粉末压实压力机的工装组件的制作方法

1.本发明涉及一种粉末压实压力机的工装组件。


背景技术：

2.粉末压实是一种通过将金属粉末通过高压在模具中压实来生产金属零件的广泛使用的技术。粉末压实过程所需的主要装备包括机器和在生产期间安装在机器中的成套工具。近年来，数控机床得到发展，其改善了这种过程的自动化，并且因此提高了生产充分性。因此，为了进一步提高生产充分性，对成套工具的自动化的需求不断增加。另外，目前引进的机器使得利用自动化成套工具成为可能。
3.实现完全自动化的粉末压实过程的主要挑战是进入机加工区域的通路有限，尤其是在机器和由粉末造成的恶劣环境的内部。常规的成套工具包括至少三个工具：上冲头、模具、下冲头。除了这些零件之外，芯棒是用于粉末压实以在金属零件中形成孔的常用工具之一。任何时候在用粉末材料生产具有孔的物体时，都在粉末压实装置中使用芯棒。
4.wo 2009/030699公开了一种用于压制用于切削工具的硬质合金钢切削刀片的模压组件。这样的刀片具有用于将刀片安装在切削工具的自由端部中的中心孔。为了形成中心孔，必须提供芯销并将其通过模具布置。压力机组件包括上冲头、下冲头和模具。特别地，该组件包括用于形成中心孔的芯销。此外，对于每个元件，提供包括卡盘和保持器的夹紧元件，用于在工作站中限定的位置处夹紧和保持元件。在从一种尺寸的金属切削刀片切换到另一种时，所有卡盘都保留在粉末压制工作站中。相比之下，模具、下冲头和芯销与它们相应的保持器可以一起被移出工作站。为此，使用锁定装置将元件从工作站移除。下冲头、模具和芯销各自具有用于接收锁定装置的内孔。特别地，wo2009/030699描述了径向锁定销设置在穿过模具、下上冲头和芯销的径向内孔中，以将这三个元件连接在一起。这种设计需要附加的激活机构来激活锁定装置。
5.ep3106295公开了一种用于联接下冲头和芯棒的磁联接器。第一联接元件安装在芯棒上，并且第二联接元件布置在下冲头上。在两个联接元件上都安装有永磁体，并且在永磁体之间生成的磁力使得第一联接元件和第二联接元件能够连接。以这种方式，芯棒可以与下冲头联接。然而，磁联接器需要复杂的构造并且对碎屑敏感。金属粉末可以容易地吸引在应用于联接元件的永磁体上，从而降低联接器的可靠性，并且甚至损坏工具。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种用于粉末压实压力机的工装组件，该工装组件可以从压力机上自动地移除。本发明的另一个目的是提供一种工装组件，用于使芯棒与下冲头可靠地联接和脱离。特别地，工装组件具有操作简便的特点。
7.根据本发明，这些目的通过独立权利要求的特征来实现。此外，从从属权利要求和说明书中可产生另外的有利实施例。
8.在本发明中，提供了一种用于由金属粉末形成物体的粉末压实压力机的工装组
件，该粉末压实压力机包括下冲头卡盘和芯棒卡盘。该工装组件包括：下冲头，其具有用于将下冲头卡盘保持在机器中的下冲头拉杆；和芯棒，其具有用于将芯棒保持在芯棒卡盘中的芯棒拉杆。该工装组件还包括联接机构，以实现下冲头和芯棒之间的连接。该联接机构包括布置在芯棒的外圆周表面上的阳联接元件和布置在下冲头拉杆的内圆周表面上的阴联接元件。此外，阳联接元件是弹性元件。
9.当芯棒沿着轴向方向插入下冲头拉杆中并到达限定位置时，阳联接元件与阴联接元件机械地相互作用，以将芯棒与下冲头拉杆连接，从而构建统一的组件。特别地，阳联接元件与阴联接元件自动地接合，而没有任何附加的激活机构。优选地，在接合状态下，芯棒同心地位于下冲头拉杆内，并且阳联接元件在下冲头拉杆和芯棒的径向方向上面向阴联接元件。阳联接元件可以直接地或间接地连接到阴元件。此外，阳联接元件可以与阴元件断开连接，特别是通过在轴向方向上将芯棒从下冲头拉杆中拉出来而断开连接。这种联接机构具有简单的构造并且具有易于操纵的优点。
