專利名稱：高長徑比微孔沖擠復(fù)合成形裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微孔沖擠復(fù)合成形裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著我國航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)高長徑比微孔類零件，如微 孔燃油噴嘴等的需求明顯增加。微孔類零件具有如下的特點(diǎn)微孔直徑小、長
度較大、長徑比大，直徑約為0.2-0.3rnm、長徑比為10左右；材料性能要求高， 為輕質(zhì)、高機(jī)械強(qiáng)度材料或復(fù)合材料，微孔的數(shù)量較大，因此直接成形是非常 困難。傳統(tǒng)的高長徑比微孔是采用微細(xì)電火花加工，存在加工重復(fù)，精度難以 保證、加工效率低、不能加工不導(dǎo)電材料等。中國專利號(hào)為200510073177.5
公開日為2005年10月26日的發(fā)明專利公開了一種微細(xì)噴射型孔的復(fù)合加工工 藝，該專利的核心是通過不同尖端形狀的沖頭的組合，順序塑性變形加工出 帶有微細(xì)倒錐的底型腔，然后在其背面對(duì)應(yīng)于底型腔倒錐的位置，采用微細(xì)電 火花工藝減薄材料，露出倒錐錐頂，形成微細(xì)型孔。該專利雖然使加工精度得 到保證，加工效率也相應(yīng)的提高，但該工藝也存在不足之處由于該工藝是錐 形沖頭，只是單純擠壓成形，不存在剪切變形，因此，擠壓成形的微孔尺寸精 度和表面質(zhì)量難以保證，更重要的是擠壓成形時(shí)坯料朝向沖頭運(yùn)動(dòng)方向相反的 方向流動(dòng)，余料流動(dòng)困難、變形抗力顯著增加，極易導(dǎo)致沖頭的磨損甚至損壞； 并且該方法不能加工不導(dǎo)電材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有高長徑比微孔是單純擠壓成形，余料流動(dòng)困難、 變形抗力大、導(dǎo)致沖頭易磨損，微孔部分的尺寸精度和表面質(zhì)量難以保證的問 題，提供一種高長徑比微孔沖擠復(fù)合成形裝置及方法。
本發(fā)明的裝置由上模座、上模板、卸料板、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、下模板、下模座、 凹模、沖頭和彈簧組成，上模座的中心處設(shè)有模座孔，上模板的中心處設(shè)有模 板孔，且模板孔與模座孔正對(duì)，卸料板的中心處設(shè)有沖孔，且沖孔與模板孔正 對(duì)，卸料板的上端面上設(shè)有彈簧槽，彈簧裝在彈簧槽中，上模板設(shè)置在上模座的下端面上，卸料板設(shè)置在上模板的下方，導(dǎo)柱的上端穿過卸料板，且導(dǎo)柱的 上端與上模板連接，導(dǎo)柱的下端設(shè)置在導(dǎo)套上的導(dǎo)柱孔中，下模板上設(shè)有與導(dǎo) 套正對(duì)的下模板導(dǎo)套孔，下模座上設(shè)有與導(dǎo)套正對(duì)的下模座導(dǎo)套孔，下模板設(shè)
置在下模座的上端面上，下模板的中心處設(shè)有與凹模配合的凹模孔，凹模8裝 在凹?？變?nèi)，凹模的中心處設(shè)有與沖孔正對(duì)的落料孔，沖頭同時(shí)裝在模座孔、 模板孔和沖孔中，沖頭的有效長度段內(nèi)由上至下分為第一段、第二段、第三段、 第四段和第五段，第一段、第三段和第五段均為圓柱形狀，且直徑由上至下依 次遞減，第二段和第四段均為圓臺(tái)形狀。
