻件被顶出时能够容易脱模，有很好的适用性。但在锻造过程中，由于锻件芯部受力最大，单顶杆上端受到的锻压力大，由于单顶杆外径较小，极容易造成单顶杆变形，最终导致顶杆顶出不畅，直至卡住下模，无法正常生产；

如专利号201710174665.8，名称为：闭式单点压力机闭式模锻机构，公开一种压力机，尤其是涉及一种闭式单点压力机闭式模锻机构。其主要是解决现有技术所存在的压力机的各部件都为平直设计，因此其在模锻时间隙较大，并且模锻较不精确，生产出来的零件精确度较低等的技术问题。本发明包括模架，模架上设有上模板与下模板，上模板固定有上模柄，上模柄通过上模固定螺母连接有成形冲头，成形冲头包括有冲头本体，冲头本体的上部设有定位环，冲头本体下端设有凸块，凸块的头部以及根部都设有圆弧面，冲头本体上设有放气通道，下模板上设有下模座，下模座内穿接有大顶杆，大顶杆上部通过小顶杆顶有成形模，成形模外部设有下模套，下模套外部通过下模固定螺母固定在下模座上。该申请中采用一根顶杆实现，但存在受力不均匀，易变形的问题。

第二种，采用两个甚至多个细顶杆直接顶出锻件。这种顶杆的装配需要严格控制顶杆的长度，由于受力面积太小，为了保证细顶杆在顶出锻件时不至于顶入锻件中，通常顶杆和锻件的接触面会残留几个一定高度的工艺凸台，而这种凸台对后续的成品加工不利，客户不能接收，必须进行机加工处理，增加成本费用。

如专利号为：201710333432.8，名称为闭式模锻大型异形结构锻件的柔性脱模方法，公开了，该方法采用的脱模装置包括至少3根顶杆和底座，所述模锻的下锻模中设有通孔，所述顶杆的下端固定在所述底座上并且其上端穿过下锻模的通孔与模具型腔内的大型异形结构锻件的不同底面接触，所述下锻模通孔的数量与顶杆的数量相等，所述顶杆由上端具有弹性的柔性段和下端具有刚性的刚性段构成；

为适应于较大零件的脱模，采用多个顶杆同时顶出；因此就需要严格控制顶杆的长度等，工艺要求高。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有的顶出机构不能满足活塞头锻件顶出后的工艺要求的问题。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：本发明一种环形复合顶杆机构，设置在锻件成型的模具内，应用于锻件的顶出，其特征在于，所述顶杆机构包括由下至上依次为主顶杆、T型顶杆、多个台阶顶杆、环形顶杆，环形顶杆顶部为锻件，环形顶杆设置在锻件成型的下模内，台阶顶杆与环形顶杆的底部固定连接。

本发明通过通过多个台阶顶杆实现多处顶出，又通过环形顶杆将台阶顶杆产生的顶出力进行均匀化，并增大顶出机构与活塞头锻件的接触面，能够保证锻件平缓顶出、脱模，能有效减少因顶出产生的热锻件变形，提高锻件的质量；其中T型顶杆也能够使T型面处的顶出力实现均匀化。

优选的，所述下模包括下模芯、下模套，下模芯固定在下模套中，下模芯的顶面与下模套的内表面形成与锻件对应的成型面。

优选的，所述模具还包括底座、下模垫板，下模垫板固定在底座上，下模套固定在下模垫板上，其中，底座、下模垫板、下模套内均设有容纳顶杆机构的腔体。所述下模芯固定在下模套中，下模套和下模垫板通过工装与固定模具的模架压紧；

优选的，所述模具还包括下模座、环形定位件，下模座固定在底座上表面，环形定位件设置在底座与下模座连接面处，并连接底座与下模座，下模垫板固定在下模座上表面，所述主顶杆设置在底座的腔体内，所述T型顶杆的竖直杆设置在下模座的腔体内，所述T型顶杆的横面板被限位在下模座的上表面。

所述环形定位件可以实现设备底座与下模座中心定位。

模具内部根据与顶出机构的连接位置情况，适应性的设置用于顶出机构顶出的腔体，该腔体可以是一个大的，比如用于容纳主顶杆、T型顶杆处的腔体，也可以是多个小的，比如下模芯处用于容纳台阶顶杆的腔体。

