CN104148889B - 一种方盘壳体毛坯成形方法及其配套成形模具 - Google Patents

Abstract

一种方盘壳体毛坯成形方法及其配套成形模具，其成形方法包括制取锯切毛坯、对锯切毛坯进行一序闭塞挤压、对一序毛坯中的方形盲孔进行反挤压、对二序毛坯加工弧形槽以及对三序毛坯进行固溶时效处理的步骤，本发明采用了三次挤压成形，克服一次挤压成形存在的坯料加工硬化强度大，塑性低的缺陷；三个工序配套使用的模具均为闭塞模具，在闭塞复动成形过程中，将上下模具闭合而形成成形的型腔，可以根据型腔的特点与材料流动规律安排凸模芯轴的位置、数量及动作顺序，可更好地控制材料的塑性流动。

Description

一种方盘壳体毛坯成形方法及其配套成形模具

技术领域

本发明涉及航空插接件制作领域的工艺应用，具体的说是一种方盘壳体毛坯成形方法及其配套成形模具。

背景技术

在军用航空装备和各类电子系统中，方盘连接件是连接器件与组件、组件与单机、单机与单机、系统与系统必不可少的基础组件，在航空、航天、兵器和舰艇等军用武器装备中，起着电气连接传输能量和信号的重要作用。方盘连接件的材质一般为镁铝合金、不锈钢等，尺寸精度要求较为严格，必须适应各种复杂苛严的工作环境条件，传统使用的方盘连接件的制作工艺一般为切削加工，方盘壳体的内孔为方体盲孔，棱角尖锐，机加工时需要插、铣方法，成本高，效率低。而且坯料在进行切削加工时，金属内部的纤维组织被割断，降低了零件的机械性能，同时，材料浪费较大，工时消耗多，成本高，对于内孔为方孔等特殊形状产品的机械加工尤其困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的方盘壳体毛坯成形方法，及其配套成形模具，所要解决的技术问题是克服现有技术中采用切削加工方盘壳体所存在的降低其机械性能、浪费材料和加工困难等问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为，方盘壳体毛坯成形方法，包括以下步骤：

步骤一、为了方便入模，根据方盘壳体毛坯的目标尺寸选取铝合金棒料，锯切下料后，去除锯切材料的端面毛刺，制得锯切毛坯，以免影响后续挤压加工的毛坯的表面质量；

步骤二、将锯切毛坯进行软化处理后，在其表面涂上一层润滑剂，然后将毛坯放入到一序闭塞挤压模具中，毛坯的底部由一序挤压模具的顶件器支撑，利用一序挤压模具的下模环对毛坯下部的外圆面定位，用由内到外依次嵌套的第一芯轴、第一芯轴套和弹性浮动压套对毛坯同时进行镦粗和挤压，其中，用第一芯轴套镦压毛坯顶面，用第一芯轴在毛坯中心冲出一方形盲孔，用弹性浮动压套限制毛坯上部镦粗后的外径，并配合下模环及其上方设置的上模环共同在毛坯的圆周面上挤压出一方形的法兰盘，毛坯中成形的方形盲孔的深度小于毛坯上端面距离法兰盘上端面的距离，经过加工得到一序毛坯，备用；

步骤三、取出步骤二加工后的一序毛坯并将其置于二序模具中，利用与毛坯下部圆周面及法兰盘尺寸相适应的第二模环对毛坯下部的外周面和法兰盘进行定位，用第二芯轴对一序毛坯的方形盲孔进行反挤压，同时用套设在第二芯轴外面的第二芯轴套限制毛坯的外径，使毛坯沿第二芯轴套与第二芯轴之间形成的空间纵向伸长，并使方形盲孔的深度达到目标尺寸，经过加工得到二序毛坯，备用；

