專利名稱：一種復雜曲面零件旋轉結構模具及其脫合模方法
技術領域：
本發明屬于半固態金屬成形工藝技術領域，具體涉及一種復雜曲面零件旋轉結 構模具，本發明還涉及利用該模具的脫合模方法。
背景技術：
復雜曲面類零件如增壓器導風輪、螺旋槳、轉子等，零件有多個葉片，形狀復雜，在 空間為變曲面，扭角變化大，重疊系數大，制造難度大。目前，在金屬模鑄造成形，半固態成 形，液態模鍛等方法成形時均采用鑲塊式分模，靠人工取出鑲塊，脫模極其困難，有時甚至 無法取出工件，效率低，難以組織生產。現有模具的脫合模，采用人工分模，由于是熱成形，模具溫度高。要等到模具溫度 降下來，時間很長，生產時，模具又需要預熱，這樣效率極低，失去實際意義。人工取出時，由 于要敲擊、撬取零件，容易造成零件受傷，產生廢品；由于效率低，零件停模時間長，易造成 模具型腔內表面變形，縮短模具壽命；勞動強度大，不能自動化。
發明內容
本發明的目的是提供一種復雜曲面零件旋轉結構模具，解決現有復雜曲面零件旋 轉結構模具脫合模自動化程度不高的問題。本發明的另一目的是提供一種利用上述模具的脫合模方法。本發明所采用的技術方案是，一種復雜曲面零件旋轉結構模具，包括連接固定部 分、頂出機構部分、下模脫合模結構部分、上模加壓及脫合模輔助部分，
所述的連接固定部分包括上頂板及下底板，下底板上設置有座倉，座倉內設置有浮動 托板，浮動托板的中部設置有兩個空腔，該兩個空腔內從下到上分別設置有密封圈壓蓋及 錐盤頂板，座倉沿軸心開有中間孔，座倉的外圓頂部設置有環形壓圈，下底板沿軸心開有中 心孔；
所述的頂出機構部分包括設置在底板中心孔內的頂桿，還包括座倉上中間孔內設置的 頂出叉板，頂出叉板內設置有頂出器，頂出器內設置有芯軸；頂桿由三個大小不同的圓臺組 成，大圓與小圓之間構成環形凸臺，頂出叉板的下底面坐在頂桿的環形凸臺上，頂出叉板的 上端與錐盤頂板頂托連接；
所述的下模脫合模結構部分，包括在浮動托板上方設置的錐套，錐套的內表面為斜曲 圓周面，錐套內設置有兩個或兩個以上活動的瓣塊組合體，各個瓣塊組合體之間通過三分 弧固扣圈裝配成一個圓，瓣塊組合體的外圓周表面和錐套內的斜曲圓周面相貼合，瓣塊組 合體內為模腔，瓣塊組合體的外圓周表面開有T型滑槽，T型滑槽內伸進有分模扣的一端， 瓣塊組合體的底部設置在浮動托板上，瓣塊組合體同時位于錐盤頂板上方，錐套的頂部通 過串有螺釘a的T型壓套和整體固扣圈連接，分模扣的另一端設置在整體固扣圈中，錐套的 外部設置有錐套壓圈，錐套壓圈通過螺釘b與浮動托板連接；
所述的上模加壓及脫合模輔助部分，包括設置在模腔上方的空心沖頭，空心沖頭的空
5桿凸臺之間安裝有彈簧，芯桿凸臺與設置在頂出 器內的芯軸連接，空心沖頭的外部設置有長套，長套為全回轉的臺階桶形結構，其下端內沿 的臺階上設置有半圓形環槽b，半圓形環槽b內設置有滾珠a，長套的頂部與上頂板固定連 接，螺塞的頂部與上頂板固定連接。本發明所采用的另一技術方案是，一種復雜曲面零件旋轉結構模具的脫合模方 法，具體按照以下步驟實施
步驟1 用燃氣預熱模具，待瓣塊組合體溫度達到100-150°C時，用高壓槍噴涂潤滑劑， 然后繼續預熱模具，使得模具溫度達到300-350°C ；
步驟2 零件成形，將半固態合金漿料在625-635°C澆注溫度下，注入模腔中，下行液壓 機活動橫梁，待模具合模后，液壓機活動橫梁以lmm/s的速度繼續下行，上頂板帶動空心沖 頭下壓，使合金漿料充滿模腔，保壓60-90秒；
步驟3 脫模，液壓機活動橫梁抬起，上頂板、長套、空心沖頭升起，液壓機頂出缸動作， 向上對頂桿施力，依次帶動頂出叉桿、錐盤頂板、瓣塊組合體向上運動，瓣塊組合體一邊上 移，一邊旋轉向外分開，空心沖頭在長套上的滾珠a上作旋轉運動，待零件脫開后，液壓機 頂出缸繼續頂出頂桿，繼續帶動頂出器、模腔內的模具向上運動，零件與下模完全脫離，并 且頂高，同時芯桿凸臺在彈簧作用下向下頂動芯軸，使得芯軸與零件分開，取出零件；