优选的，还包括多个复位弹簧，复位弹簧套接在台阶顶杆的外部，并被限位在下模芯与台阶顶杆的台阶面之间。

复位弹簧的作用是在顶出机构将锻件顶出后，有助于台阶顶杆的复位，顶出过程中，复位弹簧被压缩，顶出结束后，没有了顶出力，弹簧具有向外的弹力。

优选的，所述下模芯为上小下大的台阶型结构，底部设有用于容纳复位弹簧的深孔，所述下模套内部的腔体为与下模芯对应的上小下大的台阶形腔体。下模芯可以与下模套实现台阶处的卡接，增加稳定性；其深孔同样为台阶孔，复位弹簧可以被限位在深孔的台阶面处。

优选的，所述台阶顶杆为下大上小的台阶结构，其顶端与环形顶杆过盈配合连接。

优选的，所述台阶顶杆为四个，均匀的设置在同一圆周上。

优选的，所述环形顶杆为环形的圆筒结构，与锻件接触的一端的厚度大于与台阶顶杆连接的一端的厚度。上端厚度大，与上模芯内部之间的间隙小，能够减少锻件的凸台的残留，下端厚度较小，可以便于推杆推出。

优选的，所述模具还包括上模芯，上模芯安装在锻件的上方，锻造时，上模芯与下模芯构成锻造空间。

所述主顶杆与液压缸连接。能够保证在自动化锻造中锻件顶出平缓，顶出力、行程调整方便。

本发明相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明通过多个台阶顶杆实现多处顶出，又通过环形顶杆将台阶顶杆产生的顶出力进行均匀化，并增大顶出机构与活塞头锻件的接触面，能够保证锻件平缓顶出、脱模，能有效减少因顶出产生的热锻件变形，提高锻件的质量；其中T型顶杆也能够使T型面处的顶出力实现均匀化；

(2)通过将下模沿模具边角将整体模具分割为两个模块结构，分别为下模芯、下模套，这样消除锻造过程中的应力集中区域，从而显著提高模具寿命；

(3)复位弹簧的作用是在顶出机构将锻件顶出后，有助于台阶顶杆的复位，顶出过程中，复位弹簧被压缩，顶出结束后，没有了顶出力，弹簧具有向外的弹力；

(4)环形顶杆的上端厚度大，与上模芯内部之间的间隙小，能够减少锻件的凸台的残留，下端厚度较小，可以便于推杆推出；

(5)所述主顶杆与液压缸连接，能够保证在自动化锻造中锻件顶出平缓，顶出力、行程调整方便。

附图说明

图1是本发明实施例一种环形复合顶杆机构的结构示意图；

图2是采用该环形复合顶杆机构的活塞头锻造模具的结构示意图；

图3是图2中A处的放大图；

图4是环形顶杆的剖视图；

图5是环形顶杆的俯视图。

图中标号：底座1、下模座2、环形定位件3、下模垫板4、下模套5、下模芯6、顶出机构7、主顶杆71、T型顶杆72、台阶顶杆73、复位弹簧731、环形顶杆74、上模芯8、活塞头锻件9。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一：

如图1所示，本实施例中一种环形复合顶杆机构，顶杆机构7包括由下至上依次为主顶杆71、T型顶杆72、四个台阶顶杆73、环形顶杆74，环形顶杆74顶部为活塞头锻件9，环形顶杆74设置在下模芯6内，环形顶杆74与下模芯6间隙配合，台阶顶杆73与环形顶杆74的底部固定连接，主顶杆71与T型顶杆72为接触连接，台阶顶杆73与T型顶杆72接触连接。主顶杆71为圆柱形顶杆，T型顶杆72为横截面为T型的结构，竖直杆可以是圆柱杆，横面处可以是圆板结构，所述台阶顶杆73为下大上小的结构，其顶端与环形顶杆74过盈配合连接。

如图2、图3所示，采用该环形复合顶杆机构的活塞头锻造模具，所述模具由下至上依次包括底座1、下模座2、环形定位件3、下模垫板4、下模套5、下模芯6、顶出机构7、上模芯8；

其中，在下模的设计中，下模芯6固定在下模套5中，下模芯6的顶面与下模套5的内表面形成与活塞头锻件9对应的成型面；通过将下模沿模具边角将整体模具分割为两个模块结构，分别为下模芯6、下模套5，这样消除锻造过程中的应力集中区域，从而显著提高模具寿命

所述模具内部具有用于容纳顶杆机构7的腔体，腔体为上下贯穿结构；

结合图4、图5所示，所述台阶顶杆73为四个，均匀的设置在同一圆周上，对应的，所述环形顶杆74在其厚度方向的圆周上，设有四个腔体，所述环形顶杆74为环形的圆筒结构，且与锻件接触的一端的厚度大于与台阶顶杆连接的一端的厚度，即：上端厚度大，与上模芯6内部之间的间隙小，能够减少锻件的凸台的残留，下端厚度较小，可以便于推杆推出。

