本發明涉及一種鍛件脫模裝置，特別是涉及了一種閉式模鍛大型異形結構鍛件的柔性脫模裝置。

背景技術：

在等溫鍛、熱模鍛等閉式模鍛金屬材料成形工藝中，金屬材料在模具中受外力作用產生流動充滿模具型腔成形為鍛件，而金屬在流動過程中與模具型腔表面產生摩擦，并且形成新的表面，如果潤滑不佳鍛件常常和模具緊緊地粘在一起，鍛件脫模時需要脫模裝置才能把鍛件從模具型腔中頂出。現有技術中，對于形狀不規則的大型異形結構鍛件如大型飛機結構件，在進行閉式模鍛后采用的脫模裝置的頂桿是由剛性材料制造的，鍛件脫模過程中需要采用至少3根以上的剛性頂桿頂出鍛件。

脫模時，當某一根頂桿的頂出力大于鍛件在這一根頂桿的部位與模具型腔的摩擦阻力時，鍛件的該部位將首先發生松動并產生一定位移，由于頂桿是剛性的，頂桿與鍛件之間將產生一定間隙，此時這一根頂桿對鍛件的頂出力將瞬間消失變為零；同時，脫模裝置并未停止運行，并在不斷施加力頂出鍛件，新施加的力及剛剛那一根頂桿消失的頂出力將瞬間加載到其它一根或幾根頂桿上，造成其它一根或幾根頂桿的受力是非連續、脈沖式增加的，并逐根出現與剛剛那一根頂桿相類似的情況，此過程將隨機出現和不斷進行，直到最后一根頂桿把鍛件頂松動；而此時脫模裝置施力頂出過程仍在進行，所有頂桿將產生位移，很快，其中某一根頂桿將會重新與鍛件接觸，鍛件與這一根頂桿接觸的部位將再次受到頂出力的作用，而此時該部位的摩擦阻力已遠遠小于未松動前的摩擦阻力，一增一減造成頂出力與摩擦阻力的嚴重反差和不匹配，頂桿將再次與鍛件擴大分離，其它與鍛件重新接觸的頂桿也會逐根出現與這根頂桿類似的情況，照此過程反復下去直到鍛件被頂出模具型腔。

由此可知，采用剛性頂桿頂出鍛件時，隨著頂出力的不斷增加，某些部位會先松動、脫離后重新再受力，后松動的部位會受到間隙或脈沖式疊加力的作用，造成鍛件整體受力不均衡；而且重新受力后的鍛件部位的頂出力與摩擦阻力不能很好地匹配，再受模具型腔深度、接觸面積大小、潤滑程度、材料強度等因素的影響，使鍛件脫模過程不平穩，容易造成鍛件變形、翹曲、局部壓塌，甚至撕裂等現象發生。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種閉式模鍛大型異形結構鍛件的柔性脫模裝置，通過在該裝置的頂桿上端增設具有彈性的柔性段并且每根頂桿的柔性段達到彈性極限時的壓縮量相等，使鍛件脫模過程變得較為平穩，不易受損。

為解決上述技術問題，本發明所述閉式模鍛大型異形結構鍛件的柔性脫模裝置，包括至少3根頂桿和底座，所述模鍛的下鍛模中設有通孔，所述頂桿的下端固定在所述底座上并且其上端穿過下鍛模的通孔與模具型腔內的大型異形結構鍛件的不同底面接觸，所述下鍛模通孔的數量與頂桿的數量相等，其特征在于，所述頂桿由上端具有彈性的柔性段和下端具有剛性的剛性段構成，在采用所述頂桿頂出所述鍛件時，每根頂桿的柔性段達到彈性極限時的壓縮量相等。

作為優選方案，所述頂桿的數量為3～10根，最好為5根，直徑為20mm～80mm；所述頂桿柔性段長度為30mm～100mm，所述頂桿剛性段長度和柔性段長度的比值ξ≥1。

作為該裝置的第一種優選結構，所述每根頂桿通過柔性段的頂面直接與大型異形結構鍛件的不同底面接觸，每根頂桿的橫截面積相等；

每根頂桿柔性段的彈性模量、長度及剛性段的長度滿足以下條件：

每根頂桿柔性段的彈性模量相等；

每根頂桿柔性段的長度相等；

每根頂桿剛性段的長度，每根頂桿柔性段的頂面與大型異形結構鍛件的不同底面的接觸面到分模面的距離同時滿足：h11+h11＝h12+h12＝h13+h13＝……，式中，h11、h12、h13……分別為每根頂桿剛性段的長度；h11、h12、h13……分別為每根頂桿柔性段的頂面與大型異形結構鍛件的不同底面的接觸面到分模面的距離。

