一种模具及其自动成型压机和成型方法
【专利摘要】本发明公开了一种成型模具，包括阴模、芯杆、上内冲、上外冲、下内冲和下外冲，上内冲套接于上外冲内，上外冲套接于阴模内壁上部；下内冲套接于下外冲内，下外冲套接于阴模内壁下部；上内冲、上外冲、芯杆构成模腔的上台阶空腔，阴模与芯杆之间构成模腔的环腔，下内冲、下外冲与芯杆构成模腔的下台阶空腔。本发明还涉及一种采用本发明模具的自动成型压机，以及采用本发明模具的自动成型方法。本发明通过独特的自动压制模具及压机以及成型工艺控制，提供了一种用于上下方向各有两个端面的复杂形状产品的自动压制成型方法，与传统的手动压制方式相比，具有生产效率高、生产质量稳定等优点。
【专利说明】一种模具及其自动成型压机和成型方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模具，尤其是一种粉末冶金产品的成型模具，特别涉及一种粉末冶金产品的自动压制成型模具。
[0002]本发明还涉及一种采用本发明模具的自动成型压机。
[0003]本发明还涉及一种采用本发明模具的自动成型方法。
【背景技术】
[0004]一直以来，如图2所示的中部具有环形体12结构并在上下方向具有向外凸起的两个台阶环(11，13)(截面为环形)的产品采用粉末冶金成型工艺时，都在单柱液压机上采用手动方式压制成型。模具结构如图1所示，由上内冲I和上外冲2组成的上冲、底垫5、套筒4、下冲8、上下限止器(3，6)、双向块7及芯杆10组成。上内冲、上外冲、底垫、下冲的工作面与芯杆构成型模腔。将粉末装入模腔内，压机从上部施加的压制力使上外冲与套筒及底垫相互位移，型腔内的粉末受到从上部往下部传递的压制压力，并被压缩密实成具有一定形状和尺寸的压制半成品9。
[0005]但是采用手动压制，生产效率低。而且对于此类上下方向均具有两个凸起端面的复杂形状产品，在手动压制过程中，上外冲下面的粉末直接受到压制压力，并移动，在移动的同时也受到了相反的摩擦力，所以压制品中部的圆环密度最好。在一次成型后，再去掉双向块，压机从上部再次对模具施加压制力，此时下冲会相对底垫产生一个向上的位移，使下冲上部的下端部台阶环受到压制压力，因此下端部的台阶环密度次之。由于上内冲与上外冲形成的空间始终是不变的，所以进入上内冲与上外冲形成的空间的硬质合金粉末较少，只是在压制过程中粉末间相互挤压导致一少部分进入上内冲与上外冲形成的空间，因此压制品上端部台阶环的密度相对压制品其它部位差很多。而压制品密度好的部位在烧结后收缩小，烧结品对应部位尺寸较大，压制品密度差的部位收缩大，其烧结品对应部位尺寸较小，所以烧结品上端的台阶环的内孔尺寸小，中部的圆环的内孔尺寸大，形成了如图3所示的葫芦状14。此外由于上端面的台阶环密度与中部圆环密度相差很大，压制品密度大的部分弹性后效大，密度小的部分弹性后效小，在压制品上台阶环的台阶处极容易形成裂纹。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于:针对上述存在的问题，提供一种硬质合金自动压制的成型模具，以及采用该模具的自动成型压机和成型方法，从而极大的提高生产效率，并且采用本发明，可以使中部为环形体并具有上下两个台阶环的硬质合金产品成型时，上下部与中部的密度均匀。
[0007]本发明采用的成型模具，包括上冲、下冲、阴模和芯杆，上冲、下冲、阴模和芯杆构成模腔，所述上冲包括上内冲和上外冲，上内冲套接于上外冲内，上外冲套接于阴模内壁上部，所述下冲包括下内冲和下外冲，下内冲套接于下外冲内，下外冲套接于阴模内壁下部；芯杆穿套于上内冲芯孔和下内冲芯孔内；上内冲、上外冲、阴模、下内冲、下外冲、芯杆之间形成模腔；其中上内冲、上外冲、芯杆构成模腔的上台阶空腔，阴模与芯杆之间构成模腔的环腔，下内冲、下外冲与芯杆构成模腔的下台阶空腔。