步驟4 合模，零件取出后，液壓機頂出缸回程，頂桿、頂出叉桿、錐盤頂板回到初始位 置，瓣塊組合體在自重和分模扣作用下，沿T型滑槽旋轉滑入初始位置，開始下一循環。本發明的特點還在于，
其中的頂桿與底板中心孔之間留有間隙。其中的滾珠a設置有兩個或兩個以上。其中的浮動托板的靠近外端處設置有半圓環形槽a，半圓環形槽a內設置有滾珠 b，滾珠b設置有兩個或兩個以上。其中的兩個或兩個以上瓣塊組合體的上表面通過瓣箍固合。本發明復雜曲面零件旋轉結構模具及其脫合模方法的有益效果是，提供了一種輕 合金半固態成形時的模具以及快速脫合模方法。利用該方法設計復雜曲面類零件葉輪、轉 子的半固態成形時的模具能夠快速脫、合模，提高效率，保證零件質量。
圖1是本發明復雜曲面零件旋轉結構模具的結構示意圖； 圖2是本發明復雜曲面零件旋轉結構模具脫模運行軌跡示意圖； 圖3是本發明復雜曲面零件旋轉結構模具中錐套的結構示意圖4是本發明復雜曲面零件旋轉結構模具中浮動托板的結構示意圖； 圖5是本發明復雜曲面零件旋轉結構模具中頂桿的結構示意圖； 圖6是本發明復雜曲面零件旋轉結構模具中長套的結構示意圖。圖中，1.座倉，2.下底板，3.頂桿，4.頂出叉板，5.頂出器，6.錐盤頂板，7.芯軸， 8.模腔，9.瓣塊組合體，10.空心沖頭，11.芯桿凸臺，12.螺塞，13.彈簧，14.上頂板，15.長 套，16.滾珠a，17.瓣箍，18.螺釘a，19.分模扣，20. T型壓套，21.整體固扣圈，22.螺釘 b，23.錐套壓圈，24.三分弧固扣圈，25.錐套，26.環型壓圈，27.滾珠b，28.密封圈壓蓋，
629.浮動托板，30.半圓形環槽a，31.半圓形環槽b。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。圖1為本發明復雜曲面零件旋轉結構模具結構的半側剖視圖，下述實施例結構的 模具中瓣塊組合體9及三分弧固扣圈24分別設置有三個，模具其余部分為對稱結構，包括 連接固定部分、頂出機構部分、下模脫合模結構部分、上模加壓及脫合模輔助部分。連接固定部分包括上頂板14及下底板2，上頂板14與液壓機活動橫梁連接，下底 板2固定在液壓機工作臺面上，下底板2上設置有座倉1，座倉1內設置有浮動托板29，如 圖4所示，浮動托板29為全回轉式結構，中部有兩個空腔，該兩個空腔內從下到上分別設置 有密封圈壓蓋28及錐盤頂板6，浮動托板29的靠近外端處設置有半圓環形槽a30，半圓環 形槽a30內設置有滾珠b27，滾珠b27共有200個Φ8球形滾珠，座倉1沿軸心開有中間孔， 下底板2沿軸心開有中心孔，座倉1的外圓頂部設置有環形壓圈26。頂出機構部分包括設置在下底板2中心孔內的頂桿3，頂桿3與中心孔之間留有活 動間隙，還包括座倉1上中間孔內設置的頂出叉板4，頂出叉板4的下底面坐在頂桿3的環 形凸臺上，如圖5所示，頂桿3為一個大小不同的3個圓臺組成的回轉體，環形凸臺為大圓 與小圓之間的大圓臺階。頂出叉板4的上端與錐盤頂板6頂托連接。頂出叉板4內設置有 頂出器5，頂出器5內設置有芯軸7。下模脫合模結構部分，包括在浮動托板29上方設置的錐套25，錐套25的內表面為 斜曲圓周面，錐套25內設置有多個活動的瓣塊組合體9，各個瓣塊組合體9之間通過三分弧 固扣圈24裝配成一個圓，瓣塊組合體9的外圓周表面和錐套25內的斜曲圓周面相貼合，瓣 塊組合體9內為模腔8，瓣箍17裝在瓣塊組合體9上表面，用以固合瓣塊組合體9 ；瓣塊組 合體9的外圓周表面開有T型滑槽，T型滑槽內伸進有分模扣19的一端，瓣塊組合體9的底 部設置在浮動托板29上，瓣塊組合體9同時位于錐盤頂板6上方，如圖3所示，錐套25的 頂部通過串有螺釘al8的T型壓套20和整體固扣圈21連接，分模扣19的另一端設置在整 體固扣圈21中，錐套25的外部設置有錐套壓圈23，錐套壓圈23通過螺釘b22與浮動托板 29連接。