专利名称：煤矿支护用双向柱头毛坯的制备方法及模具的制作方法
技术领域：
本发明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。
背景技术：
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。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明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。
本发明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。
本发明的有益效果是(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。由于本发明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。本发明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。
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上模芯的俯视10图8的P2向视11导柱图12上冲头与冷却水管部件的主剖视中上冲头30，冷却水管31-1，冷却水管31-2，焊接结构32图13图12的俯视14上模芯垫板图15下压头与下挤压杆和冷却水管部件的主剖视中冷却水管24-1，冷却水管24-2，下挤压杆25，焊缝26，下挤压头27图16图15的右视17下模固定板的俯视18图17的C-C视19左垫块的俯视20图19的D-D剖视21右垫块的俯视22图21的E-E剖视23下模芯垫块的主剖视24下模套俯视25图24的F-F剖视26图25的右视27侧压头主剖视28导套图29下模芯与冷却水管部件的主剖视30图29的右视中下模芯28，冷却水管29图31柱头成形专用液压机结构原理中上挤压缸33，锁模缸34，活动横梁35，锁模滑块36，上挤压杆1，侧挤压缸6、工作台37，机座38，下挤压缸39，模具上模40-2，模具上模40-1，立柱具体实施方式
结合附图分别说明煤矿支护用双向柱头毛坯的制备模具与方法。
以附图1所示尺寸的双向柱头毛坯的制作模具为例，对本发明的模具作进一步说明该模具包括上模和下模。
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通过四个螺钉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；四个导柱17安装在上模套4的四个台阶孔内，其之间是H7/k6间隙配合；上模芯垫板22和上模固定板3与上模芯5上，通过两个定位销23定位、用八个螺钉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，其之间的配合是H6/g5的过渡配合；四个导套19安装在下模套8的四个Φ40的孔内，其之间的配合是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和导套19的组成部分与左垫块10、右垫块14及下模固定板13通过两个定位销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通过十六个螺钉固定在下模套8的两个端面上，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。
两个侧挤压缸6通过螺钉固定在下模套的两个端面上，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。
对构成煤矿支护用双向柱头毛坯的制备模具的各零、部件的说明如下；(1)上模固定板3(见图2、图3和图4)是上模安装用的基础零件，起与液压机的活动横梁35相连接的作用，所用材料是45#钢。该板的形状是一个长×宽×高为580×580×50的四棱柱。在该板的一个对边的510的距离上有八个间距均为150的R14的U形槽，用于与液压机的活动横梁30相连接。在该板的一个相对距离为330处有八个间距均为110的Φ26×16.6-Φ17的台阶通孔，用于与上模套4的连接和定位。在该板上两个距离中心线82处有两个Φ20的通孔，用于安装有两个定位销23。以该板上平面中心为圆心的Φ180的圆周上有四个M10×20的螺纹孔，用于与上模芯垫板22的连接。在该板的中心有一个Φ176×11-Φ110的台阶，Φ176的孔与液压机的活动横梁30相配合，起对模具定位的作用，在模具工作时上挤压杆1通过Φ110的孔。
(2)上挤压杆1(见图2)所用材料是40Cr，它是一个台阶轴，Φ144的轴起与液压机的上挤压缸28相连接的作用，Φ95的轴在工作过程中受挤压力。