[0008]目前的自动压机的上冲都采用单一上冲，即与上冲台板固连的上冲，如果把上冲做成所需形状的台阶空腔，则压制时将和手动压制一样，无法保证产品上部台阶部位的密度，而采用上内冲和上外冲组合的上冲，则可以在压制过程中改变上内冲与上外冲形成的空腔大小，即提高粉末压制过程的压缩比，来调节压制品上台阶部位的密度。下内冲和下外冲组合的下冲，通过上内冲与上外冲的相对位移，改变下内冲与下外冲形成的空间来调节产品下部台阶部位的密度。将该模具用于自动成型压机上，可以实现对复杂产品的机械化成型，调节压制品各部位密度，解决由于密度不均造成的裂纹和内孔葫芦状，提高生产效率和产品质量。
[0009]更进一步的改进是:所述上内冲、上外冲、下内冲和下外冲为圆环形结构。生产的产品为中部具有圆环形结构并在上下方向具有向外凸起的两个台阶圆环产品。
[0010]采用本发明模具的自动成型压机从上往下依次包括上冲台板，阴模台板，下冲台板和固定台板、底座，上冲台板、阴模台板、下冲台板和底座可以上下移动；压机内固连成型模具，所述成型模具包括上冲、下冲、阴模和芯杆，阴模固定在阴模台板内，芯杆固定在底座上；所述压机的上冲台板固连预压载气缸及活塞杆、上内冲气缸及活塞杆、上外冲气缸及活塞杆；上外冲活塞杆内设置有供上内冲活塞杆穿出的孔。
[0011]所述模具的上冲包括上内冲和上外冲，上内冲套接于上外冲内；上内冲与上冲台板的上内冲活塞杆固连，上外冲与上外冲活塞杆固连；
[0012]所述模具的下冲包括下内冲和下外冲，下内冲套接于下外冲内，下外冲套接于阴模内壁下部；下内冲与固定板固连，下外冲与下冲台板固连；
[0013]所述芯杆穿过下内冲芯孔，与阴模上端面齐平；芯杆与阴模、下内冲、下外冲构成装料模腔。
[0014]当上冲下压时，上外冲套接于阴模内壁上部，上内冲、上外冲、阴模、下内冲、下外冲、芯杆之间构成成型模腔；其中上内冲、上外冲、芯杆构成模腔的上台阶空腔，阴模与芯杆之间构成模腔的环腔，下内冲、下外冲与芯杆构成模腔的下台阶空腔。
[0015]本发明的自动压机，针对改进的模具，在上冲台板下部增加了上内冲气缸部件和上外冲气缸部件，使与之固连的上内冲和上外冲可以单独动作，并在压制前，形成较大，空腔内充填较多的粉末，而在压制中，粉末在较大的压制压力下所产生的反作用，使上外冲上移，使台阶空腔变小，对空腔内的粉末产生更大的压缩力，增大的压缩比可有效提高半成品上台阶部位的密度。
[0016]更进一步的改进是:所述固定板上设置调节下内冲进入装料模腔深度的装置；下冲台板设置调节下外冲进入装料模腔深度的装置；上外冲活塞杆上设置调节上外冲进入装料模腔深度的部件；还包括调节压制品上台阶高度的部件36。上述调节位置装置，可以改变上内冲与上外冲形成的空间大小，以及下内冲与下外冲形成的空间大小，从而改变对应产品部位的密度。
[0017]上述模具在自动压机内的成型方法如下:
[0018]A装料，将粉料填充于阴模、芯杆和下冲构成的装料模腔内；所述下冲包括下内冲和下外冲，下内冲套接于下外冲内，下外冲套接于阴模内壁下部；芯杆上端从下内冲芯孔内穿出并与阴模上端面齐平；阴模与芯杆之间构成模腔的环腔，下内冲、下外冲与芯杆构成模腔的下台阶空腔。
[0019]B上冲下压，所述上冲包括上内冲和上外冲,下压的同时,上内冲相对上外冲上移，使上内冲与上外冲之间形成上台阶空腔；
[0020]C上冲继续下压，上外冲进入阴模内，芯杆穿入上内冲芯孔内；上台阶空腔被装料模腔内的粉料填充；
[0021]D上冲、阴模、芯杆同步下移，上冲下压的压制压力通过粉料传递给下外冲，带动下外冲一同下移至限位装置，下内冲固定不动；
[0022]E上冲再次单独下压，其余部件不动；装料模腔内的粉料被压制成中部具有环形结构并在上下方向具有两个向外凸起的台阶环的压制品；
[0023]F对上冲施加预压载力，通过上冲将压力作用在压制品上；阴模、芯杆下移；
[0024]G阴模、芯杆下移，当到达下外冲脱模位置时，下外冲与阴模、芯杆同步下移，至阴模、芯杆的上端面与下内冲上端面齐平，压制品完全脱出阴模后，卸除上冲预压载力，上冲迅速上移，同时上内冲相对上外冲下移，使上外冲与上内冲下端面齐平，回复到初始位置。
[0025]H阴模、芯杆、下外冲回复到初始位置。