10.机加工过程的自动化已广泛应用于诸如铣削、磨削、电火花加工的大多数机加工过程类型中，以提高生产充分性。然而，在粉末压实压力机技术的领域中，自动化还没有完全引入。原因之一是现有的成套工装并不完全适合自动化。对于粉末压实压制过程来说，包括下冲头、芯棒、模具和上冲头在内的几个零件必须在困难的条件下插入机器中。机器中的空间有限，并且不能防止由粉末导致的污垢。特别地，金属粉末(例如，碳钢)是硬质材料，并且因此分布在成套工具中的粉末颗粒可能损坏成套工具。因此，一个主要的挑战是设计一种成套工装，其可以通过自动化系统或机器人在机器中有限的空间内自动更换，即插入机器中和从机器中移除。另一个挑战是设计一种可以在周围空气中存在碎屑和研磨性金属粉末的恶劣环境中承受磨损的成套工装。
11.除了工装组件外，还需要模具、上冲头来压制金属零件。另外，需要用于将模具保持在机器中的模具卡盘和用于保持上冲头的上冲头卡盘。该模具设计用于将金属粉末压制成所需形状的硬质金属零件。当一个零件完成时，在大多数应用中，上冲头、模具、下冲头和芯棒必须从机器中移除。特别地，芯棒是细的细长元件，并且当插入时由几个零件包围，因此，到芯棒的通路在空间上严重受限。一种解决方案是通过将芯棒连接到下冲头而将芯棒与下冲头在一个步骤中插入和移除。由于下冲头被构造成由自动更换器抓持，芯棒可以与下冲头一起自动地插入和移除。
12.粉末压实压制过程的生产周期包括至少三个阶段。在第一阶段中，将包括带芯棒的下冲头、模具和上冲头在内的一套工具安装到机器中。为了能够通过使用自动工具更换器以自动方式安装工具，将下冲头和芯棒作为一个单元插入机器中。这可以通过首先将芯棒与机器外部的下拉杆互连来实现。在第二阶段中，用限定体积的金属粉末填充模具，并且通过上冲头和下冲头在模具内压制粉末。芯棒延伸穿过模具，从而在最终零件中形成孔。在粉末压实过程完成之后，首先将上冲头从机器上拆卸下，并且由此释放作用在粉末材料上的压缩力。接着从模具中弹出压制的零件，并卸载模具、带芯棒的下冲头。卸载过程也可以通过应用自动化系统或机器人来完成，以减少生产时间并实现自动化和高生产率的过程。当必须应用另一个芯棒来制造下一个零件时，将芯棒从下冲头脱离，使得另一个芯棒可以与下冲头联接。优选地，下冲头和芯棒的联接和脱离发生在机器的外部。此外，在下冲头在机器中装载/卸载的同时，确保芯棒和下冲头之间的连接是重要的。
13.在一个有利的变型中，当芯棒通过在下冲头拉杆的端部处的开口插入到具有安装在其上的下冲头拉杆的下冲头中时，联接自动地发生。下冲头和下冲头拉杆各自具有在轴向方向上延伸的贯穿内孔，并且当下冲头拉杆安装在下冲头上时，这些内孔对中。当芯棒轴向地插入这些内孔中时，由于阳联接元件是弹性元件，阳联接元件首先在径向方向上抵靠下冲头拉杆的内壁被压缩。当阳联接元件到达布置阴联接元件的位置时，预装载的阳联接元件被释放并抵靠下冲头拉杆的内表面在径向方向上扩张。阴联接元件被构造成使得阳联接元件被锁定在该位置处并且在轴向方向上基本上不可移动。在接合状态下，特别地在周向方向上移动阳联接元件是可能的。当阳联接元件和阴联接元件接合时，机械夹紧力特别地主要作用在径向方向上。联接力不是电学地或磁性地生成的。它具有设计简单但可靠的优点。
14.阳联接元件可以固定地安装在芯棒上或可拆卸地安装在芯棒上。即使芯棒可拆卸地安装在芯棒上，将芯棒和阳联接元件设计成使得它们作为一个部分操作也是优选的。在将芯棒插入下冲头中之前，必须将阳联接元件安装在其上，以便能够实现容易的操纵。
15.为了容纳阳联接元件，在芯棒的外圆周表面上形成凹部，特别地，凹部定向地形成在芯棒上。特别地，凹部被构造成使得阳联接元件可移动地截留在凹部中。优选地，凹部至少部分地围绕芯棒的外圆周表面，以便将阳联接元件安全地接收在其中。
16.在一个变型中，阳联接元件是环形弹性元件。为了实现简单的设计，阳联接元件是弹簧夹，特别是具有两个端部的开口环形元件。
17.作为阳联接元件的对应物，在下冲头拉杆的内圆周表面上形成至少一个凹槽以充当阴联接元件。凹槽在轴向方向上具有限定的高度。同时，凹槽充当参考元件以自动地定位阳联接元件，特别是在轴向方向上。
