本发明属于烟花制造技术领域，具体涉及一种烟花筒体冷压成型模具及工艺。
背景技术：
传统的烟花筒体是通过手工将纸张进行裁纸、上胶、滚筒和修边等多道工序加工而成，这种方式占据目前绝大部分的市场份额。但给方法效率低、生产周期长，需要较多原材料，同时外筒的抗暴性能不强，发生炸筒时容易引起整个烟花的爆炸。
为了克服现有烟花筒体制造的效率低下和提高筒体可靠性的问题，通过模压成型的方法是提高效率、保证质量和实现自动化的有效方法。模压成型的关键技术是设计出合适的模具及工艺，为此，行业人员开发了很多新的模具和/或工艺，如：申请号为201310166825.6的中国专利，公开了一种机械化液压模具高温成型烟花外筒及其制造工艺，包括高温液压模具成型的外筒制造工艺和模具设计方案；申请号为200820052952.8的中国专利，公开了一种用于生产一次成型的烟花筒体的设备；申请号为201410782453.4的中国专利，公开了一种烟花筒体制备方法以及生产设备，等。
虽然这些专利能够从一定程度上解决模压成型和自动化的问题，但将其应用于工业实际大批量生产问题时，将面临以下主要的技术难点：（1）现有产品的成型需要借助超声波、振动和辅助加热装置解决材料成型性不佳的问题，致使设备成本高，更加复杂。（2）由于模具添加超声波、振动和高温辅助装置将会导致设备容易损坏和模具寿命短的问题。（3）超声波、振动和高温均会对工人和设备的操作及运行环境带来不良的影响，热成型加工中释放的有毒气体还会污染环境方式。（4）生产效率较低问题。
为解决上述问题，申请号为201620716059.5的中国专利，公开了一种烟花筒体冷压生产设备，包括机架座、模具组件、机架支杆、活动板、机架顶板、上模驱动机构、下模驱动机构，模具组件由上至下分别由模具压板、棒芯固定板、模具退料板、模具型腔、模具针板构成，模具顶杆分别穿设活动板、模具压板、棒芯固定板至模具退料板，模具压板通过模具固定杆与活动板连接，模具型腔设置至少一个模穴或两个以上模穴，模穴下端设有下模顶块，下模顶块与顶出曲手连接，顶出曲手与所述下模驱动机构连接，棒芯固定板上对应模具型腔上的每个模穴设有由数根模具棒芯构成的模具棒芯组件。其工艺包括：将原料倒入模具型腔的模穴后，上模驱动机构驱动活动板向下运行，模具压板、棒芯固定板、模具退料板随活动板一同向下运行至模具型腔并闭合压制，当压制完成后，上模驱动机构带动活动板向上运行，模具压板、棒芯固定板随活动板一同向上运行，当模具棒芯脱离成型产品后，模具退料板再随活动板向上运行，模具退料板向上运行一定距离后，下模驱动机构驱动顶出曲手相上运行，顶出曲手通过下模顶块将成型产品向上顶出模穴，使成型产品与模具型腔脱离完成压制。
上述设备虽然可以实现烟花筒体的冷压成型，无需借助超声波、振动和辅助加热装置，使设备结构更为简单，降低生产能耗。但在其运用过程中却存在以下问题：
（1）、现有的成型原料包含植物纤维（如木纤维、竹纤维、棉纤维和费纸浆等）、水硬性材料和气硬性胶凝材料等，这些材料在成型时流动较差，上述设备将烟花筒口朝上底座在下放置，也就是将模具棒芯布置在上模中活动板的下方，由于烟花筒体上部布有大量发射孔，需要较少的材料，底座为实心需要较多的材料，仅仅先通过上模中退料板的下压作用，再通过棒芯的侧压作用，完全不能加大烟花筒体底座在材料成型时的流动性，致使产品不能冷压成型，无法与添加了振动、超声波和高温加热等方式的设备合格率相比拟，推广运用困难。