上模加壓及脫合模輔助部分，包括設置在模腔8上方的空心沖頭10，空心沖頭10 的空腔里設置有螺塞12和芯桿凸臺11，在螺塞12和芯桿凸臺11之間安裝有彈簧13，芯桿 凸臺11與設置在頂出器5內的芯軸7連接，空心沖頭10的外部設置有長套15，如圖6所 示，長套15為全回轉的臺階桶形結構，其下端內沿的臺階上設置有半圓形環槽b31，半圓形 環槽b31內設置有滾珠al6，滾珠al6共有56個Φ 8球形滾珠，長套15的頂部與上頂板14 固定連接，螺塞12的頂部與上頂板14固定連接。本發明復雜曲面零件旋轉結構模具脫合模方法，具體按照以下步驟實施
步驟1 根據要得到的零件的結構設計瓣塊組合體9內腔的形狀，本發明主要針對葉輪 這一類的零件，根據不同的葉片數修改瓣塊組合體9內的型腔結構。噴涂潤滑劑，預熱模 具，用燃氣預熱模具，待瓣塊組合體9溫度達到100-150°C時，用高壓槍噴涂潤滑劑，然后繼 續預熱模具，到模具溫度300-350°C時為止。步驟2 零件成形，將已處理好的半固態合金漿料在625_635°C澆注溫度下，定量
7注入模腔8中，迅速下行液壓機活動橫梁，待模具合模后，液壓機速度放緩(速度約lmm/s) 繼續下行，上頂板14帶動空心沖頭10下壓，使合金液充滿模腔8，保壓60-90秒。步驟3 脫模，液壓機活動橫梁抬起，與其連接的上頂板14、與上頂板14連接的長 套15，一同升起，到一定位置時，長套15拉動空心沖頭10—起升起一定距離。液壓機頂出 缸動作，向上對模具頂桿3施力，依次帶動頂出叉桿4、錐盤頂板6、瓣塊組合體9向上運動， 隨著頂出行程的加大，如圖2所示，瓣塊組合體9沿錐面滑槽曲線運動時，瓣塊組合體9 一 邊上移，一邊旋轉向外分開，逐漸把瓣塊模具與零件脫開。此時，空心沖頭10在長套15上的 滾珠al6上作旋轉運動，待零件脫開后，液壓機頂出缸繼續頂出頂桿3，繼續帶動頂出器5， 模腔8內的模具向上運動，零件與下模完全脫離，并且頂高，同時芯桿凸臺11在彈簧13作 用下向下頂動芯軸7，使得芯軸7與零件分開，取出零件。步驟4 合模，零件取出后，液壓機頂出缸回程，模具頂出機構(頂桿3，頂出叉桿4， 錐盤頂板6)回到初始位置。瓣塊組合體9在自重和錐套25的分模扣19作用下，沿T型滑 槽旋轉滑入初始位置，開始下一循環。本發明復雜曲面零件旋轉結構模具，一個脫合模循環2-3分鐘，比原來人工拆卸 脫模，3-4人，需180-210分鐘，合模需45-60分鐘，共需4-4. 5小時的時間縮短了很多，能夠 使模具快速脫、合模，提高生產效率。
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權利要求
一種復雜曲面零件旋轉結構模具，其特征在于，包括連接固定部分、頂出機構部分、下模脫合模結構部分、上模加壓及脫合模輔助部分，所述的連接固定部分包括上頂板(14)及下底板(2)，下底板(2)上設置有座倉(1)，座倉(1)內設置有浮動托板(29)，浮動托板(29)的中部設置有兩個空腔，該兩個空腔內從下到上分別設置有密封圈壓蓋(28)及錐盤頂板(6)，座倉(1)沿軸心開有中間孔，座倉(1)的外圓頂部設置有環形壓圈(26)，下底板(2)沿軸心開有中心孔；所述的頂出機構部分包括設置在底板(2)中心孔內的頂桿(3)，還包括座倉(1)上中間孔內設置的頂出叉板(4)，頂出叉板(4)內設置有頂出器(5)，頂出器(5)內設置有芯軸(7)；頂桿(3)由三個大小不同的圓臺組成，大圓與小圓之間構成環形凸臺，頂出叉板(4)的下底面坐在頂桿(3)的環