專利名稱：一種大型杯形件的熱反擠壓成型模具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于杯形件成型技術領域，具體涉及一種大型杯形件的熱反擠壓成型裝置。
背景技術：
反擠壓成型技術是一種先進的少無切削的金屬壓力加工工藝，具有“高效、優(yōu)質、 低消耗”等特點，在技術上和經(jīng)濟上都有很高的使用價值。杯形件是反擠壓典型制件。對于杯形件的制備，目前國內外大都采用反擠壓成型 技術。由于反擠壓成型過程中材料處于三向壓應力狀態(tài)，材料抗力較強，且金屬流動時與凸 模、凹模均有相對運動，摩擦力較大，對設備噸位要求較高。為減小成型力，較大一些的黑色 金屬反擠壓制件都采用熱反擠壓成型技術，但據(jù)資料統(tǒng)計黑色金屬熱反擠壓沖頭直徑大 都仍局限在100毫米之內。為減小熱反擠壓成型力，專利申請“一種制作發(fā)電機護環(huán)熱鍛環(huán)坯的方法及模 具(申請?zhí)枮?00510012565. 2) ”采取了坯料包套成形的方法來減小發(fā)電機護環(huán)熱鍛 環(huán)坯時的成型力，專利申請“一種大型環(huán)筒類鍛件熱沖擠成型工藝及裝置(申請?zhí)枮?200910074230. 1) ”采用把一次變形分開為多次變形的方法來減小大型環(huán)筒類鍛件的熱沖 擠成型力，這些方法均可減小熱反擠壓成型力，達到“小設備干大活”的目的，但生產效率較 低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點，提供一種大型杯形件的熱反擠壓成型模 具，有效降低大型杯形件熱反擠壓成型工藝的成型力，提高生產效率。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的—種大型杯形件的熱反擠壓成型模具，其特征在于所述模具包括反擠壓沖頭、 反擠壓筒、法蘭、螺栓、圓柱螺旋壓縮彈簧、底座、承壓墊板、頂料桿；所述反擠壓沖頭裝配在 壓力機壓頭上；所述反擠壓筒的內腔由兩個不同內徑的同心圓筒組成，上面部分為盛料腔， 下面部分為反擠壓腔，所述盛料腔的內徑((!+△(!)比所述反擠壓腔的內徑d大△(!，所述盛 料腔與所述反擠壓腔之間有角度為α的過渡臺階，α =10° 45° ；所述反擠壓筒的下 端帶有一個限位臺階；所述反擠壓筒的下端設置有η個均布的彈簧定位窩；所述底座固定 在壓力機的工作臺面上；所述底座的內腔由三個不同內徑的同心圓筒組成，上面部分為上 端內腔，中間部分為中部內孔，下面部分為下端內腔；所述中部內孔的外側設置有η個均布 的柱狀的彈簧凹坑；所述下端內腔設置有所述承壓墊板；所述承壓墊板的中心孔與壓力機 的頂桿滑動配合；所述承壓墊板的上端面支承著所述頂料桿；所述頂料桿為上小下大臺階 式的圓柱體，其大端與所述中部內孔滑動配合，其小端與所述反擠壓腔滑動配合；所述限位 臺階的外壁與所述上端內腔的壁面滑動配合；所述法蘭用m個所述螺栓與所述底座的上端 固定；所述反擠壓筒與所述底座之間設置有η個均布的所述圓柱螺旋壓縮彈簧；11個均布的
3所述圓柱螺旋壓縮彈簧是對應地放置在η個均布的所述彈簧定位窩和η個均布的所述彈簧 凹坑內；其中，η和m均為正整數(shù)，Ad和α均為正數(shù)。所述盛料腔端口部位加工有10°斜錐供導料使用。所述限位臺階的外壁與所述上端內腔的壁面可滑動的最大距離等于a，也即所述 反擠壓筒的下底面與底座的上端內腔的底平面之間的最大距離等于a，對a的數(shù)值要求大 于反擠壓制件的高度H與坯料被全部減徑擠壓到反擠壓腔內且尚未開始反擠壓成型時的 高度h的差值(H-h)的1.2倍，即a > 1.2 (H-h)，其中a、H和h均為正數(shù)。