步骤四、取出二序模具加工过的二序毛坯并将其置于三序模具中，利用第三凹模对二序毛坯外周面上的法兰盘进行定位，利用端部设有凸台的第三芯轴对二序毛坯进行挤压，使其形成方形盲孔相对两个内壁上具有弧形槽的三序毛坯，且弧形槽的纵向深度低于坯体上端面距离法兰盘上端面的竖直距离；

步骤五、将挤压成形合格的三序毛坯进行固溶时效处理，提高毛坯的硬度，改善其机械性能；然后将三序毛坯转数控机床进行机加工，使其外形达到目标外形尺寸。

其中，步骤二中的软化处理方法为，将步骤一的锯切毛坯置于400~430℃的电加热炉中保温1~2h，然后随炉冷却至室温；步骤二中的润滑剂为润滑油或硬脂酸锌粉。

用于上述方盘壳体毛坯成形方法中的配套成形模具，包括定位模具、凹模固定圈、凸模固定座、一序闭塞挤压模具、二序模具和三序模具，其中，凹模固定圈包括第一凹模固定圈、第二凹模固定圈、第三凹模固定圈，一序闭塞挤压模具包括能够固定在定位模具上端的第一模环和用于一序毛坯成形的第一凸模和弹性浮动压套，所述第一凸模和弹性浮动压套固定在第一凸模外套形成的腔室中，第一凸模外套能够嵌套在凸模固定座中，第一凸模由与所述一序毛坯中目标盲孔形状相适应的第一芯轴以及套设在第一芯轴外的第一芯轴套组成，第一芯轴套设在弹性浮动压套的内腔中，弹性浮动压套的下端设有用于卡接在第一凹模上端的凸台；所述的第一模环固定在第一凹模固定圈形成的腔室中，且第一模环由上模环以及用于定位毛坯的下模环组成，且上模环的内径与所述一序毛坯中法兰盘的目标外径相同，下模环的内径与所述一序毛坯下部的目标外径相同。其中，弹性浮动压套和下模环的内径相同。

所述的二序模具包括嵌套在凸模固定座中的第二凸模和能够固定在定位模具上端且呈一体结构的第二模环，第二模环固定在第二凹模固定圈形成的腔室中，第二凸模由与二序毛坯中目标方形盲孔尺寸相适应的第二芯轴以及套设在第二芯轴上的第二芯轴套组成。

所述的三序模具包括能够嵌套在凸模固定座中的第三凸模和能够固定在定位模具上端的第三模环，第三模环固定在第三凹模固定圈形成的腔室中，第三凸模由与三序毛坯中目标弧形槽尺寸相适应的第三芯轴以及套设在第三芯轴上的第三芯轴套组成。第三模环以及用于固定所述第三模环的第三凹模固定圈之间设有定位套。

所述的定位模具包括顶件器和用于固定顶件器的下模座。

有益效果：1、本发明采用了挤压工艺替代传统的铣削加工方盘壳体毛坯件，在挤压过程中，毛坯受到压应力的作用，挤压后的材料组织更致密，而且毛坯表面在压力下受到模具型腔光滑表面的熨平，所形成坯体的表面粗糙度较小；而且能够在不破坏铝合金材料的前提下，使材料的体积作出塑性转移，获得余量小的挤压件，利用率可达70~90%，这是传统金属切削加工方盘壳体所无法达到的；

2、本发明采用闭塞挤压成形的方法加工方盘壳体，由于闭塞复动成形过程中，将上下模具闭合而形成成形的型腔，可以根据型腔的特点与材料流动规律安排凸模芯轴的位置、数量及动作顺序，以便更好地控制材料的塑性流动；有利于提高零件的成形性，具有校正、定型的效果，制得的方盘壳体毛坯余量小且无废边，降低了材料消耗，提高了加工效率，大大降低了制造成本；

3、本发明采用了三次挤压成形，若采用一次挤压成形，在加工盲孔的底部区域，坯料存在较大的表面应变，而且材料流动不均匀，随着挤压过程的进行，挤压冲头与被挤压坯料之间的润滑性变差，坯料的加工硬化强度增大，塑性降低，坯料的底部易出现挤压缺陷。