（2）、下模驱动机构驱动顶出曲手向上运行，顶出曲手通过下模顶块将成型产品向上顶出模穴，在顶出过程中，产品成型后需要同时克服针板上的钢针及模穴内壁带来的粘结作用，脱模难度大，容易产生毛边，降低产品质量。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种既不需要借助外部辅助装置，又能在冷压常温下实现快速成型的，易脱模的烟花筒体冷压成型模具及工艺。
本发明提供的这种烟花筒体冷压成型模具，包括由上至下依次布置的上模板、芯棒、压料板、模腔和针板，所述上模板由上油缸驱动上下运动，所述芯棒通过芯棒固定板固定在上模板底部，所述针板由下油缸驱动在模腔内上下运动，所述压料板由固定在上模板上的压料油缸驱动上下运动，在所述针板上方设有可容钢针自由贯穿的凸模板，该凸模板侧壁与模腔内壁相接，在所述芯棒底部设有可由钢针自由插入的孔腔。
为适应流动性各不相同的各种制造原料，不用改变本发明的结构就可以满足不同产品的需求，所述上油缸、下油缸和压料油缸均采用调压油缸。
所述模腔由金属一体加工或多块组装而成。
为方便实施，所述芯棒对应所述模腔的一端采用圆锥状。
本发明还提供了一种利用上述模具进行烟花筒体冷压成型的工艺，包括如下步骤：
（1）、将原料精确称量装入模腔中；
（2）、芯棒和压料板由上油缸驱动向下运动至芯棒底部与钢针相连；
（3）、压料板由压料油缸驱动向下运动至极限位置，整个模腔体内部封闭；
（4）、凸模板和针板由下油缸驱动向上运动，与压料板一起挤压模腔中的原料至材料成型；
（5）、对步骤4中成型的材料进行静止保压；
（6）、下油缸带动针板向下运动到极限位置，凸模板在模腔中成型材料的粘结作用下保持原位；
（7）、芯棒和压料板由上油缸驱动向上运动至极限位置；
（8）、凸模板和针板由下油缸驱动向上运动托住并顶出成型材料；
（9）、待步骤8中成型材料的底面不低于模腔最高高度时，借助于外部机械手夹住成型材料；
（10）、下油缸带到针板和凸模板向下运动，待凸模板和针板上的钢针均脱离成型材料底部时，机械手将成型材料取出放到传送带上。
所述原料包括植物纤维、填料以及凝结硬化材料。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）将烟花筒口朝上底座在下放置，也就是将模具棒芯布置在上模中活动板的下方，通过上油缸、下油缸及压料油缸的同时挤压及模腔的保压作用下，使材料在恒定的高压环境内成型，可直接采用冷压成型的方式，工艺简单操作方便，不需要添加任何的辅助成型装置（如振动、超声波和高温加热），模具成本低和寿命高。
（2）先通过上油缸驱动芯棒对原料进行发射孔的加工，再通过压料油缸驱动压料板下压原料，解决烟花筒体上部流动性问题；最后通过下油缸带动凸模板往上压，在压料板的阻隔作用下一起压实原料，解决烟花筒体下部流动性问题，在不需要添加任何的辅助成型装置的情况下保证了产品的成型率。
（3）通过钢针在凸模板上的自由贯穿，在退模时针板会先往下运动，针板的钢针会依次从烟花筒体和凸模板中脱离，空气进入模腔使得外部压力与内部压力平衡，有利于后续的整体脱模，可有效降低产生毛边的产生。
（4）本发明避免了加热、振动和超声波等辅助成型的时间，在常温工况下工作，极大提高成型效率，单腔成型的时间可以控制在15~30s，并且在不断改变压力的情况下还有提升的空间。
（5）设备环境友好，无需特殊防护，在压铸过程中对环境和人员不会产生任何污染。
本发明结构简单、操作方便、稳定可靠、寿命长、成本低，产品成型率高，在与其他自动化集成后，完全可以实现全自动的生产，具有很高的市场应用前景。
附图说明
图1为本发明中烟花筒体冷压成型模具的结构示意图。
图2为模压烟花筒体的三维示意图。