(3)上模套4(见图2、图5、图6和图7)所用材料是40Cr，其形状是一个长×宽×高为406×406×140.5的四棱柱。该模套的中心有一个Φ259×55-Φ218的台阶通孔，用于安装上模芯5，其中Φ258×55的台阶孔是不完整的，其宽度为225，目的是配合上模芯5的Φ258×30的不完整的轴起到对上模芯5定位和防转的作用。该模套的上平面一个相对距离为330处有八个间距均为M16×57.5的螺纹孔，用于与上模固定板3的连接。该模套的上平面距离为256×310处有四个Φ47×10-Φ40的台阶孔，用于安装导柱17。在该模套的上平面距离中心线82、相对距离为310处有两个Φ20×45的盲孔，用于安装定位销23。在距离上模套上平面35.7的位置上对称有两个R5.5×10.5的孔，用于安装冷却水管。该模套两侧的端面上有四个M25×50的螺纹孔，用于模具搬运时安装四个长螺栓，方便模具搬运。
(4)上模芯5(见图2、图8、图9和图10)材料是H13钢，其形状是一个总高为115.5的Φ258×30-Φ218的台阶轴，其中Φ258的轴是不完整的，其宽度是220，目的是为了配合上模套4起对上模芯定位和防转的作用。Φ258台阶轴上有一个R5.5×16的U形槽，用于安装冷却水管。上模芯中心是一个Φ112×33.5-Φ82-Φ94×24.5的台阶孔，其中Φ112的台阶孔是不完整的圆孔，其宽度为96，用于配合安装上冲头21来防止上冲头21的转动；Φ82与Φ94的孔之间有30°的过渡倒角。
上模芯5的Φ218轴与上模套4的Φ218孔的尺寸公差要求能实现H8/h7的间隙配合。
(5)导柱17(见图2和图11)是一个Φ47×10-Φ40-Φ30×60的总长为213.5台阶轴，所用的材料是T10A。在Φ30的下部是梯形台，并有R3的倒圆角。
导柱17的Φ40的轴和上模套4的Φ40的孔的尺寸公差要求能实现H7/k6的过渡配合。
(6)上冲头与冷却水管部件21，见图2、图12和13。
上冲头30所用材料是H13钢，其形状是一个总长为110的Φ112×25-Φ82×30Φ64的台阶轴，其中Φ112的台阶是不完整的圆柱，其宽度是96，目的是配合上模芯5防止上冲头的转动；Φ64的台阶是梯形圆台，该梯形圆台的斜度是3°；Φ112的台阶轴上有一个U形通槽，该槽用于安装冷却水管。上冲头中心有一个Φ18的盲孔，用于安装冷却水管。该冲头用来成形上柱座A，其与上模芯垫板22间有2～20mm自由运动行程。
冷却水管30-1焊接在R5的U形槽内，其一端与Φ18的盲孔相切，另一端接到冷却水系统的一个接口上；冷却水管30-2是Φ10的弯管，其长度为80一端在Φ18的盲孔的中央，该弯管有一段焊接在R5的U形槽内，该水管的另一端接到冷却水系统的一个接口上。32是焊缝。
上冲头30的Φ82的轴和上模芯5的Φ82的孔的尺寸公差要求能实现H10/h10的间隙配合。
(7)上模芯垫板22(见图2、和图14)的形状是一个Φ47×25的圆柱体，所用的材料是40Cr。在该板的中心有一个Φ100的通孔，在模具工作过程中上挤压杆1通过该孔。在以该板下平面的中心为圆心的Φ180的圆上均匀布置有四个Φ16×10-Φ11的台阶通孔，用于与上模固定板3的连接。
(8)下压头与下挤压杆和冷却水管部件12，见图2、图15和图16。
下压头27的形状是一个总长为234的Φ64-Φ103×30一个台阶轴，所用的材料是H13钢。在Φ103×30的轴、以Φ84.5为中心线的圆上均匀布置有六个台阶孔和两个通孔，分别用于与下挤压杆25连接和定位。Φ64的轴用于成形下柱座C，有0.3°的斜度。下压头27中心有一个Φ18×201的盲孔，在Φ103的轴上有一个U形通槽，在该盲孔和U形槽内安装冷却水管。该压头通过下挤压杆25与下挤压缸39相连接。
下挤压杆25的形状是一个总长为385的Φ103×355-Φ160台阶轴，所用材料是40Cr。在Φ160的轴、以Φ136为中心线的圆上均匀布置六个Φ13的通孔，用于与下挤压缸39的连接，见图31；在其上平面的以Φ84.5为中心线的圆上均匀布置六个螺纹孔和两个盲孔，分别用于与下压头27的连接和定位；在其下平面的中心有一个Φ30×10的盲孔，用于安装和使用过程中下压头与下挤压杆和冷却水管部件12的对中和定位。
冷却水管24-1焊接在Φ103轴上的U形槽内，其一端与Φ18的盲孔相切，另一端接到冷却水系统的一个接口上；冷却水管24-2是Φ10的弯管，其长度为190的一端在Φ18的盲孔的中央，冷却水管24-2有一段焊接在Φ103轴上的U形槽内，该水管的另一端接到冷却水系统的一个接口上。26是焊缝。
(9)下模固定板13(见图2、图17和图18)是下模安装用的基础零件，起与液压机的工作台37相连接的作用，所用材料是45#钢。该板的形状是一个长×宽×高为580×580×50的长方体。在该板的一个对边的510的距离上有八个间距均为150的R14的U形槽，用于与液压机的工作台37的连接，见图31。在该板的一个相对距离为330和325处有六个Φ31×10.5-Φ17的台阶通孔，用于与下模套8的连接。在该板上两个距离中心线82处有两个Φ25的通孔，用于安装有两个定位销11。在该板的中心是一个Φ105的通孔，在模具工作时下压头与下挤压杆和冷却水管部件12通过该孔。在该板的中心有一个长×宽为224×20的长方孔，在模具工作过程中冷却水管在其中运动。
