发明内容

本发明的目的是提供一种带内键槽的空心螺旋面转子型材挤压装置及挤压方法，以解决上述现有技术存在的问题，采用直接挤压成形，转子横截面轮廓精度较高，扭转角误差较小，可以保留型材内完整的高强、高韧性的纤维组织。且加工效率高，坯料利用率高，生产成本低。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种带内键槽的空心螺旋面转子型材挤压装置，包括上模和下模；所述上模一端开设有至少一个导流室；所述上模另一端与所述导流室相连通设置有至少两个分流孔，相邻两个所述分流孔之间设置有一个分流桥；两两所述分流桥之间相交汇处设置有阻碍台；所述上模远离所述导流室的另一端连接有模芯；与所述上模相连接的所述下模一端至少设置为一级焊合室，焊合室远离所述上模的一端连通有下模模口，所述模芯远离所述上模的一端依次插设于所述焊合室和所述下模模口内；所述导流室、分流孔、焊合室和下模模口依次相连通；模芯外壁上设置有相配合连接的过渡键结构和键结构。

可选的，所述上模一端依次开设有两个或多个所述导流室，导流室的具体数目和形状不做限定，本发明以两个为例进行表述；两个所述导流室分别为一级导流室和二级导流室，所述一级导流室和二级导流室均为蝶形结构，且所述一级导流室的截面尺寸大于所述二级导流室的截面尺寸，所述二级导流室位于所述分流孔和所述一级导流室之间。多级导流室结构均设置为蝶形，其可以均衡坯料流速，降低挤压力，有利于坯料的合理流动，避免模具应力集中。

可选的，所述分流桥与所述分流孔数量不做限定；本发明以三个为例说明，所述上模开设有三个所述分流孔；分流孔数目与转子叶轮数目优选为一致，且数目大于等于两个，可以起到合理分配坯料体积和平衡坯料流速的作用；相邻两个所述分流孔之间分别通过一个所述分流桥分隔，本发明的其中一个实施例中，三个所述分流桥呈均匀放射状布置，且三个所述分流桥分别自所述上模内壁至所述上模中心位置延伸，并于所述上模中心位置处两两交汇连接；所述分流孔的内壁自靠近导流室一端至靠近下模一端，呈锥形逐渐向外倾斜，倾斜角度可设为5-10°具体的倾斜形状并不限制于锥形，其他结构也属于本发明可作出的合理变形，倾斜角度不做具体限制，前述角度范围为最佳角度值，其可以增大分流比，平衡坯料流速，有利于多股坯料的流动和焊合，提高空心转子型材的焊缝质量，同时可以适当减小挤压力，提高模具寿命。分流桥设置有倾斜部，倾斜部包括设置于分流桥两侧的两个倾斜面，且倾斜部为不等宽结构，倾斜部靠近导流室的部位窄，远离导流室的部位宽，分流桥上倾斜部由窄到宽的倾斜度可设为1-5°；靠近下模焊合室的分流桥一端设置有倒角；两两分流桥相交汇处设置有倒角结构；所述分流桥一端的倒角可以调整坯料的流动方向，促使更多的坯料流向分流桥后方，有利于多股坯料间的焊合，提高型材焊缝的结合质量和强度；两两分流桥相交汇处的倒角结构可以均衡坯料的流动速度，调整坯料的流动方向，降低模芯的受力，提高模具的寿命。

可选的，所述模芯一端与所述上模中心位置处通过平滑的锥台结构过渡连接，锥台结构可以通过锥形斜面减缓坯料流动过程中对模芯的冲击作用，调整坯料流速，降低模芯受力，提高模芯寿命；过渡键结构自焊合室内模芯的一端延伸至下模模口与焊合室的交界面位置，过渡键结构可以均衡坯料流速，预成形带内键槽的空心螺旋面转子型材内的键槽，减缓坯料流经模芯时的模芯受力；所述键结构沿直线或一定的扭转角设置在模芯外壁，并延续所述过渡键结构，直至远离焊合室的模芯一端；所述键结构和模芯组成的横截面形状与待成形的带内键槽的空心螺旋面转子型材的内轮廓相一致，所述键结构的扭转角与待成形的带内键槽的空心螺旋面转子型材的扭转角优选为一致，其也可以不一致，可以根据实际情况具体设置；所述键结构的横截面形状不限，其可以采用的横截面形状包括矩形、梯形、齿轮形、转子形或多线条组合式。

可选的，所述阻碍台与所述分流孔数量相同，所述倒角结构位于所述分流孔靠近所述锥台结构的一端，所述阻碍台位于所述倒角结构上。阻碍台不仅可以对分流孔内流入坯料的流速进行缓冲，改善坯料的流动方向，避免模芯产生过大的应力集中，增加模芯强度，而且可以促使更多的坯料受到其作用分流到分流桥桥位后方，提升带内键槽的空心螺旋面转子型材焊缝的焊合质量。