附图说明

图1为本发明中一序模具的结构示意图；

图2为本发明中二序模具的结构示意图；

图3为本发明中三序模具的结构示意图；

图4为本发明中一序毛坯图；

图5为本发明中二序毛坯图；

图6为本发明中三序毛坯图；

图7为图6整体俯视图。

附图标记：1、法兰盘，201、一序毛坯，202、二序毛坯，203、三序毛坯，3、盲孔，4、弧形槽，5、弹性浮动压套，6、凸模固定座，7、第一芯轴套，8、第一芯轴，9、上模环，100、第一凹模固定圈，101、第二凹模固定圈，102、第三凹模固定圈，11、下模环，12、下模座，13、顶件器，14、第一凸模外套，15、第二芯轴套，16、第二芯轴，17、第二模环，18、第三芯轴，19、第三芯轴套，20、第三模环，21、定位套。

具体实施方式

方盘壳体毛坯成形方法，包括以下步骤：1高速带锯下料、去毛刺；2毛坯退火软化处理：电加热炉，400~430℃保温1~2小时，随炉冷却；3毛坯表面处理：涂润滑油或硬脂酸锌粉；4一序闭塞挤压成形外方盘、浅内孔；5二序反挤压成形方形内孔；6三序成形弧形槽，精整内孔尺寸；7挤压毛坯固溶时效处理、后续数控加工。具体步骤如下：

步骤一、根据方盘壳体毛坯的目标尺寸选取外径略小的铝合金棒料，采用高速带锯锯切下料后，人工去除锯切材料的端面毛刺，制得锯切毛坯；

步骤二、将步骤一的锯切毛坯进行软化处理，即将步骤一的锯切毛坯置于400~430℃的电加热炉中保温1~2h，然后随炉冷却至室温，然后在锯切毛坯的表面涂上一层润滑油或硬脂酸锌粉，将处理后的毛坯放入到一序挤压模具中，毛坯的底部由一序挤压模具的顶件器支撑，利用一序挤压模具的下模环对毛坯下部的外圆面定位，用由内到外依次嵌套的第一芯轴、第一芯轴套和弹性浮动压套对毛坯同时进行镦粗和挤压，其中，用第一芯轴套镦压毛坯顶面，用第一芯轴在毛坯中心冲出一方形盲孔，用弹性浮动压套限制毛坯上部镦粗后的外径，并配合下模环及其上方设置的上模环共同在毛坯的圆周面上挤压出一方形的法兰盘，毛坯中成形的方形盲孔的深度小于毛坯上端面距离法兰盘上端面的距离，经过加工得到一序毛坯，备用；其中，涂润滑剂的工艺方法为，将锯切毛坯和硬脂酸锌粉置于滚筒中滚动15min，使锯切毛坯上牢固而均匀的固定了一层硬脂酸锌，能够所成形毛坯的表面光洁度。

步骤三、取出步骤二加工后的一序毛坯并将其置于二序模具中，利用与毛坯下部圆周面及法兰盘尺寸相适应的第二模环对毛坯下部的外周面和法兰盘进行定位，用第二芯轴对一序毛坯的方形盲孔进行反挤压，同时用套设在第二芯轴外面的第二芯轴套限制毛坯的外径，使毛坯沿第二芯轴套与第二芯轴之间形成的空间纵向伸长，并使方形盲孔的深度达到目标尺寸，经过加工得到二序毛坯，备用；

步骤四、取出二序模具加工过的二序毛坯并将其置于三序模具中，利用第三凹模对二序毛坯外周面上的法兰盘进行定位，利用端部设有凸台的第三芯轴对二序毛坯进行挤压，使其形成方形盲孔相对两个内壁上具有弧形槽的三序毛坯，且弧形槽的纵向深度低于坯体上端面距离法兰盘上端面的竖直距离；