(10)左垫块10(见图2、图19和图20)是一个形状为长×宽×高为406×150.5×103的长方体，所用的材料是45#钢。以该垫块的中心线为对称中心的相对距离为325内、距离一边为38的位置处有三个Φ21的通孔，用于与下模固定板13和下模套8的连接；在距该垫块的中心线155、距一边120处有一个Φ25的通孔，用于安装时的定位。在该垫块的上平面距离56.4处有两个R5×5的沟槽，用于安装冷却水管。
(11)右垫块14(见图2、图21和图22)是一个形状为长×宽×高为406×150.5×103的长方体，所用的材料是45#钢。以该垫块的中心线为对称中心的相对距离为325内、距离一边为38的位置处有三个Φ21的通孔，用于与下模固定板13和下模套8的连接；在距该垫块的中心线155、距一边120处有一个Φ25的通孔，用于安装时的定位。
(12)下模芯垫块15(见图2和图23)是一个形状为Φ168×95.9的圆柱体，使用的材料是H13钢。其中心有一个Φ82×22.4-Φ64的台阶孔，Φ82的孔起成形作用；在模具工作过程中，下压头27通过Φ64的孔。Φ82的孔上端与该垫块的上平面有30°的倒角。
下压头27的Φ64的轴和下模芯垫块15的Φ64的孔的尺寸公差要求能实现H9/d9的间隙配合(13)下模套8(见图2、图24、图25和图26)是一个形状为长×宽×高为406×406×202的四棱柱，所用材料是40Cr。在下模套的中心有一个Φ218-Φ288×32的台阶通孔，用于安装下模芯与冷却水管部件18，其中Φ288的台阶孔是不完整的，其宽度为222，目的是配合下模芯28的Φ288的不完整的轴，起到对下模芯与冷却水管部件18定位和防转的作用。在下模套的上平面距离为256×310处对称布置四个Φ40×86的孔，用于安装导套19；在这四个孔的最下部位有四个间距为310、距离下平面119的Φ6的贯通到这些孔的小孔，用于这些孔排气。在下模套的下平面距离为325×330内对称均匀布置六个的M20的螺纹孔，用于与下模固定板13的连接。在下模套的下平面距离中心线83处对称布置两个Φ25×49的盲孔，用于安装两个定位销11。下模套两个端面上距离为280处、45×80的位置上均匀布置有十六个M20×40的螺纹孔，用于安装侧挤压缸6。该模套的两个端面上距离为210处有四个M25×50的螺纹孔，用于模具搬运时安装四个长螺栓，方便模具搬运。
(14)侧压头7(见图2和图27)的形状是一个总长为236的Φ100-Φ39×206的台阶轴，所用材料是H13钢。Φ100的轴的以Φ76为中心线上有六个Φ13的通孔，用于与侧挤压缸6的连接；在其下平面中心有一个Φ30×10的盲孔，用于安装和使用过程中的对中和定位。Φ39的轴起用于成形水平油道，与侧挤压缸6活塞连接。
侧压头7的Φ39的轴与下模套的Φ39孔的尺寸公差要求能实现H9/d9的间隙配合。
侧压头7的Φ39的轴和下模芯Φ39孔的尺寸公差要求能实现H9/d9的间隙配合。
(15)导套19(见图2和图28)是一个长度为80的Φ42-Φ30的圆柱形套筒，所用的材料是T10A。
导套的Φ30的孔与导柱的Φ30的轴的尺寸公差要求能实现H8/f7的间隙配合。
导套的Φ42的轴和下模套8的Φ42的孔的尺寸公差要求能实现H7/k6的过渡配合。
(16)下模芯与冷却水管部件18，见图2、图29和图30。
下模芯28材料是H13钢，其形状是一个总长为202的Φ218-Φ288×32的总长为202台阶轴，其中Φ288的轴是不完整的，其宽度为255，目的是为了配合下模套8起到该模芯的定位和防转的作用。Φ288的台阶轴上有两个Φ10的贯通该台阶的U形槽，用于安装冷却水管。在Φ218的轴上对称有两个Φ39的通孔，用于安装侧压头7。在Φ218的台阶轴外部圆周上有U形冷却水槽，用于安装冷却水管。该模芯中心是一个Φ94-Φ168×94.9的台阶孔，其中Φ94的孔起成形制件的作用，Φ168的孔用于安装下模芯垫块15。冷却水管29安装在下模芯的U形槽内。
下模芯28的Φ218的轴和下模套8的Φ218的孔的尺寸公差要求能实现H8/h7的间隙配合。
下模芯28的Φ168的孔和下模芯垫块15的Φ168的轴的尺寸公差要求能实现H6/g5的过渡配合。
以上尺寸单位均为mm；图中所有配合公差和形位公差均按液态模锻模具设计标准选用；所有加工和热处理要求均按液态模锻模具加工和热处理要求选择。
下面对煤矿支护用双向柱头毛坯的制备方法做进一步的说明。