18.在芯棒插入下冲头中之前，弹簧夹安装在芯棒上，使得弹簧夹位于凹部中。当其上具有弹簧夹的芯棒从下冲头的下部(更准确地说，从下冲头拉杆的下部)插入时，弹簧夹由下冲头拉杆的内表面压缩，使得弹簧夹的两个端部朝向彼此移动，并且弹簧夹被预装载。当弹簧夹到达凹槽的位置时，弹簧夹在径向方向上扩张，以实现弹簧夹与凹槽之间的接合，从而使芯棒与下冲头拉杆连接。
19.当弹簧夹与凹槽接合时，它们形成过盈配合或压配合。由联接元件生成的联接力必须能够承受负载，即芯棒和芯棒拉杆的总重量。
20.在一种变型中，弹簧夹具有诸如圆形的圆形横截面。
21.在优选变型中，弹簧夹的横截面的直径大于凹槽的高度。这样的优点是可以方便弹簧夹与凹槽的断开。优选地，弹簧夹的横截面的直径是凹槽的高度的至少一半。
22.在一些实施例中，阳联接元件由金属、与芯棒相同的材料或与芯棒不同的材料制成。当弹簧夹和芯棒均由金属制成时，温度变化和湿度变化对几何变化具有相似的影响。这导致稳定的功能。
23.阴联接元件优选地靠近下冲头拉杆的下端部布置，以使芯棒的插入路径最小化。
24.在芯棒上设置多于一个的阳元件和在下冲头拉杆上设置多于一个的阴元件是值得考虑的。
附图说明
25.下面将通过参照附图中图示的具体实施例呈现对上面简要描述的原理的更具体描述。这些附图图示了本公开的示例性实施例，并且因此不应被认为是对其范围的限制。通过使用附图详细描述和解释本公开的原理，在附图中：图1和图2图示了粉末压实压力机的一部分的透视图；图3图示了下冲头的透视图；图4图示了模具的透视图；图5和图6图示了下冲头和芯棒的剖视图；图7图示了弹簧夹的透视图；图8图示了芯棒、弹簧夹和下冲头的剖视图；图9和图10图示了下卡盘和芯棒的截面图。
26.附图标记1粉末压实压力机10芯棒12芯棒拉杆13芯棒本体14弹簧夹15弹簧夹的外表面16芯棒的凹部17芯棒外表面17a芯棒的第一部段17b芯棒的第二部段20下冲头21下冲头托盘22下冲头拉杆23下冲头卡盘24下冲头拉杆内表面24a下冲头拉杆的第一部段24b下冲头拉杆的第二部段25下冲头夹持器部段26下冲头的内孔27下冲头拉杆的内孔28凹槽29凹槽的内表面30模具31模具托盘32模具拉杆33模具卡盘34模具的内孔
35第一夹持器接口101顶板102中间板103底板104105引导柱。
具体实施方式
27.参照图1和图2，粉末压实压力机1包括具有底板103、中间板102和顶板101的压力适配器。两个引导柱104、105在竖直方向上延伸穿过三个板。顶板和中间板能够在竖直方向上移动。提供空间以适应不同机器的要求。在图1中，下冲头20和芯棒10被装载到机器中，并且分别夹紧在下冲头卡盘23和芯棒卡盘13中。芯棒卡盘由固定在底板的顶部上的间隔件110承载。下冲头卡盘23固定在中间板的顶表面上。为了操纵简单，在将下冲头与芯棒一起装载之前，将顶板和中间板向下下降，以减小板之间的距离。图2描绘了模具的装载过程。顶板和中间板在模具被装载和夹紧到模具卡盘33中之前向上移动到限定的机加工位置。
28.卸载过程在图中未图示，但是以相反的方式进行。模具从模具卡盘上被释放，并且可以通过自动工具更换器从机器上移除。之后，下冲头被自动工具更换器抓持并从机器中移除。由于芯棒连接到下冲头，芯棒也可以从机器中自动地移除。
29.图3和图4分别示出了带有下冲头拉杆22的下冲头20和带有模具拉杆32的模具30的布置的细节。在下冲头被插入机器中之前，它连接到下冲头托盘21，该下冲头托盘21具有在其上的参考元件，在参考元件中安装有下冲头拉杆22，因为带有下冲头托盘的下冲头和下冲头拉杆将作为一个部分插入机器中。在下冲头的轴向方向上设置有称为下冲头内孔26的贯穿内孔，用于在其中接收芯棒。下冲头托盘21和下冲头拉杆各自具有轴向内孔，用于允许穿过其插入芯棒。在如图2中所示的安装状态下，所有轴向内孔都对中。下冲头具有直径不同的两个圆柱形部分。下部部分20b具有比上部部分20a大的直径。为了能够实现下冲头的自动更换，下冲头夹持接口25形成在下冲头的外圆周表面上，特别是在下冲头的下部部分20b上。该自动工具更换器在下冲头夹持接口的位置处可以可靠地抓持下冲头。
