一种外形带凸台筒形件的挤压成形模具

1.本发明涉及挤压成形模具技术领域，特别涉及一种外形带凸台筒形件的挤压成形模具。


背景技术：

2.筒体零件在汽车制造、高速列车、航空航天及军工等领域有广泛的应用。目前针对外形带凸台筒形件的凸台成形是塑性成形薄壁筒形件的技术瓶颈。
3.目前普通筒形件的成形有机械加工、挤压成形、旋压成形、铸造等多种方式复合模式作业，对于外形带凸台筒形件的成形方法主要有四种，较为常见的有两种，一种是通过厚壁圆管机加工，保留大的加工余量，将多余材料去除，留下所需凸台部分；另外一种是通过挤压成形制备外纵筋筒形件，也就是先成形出整条外筋，然后经数控加工出逐个凸台；同时还有铸造和液态模锻成形方法。
4.这四种方法各有利弊，第一种不需要开模，自由度高，且可采用数控操作，自动检测以及监控装置，有利于提高工件的稳定性，但机械加工过程中产生大量废屑，对环境污染严重，生产成本也比较高，此外，直接机加工出的几何外部形状，必然切断了该部位的金属流线，破坏了金属纤维组织，损坏其完整性，使得其强度大大减小，造成零件使用性能降低。第二种方法采用直接塑性成形方法代替传统机械切削加工，不仅改善了筒体零件的力学性能，使得其强度、韧性得到提升，还提高了生产效率、材料利用率及产品的服役性能，模具设计比较简单，工艺操作性高，缩短了生产周期，但依旧会破坏金属纵向流线。第三种方法，铸件的应用范围广，生产成本低，可以生产形状复杂的零件，但由于凸台的存在，导致铸件会存在多处热节，产生缩孔缩松缺陷的倾向较大，造成铸造产品力学性能低；铸件很容易由于温度场不均匀而产生较大应力导致铸件变形，故铸件力学性能及精度很难满足航空航天、兵器等高性能零件的要求。第四种液态模锻由于金属成液态状浇注，在一定的压力下凝固，可以得到组织结构致密的产品，力学性能也比铸件高，但液态模锻需要对金属致密度进行约束，需要对凸模进行较多复杂设计，加大控制成本，同时强度相较挤压成形工艺所制备的成形件较低；所以总的来说，挤压成形制备外纵筋筒形件在各方面均有较好的优势，只是后续还需要机加工处理，破坏了轴向流线，降低了材料利用率。
5.目前存在对少量外形带凸台筒形件的挤压成形模具，也有针对凸台结构难以脱模的机构设计，如斜导柱抽芯推管脱模方法，但实际工程中，挤压成形后大都需要后续机加工，同时需要推出成形件与凹模，人工进行分瓣，以将成形件取出，因此目前缺少一次成形外形带凸台筒形件的模具及相应方法。


技术实现要素：

6.本发明就是鉴于以上问题而完成。本发明的目的在于提供一种外形带凸台筒形件的挤压成形模具，克服上述缺陷，实现一次成形外形带凸台筒形件。
7.为达成上述目的，本发明的解决方案为：一种外形带凸台筒形件的挤压成形模具，
包括上模板、下模板，与上模板固定的凸模、与下模板固定的下模具组件；
8.所述下模具组件包括定位圈、凹模组件、推杆，所述定位圈固定在下模板上，且纵向设有滑道，所述凹模组件滑动设置在所述滑道内，所述凹模组件内纵向贯穿形成有成形通道，所述成形通道侧壁沿轴向布置有多层凹槽，所述推杆插入所述成形通道，所述推杆与所述成形通道拼合成用于放置坯料的可变成形腔，所述凸模向下滑动插入所述可变成形腔，所述坯料通过所述凹槽挂带所述凹模组件向上滑动，以逐层填入所述凹槽。
9.进一步，所述凹模组件包括左瓣凹模、右瓣凹模、预应力圈，所述左瓣凹模、右瓣凹模拼合处为分形面，所述预应力圈滑动设置在所述滑道内，所述预应力圈内形成有向下内收的锥形孔，所述左瓣凹模与右瓣凹模外轮廓为配合所述锥形孔的半锥面，所述左瓣凹模与右瓣凹模在所述锥形孔内沿分形面径向活动拼合形成所述成形通道。
10.进一步，还包括倒三角插销，所述左瓣凹模、右瓣凹模在分形面处拼合有倒三角孔，所述倒三角孔沿分形面对称，所述倒三角插销纵向位置固定，且水平滑动插入或拔出所述倒三角孔。
11.进一步，所述倒三角插销与倒三角孔设置有多个，且沿所述成形通道轴线对称布置。
12.进一步，所述推杆侧壁横向贯穿有长槽，所述长槽上端高于所述凹模组件上滑至最高高度时左瓣凹模与右瓣凹模下表面，所述长槽内竖直滑动、可拆卸地插接有平面销，所述平面销两端伸出所述长槽，以上滑支撑所述左瓣凹模与右瓣凹模，所述平面销滑动至长槽下端时，平面销上端与所述左瓣凹模与右瓣凹模下表面间隔。
13.进一步，所述滑道表面竖直延伸有滑道滑轨，所述预应力圈设置有配合所述滑道滑轨的预应力圈滑槽，所述预应力圈的锥形孔内竖直延伸有锥形孔滑轨，所述左瓣凹模、右瓣凹模分别设置有配合所述锥形孔滑轨的左瓣凹模滑槽、右瓣凹模滑槽。
14.进一步，还包括第一空心管，所述第一空心管可拆卸地套在所述凸模外，且上端抵接所述上模板，下端抵接所述左瓣凹模、右瓣凹模。
15.进一步，还包括第二空心管，所述第二空心管上方抵接所述上模板，所述第二空心管下方抵接所述预应力圈。
16.进一步，所述每层凹槽至少包括一个左瓣凹模凹槽和右瓣凹模凹槽，左瓣凹模凹槽设置在左瓣凹模上，右瓣凹模凹槽设置在右瓣凹模上，左瓣凹模与右瓣凹模拼合后，每层所述凹槽上的左瓣凹模凹槽、右瓣凹模凹槽相互分隔。
17.进一步，所述下模具组件上方开合封盖有用于抵接坯料的卸料板，所述卸料板上设有与所述成形通道位置对应的通孔，所述凸模穿过所述通孔向下插入所述可变成形腔。
