煤矿支护用双向柱头毛坯的制备方法及模具技术

煤矿支护用双向柱头毛坯的制备方法及模具，双向柱头是煤矿液压支护设备中大量使用的阀体。本发明专利技术将钢液以高于液相线温度５～２０℃的温度浇入温度为２５０～３５０℃且在型内表面涂有厚度为０．１～２ｍｍ专用涂料的模具内。后在小于１０秒时间内启动液压机，对钢液从下部向上、从上部向下、上下对压、侧向对压加压，使钢液在压力作用下充型，并在压力作用下保持一定时间凝固成形和发生塑性变形，实现致密化。模具分上下模，采用分块设计，容易损坏的件，做成便于拆卸和更换的镶块，操作方便，降低模具成本。本方法生产每个双向柱头毛坯的时间不足１分钟，材料利用率高达８０％以上，加工工时大幅度缩短。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种钢质零件的毛坯的制备方法及装置，适用于钢质双向柱头毛坯的制备。
技术介绍
双向柱头是液压支护设备中大量使用的阀体，年需求量达1000万件以上。随着矿山开采业的发展，其用量还会增大。目前，双向柱头的材质是45钢或其他低合金钢。其外形是一个圆柱体，两端各有一个柱座，分别称为上柱座和下柱座；在中高线上有一个水平通孔，称为水平油道；水平油道与下柱座之间由垂直油道连通。双向柱头要求内部组织致密，无收缩缺陷和气孔，气密性实验无泄露。现有技术中，生产双向柱头的方法有两种，一种是锻造方法，另一种是用圆钢车削加工。锻造方法制备双向柱头主要是模锻或锤上胎膜锻造，所用设备吨位大，尺寸精度低，水平油道和垂直油道无法锻出，只能通过切削加工形成，材料利用率不足70％，产品成本高；以圆钢为原料车制双向柱头时，需要车外圆、车内圆、钻孔等多道工序，材料利用率不足60％，造成极大的材料浪费，而且成本高。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本专利技术根据凝固理论和塑性成形原理，对浇入模具的液态金属施加压力，实现压力作用下的凝固、补缩和塑性变形，提供一种双向柱头的制备方法及装置。本专利技术的技术方案包括煤矿支护用双向柱头毛坯的制备方法及模具。煤矿支护用双向柱头毛坯的制备模具，该模具包括上模40-1和下模40-2。所述的上模包括上挤压杆、上模固定板、上模套、上模芯、导柱、上冲头与冷却水管部件、上模芯垫板；其中上挤压杆安装在液压机的上挤压缸上；上模芯垫板通过螺钉连接在上模固定板上；上模芯安装在上模套中心的台阶孔内，其之间H8/h7的间隙配合；上冲头与冷却水管部件安装在上模芯中心的台阶孔内，其之间是H10/h10的间隙配合；导柱安装在上模套的台阶孔内，其之间是H7/k6间隙配合；上模固定板、上模芯垫板与上模芯，通过定位销定位、用螺钉连接在一起。所述的下模包括下压头与下挤压杆和冷却水管部件、下模固定板、左垫块、右垫块、下模芯垫块、下模套、侧压头、导套、下模芯与冷却水管部件；下压头与下挤压杆和冷却水管部件安装在液压机的下挤压缸上；下模芯与冷却水管部件安装在下模套中心的台阶孔内，其之间是H8/h7的间隙配合；下模芯垫块安装在下模芯的Φ168的孔内，其之间是H6/g5的过渡配合；导套安装在下模套的Φ40的孔内，其之间是H7/k6的过渡配合；下模套、下模芯与冷却水管部件、下模芯垫块与导套的组成部分与左垫块、右垫块及下模固定板通过定位销定位、用螺钉连接起来，在模具工作过程中，下压头通过下模芯垫块的中心孔，其之间是H9/d9的间隙配合。两个侧挤压缸通过螺钉固定在下模套的两个端面或液压机的工作台上，两个侧压头安装在侧挤压缸上，在模具工作过程中，两个侧压头通过下模套和下模芯的端面上的通孔，其之间是H9/d9的间隙配合。2.