CN102728645B - 大长宽比铝合金矩形盒形件的挤压成形模具及其成形方法 - Google Patents
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Abstract
一种金属塑性成形技术领域的大长宽比的铝合金矩形盒形件的挤压成形模具及其成形方法，该方法包括：1.采用退火态的铝合金原材料进行毛坯制备；2.采用NaOH溶液腐蚀毛坯，腐蚀时间8分钟～15分钟；3.在腐蚀后的毛坯上均匀涂覆硬脂酸锌粉末，为后续挤压成形提供润滑；4.利用带阻尼筋的凸模进行矩形盒形件的挤压成形；5.根据盒形件高度，锯切挤压后盒形件的端面满足设计与使用要求。本发明避免矩形盒形件成形中的起皱、破裂和凸耳等缺陷，提高产品合格率；同时，有效减少加工工序，提高材料利用率，节省模具费用，降低单件生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种金属塑性成形技术领域的装置及方法，具体是一种长宽比在3.5以上的铝合金矩形盒形件的挤压成形模具及其成形方法。
背景技术
鉴于拉深成形所需成形力较小的优点，矩形盒形件的成形制造常采用拉深方法。矩形盒形件壁部由长边、短边和圆角部分构成，拉深成形时各部分相互作用与制约，易发生不均匀变形，特别是大长宽比的零件。与筒形件拉深相似，不均匀变形易导致起皱、壁厚不均和底部开裂等成形缺陷；当无压边拉深时，容易形成明显的制耳缺陷。当零件深度较深时，考虑到金属板料的拉深极限，通常需要经过多道次拉深，多道次拉深会增加模具并延长工时；某些情况下，为消除多次拉深形成的工艺接痕，需进行中间热处理和表面处理，导致加工工序增加、生产成本提高。拉深成形的材料利用率在50％～70％，多道次拉深成形则更低。
通过对现有技术的检索发现，中国发明专利申请号200710092843.9提供了一种薄板材深拉深盒形件或异形件防起皱和破裂的方法，在待拉深板料上涂拉深油，并根据加工件精度要求选择厚度合适的聚乙烯塑料薄膜，然后贴在板料涂油的一面，以提高板料的许用拉深变形量，解决了盒形件的起皱和破裂问题。但是，该方法仅使板料的许用拉深变形量增加了10％～15％，改善效果有限。
进一步检索发现，为替代大长宽比薄壁矩形盒形件的多道次拉深成形工艺，KIM等在论文“Investigation of lubrication effect on the backward extrusion of thin-walled rectangularaluminum case with large aspect ratio”(Journal of Materials Processing Technology，2006，180(1-3)：185-192)(润滑对大长宽比薄壁矩形铝质盒形件反挤压成形的影响)中提到采用反挤压工艺成形大长宽比矩形盒形件，但是由于使用了常规的平底挤压凸模，盒形件端部出现了明显的凸耳现象，而且这种凸耳缺陷无法通过改善润滑状况直接消除。显然，凸耳现象会降低材料利用率，提高单件成本。
而且拉深成形无法成形底部带装配用的小凸柱特征的矩形盒形件，常规的平底凸模挤压后凸耳缺陷控制困难，挤压后可能需要增加一套专用的凸耳切除模具来提高生产效率，因此迫切需要一种大长宽比矩形盒形件的精密成形新方法。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种大长宽比铝合金矩形盒形件的挤压成形模具及其成形方法，避免矩形盒形件成形中的起皱、破裂和凸耳等缺陷，提高产品合格率；同时，有效减少加工工序，提高材料利用率，节省模具费用，降低单件生产成本。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种大长宽比铝合金矩形盒形件的挤压成形模具，所述模具是指：针对盒形件的用于挤压毛坯的带阻尼筋的凸模，其中：若干条阻尼筋位于凸模底部且阻尼筋的设置方向与矩形盒形件的长边平行。