作為該裝置的第二種優選結構，在所述頂桿柔性段和大型異形結構鍛件之間設置有圓柱形鑲塊，每根頂桿通過柔性段頂面上的鑲塊直接與大型異形結構鍛件的不同底面接觸，每個鑲塊的橫截面積相等，每根頂桿的橫截面積相等；

每根頂桿柔性段的彈性模量和長度及剛性段的長度，以及鑲塊的厚度滿足以下條件：

每根頂桿柔性段的彈性模量相等；

每根頂桿柔性段的長度相等；

每根頂桿剛性段的長度相等；

每個鑲塊的厚度，每個鑲塊的頂面與大型異形結構鍛件的不同底面的接觸面到分模面的距離同時滿足：δ1+h21＝δ2+h22＝δ3+h23＝……，式中，δ1、δ2、δ3……分別為每個鑲塊的厚度；h21、h22、h23……分別為每個鑲塊的頂面與大型異形結構鍛件的不同底面的接觸面到分模面的距離。

作為該裝置的第三種優選結構，所述每根頂桿通過柔性段的頂面直接與大型異形結構鍛件的不同底面接觸，所述各個頂桿之間的橫截面積不相等，但單根頂桿的橫截面積相等，不同頂桿柔性段的頂面與大型異形結構鍛件的不同底面的接觸面不一樣；

不同頂桿的柔性段與剛性段的長度，不同頂桿柔性段的彈性模量滿足以下條件：

不同頂桿柔性段的長度相等；

不同頂桿剛性段的長度，不同頂桿柔性段的頂面與大型異形結構鍛件的不同底面的接觸面到分模面的距離同時滿足：h31+h31＝h32+h32＝h33+h33＝……，式中，h31、h32、h33……分別為不同頂桿剛性段的長度；h31、h32、h33……分別為不同頂桿柔性段的頂面與大型異形結構鍛件的不同底面的接觸面到分模面的距離；

不同頂桿柔性段的彈性模量應滿足：式中，e1、e2、e3……分別為不同頂桿柔性段的彈性模量；s1、s2、s3……分別為不同頂桿的橫截面積。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

本發明所述閉式模鍛大型異形結構鍛件的柔性脫模裝置，其頂桿由上端具有彈性的柔性段和下端具有剛性的剛性段構成。在采用所述頂桿頂出所述鍛件時，每根頂桿的柔性段首先達到彈性極限并且壓縮量相等，此時頂桿理論上處于剛性狀態；當某一根頂桿的頂出力大于鍛件在這一根頂桿的部位與模具型腔的摩擦阻力時，鍛件的該部位將首先發生松動并產生一定位移，而與該部位接觸的頂桿的柔性段由于之前被彈性壓縮必將隨著鍛件該部位的松動而彈性伸長使頂桿始終與鍛件保持接觸而不會產生間隙，頂出力將隨壓縮量的變化而減小但不會消失為零；同時，脫模裝置并未停止運行，并在不斷施加力頂出鍛件，新施加的力及剛剛那一根頂桿減少的頂出力將逐漸加載到其它一根或幾根頂桿上；同樣，由于頂桿柔性段的彈性作用，其它一根或幾根頂桿也會逐漸出現與剛剛那一根頂桿相同的情況而不會脫離鍛件，其它一根或幾根頂桿的受力不會出現非連續、脈沖式增加的情況，此過程將隨機出現和不斷進行；隨著頂出力的增加，當頂桿的總頂出力大于鍛件的總摩擦阻力時，鍛件將整體發生松動，鍛件與模具型腔表面的接觸面積將逐漸減小，摩擦阻力也隨之減小，頂出力與摩擦阻力將得到很好的匹配，使作用在鍛件上的頂出力和摩擦阻力趨于平衡，鍛件在整體受力較為均勻的情況下被頂出模具型腔，最終實現鍛件脫模取出時各部位的平穩移動；避免了采用剛性脫模時頂桿受力是非連續、脈沖式增加和頂出力與摩擦阻力不匹配，以及鍛件受力不均衡，鍛件取出時容易受模具型腔深度、接觸面積大小、潤滑程度、材料強度等不利因素的影響，使鍛件脫模過程不平穩，容易造成鍛件變形、翹曲、局部壓塌，甚至撕裂等現象的發生，從而使鍛件脫模過程變得較為平穩和不易受損，鍛件脫模過程和脫模質量得到了極大改善。

