超大高径比正挤压模具及工艺的制作方法

1.本发明涉及金属成形与模具技术领域，具体是一种高径比超过5的正挤压模具及工艺。


背景技术：

2.正挤压是一种常用的金属成形工艺，挤压时金属棒料置入挤压凹模中，凹模入角一般为90
°
～120
°
，常规挤压的金属棒料高径比要小于5。对于超大高径比的金属棒料，挤压过程中棒料与凹模腔的摩擦阻力大，挤压完成后挤压件不便从模具内取出，挤压件顶出过程中顶杆容易折断。因此，急需研发可以解决上述问题的新型正挤压模具及工艺。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种超大高径比正挤压模具及工艺，能够实现超大高径比棒料的正挤压、降低挤压力，有利于延长模具寿命的同时为多工位自动化生产提供方便。
4.本发明是通过以下技术方案实现的：
5.本发明涉及一种超大高径比正挤压的挤压模具，包括：依次设置的凸模、凹模模筒、小锥度凹模筒、挤压凹模和弹性顶出机构，其中：凸模依次穿过凹模模筒、小锥度凹模筒和挤压凹模并对设置于凹模模筒和小锥度凹模筒中的坯料进行挤压，凹模模筒、小锥度凹模筒、挤压凹模由上而下依次贯通共同形成超大高径比正挤压的挤压模具型腔，弹性顶出机构内设有正对坯料的细长顶杆，凹模模筒、小锥度凹模筒和挤压凹模外部依次设有凹模中圈和凹模外圈。
6.所述的弹性顶出机构包括：依次设置的压力块、垫块、顶杆固定套、中间板和顶板，其中：压力块和垫块内设有细长顶杆，顶杆固定套通过内置的扇形顶杆和顶杆保护套与中间板相接触，中间板通过内置的弹性元件与顶板相接触。
7.所述的挤压凹模包括：变径区模腔和定径区模腔，其中：变径区模腔为圆弧形空腔，其顶端截面与小锥度凹模筒的下端截面大小相同，定径区模腔为圆柱形空腔，其截面直径小于变径区模腔顶端截面直径。
8.本发明涉及一种基于上述模具的超大高径比正挤压工艺，包括：
9.步骤1、将待挤压的超大高径比金属坯料放入正挤压模具模腔内；
10.步骤2、通过凸模给坯料施加压力，超大高径比棒料前端先经过圆弧形空腔发生减径变形，后经过定径区模腔得到想要的直径后被均匀挤出，长度到位后停止挤压；
11.步骤3、顶板向上运动，安装在顶板上的弹性元件受压向上推动中间板，扇形顶杆和顶杆保护套一起向上推动细长顶杆顶松工件；
12.步骤4、顶板继续上行，弹性元件受压到固定行程，顶板和中间板一起继续上行，推动扇形顶杆和顶杆保护套一起向上推动细长顶杆顶出工件到模口；
13.步骤5、将顶出的工件夹走；
14.步骤6、顶板回退到初始位置，弹性元件回复初始长度，带动中间板回退，扇形顶杆和细长顶杆回退到初始位置。
附图说明
15.图1为本发明示意图；
16.图2为超大高径比正挤压用组合凹模示意图；
17.图3为弹性顶出机构示意图；
18.图4为本发明正挤压的坯料变形过程数值仿真结果示意图；
19.图中：a为坯料初始位置，b为坯料挤入定径区，c为坯料挤出定径区，在挤压出定径区后，坯料上端并未发生明显的镦粗变形；
20.图5为传统正挤压的坯料变形过程数值仿真结果示意图；
21.图中：a为坯料初始位置，b为坯料挤入定径区前，坯料先在模具内发生镦粗变形，c为坯料挤出定径区；
22.图6本发明正挤压与传统正挤压载荷对比结果示意图；
23.图中：凸模固定套1、凸模2、凹模模筒3、坯料4、小锥度凹模筒5、挤压凹模6、压力块7、凹模中圈8、凹模外圈9、细长顶杆10、垫块11、扇形顶杆12、顶杆保护套13、顶杆固定套14、中间板15、弹性元件16、顶板17。
具体实施方式