形凸臺上，頂出叉板(4)的上端與錐盤頂板(6)頂托連接；所述的下模脫合模結構部分，包括在浮動托板(29)上方設置的錐套(25)，錐套(25)的內表面為斜曲圓周面，錐套(25)內設置有兩個或兩個以上活動的瓣塊組合體(9)，各個瓣塊組合體(9)之間通過三分弧固扣圈(24)裝配成一個圓，瓣塊組合體(9)的外圓周表面和錐套(25)內的斜曲圓周面相貼合，瓣塊組合體(9)內為模腔(8)，瓣塊組合體(9)的外圓周表面開有T型滑槽，T型滑槽內伸進有分模扣(19)的一端，瓣塊組合體(9)的底部設置在浮動托板(29)上，瓣塊組合體(9)同時位于錐盤頂板(6)上方，錐套(25)的頂部通過串有螺釘a(18)的T型壓套(20)和整體固扣圈(21)連接，分模扣(19)的另一端設置在整體固扣圈(21)中，錐套(25)的外部設置有錐套壓圈(23)，錐套壓圈(23)通過螺釘b(22)與浮動托板(29)連接；所述的上模加壓及脫合模輔助部分，包括設置在模腔(8)上方的空心沖頭(10)，空心沖頭(10)的空腔內設置有螺塞(12)和芯桿凸臺(11)，在螺塞(12)和芯桿凸臺(11)之間安裝有彈簧(13)，芯桿凸臺(11)與設置在頂出器(5)內的芯軸(7)連接，空心沖頭(10)的外部設置有長套(15)，長套(15)為全回轉的臺階桶形結構，其下端內沿的臺階上設置有半圓形環槽b(31)，半圓形環槽b(31)內設置有滾珠a(16)，長套(15)的頂部與上頂板(14)固定連接，螺塞(12)的頂部與上頂板(14)固定連接。
2.根據權利要求1所述的復雜曲面零件旋轉結構模具，其特征在于，所述的頂桿(3)與 底板(2)中心孔之間留有間隙。
3.根據權利要求1所述的復雜曲面零件旋轉結構模具，其特征在于，所述的滾珠a (16)設置有兩個或兩個以上。
4.根據權利要求1所述的復雜曲面零件旋轉結構模具，其特征在于，所述的浮動托板 (29)的靠近外端處設置有半圓環形槽a (30)，半圓環形槽a (30)內設置有滾珠b (27)，滾 珠b (27)設置有兩個或兩個以上。
5.根據權利要求1所述的復雜曲面零件旋轉結構模具，其特征在于，所述的兩個或兩 個以上瓣塊組合體(9)的上表面通過瓣箍(17)固合。
6.一種復雜曲面零件旋轉結構模具的脫合模方法，其特征在于，采用一種復雜曲面零 件旋轉結構模具，其結構為包括連接固定部分、頂出機構部分、下模脫合模結構部分、上模 加壓及脫合模輔助部分，所述的連接固定部分包括上頂板(14)及下底板(2)，下底板(2)上設置有座倉(1)，座 倉(1)內設置有浮動托板(29)，浮動托板(29)的中部設置有兩個空腔，該兩個空腔內從下到上分別設置有密封圈壓蓋(28)及錐盤頂板(6)，座倉(1)沿軸心開有中間孔，座倉(1)的 外圓頂部設置有環形壓圈(26)，下底板(2)沿軸心開有中心孔；所述的頂出機構部分包括設置在底板(2)中心孔內的頂桿(3)，還包括座倉(1)上中間 孔內設置的頂出叉板(4)，頂出叉板(4)內設置有頂出器(5)，頂出器(5)內設置有芯軸(7); 頂桿(3)由三個大小不同的圓臺組成，大圓與小圓之間構成環形凸臺，頂出叉板(4)的下底 面坐在頂桿(3)的環形凸臺上，頂出叉板(4)的上端與錐盤頂板(6)頂托連接；所述的下模脫合模結構部分，包括在浮動托板(29)上方設置的錐套(25)，錐套(25)的 內表面為斜曲圓周面，錐套(25)內設置有兩個或兩個以上活動的瓣塊組合體(9)，各個瓣 塊組合體(9 )之間通過三分弧固扣圈(24)裝配成一個圓，瓣塊組合體(9 )的外圓周表面和 錐套(25)內的斜曲圓周面相貼合，瓣塊組合體(9)內為模腔(8)，瓣塊組合體(9)的外圓周 表面開有T型滑槽，T型滑槽內伸進有分模扣(19)的一端，瓣塊組合體(9)的底部設置在浮 