本發(fā)明的方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的 一、安裝上、下模下模座7固裝 在沖床的下工作臺(tái)面上，上模座與沖床的上工作面連接，凹模上的落料孔與沖 頭正對(duì)；二、坯科預(yù)熱將需要沖孔的坯料預(yù)先加熱300~400°C，再將預(yù)熱后 的坯料放置在凹模的上端面上；三、沖擠成形對(duì)上模座加壓，沖頭不斷擠入 到坯料內(nèi)部，被擠坯料同時(shí)流入凹模上的落料孔內(nèi)，沖至沖頭的下端面超過坯 料下表平面0.2mm，上模板停止下移；四、坯料脫模上模板反向移動(dòng)，坯料 由卸料板在彈簧的作用下從沖頭上脫離，微孔沖擠復(fù)合成形過程結(jié)束；五、磨 削將坯料從凹模上取出，用砂輪磨削去除突出于坯料表平面的余料；六、沖 刷采用等離子沖洗設(shè)備去除所述步驟五的磨削過程中產(chǎn)生的微小毛刺，即得 到高長徑比微孔。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是 一、本發(fā)明是沖擠成形，在沖擠成形中，沖頭并不把坯 料沖透，只是將沖頭下端面超過坯料下表面，使得沖頭深入坯料的長度較小， 沖頭的有效長度段內(nèi)由上至下依次遞減，這種沖頭結(jié)構(gòu)在擠壓時(shí)，沖頭有效段 的第五段與微孔成形時(shí)，存在著剪切變形，因此，余料流動(dòng)順暢、變形抗力小、 沖頭不易磨損，從而使微孔成形的尺寸精度和表面質(zhì)量得到了提高。二、本發(fā) 明不僅能加工導(dǎo)電的金屬材料，還能加工不導(dǎo)電的復(fù)合材料。三、本發(fā)明借助 等離子沖洗設(shè)備進(jìn)行沖刷，去除微孔中的微小毛刺，使得微孔的精度更高。四、 本發(fā)明不僅可以用于單個(gè)微孔的成形，而且可以進(jìn)行多個(gè)微孔的批量成形。在 沖擠完成一個(gè)微孔成形后，由送料機(jī)構(gòu)移動(dòng)坯料位置，進(jìn)行下一個(gè)微孔的成形， 既可以成形陣列微孔，可以成形按照要求排列的微孔，生產(chǎn)效率高、成本低。


圖1是本發(fā)明高長徑比微孔沖擠復(fù)合成形裝置的主剖視圖，圖2是凹模8 的主剖視圖，圖3是沖頭9的主視圖，圖4是沖頭9在沖擠坯料11時(shí)，微孔成 形原理圖，圖5是具體實(shí)施方式
三中步驟五的示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一:結(jié)合圖1和圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式由上模座1、 上模板2、卸料板3、導(dǎo)柱4、導(dǎo)套5、下模板6、下模座7、凹模8、沖頭9和 彈簧10組成，上模座1的中心處設(shè)有模座孔1-1，上模板2的中心處設(shè)有模板 孔2-1，且模板孔2-1與模座孔1-1正對(duì)，卸料板3的中心處設(shè)有沖孔3-1，且 沖孔3_1與模板孔2-1正對(duì)，卸料板3的上端面上設(shè)有彈簧槽3-2，彈簧10裝在 彈簧槽3-2中，上模板2設(shè)置在上模座1的下端面上，上模板2通過連接件與 上模座1連接，卸料板3設(shè)置在上模板2的下方，卸料板3通過連接件與上模 板2連接，導(dǎo)柱4的上端穿過卸料板3，且導(dǎo)柱4的上端與上模板2連接，導(dǎo)柱 4的下端設(shè)置在導(dǎo)套5上的導(dǎo)柱孔5-1中，下模板6上設(shè)有與導(dǎo)套5正對(duì)的下模 板導(dǎo)套孔6-l，下模座7上設(shè)有與導(dǎo)套5正對(duì)的下模座導(dǎo)套孔7-l，下模板6設(shè) 置在下模座7的上端面上，下模板6通過連接件與下模座7連接，下模板6的 中心處設(shè)有與凹模8配合的凹?？?