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内16，距分型面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34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34的加压；液压机的下挤压缸39带动下压头与下挤压杆和冷却水管部件12向上运动；液压机的两个的侧挤压缸6带动两个侧压头7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33带动上挤压杆1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33的加压；液压机的下挤压缸39、上挤压缸33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6复位，抽出侧压头7；液压机的上挤压缸33带动上挤压杆1复位；液压机的锁模缸34上行，带动上模复位；液压机的下挤压缸33带动下压头与下挤压杆和冷却水管部件12复位；等待5～60S；液压机的下挤压缸39上行，带动下压头与下挤压杆和冷却水管部件12上行顶出双向柱头毛坯，取件；液压机的下挤压缸39复位；同时，对毛坯进行热处理。
液压机的各缸施加压力的目的在于使凝固收缩能够得到全部补充；在于使完全凝固的工件产生一定的塑性变形。
液压机的下挤压缸33带动下压头与下挤压杆和冷却水管部件12复位后等待5～60S目的在于使下柱座C冷却收缩，使下压头27再次上行顶件时不会钻入下柱座C内。
在模具型腔内壁上喷涂的涂料，是指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。其目的在于防止合金熔体浇入模具内施加压力前，在模具内壁形成过厚的凝固壳；在于防止合金液浇入模具过程中，将模具冲蚀或熔焊。
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；目的在于保证能够顺利浇注，也在于能实现涂料的正常涂挂和使涂料中的水分能够挥发。
液压机的下挤压缸39带动下压头与下挤压杆和冷却水管部件12向上运动，其运动距离为双向柱头毛坯的下柱座C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33带动上挤压杆1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33的加压，上挤压缸33作用在合金液上的压力大于侧挤压缸6作用在合金液上的对挤压力。
制备方法一；水平油道挤出的情况模具的上模固定板3和下模固定板13分别安装在压力机的锁模滑块36和工作台37上，冷却水系统在液态模锻过程中，调节、控制模具温度，保证顺利成形和模具的使用寿命。制备柱头毛坯的合金液浇入模具的下模型腔内16后，在小于10秒的时间内启动专用压力机。液压机的锁模缸34带动锁模滑块下行，使安装在滑块上的模具上模与下模合模后，合模压力达到200Mpa时保压；接着，下压头27上挤形成下柱座C；然后，侧挤压缸6带动侧压头7双向对挤至作用在合金液上的对挤压力为140MPa，形成水平油道孔B；接着，上挤压缸33通过连接在其上的上挤压杆1带动模具的上冲头30下行，并与模具的下压头27同时运动对合金熔体施加双向压力至作用在合金液上的压力为150MPa；下挤压缸39、上挤压缸33同步增压至作用在合金液上的压力为200MPa；以上各压力保持6S；然后，上挤压缸33、下挤压缸39、及侧挤压缸6同时卸压后，侧压头7、上冲头30和下压头27顺次地离开工件并复位。下压头27停留10秒使下柱座从C冷却收缩，直径减小后，下压头27再次上行顶出双向柱头毛坯。
然后对双向柱头的毛坯进行热处理，得到合格的双向柱头的毛坯。最后按照双向柱头零件的要求进行机加工，得到双向柱头产品。该双向柱头制备方法的材料利用率为85％。
制备方法二不挤出水平油道的情况模具的上模固定板3和下模固定板13分别安装在压力机的锁模滑块36和工作台37上，冷却水系统在液态模锻过程中，调节、控制模具温度，保证顺利成形和模具的使用寿命。制备柱头毛坯的合金液浇入模具的下模型腔内16后，在小于10秒的时间内启动专用压力机。液压机的锁模缸34带动锁模滑块下行，使安装在滑块上的模具上模与下模合模后，合模压力达到200Mpa时保压；接着，下压头27上挤形成下柱座C和上柱座A；上挤压缸33通过连接在其上的上挤压杆1带动模具的上冲头30下行，并与模具的下压头27同时运动对合金熔体施加双向压力至作用在合金液上的压力为150MPa，并保持10秒；然后，上挤压缸33及下挤压缸39同时卸压后，上冲头30和下压头27顺序地离开工件并复位。下压头27停留12秒使下柱座从C冷却收缩，直径减小后，下压头27再次上行顶出双向柱头毛坯。
然后对双向柱头的毛坯进行热处理，得到合格的双向柱头的毛坯。最后按照双向柱头零件的要求进行机加工，得到双向柱头产品。该双向柱头制备方法的材料利用率为81％。