24.如图1和图2所示，为本实施例涉及的一种超大高径比正挤压的挤压模具，包括：依次设置的凸模2、凹模模筒3、小锥度凹模筒5、挤压凹模6和弹性顶出机构，其中：凸模2依次穿过凹模模筒3、小锥度凹模筒5和挤压凹模6并对设置于凹模模筒3和小锥度凹模筒5中的坯料4进行挤压，凹模模筒3、小锥度凹模筒5、挤压凹模6由上而下依次贯通共同形成超大高径比正挤压的挤压模具型腔，弹性顶出机构内设有正对坯料4的细长顶杆10，凹模模筒3、小锥度凹模筒5和挤压凹模6外部依次设有凹模中圈8和凹模外圈9。
25.所述的凸模2的顶部设有凸模固定套1。
26.所述的凹模模筒3为圆柱形空腔，其横截面大小相同。
27.如图2所示，所述的小锥度凹模筒5内设有倒置圆锥形空腔，该空腔的横截面从上往下逐渐减小，模壁斜度为1
°
～3
°
。
28.如图2所示，所述的挤压凹模6包括：变径区模腔601和定径区模腔602，其中：变径区模腔601为圆弧形空腔，其顶端截面与小锥度凹模筒5的下端截面大小相同，定径区模腔602为圆柱形空腔，其截面直径小于变径区模腔601顶端截面直径。
29.所述的变径区模腔601的圆弧形空腔从上到下截面直径变化率逐渐减小。
30.如图3所示，所述的弹性顶出机构包括：依次设置的压力块7、垫块11、顶杆固定套14、中间板15和顶板17，其中：压力块7和垫块11内设有细长顶杆10，顶杆固定套14通过内置的扇形顶杆12和顶杆保护套13与中间板15相接触，中间板15通过内置的弹性元件16与顶板17相接触。
31.所述的细长顶杆10前端置于挤压凹模内与坯料4接触，后端与垫块11相连。
32.所述的扇形顶杆12与中间板15相连，中间板15下方设有t形槽，弹性元件16的上端
设置于t形槽内，弹性元件16的下方与顶板17相连。
33.本实施例涉及一种基于上述模具的超大高径比棒料正挤压工艺，包括：
34.第一步、下料，将长度为45.0mm、直径为4.5mm的超大高径比10b21材质的坯料放入挤压模具模腔内；
35.第二步、挤压，通过凸模给待挤压坯料施加压力，超大高径比棒料前端先经过变径区模腔601的圆弧形空腔发生变形，后经过定径区模腔602被均匀挤出，长度到位后停止挤压。其中，变形量为60％；
36.第三步、一级控制顶松，顶板向上运动，安装在顶板上的弹性元件压缩5mm，推动中间板，扇形顶杆和顶杆保护套一起向上推动细长顶杆顶松工件；
37.第四步、二级控制顶出，顶板继续上行，弹性元件受压到固定行程，顶板和中间板一起继续上行，推动扇形顶杆和顶杆保护套一起向上推动细长顶杆顶出工件到模口；
38.第五步、取件，机械手将挤压完成顶出的工件夹走；
39.第五步、复位，顶板回退到初始位置，弹性元件回复初始长度，带动中间板回退，扇形顶杆和细长顶针回退到初始位置。
40.所述的超大高径比正挤压工艺中润滑采用磷皂化处理。
41.所述的本发明超大高径比正挤压的坯料变形过程数值仿真结果如图4所示，坯料在挤压出模具定径区后，上端并未发生明显的镦粗变形；
42.所述的传统正挤压过程如图5所示，坯料先在模具内发生镦粗变形，然后被挤出模具定径区。
43.经过具体实际实验，将超大高径比正挤压模具安装在机床上，取经磷皂化处理后的长度为45.0mm，直径为4.5mm的超大高径比棒料进行挤压，凸模运行速度为10mm/s，挤压后得到直径为2.8mm的棒料，变形量为61.3％。
44.与传统正挤压相比，通过本发明装置可使挤压力降低约18％，棒料在模具型腔内未发生镦粗，经顶松后可以顺利无破坏顶出。
45.上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