图3为图2仰视图的三维示意图。
图中示出的标记及所对应的构件名称为：
1、上油缸；2、上模板；3、芯棒固定板；4、芯棒；5、压料板；6、模腔；7、凸模板；8、针板；9、下油缸；10、压料油缸；11、筒体；12、发射孔；13、引线槽；14、引线孔；41、孔腔；51、通孔；71、针孔；81、钢针。
具体实施方式
从图1可以看出，本发明这种烟花筒体冷压成型模具，包括上油缸1、上模板2、芯棒固定板3、芯棒4、压料板5、模腔6、凸模板7、针板8、下油缸9和压料油缸10，上油缸1、模腔6和下油缸9由上至下对应固定在机架上，上模板2固定在上油缸1底部并由其驱动上下运动，芯棒固定板3固定在上模板2底部，芯棒4固定在芯棒固定板3底部，芯棒4对应模腔6的一端采用圆锥状，上模板2通过芯棒固定板3带动芯棒4竖直向上或下运动；
压料油缸10固定在上模板2上，压料板5固定在压料油缸10底部并位于芯棒固定板3下方，在压料板5上开有可供芯棒4自由向上或向下运动的通孔51，压料油缸10驱动压料板5竖直向上或向下运动；
模腔6用于包纳原料由金属一体加工或多块组装而成，凸模板7和针板8上下平行的水平放置在模腔6底部内侧，针板8的底部与下油缸9顶部相连，下油缸9驱动针板8在模腔6内竖直向上或向下运动；
在针板8上表面与各芯棒4对应处安装有直径4～7mm的钢针81，凸模板7的上表面与烟花筒体底部形状相一致，在凸模板7上与各钢针81对应处开有可容钢针81自由贯穿的针孔71，在芯棒4底部设有可由钢针81自由插入的孔腔41；
芯棒4与通孔51之间、钢针81与孔腔41之间、钢针81与针孔71之间均采用高精度配合；压料板5伸入模腔6中的侧壁、凸模板7侧壁、针板8侧壁均与模腔6内壁之间采用高精度配合相接，保证产品成型后不会产生毛边。
在本发明中，上油缸1、下油缸9和压料油缸10均采用调压油缸。
本发明这种烟花筒体冷压成型的工艺，包括如下步骤：
（1）、将原料精确称量装入模腔6中；
（2）、上模板2、芯棒4和压料板5在上油缸1的驱动下向下运动，芯棒4以一定的运动速度插入到包纳样品的模腔6内部，直到芯棒4底部孔腔41内有钢针81插入；
（3）、压料板5由压料油缸10继续驱动向下运动至极限位置，压料板5与模腔6、凸模板7和钢针81组成了一个内部封闭的空间，其内部形状为烟花筒体的形状；
（4）、凸模板7和针板8由下油缸9驱动向上运动，与压料板5一起挤压模腔6中的原料至材料成型；
（5）、向上油缸1、下油缸9和压料油缸10施加5～10t的压力，对步骤4中成型的材料进行静止保压，保压时间为5～10s；
（6）、下油缸9带动针板8向下运动到极限位置，凸模板7在模腔中成型材料的粘结作用下保持原位；
（7）、静置几秒钟后，上油缸1运作带动上模板2、芯棒4和压料板5向上运动至极限位置；
（8）、凸模板7和针板8由下油缸9驱动向上运动托住并顶出成型材料；
（9）、待步骤8中成型材料的底面不低于模腔6的最高高度时，借助于外部机械手夹住成型材料；
（10）、下油缸9带到针板8和凸模板7向下运动，待凸模板7和针板8上的钢针81均脱离成型材料底部时，机械手将成型材料取出放到传送带上。
在本发明中，原料包括植物纤维、填料以及凝结硬化材料。
从图2和图3可以看出，本发明中由上述工艺制成的烟花筒体包括一次性挤压成型的筒体11，在该筒体11上部设有朝上开设的发射孔12，在筒体11底部设有引线槽13以及设置在引线槽13上并连通至发射孔12的引线孔14。
经过长期实践表明，本发明的成型时间只要20s左右，远小于现有的超声波成型模具和热成型模具的成型时间。