18.采用上述方案后，本发明的有益效果在于：所述下模具组件包括定位圈、凹模组件、推杆，所述定位圈固定在下模板上，且纵向设有滑道，所述凹模组件滑动设置在所述滑道内，所述凹模组件内纵向贯穿形成有成形通道，所述成形通道侧壁沿轴向布置有多层凹槽，所述推杆在所述成形通道内，所述推杆与所述成形通道拼合成用于放置坯料的可变成形腔，所述凸模向下滑动插入所述可变成形腔，所述坯料通过所述凹槽挂带所述凹模组件向上滑动，以逐层填入所述凹槽，将所述成形通道的外轮廓设置为与预成形筒形工件外轮廓对应的形状，且所述凸模的截面与预成形筒形工件内壁截面对应，凸模向下滑动插入所述可变成形腔时，坯料形变外扩填充当前可变成形腔内的上层凹槽，凸模继续下压时，坯料
通过所述凹槽挂带所述凹模组件向上滑动，进而使所述成形通道上移、可变成形腔纵向延伸，坯料继续填充延伸后的可变成形腔和可变成形腔内陆续露出的下层凹槽，成形出的外形带凸台筒形件外壁能够充分与可变成形腔内壁贴合，充满所述可变成形腔，进而一次成形出外形带凸台筒形件。
附图说明
19.图1是本发明的第一空心管顶压左瓣凹模与右瓣凹模示意图；
20.图2是本发明的凸模下行挤压坯料示意图；
21.图3是本发明的凹模组件上升示意图；
22.图4是本发明的凸模上行拔出坯料示意图；
23.图5是本发明的安装平面销示意图；
24.图6是本发明的第二空心管下抵预应力圈示意图；
25.图7是本发明的三角插销插入三角孔示意图；
26.图8是本发明的左瓣凹模与右瓣凹模分离、工件顶出示意图；
27.图9是本发明的局部分解结构示意图；
28.图10是本发明的左瓣凹模与右瓣凹模分离结构示意图。
29.标号说明：1
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上模板，2
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凸模，3
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下模板，4
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下模具组件，5
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定位圈，6
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凹模组件，7
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推杆，8
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滑道，9
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成形通道，10
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凹槽，11
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坯料，12
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可变成形腔，13
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左瓣凹模，14
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右瓣凹模，15
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预应力圈，16
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分形面，17
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锥形孔，18
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三角插销，19
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倒三角孔，20
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长槽，21
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平面销，22
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滑道滑轨，23
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预应力圈滑槽，24
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锥形孔滑轨，25
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左瓣凹模滑槽，26
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右瓣凹模滑槽，27