所述圓柱螺旋壓縮彈簧的彈性力大小，由以下三個條件確定①當所述反擠壓筒的下底面與所述上端內腔的底平面距離等于a時，η個所述圓 柱螺旋壓縮彈簧的總的彈性力之和Fsil在數(shù)值上應大于所述坯料的重量Ge與所述反擠壓 筒的重量G筒之和的1.5倍，即> 1.5(Ge+G筒)；②當所述反擠壓筒的下底面與所述上端內腔的底平面接觸時，η個所述圓柱螺旋 壓縮彈簧的總的彈性力之和F⑷在數(shù)值上應小于使得所述坯料由反擠壓筒的盛料腔逐步 被減徑擠壓到反擠壓筒的反擠壓腔內的減徑擠壓變形力Fs的0. 7倍，即F· < 0. 7Fa ；③以上工作狀態(tài)中每個所述圓柱螺旋壓縮彈簧均處在許用工作范圍內。以上所述F彈” F彈2、F減、F反、Ga^PG筒均為正數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點及積極效果是(1)反擠壓成型過程中，部分金屬被反擠向上流動，由此而產生的坯料與反擠壓筒 之間的摩擦力會很大，對于中小型模具而言，此摩擦力可由模具結構本身來克服，相應也就 增大了反擠壓成型力，而對于大型杯形件反擠壓成型而言，此摩擦力在數(shù)值上會非常大，不 宜由模具本身來克服。本發(fā)明中的模具采用反擠壓筒與坯料隨動的方法，使得在反擠壓成 型過程中，反擠壓筒相對于底座有相對運動，可消除部分摩擦力的影響，從而減小反擠壓成 型力，省力效果明顯；(2)在坯料減徑擠壓變形前，反擠壓筒已經(jīng)在坯料的帶動下開始向下滑動到最低 位置，可滿足后續(xù)反擠壓成型過程中反擠壓筒要向上滑動的空間要求；(3)常規(guī)熱反擠壓成型，坯料外周表面粗糙，坯料與成型型腔之間的間隙不均，會 出現(xiàn)制件壁厚不均勻、表面質量不高等缺陷。而以減徑擠壓的方式將坯料由盛料腔壓入反 擠壓腔后，坯料與反擠壓腔之間幾乎沒有間隙，可減小由于間隙不均而造成的壁厚不均勻 現(xiàn)象，同時可改善坯料外周表面粗糙度，提高熱反擠壓制件的表面質量；(4)反擠壓成型終了、取走反擠壓制件后模具在重力和圓柱螺旋壓縮彈簧的彈性 力的作用下迅速恢復初始狀態(tài)，為下次反擠壓成型做好了準備，與現(xiàn)有技術相比，大大提高 了生產效率。


圖1為本發(fā)明反擠壓筒的結構示意圖；圖2為本發(fā)明底座的結構示意圖；圖3為本發(fā)明將坯料放入盛料筒時的狀態(tài)示意圖；圖4為本發(fā)明反擠壓沖頭壓下并接觸坯料時的狀態(tài)示意圖；圖5為本發(fā)明反擠壓沖頭壓下坯料、反擠壓筒被坯料帶動向下滑動到與底座的上端內腔的底平面相接觸時的狀態(tài)示意圖；圖6為本發(fā)明反擠壓沖頭將坯料減徑擠壓到反擠壓腔時的狀態(tài)示意圖；圖7為本發(fā)明反擠壓沖頭壓入坯料進行反擠壓成型中間過程的狀態(tài)示意圖；圖8為本發(fā)明反擠壓成型過程結束時的狀態(tài)示意圖；圖9為本發(fā)明反擠壓制件脫離反擠壓沖頭和反擠壓筒時的狀態(tài)示意圖。
具體實施例方式如圖1至圖9所示，一種大型杯形件的熱反擠壓成型模具，包括反擠壓沖頭2、反 擠壓筒4、法蘭5、螺栓6、圓柱螺旋壓縮彈簧7、底座8、承壓墊板9、頂料桿11 ；所述反擠壓 沖頭2裝配在壓力機壓頭1上；所述反擠壓筒4的內腔由兩個不同內徑的同心圓筒組成，上 面部分為盛料腔4-2，下面部分為反擠壓腔4-4，所述盛料腔4-2的內徑(d+Ad)比所述反 擠壓腔4-4的內徑d大Δ d，所述盛料腔4-2與所述反擠壓腔4-4之間有角度為α的過渡 臺階4-3，α =10° 45° ；所述反擠壓筒4的下端帶有一個限位臺階4_5 ；所述反擠壓筒 4的下端設置有η個均布的彈簧定位窩4-6 ；所述底座8固定在壓力機的工作臺面上；所述 