成形用的液压机是在315吨标准液压机的基础上修改了部分参数的液压机，由两个对称布置的锁模缸34、一个居中的上挤压缸33、一个居中的下挤压缸39与两个侧挤压缸6构成其基本结构，地面以上的总高度为2790mm。该液压机的主要力参数如下锁模缸34的最大垂直锁模力为1600KN，最大回程力为700KN；上挤压缸33的最大挤压力为1500KN，最大回程力为500KN；下挤压缸39的最大挤压力为1500KN，最大回程力为700KN；侧挤压缸6的最大挤压力为300KN，最大侧向抽芯力为200KN。该液压机的主要行程与安装结构参数如下锁模滑块36的最大工作行程为650mm，位于上位时其下平面高出工作台上平面的距离为1500mm，其中心预留通孔的直径为120mm，其T型槽间距为150mm；上挤压缸33的最大工作行程为650mm，其慢速行程为50mm；下挤压缸39的最大工作行程为450mm，其活塞回位后距工作台上平面的距离为20mm，其活塞杆上端面中心的连接用的螺纹孔是M50mm的螺纹孔；侧挤压缸6的最大行程为100mm；工作台面的有效尺寸为1000×1000mm，其上平面与地平面等高，工作台中心的顶杆通过孔直径为100mm。
各种成形动作由不同的油缸分别完成。上挤压缸33安装在活动横梁35的下平面上，其活塞下端连接上挤压杆1，用来提供自上而下的压力。锁模缸34的缸体安装在活动横梁35的下平面上，其活塞杆下端安装在锁模滑块36的上平面上，将锁模滑块36和活动横梁35相连，用来带动锁模滑块36及安装在其下平面上的模具上模40-2沿导柱上下运动，实现合模和开模动作。下挤压缸39安装在液压机的工作台下方的机座38中央，其活塞杆上端面与下压头27连接，穿过工作台中央孔，提供自下而上的压力，实现向上的挤压或顶出工件。侧挤压缸6安装在模具下模40-1上或者安装在工作台37上，提供水平方向的压力。利用成形用的液压机，能够实现开合模、垂直双向加压、水平双向加压、顶出工件等功能。
权利要求
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(34)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(34)的加压；液压机的下挤压缸(39)带动下压头与下挤压杆和冷却水管部件(12)向上运动；液压机的两个的侧挤压缸(6)带动两个侧压头(7)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(33)带动上挤压杆(1)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(33)的加压；液压机的下挤压缸(39)、上挤压缸(33)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(6)复位，抽出侧压头(7)；液压机的上挤压缸(33)带动上挤压杆(1)复位；液压机的锁模缸(34)上行，带动上模复位；液压机的下挤压缸(33)带动下压头与下挤压杆和冷却水管部件(12)复位；等待5～60S；液压机的下挤压缸(39)上行，带动下压头与下挤压杆和冷却水管部件(12)上行顶出双向柱头毛坯，取件；液压机的下挤压缸(39)复位；同时，对毛坯进行热处理。
3.根据权利要求2所述的煤矿支护用双向柱头毛坯的制备方法，其特征在于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目的硅藻土利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。
4.根据权利要求2所述的煤矿支护用双向柱头毛坯的制备方法，其特征在于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。
5.根据权利要求2所述的煤矿支护用双向柱头毛坯的制备方法，其特征在于液压机的下挤压缸(39)带动下压头与下挤压杆和冷却水管部件(12)向上运动，其运动距离为双向柱头毛坯的下柱座(C)的深度。
6.根据权利要求2所述的煤矿支护用双向柱头毛坯的制备方法，其特征在于启动冷却水系统，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。
7.根据权利要求2所述的煤矿支护用双向柱头毛坯的制备方法，其特征在于液压机的上挤压缸(33)带动上挤压杆(1)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(33)的加压，上挤压缸(33)作用在合金液上的压力大于侧挤压缸(6)作用在合金液上的对挤压力。
全文摘要
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。
文档编号B21C25/00GK1803340SQ20061001125
公开日2006年7月19日 申请日期2006年1月23日 优先权日2006年1月23日
发明者邢书明, 张密兰, 邢文斌, 杨绪凯, 杨东 申请人:北京交通大学, 新泰市东煤矿山机械有限公司