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第一空心管，28
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第二空心管，29
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左瓣凹模凹槽，30
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右瓣凹模凹槽，31
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卸料板，32
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通孔，33
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下垫板，34
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上垫板，35
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沉头螺钉，36
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导向槽，37
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避位孔，38
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矩形孔，39
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矩形段，40
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挡肩。
具体实施方式
30.以下结合附图及具体实施例对本发明做详细的说明。
31.本发明涉及一种外形带凸台筒形件的挤压成形模具，重点结合图1所示，包括与上模板1固定的凸模2、与下模板3固定的下模具组件4，所述上模板1固定在压力机滑块上，所述下模板3固定在压力机工作台上，压力机滑块在压力工作台上方上下运动，所述压力机为现有技术，具体结构不再进行阐述，从而使上模板1在下模板3上方上下移动，从而带动所述凸模2上下移动，本实施例中所述凸模2为竖直延伸的柱形；所述下模具组件4包括定位圈5、凹模组件6、推杆7，所述定位圈5固定在下模板3上，本实施例中所述下模板1包括上方向上依次层叠的下垫板33、上垫板34，在所述上垫板34上方设置定位圈5，多个沉头螺钉35由下至上依次穿过下模板1、下垫板33、上垫板34，与定位圈5螺接，从而将上述组件固定，下垫板33、上垫板34支撑上述组件，所述定位圈5纵向设有滑道8，所述凹模组件6滑动设置在所述滑道8内，所述凹模组件6内纵向贯穿形成有成形通道9，所述成形通道9侧壁沿轴向布置有多层凹槽10，所述推杆7穿过所述下模板1、下垫板33、上垫板34由下至上插入所述成形通道9，所述推杆7封堵在所述成形通道9下段，所述推杆7与所述成形通道9拼合成用于放置坯料11的可变成形腔12，所述凸模2向下滑动插入所述可变成形腔12，所述坯料11扩充、填充露出的至少一层凹槽10，所述坯料11通过所述凹槽10挂带所述凹模组件6向上滑动，凹模组件
6上升，同时坯料11继续流动填充后续露出的各层凹槽10，以逐层填入所述凹槽10，一次成形出预形成的外形带凸台筒形件。
32.重点结合图8所示，所述凹模组件6包括左瓣凹模13、右瓣凹模14、预应力圈15，所述左瓣凹模13、右瓣凹模14拼合处为分形面16，所述预应力圈15滑动设置在所述滑道8内，本实施例中，所述滑道8为竖直设置的孔道，所述预应力圈15外轮廓与滑道8对应配合，所述预应力圈15内形成有向下内收的锥形孔17，所述左瓣凹模13与右瓣凹模14外轮廓为配合所述锥形孔17的半锥面，所述左瓣凹模13与右瓣凹模14在所述锥形孔17内沿分形面16径向活动拼合，形成所述成形通道9，成形通道9对称设置在所述分形面16两侧。
33.如图6、7、8所示，还包括倒三角插销18，所述左瓣凹模13、右瓣凹模14在分形面16处拼合有倒三角孔19，所述倒三角孔19沿分形面16对称，所述倒三角插销18纵向位置固定，且水平滑动插入或拔出所述倒三角孔19，所述倒三角插销18与倒三角孔19设置有多个，且沿所述成形通道9轴线对称布置，本实施例中，所述定位圈5侧壁水平贯穿有导向槽36，所述导向槽36截面对应所述倒三角插销18截面，所述倒三角插销18穿入导向槽36，导向槽36对三角插销18位置进行了限制，使倒三角插销18只能沿导向槽36水平滑动，所述预应力圈15设有供三角插销18穿过的避位孔37，所述三角插销18进一步穿过所述避位孔37，水平滑动插入或拔出所述倒三角孔19。