底座1为圆台或方形结构，内部容置主顶杆71的全部和T型顶杆的下部，底部或设有适应性的设计。

下模座2固定在底座1上表面，环形定位件3设置在底座1与下模座2连接面处，并连接底座1与下模座2，所述环形定位件3可以实现设备底座1与下模座2中心定位。所述T型顶杆72的竖直杆设置在下模座2和底部1的腔体内，所述T型顶杆的横面板被限位在下模座2的上表面，向上顶时，T型顶杆向上运动，会脱离下模座2，恢复至初始位置时，T型顶杆72又会搭接在下模座2的顶面。

下模垫板4固定在下模座2上表面，下模垫板4内部的空腔直径略大于T型顶杆72的最大直径处，下模套5固定在下模垫板4上，下模套5和下模垫板4通过工装与固定模具的模架压紧，下模芯6固定在下模套5中，下模芯6的外壁与下模套5的内壁紧固连接，且所述下模芯6为上小下大的凸型台阶型结构，下模套5中部为上小下大的空腔，下模套5与下模芯6通过设置台阶进行卡接；下模芯6设有圆周阵列的腔体，用于容纳台阶顶杆73的上部或/和中部

其中，底座1、下模座2、环形定位件3、下模垫板4、下模套5、下模芯6内均设有容纳顶杆机构7的腔体。

模具内部根据与顶出机构的连接位置情况，适应性的设置用于顶出机构顶出的腔体，该腔体可以是一个大的，比如用于容纳主顶杆71、T型顶杆72处的腔体，也可以是多个小的，比如下模芯6处用于容纳台阶顶杆73的腔体。

所述模具还包括上模芯8，上模芯8安装在锻件9的上方，锻造时，上模芯8与下模芯6构成锻造空间，上模芯8通过工装与固定模具的模架压紧。

本发明通过四个台阶顶杆73实现多个位置顶出，又通过环形顶杆74将台阶顶杆73产生的顶出力进行均匀化，并增大顶出机构与活塞头锻件9的接触面，能够保证锻件平缓顶出、脱模，能有效减少因顶出产生的热锻件变形，提高锻件的质量；其中T型顶杆72也能够使T型面处的顶出力实现均匀化。

实施例二：

如图1所示，本实施例与实施例一的区别在于：本实施例还包括多个复位弹簧731，复位弹簧731套接在台阶顶杆73的外部，所述下模芯6的底部设有用于容纳复位弹簧731的深孔，深孔与其上部的腔体同样形成台阶孔，复位弹簧731并被限位在下模芯6的深孔处与台阶顶杆73的台阶面之间，复位弹簧731的原始状态可以是轻微压缩或者常规状态。

复位弹簧731的作用是在顶出机构将锻件顶出后，有助于台阶顶杆73的复位，顶出过程中，复位弹簧被压缩，顶出结束后，没有了顶出力，弹簧具有向外的弹力。

需要说明的是：

上述实施例一和实施例二中，所述主顶杆71与液压缸连接。能够保证在自动化锻造中锻件顶出平缓，顶出力、行程调整方便。

环形顶杆74可以相当于沿下模芯6沿边角分割出来的环形块，直接作为顶杆使用，因此要求锻造时，环形顶杆74的上表面与下模芯6配合共同构成活塞头锻件9的下表面对应的成型面，同时对环形顶杆74进行热处理、渗氮等强化处理，以增强其强度和耐磨性。

模具组装及安装过程如下：工装制作完毕，首先两个(此处以两个为例)台阶顶杆73装配两个复位弹簧731；台阶顶杆73再穿过下模芯6，压入环形顶杆74(先预热350℃)对应孔实现过盈配合，装配后的两个顶杆(台阶顶杆72和环形顶杆74结合后)长度要求一致；最后按图纸顺序将下模芯6和零件组装完成，然后安装上模工装，调整上、下模具中心和封闭高度后，模具与压力机工作台压紧。

顶出过程：液压缸伸出，主顶杆71向上运动，继而实现T型顶杆72、台阶顶杆73、环形顶杆74向上运动，顶出活塞头锻件9，顶出过程，复位弹簧731被压缩；顶出结束，液压缸收缩，主顶杆71回到初始位置，复位弹簧731具有向外的弹力，以及个顶杆自身的重力，实现个顶杆恢复到原始的位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。