可选的，所述下模内依次设置有两个或多个连通的焊合室，焊合室数量也不做具体限定，本发明以两个为例说明，两个所述焊合室分别为靠近所述上模的一级焊合室和靠近所述下模模口的二级焊合室；所述一级焊合室横截面的面积大于二级焊合室横截面的面积；所述一级焊合室形状为与所述分流孔轮廓相适应的蝶形，所述二级焊合室形状为与所述下模模口横截面轮廓相适应的转子形，其形状可以一致，也可以不一致，本发明具体实施例中以一致的情况为例进行说明，所述二级焊合室横截面的面积大于等于所述下模模口横截面的面积；所述一级焊合室内设置有扭转状或流线状的引流槽，引流槽还可以设置为其他形状，具体根据实际使用工况选择。坯料在流动过程中优先进入引流槽内，可以促进坯料的合理分配，从而便于形成具有良好焊合质量的空心转子型材。在多级焊合室结构中，一级焊合室为蝶形，二级焊合室及多级焊合室为无扭转角或呈一定扭转角的转子型材横截面形状，且焊合室横截面面积逐级减小，但大于下模模口的横截面面积，其中，焊合室蝶形结构可以顺应坯料的流动规律，减少一级焊合室内坯料流动死区的面积，二级焊合室及多级焊合室的形状可以预成形转子的轮廓形状，同时所述焊合室均起到均衡坯料流速的作用，防止带内键槽的空心螺旋面转子型材表面开裂和其发生扭转变形后的尺寸精度不足，提高挤出带内键槽的空心螺旋面转子型材的成形质量和尺寸精度，并避免模具内部和模芯上产生局部应力集中，提高模具使用寿命。

可选的，所述下模模口内设置有扭转角，且所述下模模口的横截面形状与带内键槽的空心螺旋面转子型材的横截面外轮廓相一致；优选地，下模模口横截面形状的线条组成分可为三段类型，但本发明并不对线条的组成类型和段数做出具体限定，其中，本发明以三类线条组成的下模模口横截面形状为例进行表述，AB段可选为削顶圆弧结构，BC/AD段可选为渐开线结构，CD段可选为齿顶圆弧结构。

本发明还提供一种带内键槽的空心螺旋面转子型材挤压方法，包括如下步骤：

在挤压温度下，坯料首先被依次挤压进入一级导流室和二级导流室内，再被分流桥分流成多股坯料，坯料在分流孔内流经分流桥两两交汇处的阻碍台时，部分坯料向阻碍台两侧分流，相对更多的坯料流入分流桥后方，同时多股坯料不断填充焊合室并逐渐汇合；随后，在焊合室内汇合的流动坯料也开始依次与锥台结构、模芯、过渡键结构和键结构接触，同时依次流经一级焊合室、二级焊合室和下模模口，最终挤出带内键槽的空心螺旋面转子型材。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

可以实现螺旋面转子的直接挤压成形，成形的带内键槽的空心螺旋面转子型材横截面轮廓精度较高，扭转角误差较小，可以保留带内键槽的空心螺旋面转子型材内完整的高强、高韧性的纤维组织。且加工效率高，坯料利用率高，生产成本低，转子重量低(如铝/镁/铜/钛合金代替钢材)，还可以生产各种具有复杂螺旋曲面廓形的转子。

可以实现空心螺旋面转子(如铝、镁、铜、钛合金的空心转子挤压型材)的直接挤压成形：一方面，可以避免对转子的空心结构进行后续繁琐的额外机加工，解决连续长深通孔的难加工问题；另一方面，可以降低空心螺旋面转子的生产成本和转子类机器的整体重量(如轻质合金代替钢材)，减少其运行能耗。

可以实现带内联接结构的空心螺旋面转子的直接成形，采用内联接方式代替其它加工与装配过程十分繁琐的连接方式(如螺纹连接、铆钉连接)，且键联接方式结构简单，装拆方便，对中性好，便于传递转矩，同时通过挤压直接成形内键槽，可以一次性解决型材内孔中联接键槽的难加工问题，能够大大降低生产成本，且成形精度高，为其广泛应用提供了更好更廉价的联接方式。

阻碍台的设计和锥台结构的平滑过渡连接，可以缓冲坯料流动过程中对模芯的冲击作用，均衡坯料的流速，增强对模芯的保护作用，提高模具的寿命；同时，空心型材的成形伴随着分流桥后方焊缝的形成，而阻碍台的局部分流作用，促使更多的坯料流向分流桥后方，提升了型材焊缝的焊合质量；

一级导流室蝶形结构和多级导流室转子形结构的设计，可以合理分配坯料体积，均衡坯料流速，有利于坯料的流动，同时降低挤压力，避免模具应力集中；

分流孔呈锥形逐渐向外倾斜，可以增大分流比，平衡坯料流速，有利于多股坯料的流动和焊合，提高空心转子型材的焊缝质量，同时可以适当减小挤压力，提高模具寿命；

分流桥上靠近焊合室一端的倒角，可以调整坯料的流动方向，促使更多的坯料流向分流桥后方，有利于多股坯料间的焊合，提高型材焊缝的结合质量和强度；两两分流桥交汇处的倒角结构，可以均衡坯料的流动速度，改善坯料的流动方向，降低坯料对模芯的作用力，提高模具的寿命。

模芯与上模主体通过锥台结构进行过渡连接，可以通过锥台的斜面减缓坯料流动过程中对模芯的冲击作用；过渡键结构可以均衡坯料流速，预成形型材内的键槽结构，减轻坯料流经模芯时对其产生的作用力，提高模具的使用寿命；

设置多级焊合室和引流槽，可以均衡坯料流速，形成坯料体积的合理分配，保证多股坯料的良好焊合，提高型材的焊合质量和成品率，增加企业的利润。