CN104307909A - 一种金属热塑性成型组合模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属热塑性成型组合模具，其包括底板、托板、外筒、内筒、第一侧板、第二侧板、第三侧板、第四侧板、芯棒和上板，托板与底板的上表面相接；芯棒通过通孔分别与第二侧板、第四侧板相连；第二侧板的两侧和第四侧板的两侧均设有定位销孔，第一侧板分别与第二侧板、第四侧板卡接；第三侧板分别与第二侧板、第四侧板卡接；第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板外侧均设有锥面，内筒的内侧设有与第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板的外侧锥面相适应的锥面；内筒的外侧设有锥面，外筒的内侧设有与内筒外侧锥面相适应的锥面；托板、第一侧板、第二侧板、第三侧板、第四侧板、芯棒和上板构成了型腔。

Description

一种金属热塑性成型组合模具

技术领域

本发明属于机械制造领域，涉及一种模具，具体涉及一种金属热塑性成型组合模具。

背景技术

金属材料成型技术可分为液态成型、固态成型和半固态成型三种基本模式，其中固态成型可以获得更好的组织(均匀、细小)、更佳的性能(高强度和高硬度，大塑性和大韧性)和更高的尺寸精度与表面光洁度。

固态塑性成型又称为锻造，是高性能结构和零部件的最佳成型方法。但是由于固态成型阻力很大，材料和锻砧、锻锤(即最简单的模具)摩擦力很大，锻件的形状必须很简单，否则易于破裂。同时经受成型(锻造)的金属材料坯件(锻件)在经受每次击打过程中，不直接经受捶打的部位，垂直外表面的方向不受力(无垂直约束，也无切线方向的约束)，因此极易发生沿切向的破裂，进而导致锻件开裂，成为废品。因此绝大多数金属材料无法进行锻造成型，或者只能采用很小的锻造量，需要多次加热-锻造，生产效率很低。

以镁合金、铝合金为代表的轻金属材料，普通锻造条件下比较容易开裂，因此工业上较少采用锻件，主要采用热挤压件；而镁合金几乎没有工业锻件。相对于钢铁和钛合金，镁合金和铝合金属于低熔点金属材料，锻造温度也较低，适合锻造的温度区间很窄，这也是普通自由锻造难以进行较复杂件锻造成型的困难之一。在金属或合金的锻造温度范围内，通过设计流畅的模腔，采用超塑性应变速率的加载方式，可以实现复杂零部件的一次性精密成型。确保这种流畅的模腔，就是本发明所述的组合热成型模具。

现有金属材料精密成型往往采用铸造法(精密铸造)或粉末冶金法。铸造法可以生产尺寸和形位精度较高的机器零件，但是难以克服铸造金属材料的根本性缺点：组织粗大、成分偏析、孔隙率高、性能低下等问题。粉末冶金法可以生产尺寸和形位精度较高的机器零件，但是难以克服其根本性缺陷：致密度低，内部包含一定的空隙、尺寸和形位精度受到零件复杂程度的限制、生产效率低、成本高、零件力学性能较低等。

发明内容

发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，本发明解决了要求具有高性能的复杂形状结构或机械零件在一定温度下的一次性成型的问题。本发明公开了一种金属热塑性成型的组合模具。

技术方案：一种金属热塑性成型组合模具，包括底板、托板、外筒、内筒、第一侧板、第二侧板、第三侧板、第四侧板、芯棒和上板，

所述托板与所述底板的上表面相接；

所述第二侧板中部设有通孔，所述第四侧板中部设有通孔，所述芯棒通过所述通孔分别与所述第二侧板、第四侧板相连；

所述第一侧板两侧边和所述第三侧板两侧板均设有定位销钉，所述第二侧板的两侧和所述第四侧板的两侧均设有定位销孔，所述第一侧板分别与所述第二侧板、所述第四侧板卡接；所述第三侧板分别与所述第二侧板、所述第四侧板卡接；

所述第一侧板、所述第二侧板、所述第三侧板和所述第四侧板外侧均设有锥面，所述内筒的内侧设有与所述第一侧板、所述第二侧板、所述第三侧板和所述第四侧板的外侧锥面相适应的锥面；

所述内筒的外侧设有锥面，所述外筒的内侧设有与所述内筒外侧锥面相适应的锥面，所述外筒的外侧面为直圆柱面；

所述托板、所述第一侧板、所述第二侧板、所述第三侧板、所述第四侧板、所述芯棒和所述上板构成了型腔。

作为本发明中一种金属热塑性成型组合模具的一种优选方案：所述第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板的外侧面的锥面的锥度均为2.5°～30°。

作为本发明中一种金属热塑性成型组合模具的一种优选方案：所述内筒内壁的锥度为2.5°～30°；所述内筒的外侧面的锥面的锥度为2.5°～15°，所述外筒的内侧面的锥面与所述内筒外锥面相配合，所述外筒的内侧面的锥度为2.5°～15°。