步骤五、将挤压成形合格的三序毛坯进行固溶时效处理，然后将三序毛坯转数控机床进行机加工，使其外形达到目标外形尺寸。

用于上述方盘壳体毛坯成形方法中的配套成形模具，包括定位模具、凹模固定圈、凸模固定座、一序挤压模具、二序模具和三序模具。凹模固定圈包括第一凹模固定圈100、第二凹模固定圈101、第三凹模固定圈102，如图1所示，一序挤压模具包括能够固定在定位模具上端的第一模环和用于一序毛坯成形的第一凸模及弹性浮动压套5，所述第一凸模和弹性浮动压套5固定在第一凸模外套14形成的腔室中，第一凸模外套14能够嵌套在凸模固定座中，第一凸模由与所述一序毛坯中目标盲孔形状相适应的第一芯轴8以及套设在第一芯轴8外的第一芯轴套7组成，第一芯轴套7设在弹性浮动压套5的内腔中，弹性浮动压套5的下端设有用于卡接在第一凹模上端的凸台；第一模环固定在第一凹模固定圈100形成的腔室中，且第一模环由上模环9以及用于定位毛坯的下模环11组成，且上模环9的内径与所述一序毛坯中法兰盘的目标外径相同，下模环11的内径与所述一序毛坯下部的目标外径相同。其中，所述弹性浮动压套5和下模环11的内径相同。

如图2所示，二序模具包括嵌套在凸模固定座中的第二凸模和固定在定位模具上端且呈一体结构的第二凹模17，第二凹模17固定在第二凹模固定圈101形成的腔室中，第二凸模由与二序毛坯中目标方形盲孔尺寸相适应的第二芯轴16以及套设在第二芯轴16上的第二芯轴套15组成。

如图3所示，三序模具包括嵌套在凸模固定座中的第三凸模和固定在定位模具上端且呈一体结构的第三凹模20，第三凹模20固定在第三凹模固定圈102形成的腔室中，第三凸模由与三序毛坯中目标弧形槽尺寸相适应的第三芯轴18以及套设在第三芯轴18上的第三芯轴套19组成，第三凹模20以及用于固定所述第三凹模20的第三凹模固定圈102之间设有定位套21。

本发明中的一序模具、二序模具和三序模具能够承受极大的摩擦力和温度变化，因为在连续工作的条件下，变形热和摩擦热使得模具温度达到200~300℃以上。本发明的配套模具结构对称，工作部件采取分割形式，工作部件采用压套和压板紧固，避免采用螺钉紧固。

Claims (9)

1.方盘壳体毛坯成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据方盘壳体毛坯的目标尺寸选取铝合金棒料，锯切下料后，去除锯切材料的端面毛刺，制得锯切毛坯；

步骤二、将锯切毛坯进行软化处理后，在其表面涂上一层润滑剂，然后将毛坯放入到一序挤压模具中，毛坯的底部由一序挤压模具的顶件器支撑，利用一序挤压模具的下模环对毛坯下部的外圆面定位，用由内到外依次嵌套的第一芯轴、第一芯轴套和弹性浮动压套对毛坯同时进行镦粗和挤压，其中，用第一芯轴套镦压毛坯顶面，用第一芯轴在毛坯中心冲出一方形盲孔，用弹性浮动压套限制毛坯上部镦粗后的外径，并配合下模环及其上方设置的上模环共同在毛坯的圆周面上挤压出一方形的法兰盘，毛坯中成形的方形盲孔的深度小于毛坯上端面距离法兰盘上端面的距离，经过加工得到一序毛坯，备用；

步骤三、取出步骤二加工后的一序毛坯并将其置于二序模具中，利用与毛坯下部圆周面及法兰盘尺寸相适应的第二模环对毛坯下部的外周面和法兰盘进行定位，用第二芯轴对一序毛坯的方形盲孔进行反挤压，同时用套设在第二芯轴外面的第二芯轴套限制毛坯的外径，使毛坯沿第二芯轴套与第二芯轴之间形成的空间纵向伸长，并使方形盲孔的深度达到目标尺寸，经过加工得到二序毛坯，备用；