-2，凹模8裝在凹模孔6-2內(nèi)，凹模8的中 心處設(shè)有與沖孔3-1正對(duì)的落料孔8-1，沖頭9同時(shí)裝在模座孔1-1、模板孔2-1 和沖孔3-l中，沖頭9的有效長度段內(nèi)由上至下分為第一段9-l、第二段9-2、 第三段9-3、第四段9-4和第五段9-5，第一段9-l、第三段9-3和第五段9-5均 為圓柱形狀，且直徑由上至下依次遞減，第二段9-2和第四段9-4均為圓臺(tái)形狀。 沖擠成形時(shí)，采用卸料板3壓坯料11，使坯料11不會(huì)發(fā)生翹曲變形。在微孔的 沖擠成形結(jié)束后，移起上模座l，在彈簧10和卸料板3的作用下，使得沖頭9 更容易從坯料11中移出。沖頭9的有效長度段由上至下直徑設(shè)計(jì)成遞減形式， 成形的微孔上、下孔徑差別不大，對(duì)微孔的使用性能沒有影響；這樣設(shè)計(jì)減小 了沖頭的整體錐角，在保證沖頭強(qiáng)度的前提下，顯著降低成形阻力，減小沖頭 所受載荷，不但保護(hù)了沖頭9，而且降低了成形設(shè)備的輸出載荷。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的凹模8上的落 料孔8-l的內(nèi)徑大于坯料的厚度，落料孔8-l的內(nèi)壁設(shè)有圓弧面8-2，圓弧面8-2 位于落料孔8-l的進(jìn)料端。這樣設(shè)計(jì)利于沖擠成形時(shí)，被沖余料ll-l容易進(jìn)入凹模8內(nèi)。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖.l、圖4和圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是通 過以下步驟實(shí)現(xiàn)的 一、安裝上、下模下模座7固裝在沖床的下工作臺(tái)面上， 上模座1與沖床的上工作面連接，凹模8上的落料孔8-1與沖頭9正對(duì)；二、 坯料預(yù)熱將需要沖孔的坯料預(yù)先加熱300~400°C，再將預(yù)熱后的坯料放置在 凹模8的上端面上；三、沖擠成形對(duì)上模座1加壓，沖頭不斷擠入到坯料內(nèi) 部，被擠坯料同時(shí)流入凹模8上的落料孔8-1內(nèi)，沖至沖頭的下端面超過坯料 下表平面0.2自，上模板2停止下移；四、坯料脫模上模板2反向移動(dòng)，坯 料由卸料板3在彈簧10的作用下從沖頭9上脫離，微孔沖擠復(fù)合成形過程結(jié)束； 五、磨削將坯料從凹模8上取出，用砂輪磨削去除突出于坯料表平面的余料；
為了保證微孔質(zhì)量，余料11-1可多去除一些，比如可去除到坯料表面以下0.1mm 處；六、沖刷采用等離子沖洗設(shè)備去除步驟五的磨削過程中產(chǎn)生的微小毛剌， 即得到高長徑比微孔。步驟五中的砂輪可采用白剛玉砂輪、型號(hào)為WA;步驟 六中的等離子沖洗設(shè)備采用日本產(chǎn)、型號(hào)為EIS-200ER的等離子沖洗設(shè)備。沖 擠時(shí)，在沖床的作用下，上模座1和卸料板3經(jīng)導(dǎo)柱4和導(dǎo)套5的導(dǎo)向向下運(yùn) 動(dòng)，首先是卸料板3與坯料接觸，隨著上模板2繼續(xù)下移，在彈簧10作用下卸 料板3將坯料壓緊，壓緊力可以通過調(diào)節(jié)彈簧10的長度來改變，當(dāng)上模板2繼 續(xù)下移時(shí)，沖頭9與坯料接觸，微孔沖擠復(fù)合成形開始。
