[发明专利]一种制造大高厚比微型叶轮的模具装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造微型叶轮的模具装置及方法，具体涉及一种制造大高厚比微型叶轮的模具装置及方法。

背景技术

微型叶轮广泛应用于微型发电机及微型叶轮泵等微型动力模具中，其关键部件是大高厚比微型叶轮，大高厚比微型叶轮对整个微型动力模具的效率、寿命及稳定性等具有重要影响。这些微型叶片的厚度一般处于亚毫米量级，而高度可以达到毫米甚至几毫米，高厚比一般大于3。所以，加工出高质量、低成本的大高厚比微型叶轮构件具有重大意义。目前，大高厚比微型叶轮构件主要采用微机电系统技术、微细电火花成形加工技术、微细机械加工技术及微细电火花铣削加工技术等。而上述这些加工技术存在制造成本高、加工效率低、可加工材料少及不适宜采用批量制造的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有加工技术存在制造成本高、加工效率低、可加工材料少及不适宜采用批量制造的问题。进而提供一种制造大高厚比微型叶轮的模具装置及方法。

本发明的技术方案是：一种制造大高厚比微型叶轮的模具装置，包括上模座、下模座、冲头固定板、冲头、凹模固定板、凹模垫板、镶块式凹模、顶杆、加热圈、顶出螺钉、多个导套和多根导柱，所述上模座和下模座上下平行设置，上模座的四周设有多个导套，每根导柱的一端均穿设在下模座的底端面上，每根导柱的另一端均可滑动设置在一个导套内，冲头设置在冲头固定板上，冲头固定板固定在上模座的底端面上，凹模固定板固定在下模座上，所述凹模固定板上设有凹模安放孔,凹模垫板设置在凹模安放孔内，镶块式凹模设置在凹模安放孔内并位于凹模垫板的上端，且镶块式凹模位于冲头的正下方，顶杆设置在镶块式凹模内，顶出螺钉由下至上依次穿过下模座和凹模垫板与顶杆的下端面相抵。

所述镶块式凹模包括凹模和镶块，镶块竖直设置在凹模内型腔的下端。

本发明还提供了一种使用上述模具制造大高厚比微型叶轮的方法，具体步骤为：

步骤一：将经过体积不变原理计算所加工的坯料放入镶块式凹模的型腔内，并通过加热圈将模具和坯料加热到坯料模锻温度，该模锻温度为200-600°；

步骤二：在该模锻温度下，通过压力机以0.1-0.5mm/min的速度向下运行驱动冲头向下运动，坯料在冲头的作用下产生塑性变形，充填镶块式凹模的型腔；

步骤三：压力机达到预先设定的载荷时，保压0.5-3分钟，然后卸去冲头载荷，此时大高厚比微型叶轮的工件成形完毕；

步骤四：将模具和步骤三中成形的工件进行冷却，当模具和成形工件冷却到最低等温锻造温度以下50℃时，开始取样；

步骤五：通过拧紧顶出螺钉将压力施加在顶杆上，通过顶杆向上移动推动凹模镶块向上顶出所成形的大高厚比微型叶轮零件，将大高厚比微型叶轮零件从镶块式凹模的型腔中取出。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1.本发明采用的是等温精密模锻工艺方法，成形大高厚比微型叶轮。该方法能直接成形出所要求的大高厚比微型叶轮构件，避免了二次加工，尤其适用于批量生产，加工效率达到95-98%、成本降低了四分之一。

2.本发明采用整体成形技术。成形后，叶片与叶轮盘能很好的连接在一起，成形件叶片内的流线沿叶片轮廓分布，具有良好的综合机械性能，满足微型叶轮高速旋转时对零件机械性能的要求。同时，省去了叶片的安装等工序，能够保证成形件的一致性，降低制造成本。

3.本发明制中的各个构件及方法具有以下优点：

(1)镶块式凹模采用分块设计，能够加工大深宽比的微型型腔。

(2)镶块式凹模设计能够提高微型型腔工作表面的表面质量，降低成形中的摩擦力，提高材料充填能力。

(3)凹模镶块同时作为顶出机构的一部分，一方面增大顶出面积，另一方面由于凹模镶块均匀的分布在微型叶轮盘上，有效的降低了顶出过程中由于受力不均等引起的零件变形。

(4)镶块式凹模设计具有凹模更换方便、易于修模等优点，可以提高整个模具装置的使用寿命。

(5)等温成形的微型叶片的流线沿微型叶片的轮廓分布，避免了机械加工中的流动切断现象，有效的提高了微型叶轮的机械性能。

(6)采用等温模锻制造的微型叶轮零件尺寸精度一致性高、互换性好。

(7)采用等温模锻制造的微型叶轮零件表面质量高。