專利名稱：基于液壓伺服驅(qū)動(dòng)的多功能振動(dòng)擠壓模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種振動(dòng)擠壓模具，尤其涉及一種基于電液伺服驅(qū)動(dòng)的多功能振動(dòng)擠壓模具。
背景技術(shù)：
冷擠壓是在不破壞金屬的前提下使金屬體積作出塑性轉(zhuǎn)移，達(dá)到少無(wú)切屑而使金屬成形，相比于傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式，冷擠壓具有材料消耗少、生產(chǎn)效率高，力學(xué)性能優(yōu)越，可成形復(fù)雜形狀零件等優(yōu)點(diǎn)。隨著汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)高精度、形狀復(fù)雜的汽車零部件需求量越來(lái)越大，特別是一些機(jī)加工比較困難、加工成本較高的零件如圓柱直齒輪、圓柱螺旋齒輪和花鍵軸等，也要求直接通過冷擠壓成形方式實(shí)現(xiàn)；然而，在冷擠壓此類零件時(shí)，由于其本身形狀較為復(fù)雜，材料在室溫下流動(dòng)應(yīng)力又較高，同時(shí)模具與坯料之間的摩擦力也阻礙著金屬坯料的流動(dòng)，導(dǎo)致齒形充填不飽滿以及最后階段的擠壓力過高，使得對(duì)壓力機(jī)的噸位以及模具壽命等要求更加嚴(yán)苛。為了降低摩擦力和變形抗力，人們嘗試著在金屬塑性成形中引入振動(dòng)，也就是對(duì)被成形坯料或者模具施加一定頻率和振幅的軸向振動(dòng)，在振動(dòng)中使材料產(chǎn)生塑性變形。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此做過大量研究，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)塑性加工能大幅度降低成形過程中的變形抗力并附帶其他對(duì)產(chǎn)品有利的影響，如降低材料的流動(dòng)應(yīng)力，減少模具與工件間的摩擦力以及獲得更好的表面質(zhì)量和更高的尺寸精度等。因此這一技術(shù)所蘊(yùn)含的經(jīng)濟(jì)價(jià)值是顯而易見的。到目前為止，真正能在工業(yè)中實(shí)際應(yīng)用的還是基于功率超聲的振動(dòng)塑性加工，如超聲振動(dòng)拉絲和超聲振動(dòng)拉管等。然而超聲塑性加工技術(shù)其本質(zhì)是利用超聲能量來(lái)產(chǎn)生振動(dòng)以輔助完成塑性成形過程，本身可獲得的輸入功率相對(duì)偏低，只能應(yīng)用于拉絲或拉管等輕型塑性加工；而傳統(tǒng)的汽車用圓柱直齒輪以及圓柱螺旋齒輪等大型零件的冷擠壓，其坯料和模具重量相對(duì)較大，成形的變形抗力也較高，功率超聲無(wú)法提供足夠的輸入功率來(lái)使得坯料或模具獲得合適振幅和頻率的振動(dòng)，自然也無(wú)法獲得上述振動(dòng)塑性加工的諸般優(yōu)點(diǎn)。因此，必須探索更加合理的新型激振方式。而電液伺服技術(shù)具有大功率和快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特點(diǎn)，適合用于大型零件的振動(dòng)塑性加工；另外，冷擠壓成形的設(shè)備多為壓力機(jī)，其本身也是電液伺服系統(tǒng)，基于電液伺服驅(qū)動(dòng)開發(fā)多功能振動(dòng)擠壓模具，與設(shè)備本身的集成度也較好。
發(fā)明內(nèi)容為了克服已有的基于功率超聲的振動(dòng)塑性成形技術(shù)輸入功率偏低、無(wú)法應(yīng)用于大型零件冷擠壓成形的不足，本實(shí)用新型提供一種基于電液伺服驅(qū)動(dòng)的、頻率和振幅可調(diào)的多功能振動(dòng)擠壓模具。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是—種基于電液伺服驅(qū)動(dòng)的多功能振動(dòng)擠壓模具，包括下凹模和上凸模，所述上凸模安裝在凸模襯套內(nèi)，所述凸模襯套與所述上模板固定連接，所述上模板與壓力機(jī)的凸模驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述下凹模位于所述上凸模的正下方，所述下凹模安裝在凹模壓套內(nèi)，所述凹模壓套安裝在下模座上，所述下凹模與頂桿固定連接，所述頂桿穿過所述下模座，所述頂桿與用于驅(qū)動(dòng)頂桿向上運(yùn)行的頂桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述上模板設(shè)有上導(dǎo)向孔，所述下模座上設(shè)有下導(dǎo)向孔，導(dǎo)柱分別穿過所述上導(dǎo)向孔和下導(dǎo)向孔，所述多功能振動(dòng)擠壓模具還包括一個(gè)上液壓缸和至少三個(gè)下液壓缸，所述上液壓缸和下液壓缸分別與高頻電液激振閥連接，所述上液壓缸包括上缸體和上活塞，所述上缸體安裝在凸模襯套的內(nèi)孔上部，所述上活塞與所述凸模固定連接，所述凸?？