作为本发明中一种金属热塑性成型组合模具的一种优选方案：所述外筒的外侧面为直圆柱面。

作为本发明中一种金属热塑性成型组合模具的一种优选方案：所述外筒的材质为中碳调质钢、耐热钢、热作模具钢中的一种。

作为本发明中一种金属热塑性成型组合模具的一种优选方案：所述内筒的材质为热作模具钢、耐热钢中的一种。

作为本发明中一种金属热塑性成型组合模具的一种优选方案：所述第一侧板的外侧面、所述第二侧板的外侧面、所述第三侧板的外侧面和所述第四侧板的外侧面设有多个减重槽。所述减重槽的形状是流线型凹槽。凹槽的深度以确保各侧板模腔一侧的工作厚度为5～50mm。

作为本发明中一种金属热塑性成型组合模具的一种优选方案：所述第一侧板、所述第二侧板、所述第三侧板、所述第四侧板、所述上板、所述托板、所述芯棒的材质均为热作模具钢、耐热钢中的一种。

使用时，先将托板放置在装配用的临时台板上，再将底板对中置于托板之上。将外筒固定在模具底板上，再依次将外筒和内筒垂直放入，使外筒的内锥面和内筒的外锥面紧密配合，再将第二侧板、第四侧板和第一侧板、第三侧板逐个垂直放入，在进入内筒前对接好定位销，并在第二侧板和第四侧板之间安装芯棒。第一侧板两侧的销钉与第二侧板、第四侧板的销孔位置相配合，第三侧板两侧的销钉与第二侧板、第四侧板的销孔位置相配合。

在这个组合后的模具外侧套上保温套，插入热电偶测温元件并调整其位置；设置需要的温度；在保温套上面加盖；保温套通电加热一定时间，使上述模具达到指定的温度；打开盖子，在上述四个侧板围成的型腔上部放入需要成型的、经过预热到设定温度的金属坯料；将上板放置在坯料上并对中，且使其型面与坯料相接触；将该装配体移动到压力机台板上的指定位置；开启压力机，通过压力机上台板上安装的压力杆，以一定的加载速度向上板施加压力，将坯料压入内模侧板包围成的模腔里。压力杆压下至设定的位移量，使坯料在模腔内完成充型。

充型完成后，升起压力机台板和压力杆；移除保温套；用压力机的顶出机构顶起底板中央的托板，使内模各个侧板和已经成型的毛坯件上移、松开，取出毛坯件，拔出芯棒；将装配体移出压力机台板，依次取出内模具诸侧板、内筒，完成脱模。

有益效果：本发明的一种金属热塑性成型组合模具具有以下有益效果：

1.第一侧板外壁、第二侧板外壁、第三侧板外壁、第四侧板外壁带有锥度，外筒内壁锥度和内筒外壁锥度相配合；内筒内壁锥度和四个侧板外壁实现锥面配合，从而保证装配时自动定位，相对位置精确，型腔形状不变，成型的零件尺寸和形状一次到位；

2.采用锥面配合，可实现安装时自动定位，同时保证了模具的强度与刚度；又为脱模创造了有利条件。

3.该模具采用拓扑优化设计方法，各个侧板在保证强度的同时实现了轻量化和节约材料；双层模筒保证了强度、刚度和长寿命地多次使用；

4.模具的各侧板间配合采用轴向销钉定位、径向由模筒的圆锥面自动定位模式，实现高效率安装和使用。

附图说明

图1为本发明的一种金属热塑性成型组合模具的整体示意图；

图2为外筒的结构示意图；

图3为内筒的结构示意图；

图4为本发明的一种金属热塑性成型组合模具的爆炸图；

其中：

1-底板      2-内筒

3-上板      4-第一侧板

5-第二侧板  6-第三侧板

7-第四侧板  8-芯棒

9-外筒      10-托板

具体实施方式：

下面结合附图，对本发明的具体实施方式详细说明。

具体实施例1

如图1～4所示，一种金属热塑性成型组合模具，包括底板1、托板10、外筒9、内筒2、第一侧板4、第二侧板5、第三侧板6、第四侧板7、芯棒8和上板3，

托板10与底板1的上表面相接；

第二侧板5中部设有通孔，第四侧板7中部设有通孔，芯棒8通过通孔分别与第二侧板5、第四侧板7相连；

第一侧板4两侧边和第三侧板6的两侧板均设有定位销钉，第二侧板5的两侧和第四侧板7的两侧均设有定位销孔，第一侧板4分别与第二侧板5、第四侧板7卡接；第三侧板6分别与第二侧板5、第四侧板7卡接；

