CN1016326B - 闭式叠片锻压成型工艺及模具 - Google Patents

Abstract

本发明为一种闭式叠片锻压成型工艺，主要用于塑性或热塑性金属或塑料的扁平状零件的压力成型。本发明由矩形模框和凹凸模构成闭式型腔，等长的片状条料并排排列成一叠，放入模框，成型时条料在排列方向的两侧面互为型面。一模多件，脱模后即自行分离，本发明的最大优点是材料利用率高，加工质量和精度都可获得满意的效果，且加工效率高，具有较好的经济效益。

Description

本发明涉及一种压力成型工艺，尤其是一种采用闭式叠片锻压成型工艺及专用于该成型工艺的模具，主要适用于塑性或金属片状或条形另件锻压成型。

现有技术中，压力成型工艺最为常用的是冲压或锻压成型，尤其对片状的另件采用冲裁成型相当普遍。据顾圣岩、万战胜合编的《冲压模具设计》和重庆大学五孝培编的《冲压设计资料》的介绍：片状或条形另件通常用冲裁法获得，近年来采用了精冲工艺，以制取切口光洁、精度较高的冲压件。但冲裁法都要设置搭边，材料的利用率较低，尤其对于较厚板材冲裁，利用率更低。以5mm板材冲裁条形工件为例，其材料利用率只有40～50%;且冲裁法制得的另件金属纤维被切断，局部残余应力大，导致发裂等缺陷。锻压成型工艺利用金属塑性变形原理，将金属材料加热至一定温度后，投入模腔加压成型。但是锻压成型绝大多数是一模一工件，当设计成一模多工件时，必须是一模多腔，因为只能用一个坯料锻压成多个另件，其结果必然是连体的，脱模后工件不能自行分开，需用切边模或其它工具切开，切口粗糙，精度和效率都不理想。

本发明的任务在于克服现有技术中的上述不足，而提供一种一模多件同步成型，且少无切削、精度高的闭式叠片锻压成型工艺和专用于该工艺的模具，以达到提高原材料利用率和生产效率的目的。

本发明提出的任务是通过下列技术解决方案来完成的。本发明根据成型过程中坯料与工件等重的原则，将坯料先裁切成与工件等 体积的条料，最好采用近似矩形截面的条料按一定长度切断，然后将数个等长的条料并排叠齐放入模腔内，该模腔与受力方向垂直的截面形状为矩形，各条料在其排列方向上的两侧面互为型面，由凹凸模在条料的宽度方向施力，即施力方向与数根条料排列所成的平面垂直，迫使各条料同步发生塑性变形直至成型。对于形状复杂，轮廓精度要求高的工件在叠片成型后还需单件整形，整形施力方向与成型施力方向垂直，也即在厚度方向施力，类似冲压的施力方式。对于塑性较差的坯料，需按热锻、温挤和超塑成型工艺规范进行叠片成型。这时在模具内需附设供热、保温、控温装置，相应地模具也用耐热材料制成。

本发明所述的技术解决方案将通过实施例作更详细地介绍。

附图说明：

图1是叠片成型的准备阶段，表示一叠数根条料并排放入模框之前的情况，4预料板、5弹簧。

图2是图1的K向视图，表示数根条料的排列情况。

图3是叠片成型工艺状态，由凹凸模和模框组成一闭式模腔。

图4是图3中A处的放大图表示冲压不足区。

图5、图6是叠片成型后，单个工件放在整形模中经受整形的情况，6打杆、7抵模、8上模框、9承料板。

图7是工件整形前后的外廓比较，双点划线是叠片成型后的工件初步轮廓，粗实线是经整形后的工件之外廓。

图8是图7的侧视图，△是整形的压下量，δ是坯件在整形模中与模壁之双边间隙，△、δ可通过体积不变律计算得到。

图9是叠片成型工艺的专用模框，与受力方向垂直的截面形状为矩形。

实施例一。

如图1～图9所示，说明了塑变性较好金属条料在常温下叠片成型的一般情况。选取截面均匀的条料，一般为紫铜、铝、或合金等冷拉条料，截面形状以矩形为好，四角可以是圆角。为降低变形抗力，最好条料先经退火处理，以提高金属的塑性。根据工件与坯料等重的原则，条料长度不超过工件长度，按变形过程中体积不变律来选定或计算出条料的截面积，截取与工件重量相同的条料，一般是通过控制条料的长度来实现，采用落料模落料。例如已知另件长50mm、厚5mm、体积2000mm³，取截面为5×8mm的线材，落料长度50mm，即满足坯料与另件等重（等体积）的条件。取数个（一般是2～10个）条料一组并排叠齐放入模框内，变形过程中，条料在其排列方向的两侧面互为型面（厚度微变），模框与凹凸模作用力方向垂直的截面积为矩形，一般可以通式表示A≥L×nS。式中L为工件长度，n为另件个数，S为另件厚度。一般矩形的一边长大于或等于工件长度，另一边长度等于数个条料在叠片排列时的厚度之和。条料叠片放入模腔后操纵压力机滑块向下施压，数个条料在凹凸模1，2和模框3组成的闭式型腔内受压塑变而同步成型。操纵压力机回程，由下顶杆顶出工件。