煤矿支护用双向柱头毛坯的制各方法，该制备方法的具体步骤是步骤一，把上模固定到液压机的活动横梁上，把下模固定到液压机的工作台上；步骤二，启动冷却水系统；步骤三，在模具开模的状态下，把模具预热到150～350℃；步骤四，在模具型腔内壁上喷涂或刷涂厚度为0.1～2mm的涂料；步骤五，将制备毛坯的合金液浇入模具下型腔内，合金液浇注到距离分型面3～20mm处；步骤六，将制备毛坯的合金液浇入后，在小于10秒的时间内启动液压机，液压机的锁模缸带动模具的上模下行合模，合模压力上升至100～200MPa，保压，完成锁模缸的加压；液压机的下挤压缸带动下压头与下挤压杆和冷却水管部件向上运动；液压机的两个的侧挤压缸带动两个侧压头双向对挤，作用在合金液上的对挤压力至合模压力的0.3～0.7倍；液压机的上挤压缸带动上挤压杆下行，作用在合金液上的压力上升至合模压力的0.5～0.9倍，完成上挤压缸的加压；液压机的下挤压缸、上挤压缸同步增压，作用在合金液上的压力值小于等于合模压力值；液压机各缸以上的压力保持2～15S后，各缸同时卸压；液压机的侧挤压缸复位，抽出侧压头；液压机的上挤压缸带动上挤压杆复位； 液压机的锁模缸上行，带动上模复位；液压机的下挤压缸带动下压头与下挤压杆和冷却水管部件复位；等待5～60S；液压机的下挤压缸上行，带动下压头与下挤压杆和冷却水管部件上行顶出双向柱头毛坯，取件；液压机的下挤压缸复位；同时，对毛坯进行热处理。在模具型腔内壁上喷涂的涂料，是指由质量百分比为14～20％的、粒度为200～250目的硅藻土和2～7％的、粒度为200～250目的石英粉或锆英粉混合均匀的物质，与1.5～10％的水玻璃和70～75％的水，以上各组成物质混合均匀而制成的悬浊液。制备毛坯的合金液是指45#钢或其他低合金钢的高于合金液相线温度5～20℃的合金液体。液压机的下挤压缸带动下压头与下挤压杆和冷却水管部件向上运动，其运动距离为双向柱头毛坯的下柱座的深度。启动冷却水系统，通过调节该系统的压力和流量，把模具的工作温度控制在250～350℃之间。液压机的上挤压缸带动上挤压杆下行，作用在合金液上的压力上升至合模压力的0.5～0.9倍，完成上挤压缸的加压，上挤压缸作用在合金液上的压力大于侧挤压缸作用在合金液上的对挤压力。本专利技术的有益效果是(1)制备速度快。每个双向柱头毛坯的成形时间不足1分钟，而且由于双向柱头毛坯的形状和尺寸接近双向柱头零件的最终的形状和尺寸，机加工工时可以大幅度缩短。(2)材料利用率高。由于本专利技术可以直接成形内孔和必要的台阶，双向柱头毛坯的结构接近双向柱头零件的最终结构，加工量大幅度减小，材料利用率可以达到80％以上。(3)适用范围广。本制备双向柱头毛坯的方法通过更换模具可以成形不同规格和尺寸的双向柱头毛坯，具有广泛的适用性。(4)产品的生产成本低。本专利技术生产的柱头成本比车制柱头降低15％以上。(5)产品的性能优越。本模具的优点主要有一下几个方面(1)该模具设计采用分块思想，这样提高模具了寿命又降低了模具成本。在成形过程中，模具与金属液接触的部分选用性能较好的H13钢，其余部分选用性能、价格较低的45#钢、40Cr或T10A。模具容易损坏的局部部分，做成便于拆卸和更换的镶块；如果容易损坏部分损坏，只需更换该部分后模具即可重新投入使用。操作简单、方便，节省模具材料，降低模具成本。(2)合理设计了模具的冷却系统。合理设计模具的冷却系统，不但极大地提高了模具寿命，而且由于把模具使用温度控制在一个固定的范围内，提高了制件的成形质量和力学性能。(3)本模具上冲头与上模芯垫板间的有2～20mm运动空间。该运动空间的作用一是，在充型过程中提供上冲头与冷却水管部件的运动空间，同时具有缓冲金属液快速充型时对模具冲击的作用；二是，在模具工作时上冲头、下压头相向对挤过程中，提供上冲头与冷却水管部件致密压下量的空间，保证制件的致密化。附图说明图1双向柱头毛坯中上柱座A，水平油道B，下柱座C图2双向柱头毛坯的制备模具的合模状态中上模包括上挤压杆1，上模固定板3，上模套4，上模芯5，导柱17，上冲头与冷却水管部件21，上模芯垫板22；下模包括下压头与下挤压杆和冷却水管部件12，下模固定板13，左垫块10，右垫块14，下模芯垫块15，下模套8，侧压头7，导套19，下模芯与冷却水管部件18图3上模固定板俯视4图3的A-A视5上模套俯视6图5的B-B视7图6的P1向视8上模芯的主剖视9上本文档来自技高网...