底座8的內腔由三個不同內徑的同心圓筒組成，上面部分為上端內腔8-1，中間部分為中部 內孔8-4，下面部分為下端內腔8-5 ；所述中部內孔8-4的外側設置有η個均布的柱狀的彈 簧凹坑8-3 ；所述下端內腔8-5設置有所述承壓墊板9 ；所述承壓墊板9的中心孔與壓力機 的頂桿10滑動配合；所述承壓墊板9的上端面支承著所述頂料桿11 ；所述頂料桿11為上 小下大臺階式的圓柱體，其大端與所述中部內孔8-4滑動配合，其小端與所述反擠壓腔4-4 滑動配合；所述限位臺階4-5的外壁與所述上端內腔8-1的壁面滑動配合；所述法蘭5用m 個所述螺栓6與所述底座8的上端固定；所述反擠壓筒4與所述底座8之間設置有η個均 布的所述圓柱螺旋壓縮彈簧7 ；η個均布的所述圓柱螺旋壓縮彈簧7是對應地放置在η個均 布的所述彈簧定位窩4-6和η個均布的所述彈簧凹坑8-3內；其中，η和m均為正整數(shù)，Ad 和α均為正數(shù)。所述盛料腔4-2端口部位加工有10°斜錐4-1供導料使用。所述限位臺階4-5的外壁與所述上端內腔8-1的壁面可滑動的最大距離等于a，也 即所述反擠壓筒4的下底面4-7與底座8的上端內腔8-1的底平面8-2之間的最大距離等 于a，對a的數(shù)值要求大于反擠壓制件12的高度H與坯料3被全部減徑擠壓到反擠壓腔 4-4內且尚未開始反擠壓成型時的高度h的差值(H-h)的1. 2倍，即a > 1. 2 (H_h)，其中a、 H和h均為正數(shù)。所述圓柱螺旋壓縮彈簧7的彈性力大小，由以下三個條件確定①當所述反擠壓筒4的下底面4-7與所述上端內腔8-1的底平面8_2距離等于a 時，η個所述圓柱螺旋壓縮彈簧7的總的彈性力之和F…在數(shù)值上應大于所述坯料3的重 量68與所述反擠壓筒4的重量Gw之和的1. 5倍，S卩F.工> 1. 5 (Ga+Gw)，確保在反擠壓沖 頭2接觸坯料3前依靠η個所述圓柱螺旋壓縮彈簧7的總的彈性力之和Fsil能將反擠壓筒 4與坯料3 —起彈起，使得限位臺階4-5的上表面與法蘭5的下表面相接觸；②當所述反擠壓筒4的下底面4-7與所述上端內腔8-1的底平面8_2接觸時，η 個所述圓柱螺旋壓縮彈簧7的總的彈性力之和Fsi2在數(shù)值上應小于使得所述坯料3由反擠 壓筒4的盛料腔4-2逐步被減徑擠壓到反擠壓筒4的反擠壓腔4-4內的減徑擠壓變形力F
5 的0. 7倍，即Fsi2 < 0. 7FS，確保在所述坯料3發(fā)生減徑擠壓變形前所述反擠壓筒4的下 底面4-7已與所述上端內腔8-1的底平面8-2接觸；③以上工作狀態(tài)中每個所述圓柱螺旋壓縮彈簧7均處在許用工作范圍內。使得所述坯料3由反擠壓筒4的盛料腔4-2逐步被減徑擠壓到反擠壓筒4的反擠 壓腔4-4內的減徑擠壓變形力Fs與所述坯料3被反擠壓成型為反擠壓制件的過程中的反 擠壓成型力Ffi之間的關系應滿足Fs< 0. 2F&，確保在減徑擠壓過程中不發(fā)生反擠壓變型。以上所述F#1、F.2、Fs、F&、68和Gw均為正數(shù)，具體數(shù)值均可由常規(guī)熱擠壓計算 公式計算得出。所述螺栓6是用來固定所述法蘭5并承受反擠壓制件12脫模時的脫模力。應用本發(fā)明的一種大型杯形件的熱反擠壓成型工藝步驟如下①將加熱后的坯料3放置在反擠壓筒4的盛料腔4-2內；②壓力機壓頭1下壓，帶動反擠壓沖頭2接觸到坯料3 ；③壓力機壓頭1繼續(xù)下壓，帶動反擠壓沖頭2壓下坯料3，反擠壓筒4在坯料3的 帶動下沿底座8的上端內腔8-1的壁面開始向下滑動，并壓縮η個均布的圓柱螺旋壓縮彈 簧7，直到反擠壓筒4的下底面4-7與底座8的上端內腔8-1的底平面8-2相接觸，η為正 整數(shù)；④壓力機壓頭1繼續(xù)下壓，帶動反擠壓沖頭2壓下坯料3，坯料3由反擠壓筒4的 