对于形状复杂、精度高的工件叠片成型后还需整形，整形是单个进行的，而且整形的施力方向和成型施力方向垂直，也即在厚度方向施力，一般可分为四种情况：（1）工件在叠片成型后可能在某弯角处出现冲压不足，如图4中的A处，这时要把叠片成型模设计成这样，让叠片成型出来的坯件厚而窄，使坯料在整形模中发生镦粗变形，以便在整形时充满原来的成型不足之处。（2）由于工件外形特 征，局限了合理分型面的选择，从而不得不设置敷料，此时整形模必须要将其入口处设计成锋利的刃口，坯料由此切去敷料而进入模框内经受整形。（3）当工件的拐角为圆弧时，工件材料的体积及上、下成型凸模仍按非圆弧拐角设计。以叠片成型工艺压出工件的初步形状，然后放入整形模单件整形，靠整形模的凹凸模刃边切出工件的圆弧部分。（4）当另件两侧面为非单纯的平面，而有凹入的情况时，这时条料的选择和设计仍按平面设计，即叠片成型后的另件两侧面仍是平面，只在整形时压印出两侧面的凹入形状或各种花纹图样。

对于形状更为复杂，沿长度方向的截面积相差很大的另件，为了让摩擦压力机的动量在更短的时间内转化成冲量，控制时间的大小，以控制成型过程中压力的大小，为此，落料的同时务使条料预变形成坯件。这样摩擦压力机在最终成型的瞬间就有更大的作用力迫使坯件成型。条料的切断和预变形成坯件要设计一个复合式的落料制坯模来完成。按条料切断长度小于工件长度，经予变形后又等于工件长度的方法来计算选择条料尺寸和确定复合式落料制坯模的结构参数。

对于另件的一端为锐角时，可考虑设计成“一坯两件”即一个毛坯条料压成两个另件，n个条料叠片成型可以得到2n个另件，可使另件成型效率大为提高。这样的设计要掌握一个要点：条料的长度L与叠片成型后双连另件的长度要相等，即等于模腔的长度，采用双边模壁定位在变形一开始就使材料对称地均分。这种双联另件的设计可使模具受力对称，提高模具的寿命。同时变形过程中，材料流动对称，容易充足模腔。

实施例二、超塑叠片成型。

对于一些塑变性较差的如黄铜、青铜、或碳铜冷硬性金属材料 可以采用超塑叠片成型工艺进行加工。这时叠片成型模需设置符合超塑成型工艺要求的供热、保温、保压装置，模具采用耐热材料制成，模具型腔尺寸还要根据收缩率放大一些。将条料落料后，一叠多个放入叠片成型的模框内，模具温度应根据条料的材质和工况来调节，一般温度控制在400～1200℃。超塑叠片成型的加热方式可以是模内加热，也可以在模外光对条料进行预热后放入模腔成型。该超塑叠片成型工艺对具有热塑性的金属可以获得满意的效果。

实施例三、塑料制品的叠片成型

本发明的叠片成型工艺，对扁平形状的工程塑料另件如ABS、MC尼龙、PVC等同样可以获得满意的效果。将塑料条料按叠片成型要求落料，叠齐放入成型模腔。按不同工程塑料材质选择相应的规范加热加压、保压后脱模即可获得一模多个零件。因为叠片成型工艺中条料排列方向的两侧面互为型面，在热压过程中容易造成各条料间的粘连，为此所以在条料间互为型面的两侧面间加抗粘结涂料或在侧面设置镀层，以便脱模后，另件能自行分离。

本发明与现有技术相比具有下列优点：大大提高了材料的利用率，同时还可以加工一些较高精度和光洁度的另件，一模多件，加工效率高;且另件内部组织是全纤维状的，无应力集中现象。本发明可以应用于塑性或热塑性的金属或塑料类扁平状另件的加工成型，具有较高的加工效率和较好的质量，该成型工艺的经济效益是十分明显的。

Claims (5)

1、一种塑性材料的压力成型工艺，由凹、凸模和模框组成闭式模腔，投入模腔的坯料应先截切成与另件等重的片状条料，放入模腔加压塑变形成另件，其特征在于：所述的模框与凹、凸模作用力方向垂直的截面形状为矩形截面，投入模腔的条料，其长度等于或小于模框矩形截面的一边的长度，数个片状条料的并排排列的厚度之和等于模框的矩形截面的另一边的长度，条料先按其厚度方向数个并排叠片排列，然后投入模腔，条料在叠片排列方向的两侧面模压成型时互为型面，成型时施加的作用力与数个片状条料排列所形成的平面垂直，迫使条料在闭式模腔内同步形成另件。

2、如权利要求1所述的压力成型工艺，其特征在于：另件在叠片成型后，通过整形模单个整形，整形时另件所受的压力方向，与叠片成型时条料所受压力方向垂直。

3、如权利要求1所述的压力成型工艺，其特征在于：片状条料可先预热再叠片排列放入模腔，也可放入模腔后再加热施压成型，保温，保压后脱模。

4、如权利要求1或3所述的压力成型工艺，其特征在于：在工程塑料叠片加热施压成型时，可在条料间互为型面的侧面设置抗粘结涂料或镀层。

5、一种压力成型模具，由凹、凸模和模框组成闭式模腔，其特征在于：模框3与凹、凸模1、2作用力方向垂直的截面形状为矩形截面一边长大于或等于工件长度，另一边长度等于数个条料叠片排列时的厚度之和。

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