本發明根據鍛件的尺寸大小和形狀特點采用3～10根頂桿分布設置在鍛件的底部，能夠確保鍛件的頂出過程平穩進行。

采用上述閉式模鍛大型異形結構鍛件的柔性脫模裝置的三種優選結構設計，均能保證頂桿柔性段的壓縮量一致，使鍛件各個部位的頂出力分布均勻。特別是在第二種優選結構中，在所述頂桿柔性段和所述鍛件之間設置鑲塊，能夠防止頂桿柔性段上端面被頂壞。

在上述所有的脫模裝置結構中，把所述頂桿的直徑限定為20mm～80mm，所述頂桿柔性段長度限定為30mm～100mm，所述頂桿剛性段長度和柔性段長度的比值ξ≥1，不僅有利于設備加工安裝和方便頂住鍛件，而且能夠通過剛性段提供足夠的支撐力。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

圖1為本發明所述柔性脫模裝置的第一種優選結構示意圖。

圖2為本發明所述柔性脫模裝置的第二種優選結構示意圖。

圖3為本發明所述柔性脫模裝置的第三種優選結構示意圖。

具體實施方式

實施例1：

圖1為本發明所述閉式模鍛大型異形結構鍛件的柔性脫模裝置的第一種優選結構，該脫模裝置主要由5根頂桿20和底座30組成。大型異形結構鍛件50成形后處于由上鍛模11和下鍛模12圍成的模具型腔中，在上鍛模11和下鍛模12之間具有分模面60，所述下鍛模12中設有5個通孔，所述5根頂桿20的下端固定在底座30上其上端穿過下鍛模12的通孔與大型異形結構鍛件50的不同底面接觸，每根頂桿20由上端彈性材料組成的柔性段21和下端剛性材料組成的剛性段22構成，也就是說，每根頂桿20的柔性段21具有彈性，每根頂桿20的剛性段22具有剛性；每根頂桿20通過柔性段21的頂面直接與大型異形結構鍛件50的不同底面接觸，每根頂桿20的橫截面積相等，即每根頂桿20的柔性段21和剛性段22的直徑相等。

每根頂桿20柔性段21的彈性模量、長度及剛性段22的長度滿足以下條件：

每根頂桿20柔性段21的彈性模量相等；

每根頂桿20柔性段21的長度相等；

每根頂桿20剛性段22的長度，每根頂桿20柔性段21的頂面與大型異形結構鍛件50的不同底面的接觸面到分模面60的距離同時滿足：h11+h11＝h12+h12＝h13+h13＝h14+h14＝h15+h15，式中，h11、h12、h13、h14、h15分別為每根頂桿20剛性段22的長度；h11、h12、h13、h14、h15分別為每根頂桿20柔性段21的頂面與大型異形結構鍛件50的不同底面的接觸面到分模面60的距離。

實施例2：

圖2為本發明所述閉式模鍛大型異形結構鍛件的柔性脫模裝置的第二種優選結構，該脫模裝置是在實施例1所述第一種優選結構的頂桿20柔性段21和大型異形結構鍛件50之間增加了圓柱形鑲塊40，每根頂桿20通過柔性段21頂面上的鑲塊40直接與大型異形結構鍛件50的不同底面接觸，每根頂桿20柔性段21頂面上的鑲塊40的橫截面積相等，即每個鑲塊40的直徑是相等的，每根頂桿20的橫截面積相等，即每根頂桿20的柔性段21和剛性段22的直徑相等。

每根頂桿20柔性段21的彈性模量和長度及剛性段22的長度，以及鑲塊40的厚度滿足以下條件：

每根頂桿20柔性段21的彈性模量相等；

每根頂桿20柔性段21的長度相等；

每根頂桿20剛性段22的長度相等。

每個鑲塊40的厚度，每個鑲塊40的頂面與大型異形結構鍛件50的不同底面的接觸面到分模面60的距離同時滿足：δ1+h21＝δ2+h22＝δ3+h23＝δ4+h24＝δ5+h25，式中，δ1、δ2、δ3、δ4、δ5分別為每個鑲塊40的厚度；h21、h22、h23、h24、h25分別為每個鑲塊40的頂面與大型異形結構鍛件50的不同底面的接觸面到分模面60的距離。