盛料腔4-2逐步被減徑擠壓到反擠壓筒4的反擠壓腔4-4內，直到坯料3被全部減徑擠壓 到反擠壓腔4-4內且坯料3的底部與頂料桿11的上表面貼合，此時坯料3尚未開始反擠壓 成型，其高度為h，h為正數(shù)；⑤壓力機壓頭1繼續(xù)下壓，帶動反擠壓沖頭2壓入坯料3，開始反擠壓成型過程，部 分金屬被反擠向上流動，帶動反擠壓筒4沿底座8的上端內腔8-1的壁面向上滑動，直到反 擠壓成型過程結束，此過程中坯料3被反擠壓成型為反擠壓制件12，反擠壓制件12的高度 等于H，H為正數(shù)；⑥壓力機壓頭1停止下壓并反向提起，帶動反擠壓沖頭2、反擠壓制件12以及反擠 壓筒4向上運動，反擠壓筒4的限位臺階4-5的上表面與法蘭6的下表面相接觸，反擠壓筒 4被限制運動，而反擠壓制件12在繼續(xù)向上運動的過程中被卸料板(圖中未標出)限制運 動，脫離反擠壓沖頭2，然后壓力機的頂桿10向上頂出，推動頂料桿11向上頂出反擠壓制件 12，反擠壓制件12脫離反擠壓筒4，隨后被取出；⑦壓力機的頂桿10向下收回、頂料桿11在重力作用下向下滑動到與承壓墊板9 接觸，反擠壓筒4在η個均布的圓柱螺旋壓縮彈簧7的彈性力的作用下保持其限位臺階4-5 的上表面與法蘭5的下表面相接觸的狀態(tài)，模具恢復到初始狀態(tài)；⑧重復上述工藝步驟①到⑦，可連續(xù)不斷地完成大型杯形件的熱反擠壓成型。所述步驟①到⑦中，反擠壓筒4沿底座8的上端內腔8-1的壁面可滑動的最大距 離等于a，對a的數(shù)值要求大于反擠壓制件12的高度H與坯料3被全部減徑擠壓到反擠 壓腔4-4內且尚未開始反擠壓成型時的高度h的差值(H-h)的1. 2倍，即a > 1. 2(H_h)，a 為正數(shù)。所述步驟③結束時，反擠壓筒4沿底座8的上端內腔8-1的壁面向下滑動的距離 等于a，確保反擠壓筒4在后續(xù)的反擠壓成型過程中有足夠的向上滑動的空間。
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所述步驟⑤結束時，反擠壓筒4沿底座8的上端內腔8-1的壁面向上滑動的距離 等于b，其中b為正數(shù)且b < a，確保反擠壓筒4的限位臺階4-5的上表面不與法蘭6的下 表面相接觸。所述步驟⑦結束時，反擠壓筒4的下底面4-7與底座8的上端內腔8-1的底平面 8-2距離等于a，保證后續(xù)工藝過程循環(huán)的正常進行。所述步驟④中坯料3由反擠壓筒4的盛料腔4-2逐步被減徑擠壓到反擠壓筒4的 反擠壓腔4-4內的減徑擠壓變形力Fs與所述步驟⑤中坯料3被反擠壓成型為反擠壓制件 12的過程中的反擠壓成型力Ffi之間的關系應滿足Fs< 0. 2F&，確保在減徑擠壓過程中不 發(fā)生反擠壓變形，其中！^與Ffi均為正數(shù)，具體數(shù)值均可由常規(guī)熱擠壓計算公式計算得出。
權利要求
一種大型杯形件的熱反擠壓成型模具，其特征在于所述模具包括反擠壓沖頭(2)、反擠壓筒(4)、法蘭(5)、螺栓(6)、圓柱螺旋壓縮彈簧(7)、底座(8)、承壓墊板(9)、頂料桿(11)；所述反擠壓沖頭(2)裝配在壓力機壓頭(1)上；所述反擠壓筒(4)的內腔由兩個不同內徑的同心圓筒組成，上面部分為盛料腔(4 2)，下面部分為反擠壓腔(4 4)，所述盛料腔(4 2)的內徑(d+Δd)比所述反擠壓腔(4 4)的內徑d大Δd，所述盛料腔(4 2)與所述反擠壓腔(4 4)之間有角度為α的過渡臺階(4 3)，α＝10°～45°；所述反擠壓筒(4)的下端帶有一個限位臺階(4 5)；所述反擠壓筒(4)的下端設置有n個均布的彈簧定位窩(4 6)；所述底座(8)固定在壓力機的工作臺面上；所述底座(8)的內腔由三個不同內徑的同心圓筒組成，上面部分為上端內腔(8 1)，中間部分為中部內孔(8 