[0026]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明通过独特的自动压制模具及压机以及成型工艺控制，提供了 一种用于上下方向各有两个端面的复杂形状产品的自动压制成型方法，与传统的手动压制方式相比，具有生产效率高、生产质量稳定等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]本发明将通过实施例并参照附图的方式说明，其中:
[0028]图1是现有产品的手动成型模具结构示意图。
[0029]图2是压制半成品的结构示意图。
[0030]图3是半成品烧结后的形状示意图。
[0031]图4是本发明的模具结构示意图。
[0032]图5是本发明的自动压机的结构示意图。
[0033]图6是本发明模具与压机装配后的结构示意图。
[0034]图7是本发明的成型原理图。
【具体实施方式】
[0035]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0036]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0037]如图4所示的本发明成型模具，包括阴模17和芯杆39，还包括上内冲15和上外冲16组成的上冲，上内冲套接于上外冲内，上外冲套接于阴模内壁上部；还包括下内冲和下外冲组成的下冲，下内冲套接于下外冲内，下外冲套接于阴模内壁下部；芯杆穿套于上内冲芯孔和下内冲芯孔内；上内冲、上外冲、阴模、下内冲、下外冲、芯杆之间形成模腔；其中上内冲、上外冲、芯杆构成模腔的上台阶空腔，阴模与芯杆之间构成模腔的环腔，下内冲、下外冲与芯杆构成模腔的下台阶空腔。
[0038]如图5、6，本发明自动成型压机从上往下依次包括上冲台板21，阴模台板24，下冲台板25和固定台板28、底座30,以及若干固定导柱26。压制过程中，下冲台板固定不动,液压机带动上冲台板、阴模台板、下冲台板、底座连接台板31往复运动。压机的上冲台板上部固连液压机压柱20以及预压载气缸及活塞杆(图中未示出)，上冲台板下部固连上内冲气缸及活塞杆22，上外冲气缸及活塞杆23 ;上外冲活塞杆为环形结构，上内冲活塞杆可通过上外冲活塞杆环孔上下移动；固定台板和下冲台板之间设置下外冲压制限位块27 (其高度可调节)。阴模台板的下部设置有下外冲脱模位置调节装置35。
[0039]固定台板上设置调节下内冲进入装料模腔深度的部件38，该部件可以为一调节螺母；下冲台板上设置调节下外冲进入装料模腔深度的部件29 ;调节压制品上台阶高度的部件36 ;上外冲活塞杆上设置调节上外冲进入装料模腔深度的螺纹套筒37，螺纹套筒下端与环形下外冲固连。
[0040]将模具装配在自动压机内，先将芯杆39螺纹紧固在底座30上，然后下内冲19穿过芯杆其下端紧固在固定台板28上，再将下外冲18套接在下内冲外，下外冲的下端放置在下冲台板25上。然后将阴模17紧固在阴模台板24内，阴模下部内壁套接在下外冲外壁，阴模上端面与芯杆上端面齐平。再将上内冲15与上内冲气缸活塞杆22固连，最后将上外冲16放入阴模17内，将上内冲下移，待上外冲与上内冲对正并套在上内冲上，然后再将上内冲下移，直到上外冲有约20mm左右在阴模内，同时调节下外冲进入阴模的位置，调节好位置后紧固下外冲，上移上冲，使上外冲脱离阴模，再下移，使上外冲再次进入阴模，如果能顺利进入阴模，就可以再次紧固上外冲，上移上冲到装料的位置。
[0041]正式压制前，应进行试压。点动，在压制行程或下拉行程将压制行程调整到“50”(下拉调节装置的表显数值)位置，开料靴，开阴模台板暂停功能，将料靴覆盖在阴模孔上方，保证粉末充分填充装料模腔，观察上外冲进入阴模深度，控制上外冲进入阴模深度在5-10mm之间，先调整高度达到压制条件的高度，接着调整下冲台板下的调节装置29来调整下台阶圆环高度，然后再慢慢调整压制行程来改变压制品单重，使压制品满足压制条件的单重要求，调整装粉位置上内冲与上外冲形成空间的大小来改变上台阶圆环部位的密度，调整装粉位置下内冲与下外冲形成空间的大小来改变下台阶圆环部位的密度，调整顶压行程改变中部圆环的密度，使压制品上部、中部及下部的圆环密度相近，且尺寸符合要求，就可以大批压制，如果尺寸不符合工艺要求，就根据产品部位，继续调整上内冲与上外冲形成空间的大小、下内冲与下外冲形成空间的大小及顶压行程，直到压制品各部位尺寸符合工艺范围内。