實施例3：

圖3為本發明所述閉式模鍛大型異形結構鍛件的柔性脫模裝置的第三種優選結構，所述每根頂桿20通過柔性段21的頂面直接與大型異形結構鍛件50的不同底面接觸，該脫模裝置與實施例1所述第一種優選結構的不同之處在于，不同頂桿20之間的橫截面積不相等，即不同頂桿20的直徑不相等，但單根頂桿20的橫截面積相等，即單根頂桿20的柔性段21和剛性段22的直徑相等。不同頂桿20柔性段21的頂面與大型異形結構鍛件50的不同底面的接觸面不一樣，因此需要選擇不同的彈性材料來制作不同頂桿20的柔性段21。

不同頂桿20的柔性段21與剛性段22的長度，不同頂桿20柔性段21的彈性模量滿足以下條件：

不同頂桿20柔性段21的長度相等；

不同頂桿20剛性段22的長度，不同頂桿20柔性段21的頂面與大型異形結構鍛件50的不同底面的接觸面到分模面60的距離同時滿足：h31+h31＝h32+h32＝h33+h33＝h34+h34＝h35+h35，式中，h31、h32、h33、h34、h35分別為不同頂桿20剛性段22的長度；h31、h32、h33、h34、h35分別為不同頂桿20柔性段21的頂面與大型異形結構鍛件50的不同底面的接觸面到分模面60的距離。

不同頂桿20柔性段21的彈性模量應滿足：式中，e1、e2、e3、e4、e5分別為不同頂桿20柔性段21的彈性模量；s1、s2、s3、s4、s5分別為不同頂桿20的橫截面積。

在上述所有的脫模裝置結構中，在采用每根頂桿20頂出大型異形結構鍛件50時，每根頂桿20的柔性段21達到彈性極限時的壓縮量相等，即：

△1＝△2＝△3＝△4＝△5，式中，△1、△2、△3、△4、△5分別為每根頂桿20柔性段21達到彈性極限時的壓縮量。

在上述所有的脫模裝置結構中，根據鍛件的尺寸大小和形狀特點，所述頂桿20可以適當增加或減少，一般情況下頂桿20的數量由3～10根組成，對應地，所述下鍛模12的通孔數量與頂桿20的數量相等，本發明優選采用5根頂桿20。

在上述所有的脫模裝置結構中，每根頂桿20剛性段22長度和柔性段21長度的比值ξ≥1，為保證脫模的穩定性，每根頂桿20柔性段21長度取30mm～100mm比較恰當，頂桿20的直徑取20mm～80mm時，有利于加工安裝和方便頂住大型異形結構鍛件50。

上述所有的脫模裝置結構同樣適用于上鍛模11，當所述大型異形結構鍛件50結構比較復雜導致上鍛模11也發生粘模時，在上鍛模11上也可以加裝所述脫模裝置。

采用上述脫模裝置進行脫模的步驟如下：

步驟一：先取出上鍛模11，由于受大型異形結構鍛件50本身自重和下鍛模12粘模的影響，大型異形結構鍛件50留在下鍛模12內，絲紋不動。

步驟二：啟動所述脫模裝置，底座30向上平行運行對每根頂桿20施加推力，每根頂桿20沿著下鍛模12的每個通孔向上頂大型異形結構鍛件50的底部，每根頂桿20的柔性段21首先被壓縮到彈性極限并且壓縮量相等。

步驟三：所述底座30持續不停地對每根頂桿20施加推力，當某一根頂桿20的頂出力大于大型異形結構鍛件50在這一根頂桿20的部位與下鍛模12模具型腔的摩擦阻力時，大型異形結構鍛件50的該部位首先發生松動并產生一定位移，而與該部位接觸的這根頂桿20始終頂著鍛件不會脫離，該頂桿20的頂出力隨其柔性段21壓縮量的變化而減小；底座30新施加的力及剛剛那一根頂桿20減少的頂出力隨后逐漸加載到其它一根或幾根頂桿20上；其它一根或幾根頂桿20逐漸出現與剛剛那一根頂桿20相同的情況，此過程隨機出現和不斷進行；

步驟四：所述底座30持續不停地對每根頂桿20施加推力，當所有頂桿20的總頂出力大于大型異形結構鍛件50的總摩擦阻力時，大型異形結構鍛件50整體發生松動，大型異形結構鍛件50與下鍛模12模具型腔表面的接觸面積逐漸減小，摩擦阻力也隨之減小，作用在大型異形結構鍛件50上的頂出力和摩擦阻力相互匹配并趨于平衡，大型異形結構鍛件50在整體受力較為均勻的情況下被平穩頂出下鍛模12的模具型腔。

所述摩擦阻力包含所述相應頂桿20所承受的大型異形結構鍛件50的重力和大型異形結構鍛件50在該頂桿20的所在部位與下鍛模12的模具型腔表面產生的摩擦力。