4)，下面部分為下端內腔(8 5)；所述中部內孔(8 4)的外側設置有n個均布的柱狀的彈簧凹坑(8 3)；所述下端內腔(8 5)設置有所述承壓墊板(9)；所述承壓墊板(9)的中心孔與壓力機的頂桿(10)滑動配合；所述承壓墊板(9)的上端面支承著所述頂料桿(11)；所述頂料桿(11)為上小下大臺階式的圓柱體，其大端與所述中部內孔(8 4)滑動配合，其小端與所述反擠壓腔(4 4)滑動配合；所述限位臺階(4 5)的外壁與所述上端內腔(8 1)的壁面滑動配合；所述法蘭(5)用m個所述螺栓(6)與所述底座(8)的上端固定；所述反擠壓筒(4)與所述底座(8)之間設置有n個均布的所述圓柱螺旋壓縮彈簧(7)；n個均布的所述圓柱螺旋壓縮彈簧(7)是對應地放置在n個均布的所述彈簧定位窩(4 6)和n個均布的所述彈簧凹坑(8 3)內；其中，n和m均為正整數(shù)，Δd和α均為正數(shù)。
2.按照權利要求1所述的一種大型杯形件的熱反擠壓成型模具，其特征在于所述盛 料腔(4-2)端口部位加工有10°斜錐(4-1)。
3.按照權利要求1所述的一種大型杯形件的熱反擠壓成型模具，其特征在于所述限 位臺階(4-5)的外壁與所述上端內腔(8-1)的壁面可滑動的最大距離等于a，也即所述反擠 壓筒4的下底面(4-7)與底座(8)的上端內腔(8-1)的底平面(8-2)之間的最大距離等于 a，對a的數(shù)值要求大于反擠壓制件(12)的高度H與坯料(3)被全部減徑擠壓到反擠壓腔 (4-4)內且尚未開始反擠壓成型時的高度h的差值(H-h)的1.2倍，S卩a >1.2 (H-h)，其中 a、H和h均為正數(shù)。
4.按照權利要求1所述的一種大型杯形件的熱反擠壓成型模具，其特征在于所述圓 柱螺旋壓縮彈簧(7)的彈性力大小，由以下三個條件確定①當所述反擠壓筒(4)的下底面(4-7)與所述上端內腔(8-1)的底平面(8-2)距離等 于a時，η個所述圓柱螺旋壓縮彈簧(7)的總的彈性力之和F…在數(shù)值上應大于所述坯料(3)的重量(^與所述反擠壓筒(4)的重量G筒之和的1.5倍，S卩F#1>1.5(Ge+G筒)；②當所述反擠壓筒(4)的下底面(4-7)與所述上端內腔(8-1)的底平面(8-2)接觸時， η個所述圓柱螺旋壓縮彈簧(7)的總的彈性力之和F·在數(shù)值上應小于使得所述坯料(3) 由反擠壓筒(4)的盛料腔(4-2)逐步被減徑擠壓到反擠壓筒(4)的反擠壓腔(4-4)內的減 徑擠壓變形力F減的0. 7倍，即< 0. 7F減；③以上工作狀態(tài)中每個所述圓柱螺旋壓縮彈簧(7)均處在許用工作范圍內；以上所述F彈” F彈2、F減、Ga^P G筒均為正數(shù)。
全文摘要
一種大型杯形件的熱反擠壓成型模具，涉及反擠壓成型裝置。本發(fā)明可降低大型杯形件熱反擠壓的成型力，并解決現(xiàn)有技術生產效率低的問題。本發(fā)明的反擠壓沖頭裝配在壓力機壓頭上；反擠壓筒的內腔由盛料腔、過渡臺階和反擠壓腔組成，其下端帶有限位臺階；底座固定在壓力機的工作臺面上；底座的內腔由上端內腔、中部內孔和下端內腔組成；下端內腔設置有承壓墊板；承壓墊板的中心孔與壓力機的頂桿滑動配合，其上端面支承著頂料桿；頂料桿大端與中部內孔滑動配合，小端與反擠壓腔滑動配合；限位臺階的外壁與上端內腔的壁面滑動配合；法蘭用螺栓與底座的上端固定；反擠壓筒與底座之間設置有n個均布的所述圓柱螺旋壓縮彈簧，n和m為正整數(shù)。
文檔編號B21C25/02GK101972792SQ20101051855
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權日2010年10月22日
發(fā)明者張利, 田繼紅 申請人:南京迪威爾重型鍛造股份有限公司