所述的阻尼筋的长度为从矩形盒形件中心至边缘由小至大呈阶梯式垂直等间距镜像对称分布，其中：最长的阻尼筋长度L为矩形盒形件长度的0.5-0.7倍，相对两侧的阻尼筋的末端连线所呈夹角α为60°-100°。
所述的若干条是指6、8、10或12条，条数过多增加凸模制造的难度，条数过少难以发挥对金属流动的阻尼作用。
所述的阻尼筋的宽度b为矩形盒形件宽度0.05-0.10倍；
所述的阻尼筋的厚度t为矩形盒形件底层厚度的0.15-0.2倍，阻尼筋厚度太小则不能发挥对金属流动的阻尼作用，阻尼筋厚度过大则会影响盒形件底部的强度。
所述的矩形盒形件为扁盒形结构；该矩形盒形件的底部优选设有两个凸柱，通过该盒形件制备得到的毛坯与常规平底凸模挤压所得矩形盒形件的凸耳缺陷高度11.35mm相比，其端面较为平整无凸耳缺陷，端部高度差较小且进一步提高了材料利用率。
本发明涉及一种大长宽比铝合金矩形盒形件的挤压成形方法，包括以下步骤：
第一步、采用退火态的铝合金原材料进行毛坯制备，其中：矩形结构的毛坯的长宽尺寸较矩形盒形件的长宽尺寸小0.1～0.2mm，矩形毛坯的高度根据毛坯体积确定；
第二步、采用NaOH溶液腐蚀毛坯，腐蚀时间8分钟～15分钟；
第三步、在腐蚀后的毛坯上均匀涂覆硬脂酸锌粉末，为后续挤压成形提供润滑；
第四步、利用带阻尼筋的凸模进行矩形盒形件的挤压成形；
第五步、根据盒形件高度，锯切挤压后盒形件的端面满足设计与使用要求。
本发明与现有拉深成形相比具有如下优点：①避免了大长宽比矩形盒形件拉深中的起皱、底部开裂等成形缺陷；②一次精密挤压成形，无需中间热处理或表面处理，加工工序少，工艺流程短；③材料利用率高，单件成本低；④可同步成形盒形件底部的小凸柱特征，便于零件的后续装配。
本发明与常规平底凸模挤压相比具有如下优点：①成形过程中金属流动均匀，可以显著改善凸耳缺陷，使盒形件壁厚均匀；②成形工艺稳定，产品合格率高；③可以省去专用的凸耳切除模具，提高材料利用率，降低生产成本。
附图说明
图1是凸模阻尼筋的设计参数示意图；
图中：(a)为仰视图；(b)为主视图；(c)为侧视图。
图2是底部带凸柱的矩形盒形件零件图；
图中：(a)为主视图；(b)为俯视图。
图3是底部无凸柱的矩形盒形件零件图；
图中：(a)为主视图；(b)为俯视图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
第一步、采用退火态的1060铝合金铝材进行毛坯准备，根据如图2所示的所需成形的矩形盒形件(带凸柱)的零件图，矩形毛坯尺寸确定为：167.9mm×43.9mm×13.9mm；
第二步、采用10％wt.的NaOH溶液腐蚀毛坯，腐蚀10分钟；
第三步、在腐蚀后的毛坯上均匀涂覆硬脂酸锌粉末，为后续挤压成形提供润滑；
第四步、利用如图1所示的带阻尼筋的凸模进行矩形盒形件的挤压成形，挤压速度10mm/s。凸模底部共有6条对称等距分布的阻尼筋，其具体参数为：最长阻尼筋长度L＝90.0mm，角度α＝60°，宽度d＝3.7mm，厚度t＝1.0mm。
第五步、根据盒形件高度，锯切挤压后盒形件的端面满足设计与使用要求。
由于底部带凸柱特征，该矩形盒形件无法直接拉深成形；与常规平底凸模挤压所得矩形盒形件的凸耳缺陷高度11.35mm相比，本实施例成形的矩形盒形件，端面较为平整无凸耳缺陷，端部高度差仅为3.82mm，材料利用率达到96％。
实施例2
第一步、采用退火态的1060铝合金铝材进行毛坯准备，根据如图2所示的所需成形的矩形盒形件(带凸柱)的零件图，矩形毛坯尺寸确定为：167.9mm×43.9mm×14.7mm