技术特征：
1.一种超大高径比正挤压的挤压模具，其特征在于，包括：依次设置的凸模、凹模模筒、小锥度凹模筒、挤压凹模和弹性顶出机构，其中：凸模依次穿过凹模模筒、小锥度凹模筒和挤压凹模并对设置于凹模模筒和小锥度凹模筒中的坯料进行挤压，凹模模筒、小锥度凹模筒、挤压凹模由上而下依次贯通共同形成超大高径比正挤压的挤压模具型腔，弹性顶出机构内设有正对坯料的细长顶杆，凹模模筒、小锥度凹模筒和挤压凹模外部依次设有凹模中圈和凹模外圈；所述的弹性顶出机构包括：依次设置的压力块、垫块、顶杆固定套、中间板和顶板，其中：压力块和垫块内设有细长顶杆，顶杆固定套通过内置的扇形顶杆和顶杆保护套与中间板相接触，中间板通过内置的弹性元件与顶板相接触。2.根据权利要求1所述的超大高径比正挤压的挤压模具，其特征是，所述的挤压凹模包括：变径区模腔和定径区模腔，其中：变径区模腔为圆弧形空腔，其顶端截面与小锥度凹模筒的下端截面大小相同，定径区模腔为圆柱形空腔，其截面直径小于变径区模腔顶端截面直径。3.根据权利要求1所述的超大高径比正挤压的挤压模具，其特征是，所述的小锥度凹模筒内设有倒置圆锥形空腔，该空腔的横截面从上往下逐渐减小，模壁斜度为1
°
～3
°
。4.根据权利要求1所述的超大高径比正挤压的挤压模具，其特征是，所述的变径区模腔的圆弧形空腔从上到下截面直径变化率逐渐减小。5.根据权利要求1所述的超大高径比正挤压的挤压模具，其特征是，所述的细长顶杆前端置于挤压凹模内与坯料接触，后端与垫块相连。6.根据权利要求1所述的超大高径比正挤压的挤压模具，其特征是，所述的扇形顶杆与中间板相连，中间板下方设有t形槽，弹性元件的上端设置于t形槽内，弹性元件的下方与顶板相连。7.一种基于权利要求1-6中任一所述模具的超大高径比棒料正挤压工艺，其特征在于，包括：第一步、下料，将长度为45.0mm、直径为4.5mm的超大高径比10b21材质的坯料放入挤压模具模腔内；第二步、挤压，通过凸模给待挤压坯料施加压力，超大高径比棒料前端先经过变径区模腔的圆弧形空腔发生变形，后经过定径区模腔被均匀挤出，长度到位后停止挤压，其中，变形量为60％；第三步、一级控制顶松，顶板向上运动，安装在顶板上的弹性元件压缩5mm，推动中间板，扇形顶杆和顶杆保护套一起向上推动细长顶杆顶松工件；第四步、二级控制顶出，顶板继续上行，弹性元件受压到固定行程，顶板和中间板一起继续上行，推动扇形顶杆和顶杆保护套一起向上推动细长顶杆顶出工件到模口；第五步、取件，机械手将挤压完成顶出的工件夹走；第五步、复位，顶板回退到初始位置，弹性元件回复初始长度，带动中间板回退，扇形顶杆和细长顶针回退到初始位置。8.根据权利要求7所述的超大高径比棒料正挤压工艺，其特征是，所述的超大高径比正挤压工艺中润滑采用磷皂化处理。

技术总结
一种超大高径比正挤压模具及工艺，包括：依次设置的凸模、凹模模筒、小锥度凹模筒、挤压凹模和弹性顶出机构，其中：凸模依次穿过凹模模筒、小锥度凹模筒和挤压凹模并对设置于凹模模筒和小锥度凹模筒中的坯料进行挤压，凹模模筒、小锥度凹模筒、挤压凹模由上而下依次贯通共同形成超大高径比正挤压的挤压模具型腔，弹性顶出机构内设有正对坯料的细长顶杆，凹模模筒、小锥度凹模筒和挤压凹模外部依次设有凹模中圈和凹模外圈。本发明能够实现超大高径比棒料的正挤压、降低挤压力，有利于延长模具寿命的同时为多工位自动化生产提供方便。的同时为多工位自动化生产提供方便。的同时为多工位自动化生产提供方便。


技术研发人员：胡成亮 曹民业 张辛明 潘黎 陶维钧 李文凡
受保护的技术使用者：内德史罗夫紧固件（昆山）有限公司
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/10/15