30.在模具30安装到机器中之前，它连接到带有安装在其中的模具拉杆32的模具托盘31，因为带有托盘的模具和拉杆将作为一个部分插入机器中。在轴向方向上在模具的中心内形成称为模具内孔34的贯穿内孔，用于在其中接收冲头和芯棒。模具托盘和模具拉杆各自具有轴向内孔，用于允许穿过其插入芯棒。在如图4中所示的安装状态下，所有轴向内孔都对中。为了能够实现模具的自动更换，第一夹持器接口35形成在模具的外圆周表面上。在图3和图4中所示的实施例中，下冲头夹持接口和模具夹持接口具有轨道状形状，使得自动工具更换器的夹持器的两个指状物可以从两侧抓持零件。
31.图5和图6分别图示了插入下冲头中的芯棒的夹紧状态和释放状态。带有芯棒拉杆12的芯棒托盘11可以安装在芯棒的下端部处。芯棒具有细长的芯棒本体13。如图6和图9中所示，芯棒的第一部段17a具有比芯棒的第二部段17b大的直径，使得在下冲头拉杆的第一部段24a的内表面和芯棒的第二部段17b之间产生图9中用字母g表示的间隙。这可以防止碎屑被夹在下冲头拉杆和芯棒之间，从而避免工具组件的损坏。位于拉杆的下部处的下冲头拉杆的第二部段24b具有倾斜的内表面，以避免在将芯棒插入拉杆中时损坏芯棒的顶部，因
为芯棒的顶部不会接触倾斜的内表面。
32.在图中所示的实施例中，阳联接元件是弹性元件，特别是如图7中所示的具有两个端部14a、14b的弹簧夹14。图8是沿着线aa'的剖视图。
33.凹槽28形成在下冲头拉杆的内表面上。在垂直于径向方向的平面上的凹槽的横截面可以是圆形的或矩形的。
34.为了使弹簧夹能够与拉杆中的凹槽联接或脱离，必须施加在轴向方向上的力。弹簧夹的横截面是圆形的。在一个变型中，在轴向方向上的凹槽的高度(在图9中用字母h表示)被设计成小于弹簧夹的横截面的直径的一半，该曲线将轴向力转化为径向力，从而使弹簧夹收缩。这适用于从下冲头拉杆进入和移除带有弹簧夹的芯棒。在另一个变型中，在轴向方向上的凹槽的高度(在图9中用字母h表示)被设计成等于弹簧夹的横截面的直径，以实现可靠的联接。
35.图9和图10分别是图5和图6中的部分c和b的放大图示。它们以沿着轴向方向的截面图示出了弹簧夹在芯棒上的详细位置。另外，图9示出了芯棒插入下冲头中但在弹簧夹14到达凹槽所在位置之前的状态。凹部16形成在芯棒的外圆周表面上，用于在其中接收弹簧夹。特别地，凹部围绕圆周表面形成。图9中所示的凹部具有c形横截面。然而，横截面的形状不限于图中所示的形状。如果弹簧夹可以安全地接收在其中并且可以实现凹部的功能，则可以应用其它形状的横截面。凹部被设计成安全地将弹簧夹保持在其中，并且当弹簧夹与下冲头拉杆接合时允许弹簧夹径向地向内压缩。凹部的位置是预定的，以保持用于轴向定位的设定位置。弹簧夹可以像芯棒一样单独地生产，但当芯棒插入下冲头中时应当保持在凹部中。在整个插入过程期间和在弹簧夹与凹槽接合之前，弹簧夹漂浮在芯棒的凹部内。除非力作用在其上，否则弹簧夹不会扩张；并且除非力作用在其上，否则弹簧夹不会被压缩。
36.弹簧夹具有带有两个端部14a、14b的环形形状，如图7中所示。弹簧夹的横截面的直径被选择为使得弹簧夹在非扩张状态下接收在凹部中的。
37.当弹簧夹与凹槽接合时，弹簧夹15的外表面至少部分地压在凹槽29的表面上。弹簧夹借助于弹簧夹在凹槽中的轴向和径向扩张联接到凹槽。这种联接必须抵抗由高重量产生的较大的力。弹簧夹的力必须高于来自芯棒组件的重量的力，并且高于在负载循环中可能产生的对芯棒的任何轴向力，但远低于来自芯棒卡盘的夹紧力。不必考虑下冲头的重量，因为弹簧夹不是用来通过弹簧夹提升下冲头的。
38.在图7中所示的一个实施例中，弹簧夹具有9mm的内径和0.8mm的横截面。抽出力在约25n和45n之间变化，这取决于芯棒是否在下冲头中完全居中或被推到侧面。如果芯棒的重量小于2kg，则需要50n的最小抽出力。为了实现稳健的系统，芯棒应当被设计成具有较低的重量。弹簧夹的直径和材料可以根据应用和芯棒的尺寸和重量而变化。