本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例選擇直徑為0.2mm的微孔作為成形對(duì)象，坯料11厚 度為2mm。根據(jù)上述微孔的尺寸設(shè)計(jì)沖頭9的尺寸，沖頭9的有效長度段的長 度L為4mm，沖頭9的有效長度段內(nèi)第一段9-1的長度Ll為2mm、直徑dl 為d) 0.8mm，第三段9-3的長度L3為0.5mm、直徑d3為4 0.4mm，第五段9-5 的長度L5為0.5mm、直徑d5為4>0.2mm，第二段9-2的長度L2為0.5mm，第 四段9-4的長度L4為0.5mm，凹模8上的落料孔8-1的內(nèi)徑為3mm;將坯料 11預(yù)先加熱350°C，預(yù)熱后的坯料11放置在凹模8的上端面上，沖擠時(shí)，在沖 床的作用下，上模座l、卸料板3由導(dǎo)柱4和導(dǎo)套5的導(dǎo)向向下運(yùn)動(dòng)，首先，卸 料板3與坯料11接觸，隨著上模板2繼續(xù)下移，在彈簧10作用下，卸料板3 將坯料ll壓緊，當(dāng)上模板2繼續(xù)下移時(shí)，沖頭9與坯料11接觸，微孔沖擠復(fù) 合成形開始，上模板2繼續(xù)下移，沖頭9不斷擠入到坯料11內(nèi)部，被擠坯料ll同時(shí)流入凹模8上的落料孔8-l中，當(dāng)沖頭9下端面超過坯料11下表平面0.2mm 時(shí)，上模板2停止下移而向上移動(dòng)，坯料11由卸料板3在彈簧10的作用下與 沖頭9脫離，當(dāng)上模板2移動(dòng)到初始位置時(shí)，停止運(yùn)動(dòng)，沖擠成形過程結(jié)束， 將坯料11從凹模8上取出，翻轉(zhuǎn)并固定于平行度很高的平板上，用白剛玉砂輪 12將沖擠的突出于坯料表平面的余料11-1磨削掉，為了保證微孔質(zhì)量，可將余 料11-1多去除一些，去除到坯料表面以下0.1mm處，去除完畢后，采用日本產(chǎn)、 型號(hào)為EIS-200ER的等離子沖洗設(shè)備去除磨削過程中產(chǎn)生微小毛刺，得到高質(zhì) 量微形孔，如圖5所示。
通過上述實(shí)例可明顯的看出采用本發(fā)明的裝置和方法，加工的微孔尺寸 精度和表面質(zhì)量都得到了保證。
權(quán)利要求
1、一種高長徑比微孔沖擠復(fù)合成形裝置，其特征在于所述裝置由上模座(1)、上模板(2)、卸料板(3)、導(dǎo)柱(4)、導(dǎo)套(5)、下模板(6)、下模座(7)、凹模(8)、沖頭(9)和彈簧(10)組成，上模座(1)的中心處設(shè)有模座孔(1-1)，上模板(2)的中心處設(shè)有模板孔(2-1)，且模板孔(2-1)與模座孔(1-1)正對(duì)，卸料板(3)的中心處設(shè)有沖孔(3-1)，且沖孔(3-1)與模板孔(2-1)正對(duì)，卸料板(3)的上端面上設(shè)有彈簧槽(3-2)，彈簧(10)裝在彈簧槽(3-2)中，上模板(2)設(shè)置在上模座(1)的下端面上，卸料板(3)設(shè)置在上模板(2)的下方，導(dǎo)柱(4)的上端穿過卸料板(3)，且導(dǎo)柱(4)的上端與上模板(2)連接，導(dǎo)柱(4)的下端設(shè)置在導(dǎo)套(5)上的導(dǎo)柱孔(5-1)中，下模板(6)上設(shè)有與導(dǎo)套(5)正對(duì)的下模板導(dǎo)套孔(6-1)，下模座(7)上設(shè)有與導(dǎo)套(5)正對(