开预加载，调整预加载角度及气缸压力，调整上内冲气缸开与关的角度及气缸压力，尽量等于预加载气缸压力，调整上外冲气缸开与关的角度及气缸压力，使其等于预加载气缸压力。通过上述调整，顶压阶段，可以保持上内冲和上外冲位置不动，消除压制中部圆环与上下部台阶圆环之间的裂纹，最终得到合格的压制品。并进行批量压制。
[0042]自动压机的成型原理见图7，过程详述如下:
[0043]A:装料(装粉)，将粉料填充于阴模、芯杆和下冲构成的装料模腔内。
[0044]B:压柱将上冲台板下压带动上冲下压，所述上冲包括上内冲和上外冲，下压的同时，上内冲气缸和上外冲气缸开启，带动上内冲和上外冲相对移动(如上内冲上移,上外冲下移，也可以仅是上外冲下移，或上内冲上移)，使上内冲与上外冲之间形成上台阶空腔；
[0045]C:上冲继续下压，上外冲进入阴模内，上内冲芯孔穿入芯杆内；上台阶空腔被装料模腔内的粉料填充；
[0046]D:上冲、阴模、芯杆同步下压，上冲下压的压制压力(约有5MPa)通过粉料传递给下外冲，带动下外冲一同下移至下外冲压制限位块(图)，此时模腔内的粉末抵抗压制变形产生的反作用力超过上外冲气缸施加在上外冲上的压力(约0.5 MPa)，使上外冲上移，此时上外冲与上内冲形成的上台阶空腔变小，使空腔内充填的粉料产生更大的压缩变形，密度提闻。下内冲固定不动。
[0047]E:上冲再次单独下压，其余部件不动，改善中部圆环密度，装料模腔内的粉料被压制成中部具有环形结构并在上下方向具有两个向外凸起的台阶环的压制品。
[0048]F:顶压:预压载气缸开启，对上冲施加预压载力，通过上冲将一定压力作用在压制品上，直到脱模完成，才改变上冲预压载气缸方向，可以缓解压制品弹性后效释放速度；此时，阴模、芯杆同步下移，下外冲和下内冲不动，在脱模步骤的同时，实现对下台阶环的双向压制。
[0049]G:阴模、芯杆继续下移，当到达下外冲脱模位置时，下外冲与阴模、芯杆同步下移，至阴模、芯杆的上端面与下内冲上端面齐平，压制品完全脱出阴模后，卸除上冲预压载力，压柱上提带动上冲迅速上移，同时上内冲和上外冲的气缸启动，上内冲相对上外冲下移，使上外冲与上内冲下端面齐平，回复到步骤A装粉(装料)初始位置。
[0050]H:阴模、芯杆、下外冲回复到步骤A装粉(装料)初始位置。图中未示出。
[0051]压机重复上述步骤，实现连续压制。
[0052]上述实施例中上内冲、上外冲、下内冲和下外冲、阴模可优选为圆环形结构。粉末为硬质合金粉末，生产的产品为中部具有圆环形结构并在上下方向具有向外凸起的两个台阶圆环硬质合金产品。由于本发明的自动压制方法对产品成型时各部分密度的调整灵活，在混合料成型剂的选择上可以抛弃橡胶而选用石蜡，从而有利于产品烧结时碳量的控制。
[0053]本发明采用上内冲和上外冲组合的上冲，通过改变上内冲与上外冲形成的空间大小，来调节压制品上台阶部位的密度。下内冲和下外冲组合的下冲，通过上内冲与上外冲的相对位移，改变下内冲与下外冲形成的空间来调节产品下部台阶部位的密度。将该模具用于自动成型压机上，可以实现对复杂产品的机械化成型，调节压制品各部位密度，解决由于密度不均造成的裂纹和内孔葫芦状，提高生产效率和产品质量。
[0054]尽管已经根据优选实施例对本发明进行了示例和描述，但应认识到，本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。在不背离权利要求书中所阐述的本发明的情况下，可对此作出变更和改变，本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【权利要求】