34.重点结合图7所示，所述推杆7侧壁横向贯穿有长槽20，所述长槽20上端高于所述凹模组件6上滑至最高高度时左瓣凹模13与右瓣凹模14下表面，所述长槽20内竖直滑动、可拆卸地插接有平面销21，本实施例中，所述平面销21的一端设有挡肩40，挡肩40的宽度大于所述长槽20的宽度，当平面销21插入所述长槽20后，挡肩40抵住所述推杆7的外壁，限制平面销21水平位移，以方便平面销21的插入，所述平面销21两端伸出所述长槽20，以上滑支撑所述左瓣凹模13与右瓣凹模14，长槽20上端高度确保了平面销21能够充分与左瓣凹模13与右瓣凹模14下表面接触，所述平面销21滑动至长槽20下端时，平面销21上端与所述左瓣凹模13与右瓣凹模14下表面间隔，使平面销21更易插入。
35.重点结合图5、9所示，所述滑道8表面竖直延伸有滑道滑轨22，所述预应力圈15设置有配合所述滑道滑轨22的预应力圈滑槽23，所述预应力圈15的锥形孔17内竖直延伸有锥形孔滑轨24，所述左瓣凹模13、右瓣凹模14分别设置有配合所述锥形孔滑轨24的左瓣凹模滑槽25、右瓣凹模滑槽26，所述下模板3设有矩形孔38,所述推杆7设置有与所述矩形孔38滑动配合的矩形段39，进而限制所述推杆7绕轴线旋转，从而将定位圈5、预应力圈15、左瓣凹模13、右瓣凹模14、推杆7周向位置进行限定。
36.如图1所示，还包括第一空心管27，所述第一空心管27可拆卸地套在所述凸模2外，且上端抵接所述上模板1，下端抵接所述左瓣凹模13、右瓣凹模14，进而通过上模板1将左瓣凹模13与右瓣凹模14下压，从而与所述锥形孔17应力配合。
37.如图6所示，第二空心管28，所述第二空心管28套在所述凸模2外，所述第二空心管28上方抵接所述上模板1，所述第二空心管28下方抵接所述预应力圈15，进而可以通过第二空心管28将预应力圈15下顶，脱离所述左瓣凹模13与右瓣凹模14。
38.如图3所示，所述每层凹槽10至少包括一个左瓣凹模凹槽29和右瓣凹模凹槽30，左瓣凹模凹槽29设置在左瓣凹模13上，右瓣凹模凹槽30设置在右瓣凹模14上，左瓣凹模13与右瓣凹模14拼合后，每层所述凹槽10上的左瓣凹模凹槽29、右瓣凹模凹槽30相互分隔，从而
在坯料11上成形出凸台结构，但不限定左瓣凹模凹槽29、右瓣凹模凹槽30相互分隔，所述左瓣凹模凹槽29和右瓣凹模凹槽30同样可以是能够拼合成环形槽的结构。
39.如图3所示，所述下模具组件4上方开合封盖有用于抵接坯料的卸料板31，所述卸料板31上设有与所述成形通道9位置对应的通孔32，所述凸模2穿过所述通孔32向下插入所述可变成形腔12。
40.应用上述一种外形带凸台筒形件的挤压成形模具成形工件的外形带凸台筒形件的挤压成形方法如下：
41.第一步：重点结合图1、图2所示，成形前准备，将所述预应力圈15落入所述滑道8底部，将左瓣凹模13与右瓣凹模14拼合压紧在所述锥形孔17内，使左瓣凹模13、右瓣凹模14与锥形孔17自锁，在本实施例中，在凸模2外套设第一空心管27，用上模板1抵住第一空心管27上方，第一空心管27下抵左瓣凹模13与右瓣凹模14，压力机滑块下行，带动上模板1、第一空心管27下行，将左瓣凹模13与右瓣凹模14拼合压紧在所述锥形孔17内，然后将第一空心管27取下，推杆7与成形通道9形成可变成形腔12，并使所述可变成形腔12内至少露出一层凹槽10，在所述可变成形腔12内放置坯料11，凸模2从上方对准所述可变成形腔12；
42.第二步：重点结合图3所示，成形过程，成形过程包括两个阶段，一是，凸模2下行，挤压可变成形腔12内的坯料11，坯料11流动充满当前的可变成形腔12；二是，凸模2继续下压，坯料11沿成形通道9侧壁向上流动，坯料11通过所述凹槽10挂带所述凹模组件6上滑，使可变成形腔12延长，进而使坯料11继续填充后续露出的可变成形腔12，以及各层凹槽10，直至坯料11成形结束；
43.第三步：成形完成，再结合图4、5、6、7、8、10所示，将凸模2退出所述可变成形腔12，在凸模2退出所述可变成形腔12后，推杆7带动所述凹模组件6、坯料11上行，而后在所述长槽20内插入所述平面销21，而后推杆7带动所述凹模组件6、坯料11、平面销21下落，平面销21与下模板3接触后沿长槽20上滑，承托所述左瓣凹模13与右瓣凹模14，将所述第二空心管28套在凸模2外，并抵在上模板1与预应力圈15之间，压力机滑块下行，带动上模板1、第二空心管28下行，从而将所述预应力圈15脱离所述左瓣凹模13与右瓣凹模14，取下第二空心管28，然后分离所述左瓣凹模13与右瓣凹模14，具体地，在预应力圈15脱离所述左瓣凹模13与右瓣凹模14后，将倒三角插销18穿过导向槽36、避位孔37插入倒三角孔19，倒三角插销18插入后位置固定，而后推杆7上行，带动左瓣凹模13、右瓣凹模14、坯料11上行，进而倒三角插销18沿分形面16将左瓣凹模13、右瓣凹模14分离，并将左瓣凹模13、右瓣凹模14撑开，所述左瓣凹模13、右瓣凹模14分离后，推杆7继续上行将坯料11顶出到左瓣凹模13、右瓣凹模14上方，取出加工完成的坯料11，然后将平面销21从长槽20上拆下，推杆7下行归位，倒三角插销18归位，左瓣凹模13、右瓣凹模14拼合，对下一坯料11成形时重复上述步骤即可，进而实现了降低了传统人工取出凹模进行开模取件的时间成本，保证了生产线效率，实现了自动化生产。
44.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。