【技术保护点】
煤矿支护用双向柱头毛坯的制备模具，该模具包括上模和下模；其特征在于：所述的上模包括：上挤压杆（１）、上模固定板（３）、上模套（４）、上模芯（５）、导柱（１７）、上冲头与冷却水管部件（２１）、上模芯垫板（２２）；其中上挤压杆（１）安装在液压机的上挤压缸（３３）上；上模芯垫板（２２）通过螺钉（２０）连接在上模固定板（３）上；上模芯（５）安装在上模套（４）中心的台阶孔内，其之间是Ｈ８／ｈ７的间隙配合；上冲头与冷却水管部件（２１）安装在上模芯（５）中心的台阶孔内，其之间是Ｈ１０／ｈ１０的间隙配合；导柱（１７）安装在上模套（４）的台阶孔内，其之间是Ｈ７／ｋ６间隙配合；上模固定板（３）、上模芯垫板（２２）与上模芯（５），通过定位销（２３）定位、用螺钉（２）连接在一起。所述的下模包括：下压头与下挤压杆和冷却水管部件（１２）、下模固定板（１３）、左垫块（１０）、右垫块（１４）、下模芯垫块（１５）、下模套（８）、侧压头（７）、导套（１９）、下模芯与冷却水管部件（１８）；下压头与下挤压杆和冷却水管部件（１２）安装在液压机的下挤压缸（３９）上；下模芯与冷却水管部件（１８）安装在下模套（８）中心的台阶孔内，其之间是Ｈ８／ｈ７的间隙配合；下模芯垫块（１５）安装在下模芯（２８）的Φ１６８的孔内，其之间是Ｈ６／ｇ５的过渡配合；导套（１９）安装在下模套（８）的Φ４０孔内，其之间是Ｈ７／ｋ６的过渡配合；下模套（８）、下模芯与冷却水管部件（１８）、下模芯垫块（１５）与导套（１９）的组成部分与左垫块（１０）、右垫块（１４）及下模固定板（１３）通过定位销（１１）定位、用螺钉（９）连接起来，在模具工作过程中，下压头（２７）通过下模芯垫块（１５）的中心孔，其之间是Ｈ９／ｄ９的间隙配合。两个侧挤压缸（６）通过螺钉固定在下模套的两个端面或液压机的工作台（３７）上，两个侧压头（７）安装在侧挤压缸（６）上，在模具工作过程中，两个侧压头（７）通过下模套（８）和下模芯（２６）的端面上的通孔，其之间是Ｈ９／ｄ９的间隙配合。...

【技术特征摘要】
1.煤矿支护用双向柱头毛坯的制备模具，该模具包括上模和下模；其特征在于所述的上模包括上挤压杆(1)、上模固定板(3)、上模套(4)、上模芯(5)、导柱(17)、上冲头与冷却水管部件(21)、上模芯垫板(22)；其中上挤压杆(1)安装在液压机的上挤压缸(33)上；上模芯垫板(22)通过螺钉(20)连接在上模固定板(3)上；上模芯(5)安装在上模套(4)中心的台阶孔内，其之间是H8/h7的间隙配合；上冲头与冷却水管部件(21)安装在上模芯(5)中心的台阶孔内，其之间是H10/h10的间隙配合；导柱(17)安装在上模套(4)的台阶孔内，其之间是H7/k6间隙配合；上模固定板(3)、上模芯垫板(22)与上模芯(5)，通过定位销(23)定位、用螺钉(2)连接在一起。所述的下模包括下压头与下挤压杆和冷却水管部件(12)、下模固定板(13)、左垫块(10)、右垫块(14)、下模芯垫块(15)、下模套(8)、侧压头(7)、导套(19)、下模芯与冷却水管部件(18)；下压头与下挤压杆和冷却水管部件(12)安装在液压机的下挤压缸(39)上；下模芯与冷却水管部件(18)安装在下模套(8)中心的台阶孔内，其之间是H8/h7的间隙配合；下模芯垫块(15)安装在下模芯(28)的Φ168的孔内，其之间是H6/g5的过渡配合；导套(19)安装在下模套(8)的Φ40孔内，其之间是H7/k6的过渡配合；下模套(8)、下模芯与冷却水管部件(18)、下模芯垫块(15)与导套(19)的组成部分与左垫块(10)、右垫块(14)及下模固定板(13)通过定位销(11)定位、用螺钉(9)连接起来，在模具工作过程中，下压头(27)通过下模芯垫块(15)的中心孔，其之间是H9/d9的间隙配合。两个侧挤压缸(6)通过螺钉固定在下模套的两个端面或液压机的工作台(37)上，两个侧压头(7)安装在侧挤压缸(6)上，在模具工作过程中，两个侧压头(7)通过下模套(8)和下模芯(26)的端面上的通孔，其之间是H9/d9的间隙配合。2.煤矿支护用双向柱头毛坯的制备方法，其特征在于该制备方法的具体步骤是步骤一，把模具上模(40-2)固定到液压机的活动横梁(35)上，把模具下模(40-1)固定到液压机的工作台(37)上；步骤二，启动冷却水系统；步骤三，在模具开模的状态下，把模具预热到150～350℃；步骤四，在模具型腔内壁上喷涂或刷涂厚度为0.1～2mm的涂料；步骤五，将制备毛坯的合金液浇入模具下型腔(16)内，合金液浇注到距离分型面3～20mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢书明，张密兰，邢文斌，杨绪凯，杨东，
申请(专利权)人：北京交通大学，新泰市东煤矿山机械有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]