1.一种成型模具，包括上冲、下冲、阴模和芯杆，上冲、下冲、阴模和芯杆构成模腔，其特征在于:所述上冲包括上内冲和上外冲，上内冲套接于上外冲内，上外冲套接于阴模内壁上部，所述下冲包括下内冲和下外冲，下内冲套接于下外冲内，下外冲套接于阴模内壁下部；芯杆穿套于上内冲芯孔和下内冲芯孔内；上内冲、上外冲、阴模、下内冲、下外冲、芯杆之间形成模腔；其中上内冲、上外冲、芯杆构成模腔的上台阶空腔，阴模与芯杆之间构成模腔的环腔，下内冲、下外冲与芯杆构成模腔的下台阶空腔。
2.一种根据权利要求1所述的成型模具，其特征在于:所述上内冲与上外冲可做相对位移，改变上台阶空腔容积。
3.一种根据权利要求1所述的成型模具，其特征在于:所述下内冲与下外冲可做相对位移，改变下台阶空腔容积。
4.一种根据权利要求1所述的成型模具，其特征在于:所述上内冲、上外冲、下内冲和下外冲为圆环形结构。
5.一种自动压机，从上往下依次包括上冲台板，阴模台板，下冲台板和固定台板、底座，上冲台板、阴模台板、下冲台板和底座可以上下移动；压机内固连成型模具，所述成型模具包括上冲、下冲、阴模和芯杆，阴模固定在阴模台板内，芯杆固定在底座上；其特征在于: 所述压机的上冲台板固连上内冲气缸及活塞杆，上外冲气缸及活塞杆；上外冲活塞杆内设置有供上内冲活塞杆穿出的孔； 所述模具的上冲包括上内冲和上外冲，上内冲套接于上外冲内；上内冲与上冲台板的上内冲活塞杆固连，上外冲与上外冲活塞杆固连； 所述模具的下冲包 括下内冲和下外冲，下内冲套接于下外冲内，下外冲套接于阴模内壁下部；下内冲与固定板固连，下外冲与下冲台板固连； 所述芯杆穿过下内冲芯孔，与阴模上端面齐平；芯杆与阴模、下内冲、下外冲构成装料模腔。 当上冲下压时，上外冲套接于阴模内壁上部，上内冲、上外冲、阴模、下内冲、下外冲、芯杆之间构成成型模腔；其中上内冲、上外冲、芯杆构成模腔的上台阶空腔，阴模与芯杆之间构成模腔的环腔，下内冲、下外冲与芯杆构成模腔的下台阶空腔。
6.如权利要求5所述的自动压机，所述固定板上设置调节下内冲进入装料模腔深度的装置；下冲台板设置调节下外冲进入装料模腔深度的装置；上外冲活塞杆上设置调节上外冲进入装料模腔深度的部件；还包括调节压制品上台阶高度的部件。
7.一种自动压机的成型方法，其特征在于，包括如下步骤: A装料，将粉料填充于阴模、芯杆和下冲构成的装料模腔内；所述下冲包括下内冲和下外冲，下内冲套接于下外冲内，下外冲套接于阴模内壁下部；芯杆上端从下内冲芯孔内穿出并与阴模上端面齐平；阴模与芯杆之间构成模腔的环腔，下内冲、下外冲与芯杆构成模腔的下台阶空腔。 B上冲下压，所述上冲包括上内冲和上外冲，下压的同时，上内冲相对上外冲上移，使上内冲与上外冲之间形成上台阶空腔； C上冲继续下压，上外冲进入阴模内，芯杆穿入上内冲芯孔内；上台阶空腔被装料模腔内的粉料填充； D上冲、阴模、芯杆同步下移，上冲下压的压制压力通过粉料传递给下外冲，带动下外冲一同下移至限位装置，施加在粉末上的压制压力产生的反作用力使上外冲上移，使上台阶空腔变小，上台阶空腔内充填的粉末受到更大的压缩力；下内冲固定不动； E上冲再次单独下压，其余部件不动；装料模腔内的粉料被压制成中部具有环形结构并在上下方向具有两个向外凸起的台阶环的压制品； F对上冲施加预压载力，通过上冲将压力作用在压制品上；此时，阴模、芯杆同步下移，下外冲和下内冲不动，在脱模步骤的同时，实现对下台阶环的双向压制； G阴模、芯杆继续下移，当到达下外冲脱模位置时，下外冲与阴模、芯杆同步下移，至阴模、芯杆的上端面与下内冲上端面齐平，压制品完全脱出阴模后，卸除上冲预压载力，上冲迅速上移，同时上内冲相对上外冲下移，使上外冲与上内冲下端面齐平，回复到初始位置。 H阴模、芯杆、下外 冲回复到初始位置。
【文档编号】B22F3/03GK103706787SQ201210374698
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年9月30日 优先权日:2012年9月30日
【发明者】肖科, 时凯华, 王忠胤, 杨华, 吴翔 申请人:自贡硬质合金有限责任公司