動托板(29)上，瓣塊組合體(9)同時位于錐盤頂板(6)上方，錐套(25)的頂部通過串有螺 釘a (18)的T型壓套(20)和整體固扣圈(21)連接，分模扣(19)的另一端設置在整體固扣 圈(21)中，錐套(25 )的外部設置有錐套壓圈(23 )，錐套壓圈(23 )通過螺釘b (22 )與浮動 托板(29)連接；所述的上模加壓及脫合模輔助部分，包括設置在模腔(8)上方的空心沖頭(10)，空心 沖頭(10)的空腔內設置有螺塞(12)和芯桿凸臺(11)，在螺塞(12)和芯桿凸臺(11)之間安 裝有彈簧(13)，芯桿凸臺(11)與設置在頂出器(5)內的芯軸(7)連接，空心沖頭(10)的外 部設置有長套(15)，長套(15)為全回轉的臺階桶形結構，其下端內沿的臺階上設置有半圓 形環槽b (31)，半圓形環槽b (31)內設置有滾珠a (16)，長套(15)的頂部與上頂板(14) 固定連接，螺塞(12)的頂部與上頂板(14)固定連接； 具體按照以下步驟實施步驟1 用燃氣預熱模具，待瓣塊組合體(9)溫度達到100-150°C時，用高壓槍噴涂潤滑 劑，然后繼續預熱模具，使得模具溫度達到300-350°C ；步驟2 零件成形，將半固態合金漿料在625-635 澆注溫度下，注入模腔(8)中，下行 液壓機活動橫梁，待模具合模后，液壓機活動橫梁以lmm/s的速度繼續下行，上頂板(14)帶 動空心沖頭(10)下壓，使合金漿料充滿模腔(8)，保壓60-90秒；步驟3 脫模，液壓機活動橫梁抬起，上頂板(14)、長套(15)、空心沖頭(10)升起，液壓 機頂出缸動作，向上對頂桿(3)施力，依次帶動頂出叉桿(4)、錐盤頂板(6)、瓣塊組合體(9) 向上運動，瓣塊組合體(9) 一邊上移，一邊旋轉向外分開，空心沖頭(10)在長套(15)上的滾 珠a (16 )上作旋轉運動，待零件脫開后，液壓機頂出缸繼續頂出頂桿(3 )，繼續帶動頂出器 (5)、模腔(8)內的模具向上運動，零件與下模完全脫離，并且頂高，同時芯桿凸臺(11)在彈 簧(13)作用下向下頂動芯軸(7)，使得芯軸(7)與零件分開，取出零件；步驟4:合模，零件取出后，液壓機頂出缸回程，頂桿(3)、頂出叉桿(4)、錐盤頂板(6)回 到初始位置，瓣塊組合體(9)在自重和分模扣(19)作用下，沿T型滑槽旋轉滑入初始位置， 開始下一循環。
7.根據權利要求6所述的復雜曲面零件旋轉結構模具的脫合模方法，其特征在于，所 述的頂桿(3)與底板(2)中心孔之間留有間隙。
8.根據權利要求6所述的復雜曲面零件旋轉結構模具的脫合模方法，其特征在于，所述的滾珠a (16)設置有兩個或兩個以上。
9.根據權利要求6所述的復雜曲面零件旋轉結構模具的脫合模方法，其特征在于，所 述的浮動托板(29)的靠近外端處設置有半圓環形槽a (30)，半圓環形槽a (30)內設置有 滾珠b (27)，S*b (27)設置有兩個或兩個以上。
10.根據權利要求6所述的復雜曲面零件旋轉結構模具的脫合模方法，其特征在于， 所述的兩個或兩個以上瓣塊組合體(9)的上表面通過瓣箍(17)固合。
全文摘要
本發明公開的一種復雜曲面零件旋轉結構模具，包括連接固定部分、頂出機構部分、下模脫合模結構部分、上模加壓及脫合模輔助部分。本發明提供了一種輕合金半固態成形時的模具以及快速脫合模方法，利用該方法設計復雜曲面類零件葉輪、轉子的半固態成形時的模具能夠快速脫、合模，提高效率，保證零件質量。
文檔編號B22D17/22GK101912956SQ20101026371
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月26日 優先權日2010年8月26日
發明者宇文建鵬, 李海軍, 趙孟舟, 陳鵬波, 雍藝龍, 馬敏團 申請人:中國船舶重工集團公司第十二研究所