缮舷禄瑒?dòng)地安裝在所述凸模襯套內(nèi)孔下部；所述凹模壓套與振動(dòng)托盤固定連接，所述振動(dòng)托盤的底部沿圓周徑向均勻分布地安裝所述的下液壓缸，下液壓缸包括下缸體和下活塞，所述下缸體與所述下模座固定連接，所述下活塞與所述振動(dòng)托盤固定連接。進(jìn)一步，所述下液壓缸有四個(gè)，兩兩對(duì)稱布置在振動(dòng)托盤的底部。本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思為由可軸向振動(dòng)的上模和下模構(gòu)成。模具凸模、凸模襯套由固定套通過螺栓固定在模板上。在凸模襯套內(nèi)部設(shè)有一液壓缸，液壓缸固定在上模板，其活動(dòng)端與凸模相連。凹模由凹模壓套通過壓板固定在凹模支架上，整個(gè)凹模支架通過螺栓與振動(dòng)托盤相連接。振動(dòng)托盤與4個(gè)固定在下模座的液壓缸相連。當(dāng)模具進(jìn)行正擠壓時(shí)， 保持上液壓缸不工作，僅開啟4個(gè)下液壓缸，使得振動(dòng)托盤可實(shí)現(xiàn)上下振動(dòng)，從而帶動(dòng)凹模振動(dòng)。由于頂料桿與頂桿襯套接觸，軸向不可動(dòng)，因此在凹模振動(dòng)時(shí)，坯料就與凹模間有了相對(duì)位移。當(dāng)凹模相對(duì)坯料向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們之間的摩擦力就成了坯料向下運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力， 從而達(dá)到了降低擠壓力的目的。當(dāng)進(jìn)行反擠壓時(shí)，僅開啟上液壓缸運(yùn)動(dòng)，使凸模向下擠壓的同時(shí)又可實(shí)現(xiàn)軸向的振動(dòng)，減小了擠壓力。而同時(shí)開啟上下液壓缸時(shí)，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)合振動(dòng)擠壓。液壓缸的振幅及振動(dòng)頻率通過高頻電液激振閥來(lái)控制。與普通液壓閥相比，高頻電液激振閥具有激振頻率高、響應(yīng)速度快、輸出力大的特點(diǎn)。本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在1、附加的模具振動(dòng)通過電液伺服技術(shù)實(shí)現(xiàn)， 輸入功率大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)高，適用于大型零件冷擠壓的振動(dòng)塑性加工，與原有的冷擠壓設(shè)備的集成度也較好；2、上下模分別由兩組液壓缸驅(qū)動(dòng)，可分別或者同時(shí)實(shí)現(xiàn)凸模、凹模的軸向振動(dòng)，可以滿足正、反以及復(fù)合擠壓的要求；3、振動(dòng)擠壓降低了成形過程中的摩擦力和坯料的流動(dòng)應(yīng)力，進(jìn)而減小了擠壓力，降低了對(duì)于擠壓設(shè)備的要求。

圖1是冷擠壓過程中坯料受到模具摩擦力的示意圖；圖2是正擠壓模具結(jié)構(gòu)圖；圖3是反擠壓模具局部示意圖；圖4是復(fù)合擠壓模具局部示意圖；圖5是基于電液伺服驅(qū)動(dòng)的多功能振動(dòng)擠壓模具的液壓油路示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。參照?qǐng)D1 圖5，一種基于電液伺服驅(qū)動(dòng)的多功能振動(dòng)擠壓模具，包括下凹模8和上凸模7，所述上凸模7安裝在凸模襯套4內(nèi)，所述凸模襯套4與所述上模板1固定連接，所述上模板1與壓力機(jī)的凸模驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述下凹模8位于所述上凸模7的正下方，所述下凹模8安裝在凹模壓套10內(nèi)，所述凹模壓套10安裝在凹模支架11上，所述頂桿19穿過所述下模座14，所述頂桿19與用于驅(qū)動(dòng)頂桿向上運(yùn)行的頂桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述上模板1設(shè)有上導(dǎo)向孔，所述下模座14上設(shè)有下導(dǎo)向孔，導(dǎo)柱13分別穿過所述上導(dǎo)向孔和下導(dǎo)向孔，所述多功能振動(dòng)擠壓模具還包括一個(gè)上液壓缸和至少三個(gè)下液壓缸，所述上液壓缸和下液壓缸分別與高頻電液激振閥連接，所述上液壓缸包括上缸體5和上活塞6，所述上缸體5安裝在凸模襯套4的內(nèi)孔上部，所述上活塞6與所述上凸模7固定連接，所述上凸模7可上下滑動(dòng)地安裝在所述凸模襯套4內(nèi)孔下部；所述凹模壓套10與振動(dòng)托盤12固定連接，所述振動(dòng)托盤12的底部對(duì)稱安裝所述下液壓缸16，下液壓缸16包括下缸體和下活塞，所述下缸體與所述下模座固定連接，所述下活塞與所述振動(dòng)托盤固定連接。