第二步、采用10％wt.的NaOH溶液腐蚀毛坯，腐蚀时间10分钟；
第三步、在腐蚀后的毛坯上均匀涂覆硬脂酸锌粉末，为后续挤压成形提供润滑；
第四步、利用如图1所示的带阻尼筋的凸模进行矩形盒形件的挤压成形，挤压速度10mm/s。凸模底部共有6条对称等距分布的阻尼筋，其具体参数为：最长阻尼筋长度L＝110.0mm，角度α＝100°，宽度d＝2.2mm，厚度t＝0.8mm。
第五步、根据盒形件高度，锯切挤压后盒形件的端面满足设计与使用要求。
由于底部带凸柱特征，该矩形盒形件无法直接拉深成形；与常规平底凸模挤压所得矩形盒形件的凸耳缺陷高度11.35mm相比，本实施例成形的矩形盒形件，端面较为平整无凸耳缺陷，端部高度差仅为4.43mm，材料利用率超过90％。
实施例3
第一步、采用退火态的1060铝合金铝材进行毛坯准备，根据如图3所示的所需成形的矩形盒形件(无凸柱)的零件图，矩形毛坯尺寸确定为：167.9mm×43.9mm×14.0mm；
第二步、采用10％wt.的NaOH溶液腐蚀毛坯，腐蚀10分钟；
第三步、在腐蚀后的毛坯上均匀涂覆硬脂酸锌粉末，为后续挤压成形提供润滑；
第四步、利用如图1所示的带阻尼筋的凸模进行矩形盒形件的挤压成形，挤压速度10mm/s。凸模底部共有6条对称等距分布的阻尼筋，其具体参数为：最长阻尼筋长度L＝90.0mm，角度α＝60°，宽度d＝3.7mm，厚度t＝1.0mm。
第五步、根据盒形件高度，锯切挤压后盒形件的端面满足设计与使用要求。
采用本实施例成形的矩形盒形件壁厚均匀，无起皱破裂等缺陷；端面较为平整无凸耳缺陷，端部高度差仅为4.56mm，材料利用率为98％；与拉深成形相比，矩形盒形件经过大塑性变形整体强度增加，生产流程短，工艺稳定。
Claims (7)
1.一种大长宽比铝合金矩形盒形件的挤压成形模具，其特征在于，该模具为针对盒形件的用于挤压毛坯的带阻尼筋的凸模，其中：若干条阻尼筋位于凸模底部且阻尼筋的设置方向与矩形盒形件的长边平行；
所述的阻尼筋的长度为从矩形盒形件中心至边缘由小至大呈阶梯式垂直等间距镜像对称分布；
所述的矩形盒形件为扁盒形结构；该矩形盒形件的底部设有两个凸柱。
2.根据权利要求1所述的挤压成形模具，其特征是，最长的阻尼筋长度为矩形盒形件长度的0.5-0.7倍，相对两侧的阻尼筋的末端连线所呈夹角为60°-100°。
3.根据权利要求1所述的挤压成形模具，其特征是，所述的若干条是指6、8、10或12条。
4.根据权利要求1所述的挤压成形模具，其特征是，所述的阻尼筋的宽度为矩形盒形件宽度0.05-0.10倍，所述的阻尼筋的厚度为矩形盒形件底层厚度的0.15-0.2倍。
5.一种根据权利要求1所述的大长宽比铝合金矩形盒形件的挤压成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、采用退火态的铝合金原材料进行毛坯制备，其中：矩形结构的毛坯的长宽尺寸较权利要求1-4中任一所述的矩形盒形件的长宽尺寸小0.1~0.2mm；
第二步、采用NaOH溶液腐蚀毛坯，腐蚀时间8分钟~15分钟；
第三步、在腐蚀后的毛坯上均匀涂覆硬脂酸锌粉末，为后续挤压成形提供润滑；
第四步、利用权利要求1-4中任一所述的带阻尼筋的凸模进行矩形盒形件的挤压成形；
第五步、根据盒形件高度，锯切挤压后盒形件的端面满足设计与使用要求。
6.根据权利要求5所述的挤压成形方法，其特征是，所述的NaOH溶液的浓度为10%wt.。
7.根据权利要求5所述的挤压成形方法，其特征是，挤压速度为10mm/s。
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