步骤四、取出二序模具加工过的二序毛坯并将其置于三序模具中，利用第三凹模对二序毛坯外周面上的法兰盘进行定位，利用端部设有凸台的第三芯轴对二序毛坯进行挤压，使其形成方形盲孔相对两个内壁上具有弧形槽的三序毛坯，且弧形槽的纵向深度低于坯体上端面距离法兰盘上端面的竖直距离；

步骤五、将挤压成形合格的三序毛坯进行固溶时效处理，然后将三序毛坯转数控机床进行机加工，使其外形达到目标外形尺寸。

2.根据权利要求1所述的方盘壳体毛坯成形方法，其特征在于：步骤二中的软化处理方法为，将步骤一的锯切毛坯置于400~430℃的电加热炉中保温1~2h，然后随炉冷却至室温。

3.根据权利要求1所述的方盘壳体毛坯成形方法，其特征在于：步骤二中的润滑剂为润滑油或硬脂酸锌粉。

4.用于如权利要求1所述的方盘壳体毛坯成形方法中的配套成形模具，其特征在于：包括定位模具、凹模固定圈、凸模固定座、一序挤压模具、二序模具和三序模具，凹模固定圈包括第一凹模固定圈（100）、第二凹模固定圈（101）、第三凹模固定圈（102），所述的一序挤压模具包括能够固定在定位模具上端的第一模环和用于一序毛坯成形的第一凸模及弹性浮动压套（5），所述第一凸模和弹性浮动压套（5）固定在第一凸模外套（14）形成的腔室中，第一凸模外套（14）能够嵌套在凸模固定座中，第一凸模由与所述一序毛坯中目标盲孔形状相适应的第一芯轴（8）以及套设在第一芯轴（8）外的第一芯轴套（7）组成，第一芯轴套（7）设在弹性浮动压套（5）的内腔中，弹性浮动压套（5）的下端设有用于卡接在第一凹模上端的凸台；

所述的第一模环固定在第一凹模固定圈（100）形成的腔室中，且第一模环由上模环（9）以及用于定位毛坯的下模环（11）组成，且上模环（9）的内径与所述一序毛坯中法兰盘的目标外径相同，下模环（11）的内径与所述一序毛坯下部的目标外径相同。

5.根据权利要求4所述的用于方盘壳体毛坯成形方法中的配套成形模具，其特征在于：所述弹性浮动压套（5）和下模环（11）的内径相同。

6.根据权利要求4所述的用于方盘壳体毛坯成形方法中的配套成形模具，其特征在于：所述的二序模具包括能够嵌套在凸模固定座中的第二凸模和能够固定在定位模具上端的第二模环（17），第二模环（17）固定在第二凹模固定圈（101）形成的腔室中，第二凸模由与二序毛坯中目标方形盲孔尺寸相适应的第二芯轴（16）以及套设在第二芯轴（16）上的第二芯轴套（15）组成。

7.根据权利要求4所述的用于方盘壳体毛坯成形方法中的配套成形模具，其特征在于：所述的三序模具包括能够嵌套在凸模固定座中的第三凸模和能够固定在定位模具上端的第三模环（20），第三模环（20）固定在第三凹模固定圈（102）形成的腔室中，第三凸模由与三序毛坯中目标弧形槽尺寸相适应的第三芯轴（18）以及套设在第三芯轴（18）上的第三芯轴套（19）组成。

8.根据权利要求7所述的用于方盘壳体毛坯成形方法中的配套成形模具，其特征在于：第三模环（20）以及用于固定所述第三模环（20）的第三凹模固定圈（102）之间设有定位套（21）。

9.根据权利要求4所述的用于方盘壳体毛坯成形方法中的配套成形模具，其特征在于：所述的定位模具包括顶件器（13）和用于固定顶件器（13）的下模座（12）。