duì)的下模座導(dǎo)套孔(7-1)，下模板(6)設(shè)置在下模座(7)的上端面上，下模板(6)的中心處設(shè)有與凹模(8)配合的凹模孔(6-2)，凹模(8)裝在凹?？?6-2)內(nèi)，凹模(8)的中心處設(shè)有與沖孔(3-1)正對(duì)的落料孔(8-1)，沖頭(9)同時(shí)裝在模座孔(1-1)、模板孔(2-1)和沖孔(3-1)中，所述沖頭(9)的有效長度段內(nèi)由上至下分為第一段(9-1)、第二段(9-2)、第三段(9-3)、第四段(9-4)和第五段(9-5)，第一段(9-1)、第三段(9-3)和第五段(9-5)均為圓柱形狀，且直徑由上至下依次遞減，第二段(9-2)和第四段(9-4)均為圓臺(tái)形狀。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述高長徑比微孔沖擠復(fù)合成形裝置，其特征在于所 述凹模(8)上的落料孔(8-1)的內(nèi)徑大于坯料的厚度，所述落料孔(8-1)的 內(nèi)壁設(shè)有圓弧面(8-2),所述圓弧面(8-2)位于落料孔(8-1)的進(jìn)料端。
3、 一種利用權(quán)利要求1所述裝置實(shí)現(xiàn)高長徑比微孔沖擠復(fù)合成形方法，其 特征在于所述方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的 一、安裝上、下模下模座(7) 固裝在沖床的下工作臺(tái)面上，上模座(1)與沖床的上工作面連接，凹模(8)上的落料孔(8-1)與沖頭(9)正對(duì)；二、坯料預(yù)熱將需要沖孔的坯料預(yù)先加熱300 400。C，再將預(yù)熱后的坯料放置在凹模(8)的上端面上；三、沖擠成形對(duì)上模座(1)加壓，沖頭不斷擠入到坯料內(nèi)部，被擠坯料同時(shí)流入凹模(8)上的落料孔(8-l)內(nèi)，沖至沖頭的下端面超過坯料下表平面0，2mm，上模板(2) 停止下移；四、坯料脫模上模板(2)反向移動(dòng)，坯料由卸料板(3)在彈簧(10)的作用下從沖頭(9)上脫離，微孔沖擠復(fù)合成形過程結(jié)束；五、磨削 將坯料從凹模(8)上取出，用砂輪磨削去除突出于坯料表平面的余料；六、沖 刷采用等離子沖洗設(shè)備去除所述步驟五的磨削過程中產(chǎn)生的微小毛刺，即得 到高長徑比微孔。
全文摘要
高長徑比微孔沖擠復(fù)合成形裝置及方法，它涉及一種微孔沖擠復(fù)合成形裝置及方法。本發(fā)明為解決現(xiàn)有微孔是擠壓成形，變形抗力大、沖頭易磨損，微孔部分的尺寸精度和表面質(zhì)量難以保證的問題。裝置沖頭裝在模座孔、模板孔和沖孔中，沖頭的有效長度段內(nèi)由上至下分為第一段、第二段、第三段、第四段和第五段，第一段、第三段和第五段均為圓柱，且直徑由上至下依次遞減，第二段和第四段均為圓臺(tái)。方法一、安裝上、下模；二、坯料預(yù)熱；三、沖擠成形；四、坯料脫模；五、磨削；六、沖刷，即得到高長徑比微孔。本發(fā)明是沖擠成形，沖擠時(shí)，沖頭有效段與微孔有剪切變形，使余料流動(dòng)順暢、變形抗力小、沖頭不易磨損，微孔成形尺寸精度和表面質(zhì)量得到提高。
文檔編號(hào)B21C23/02GK101653788SQ20091007290
公開日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月16日
發(fā)明者單德彬, 杰 徐, 王春舉, 斌 郭 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)