進(jìn)一步，所述下液壓缸16有四個(gè)，兩兩對(duì)稱布置在振動(dòng)托盤的底部。當(dāng)然，根據(jù)不同的需要，也可以為三個(gè)、甚至五個(gè)。如圖1所示，相比于固定不動(dòng)的模具而言，由于在冷擠壓過程中附加了周期性的振動(dòng)，坯料受到的摩擦力方向會(huì)周期性的變向，在模具振動(dòng)的前半個(gè)周期內(nèi)，模具運(yùn)動(dòng)方向向上，因此，坯料受到模具向上的摩擦力；而在后半個(gè)周期內(nèi)，坯料受到模具的摩擦力向下。通過適當(dāng)調(diào)整高頻電液激振閥的頻率從而保證模具運(yùn)動(dòng)速度大于坯料金屬流動(dòng)速度的前提下，可以將部分摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動(dòng)力以更好的促進(jìn)坯料金屬的流動(dòng)。一般而言，可以將冷擠壓分為正擠壓、反擠壓和復(fù)合擠壓三種正擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相同；反擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相反；復(fù)合擠壓時(shí)，坯料一部分金屬流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相同，而另外一部分金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相反。圖2所示為正擠壓模具結(jié)構(gòu)圖。上凸模7嵌套在凸模襯套4內(nèi)，再由固定套3通過螺栓2固定在上模板1上。上液壓缸的上缸體5也嵌套在凸模襯套4內(nèi)，一端固定在上模板1上，上活塞6與凸模7相連。下凹模8與凹模壓套10由壓板9通過螺栓21固定在凹模支架11上，凹模支架則由螺栓20固定在振動(dòng)托盤12上。振動(dòng)托盤12被安裝在四個(gè)相同的液壓缸16上，液壓缸缸體固定在下模座14上。頂料桿19上端與坯料22接觸，作為成形模腔的一部分，另一端與頂桿襯套17接觸。頂料桿15通過襯套與頂料桿接觸，可將成形件頂出凹模。正擠壓時(shí)，將上液壓缸5關(guān)閉，開啟四個(gè)下液壓缸16，通過高頻電液激振閥給予下液壓缸活塞一定振幅與頻率的軸向運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)凹模振動(dòng)。當(dāng)下液壓缸16工作時(shí)，由于頂料桿19在擠壓時(shí)軸向不可動(dòng)，使得坯料22與下凹模8之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)下凹模8相對(duì)坯料22作向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，坯料22受到下凹模8向下的摩擦力，使得原本是阻力的摩擦力成為使坯料向下運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，從而降低了坯料模具之間的摩擦力。同時(shí)，由于凹模的上下不斷振動(dòng)，使得坯料凹模之間的潤(rùn)滑更為充分，又進(jìn)一步的減小了摩擦力，從而達(dá)到降低擠壓力的目的。圖3所示為反擠壓示意圖。工作時(shí)，僅開啟上液壓缸，使上凸模7隨上模板1向下作主運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，又以一定的振幅與頻率作軸向的振動(dòng)。在進(jìn)行擠壓時(shí)，凸模與坯料之間可產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)位于前半個(gè)周期時(shí)，當(dāng)凸模相對(duì)坯料向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，坯料受到向上的摩擦力，使金屬坯料向上流動(dòng)。圖4所示為復(fù)合擠壓示意圖。工作時(shí)，同時(shí)開啟上液壓缸5與下液壓缸16，上凸模 7與下凹模8可同時(shí)進(jìn)行軸向的振動(dòng)，調(diào)整上下油缸的振動(dòng)頻率，使上凸模與下凹模振動(dòng)相差半個(gè)周期，從而對(duì)于正擠壓部分，可利用后半周期的向下摩擦力，而反擠部分則利用前半周期向上的摩擦力。圖5所示為電液伺服驅(qū)動(dòng)的多功能振動(dòng)擠壓模具的液壓油路示意圖。液壓油從油箱通過液壓泵輸出，經(jīng)兩個(gè)二位二通換向閥分別控制上液壓缸5和下液壓缸16的開與關(guān)。 