第一侧板4、第二侧板5、第三侧板6和第四侧板7外侧均设有锥面，内筒2的内侧设有与第一侧板4、第二侧板5、第三侧板6和第四侧板7的外侧锥面相适应的锥面；

内筒2的外侧设有锥面，外筒9的内侧设有与内筒2外侧锥面相适应的锥面，外筒9的外侧面为直圆柱面；

托板10、第一侧板4、第二侧板5、第三侧板6、第四侧板7、芯棒8和上板3构成了型腔。

本实施例中，第一侧板4、第二侧板5、第三侧板6和第四侧板7的外侧面的锥面的锥度均为2.5°。

本实施例中，内筒2的外侧面的锥面的锥度为2.5°，内筒2内壁的锥度为2.5°；外筒9的内侧面的锥面与内筒2外锥面相配合，外筒9的内侧面的锥度为2.5°。

本实施例中，外筒9的外侧面为直圆柱面。外筒9的材质为中碳调质钢。

本实施例中，内筒2的材质为热作模具钢。

本实施例中，第一侧板4的外侧面、第二侧板5的外侧面、第三侧板6的外侧面和第四侧板7的外侧面设有多个减重槽。减重槽的形状是流线型凹槽。凹槽的深度以确保各侧板模腔一侧的工作厚度为5～50mm。第一侧板4、第二侧板5、第三侧板6和第四侧板7，以及上板3、托板10、芯棒8的材质为热作模具钢。

具体实施例2

与具体实施例1大致相同，区别在于

1.第一侧板4、第二侧板5、第三侧板6和第四侧板7的外侧面的锥面的锥度均为30°；

2.本实施例中，内筒2的外侧面的锥面的锥度为15°，内筒2内壁的锥度为30°；外筒9的内侧面的锥面与内筒2外锥面相配合，外筒9的内侧面的锥度为15°；

3.本实施例中，外筒9的材质为耐热钢；

4.本实施例中，内筒2的材质为耐热钢。

具体实施例3

与具体实施例1大致相同，区别在于

1.第一侧板4、第二侧板5、第三侧板6和第四侧板7的外侧面的锥面的锥度均为10°；

2.本实施例中，内筒2的外侧面的锥面的锥度为10°，内筒2内壁的锥度为10°；外筒9的内侧面的锥面与内筒2外锥面相配合，外筒9的内侧面的锥度为10°；

3.本实施例中，外筒9的材质为热作模具钢；

4.本实施例中，第一侧板4、第二侧板5、第三侧板6和第四侧板7，以及上板3、托板10、芯棒8的材质为耐热钢。

上面结合附图对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种金属热塑性成型组合模具，其特征在于，包括底板、托板、外筒、内筒、第一侧板、第二侧板、第三侧板、第四侧板、芯棒和上板，

所述托板与所述底板的上表面相接；

所述第二侧板中部设有通孔，所述第四侧板中部设有通孔，所述芯棒通过所述通孔分别与所述第二侧板、第四侧板相连；

所述第一侧板两侧边和所述第三侧板两侧板均设有定位销钉，所述第二侧板的两侧和所述第四侧板的两侧均设有定位销孔，所述第一侧板分别与所述第二侧板、所述第四侧板卡接；所述第三侧板分别与所述第二侧板、所述第四侧板卡接；

所述第一侧板、所述第二侧板、所述第三侧板和所述第四侧板外侧均设有锥面，所述内筒的内侧设有与所述第一侧板、所述第二侧板、所述第三侧板和所述第四侧板的外侧锥面相适应的锥面；

所述内筒的外侧设有锥面，所述外筒的内侧设有与所述内筒外侧锥面相适应的锥面，所述外筒的外侧面为直圆柱面；

所述托板、所述第一侧板、所述第二侧板、所述第三侧板、所述第四侧板、所述芯棒和所述上板构成了型腔。

2.如权利要求1所述的一种金属热塑性成型组合模具，其特征在于，所述第一侧板、所述第二侧板、所述第三侧板和所述第四侧板的外侧面的锥面的锥度均为2.5°～30°。

3.如权利要求1所述的一种金属热塑性成型组合模具，其特征在于，所述内筒的外侧面的锥面的锥度为2.5°～15°。

4.如权利要求1所述的一种金属热塑性成型组合模具，其特征在于，所述外筒的内侧面为圆锥面，所述圆锥面的锥度为2.5°～15°。

5.如权利要求1所述的一种金属热塑性成型组合模具，其特征在于，所述第一侧板的外侧面、所述第二侧板的外侧面、所述第三侧板的外侧面和所述第四侧板的外侧面设有多个减重槽。

6.如权利要求1所述的一种金属热塑性成型组合模具，其特征在于，所述内筒的内侧面的锥面的锥度为2.5°～30°。

7.如权利要求1所述的一种金属热塑性成型组合模具，其特征在于，所述外筒的材质为中碳调质钢、耐热钢、热作模具钢中的一种。

8.如权利要求1所述的一种金属热塑性成型组合模具，其特征在于，所述内筒的材质为热作模具钢、耐热钢中的一种。

9.如权利要求1所述的一种金属热塑性成型组合模具，其特征在于，所述第一侧板、所述第二侧板、所述第三侧板、所述第四侧板、所述上板、所述托板、所述芯棒的材质均为热作模具钢、耐热钢中的一种。