換向閥與泵之間設(shè)有調(diào)壓溢流閥以保持系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定。上下液壓缸振動(dòng)的頻率和幅值分別由高頻電液激振閥及其控制器控制。進(jìn)行正擠壓時(shí)，開啟下液壓缸16，即下?lián)Q向閥處于導(dǎo)通狀態(tài)。液壓油從高頻閥的進(jìn)油口輸入，從回油口流回油箱。高頻電液激振閥分別由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)自由度液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)的頻率通過改變閥芯旋轉(zhuǎn)的速度來(lái)控制；液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)的幅值則通過閥芯的移動(dòng)從而改變閥口大小來(lái)控制，其結(jié)構(gòu)和工作原理已獲得國(guó)家實(shí)用新型專利授權(quán)(專利號(hào)200710160253. 5)。反擠壓與復(fù)合擠壓時(shí)系統(tǒng)的工作原理與正擠壓類似，開啟相對(duì)應(yīng)的換向閥即可。上下液壓缸的振動(dòng)通過高頻電液激振閥控制，響應(yīng)快，頻率高，并且輸出的作用力大，能很好滿足振動(dòng)擠壓的需求。上述具體實(shí)施方式
用來(lái)解釋本實(shí)用新型，而不是對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行限制，在本實(shí)用新型的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本實(shí)用新型作出的任何修改和改變，都落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種基于液壓伺服驅(qū)動(dòng)的多功能振動(dòng)擠壓模具，包括下凹模和上凸模，所述上凸模安裝在凸模襯套內(nèi)，所述凸模襯套與所述上模板固定連接，所述上模板與用于驅(qū)動(dòng)上模板向下運(yùn)動(dòng)的凸模驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述下凹模位于所述上凸模的正下方，所述下凹模安裝在凹模壓套內(nèi)，所述凹模壓套安裝在下模座上，所述下凹模與頂桿固定連接，所述頂桿穿過所述下模座，所述頂桿與用于驅(qū)動(dòng)頂桿向上運(yùn)行的頂桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述上模板設(shè)有上導(dǎo)向孔，所述下模座上設(shè)有下導(dǎo)向孔，導(dǎo)柱分別穿過所述上導(dǎo)向孔和下導(dǎo)向孔，其特征在于 所述多功能振動(dòng)擠壓模具還包括一個(gè)上液壓缸和至少三個(gè)下液壓缸，所述上液壓缸和下液壓缸分別與高頻電液激振閥連接，所述上液壓缸包括上缸體和上活塞，所述上缸體安裝在凸模襯套的內(nèi)孔上部，所述上活塞與所述凸模固定連接，所述凸?？缮舷禄瑒?dòng)地安裝在所述凸模襯套內(nèi)孔下部；所述凹模壓套與振動(dòng)托盤固定連接，所述振動(dòng)托盤的底部沿圓周徑向均勻分布地安裝所述的下液壓缸，下液壓缸包括下缸體和下活塞，所述下缸體與所述下模座固定連接，所述下活塞與所述振動(dòng)托盤固定連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于液壓伺服驅(qū)動(dòng)的多功能振動(dòng)擠壓模具，其特征在于所述下液壓缸有四個(gè)，兩兩對(duì)稱布置在振動(dòng)托盤的底部。
專利摘要一種基于液壓伺服驅(qū)動(dòng)的多功能振動(dòng)擠壓模具，包括下凹模和上凸模，所述多功能振動(dòng)擠壓模具還包括一個(gè)上液壓缸和至少三個(gè)下液壓缸，所述上液壓缸和下液壓缸分別與高頻液壓閥連接，所述上液壓缸包括上缸體和上活塞，所述上缸體安裝在凸模襯套的內(nèi)孔上部，所述上活塞與所述凸模固定連接，所述凸?？缮舷禄瑒?dòng)地安裝在所述凸模襯套內(nèi)孔下部；所述凹模壓套與振動(dòng)托盤固定連接，所述振動(dòng)托盤的底部對(duì)稱安裝所述下液壓缸，下液壓缸包括下缸體和下活塞，所述下缸體與所述下模座固定連接，所述下活塞與所述振動(dòng)托盤固定連接。本實(shí)用新型提供一種有效降低成形過程摩擦力、降低擠壓設(shè)備要求的基于液壓伺服驅(qū)動(dòng)的多功能振動(dòng)擠壓模具。
文檔編號(hào)B21C25/02GK202316617SQ20112039958
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者孟彬, 楊慶華, 陳鑫 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)