CN105032966B - 采用挤压方法制造内外双管中间带隔筋工件的模具和方法 - Google Patents

Abstract

一种采用挤压方法制造内外双管中间带隔筋工件的模具和方法，包括上下同轴设置的凸模和凹模，凸模的顶端固定在上模板的下面，凹模固定在下模板的上面，在该下模板的中部的通孔内滑动安装顶杆。本发明为内外管形带隔筋构件在内外管及隔筋高度不同的条件下提供了一种便捷的挤压方法，模具的设计新颖独特。具有制品表面无焊缝，能够适应强度要求高的场所；模具加工简单，制造成本较低；挤压时工作应力较低，所需要的设备的吨位小，模具不易损坏，经济效益高，且挤压件横截面不必一致。随着工业的高速发展，该类双管带隔筋件的应用也会越来越多，这种挤压成形方法和模具结构在工业生产中有很大的应用前景。

Description

采用挤压方法制造内外双管中间带隔筋工件的模具和方法

技术领域

本发明涉及一种采用挤压方法制造内外双管中间带隔筋工件的模具和方法。是一种应用于轻合金、黑色金属和有色金属成形领域，针对无焊缝要求、外管呈喇叭形、隔筋端面成形饱满、内外管高度可控、外形复杂、隔筋横截面可变的双管带筋件的挤压成形方法和方法。

背景技术

在现代轻合金塑性成形方法中，带隔筋33的内外管形件（外管31与内管32两端平齐，见图1和图2）一般采用卧式挤压而成，但是卧式挤压需使用蛇形模或者平面分流模，挤压时，锭坯材料在强大的压力作用下被模子上桥分流成7段金属流入焊合室，金属在焊合室中被重新高压焊合后流出模孔形成锻件，最后切割分段成为产品。因此，这样制品表面有多条焊缝，无法适应强度要求高的场所；模具加工复杂，制造成本高；挤压时工作应力较高，所需要的设备的吨位大，模具易损坏。卧式挤压的局限性就是要求挤压件横截面尺寸必须一致，不能变化。如果加工如图5和图6的工件，即内管32、外管31的壁形状是变化的、隔筋33的厚度也是变化的、内管32与外管31高度不一致，卧式挤压就没有办法制造。

因此，迫切需要一种一次成形、成形中无焊缝的高质量、高精度、高效益的先进制造方法。

发明内容

本发明目的是提供一种采用挤压方法制造内外双管中间带隔筋工件的方法和模具，以解决现有技术存在的制品表面有多条焊缝，无法适应强度要求高的场所；模具加工复杂，制造成本高；挤压时工作应力较高，所需要的设备的吨位大，模具易损坏，经济效益低，且挤压件横截面图形必须一致，卧式挤压的局限性就是要求挤压件横截面尺寸必须一致，不能变化的问题。

本发明的技术方案是：一种采用挤压方法制造内外双管中间带隔筋工件的模具，其特征在于，包括上下同轴设置的凸模和凹模，凸模的顶端固定在上模板的下面，凹模固定在下模板的上面，在该下模板的中部的通孔内滑动安装顶杆；

在该凸模的底端中部设有内管成型槽，在该内管成型槽外周设有数个径向的隔筋成型槽，在该隔筋成型槽的两侧设有外周凸模头，在该内管成型槽内为对应内管底部的中心凸模头；

所述的凹模的底端设有凹模底板，在该凹模底板的上面设有与所述的工件底端形状对应的凹凸结构；在该凹模底板的中心设有脱模通孔，并穿过所述的顶杆；

所述的凸模与凹模组合后，在两者之间形成与所述的工件对应的工件成型空腔。

所述的凸模的外周设有至少四条轴向的U形导槽；在所述的凹模的顶端装有圆环形的导板，该导板的内周面与凸模导向面滑动配合；在该导板的下面沿圆周均布有与U形导槽对应的径向的刮板导向槽，在每一刮板导向槽内安装有个可滑动刮板，刮板的内端形状与U形导槽对应，并用刮板紧固螺钉穿过导板的螺孔紧固。

在所述的凸模的顶端设有外凸缘；所述的凸模的顶端通过固定板和垫板与上模板连接，垫板的上面与上模板的下面连接，在该垫板的下面中部设有与凸模顶端外凸缘配合的圆形凹槽，凸模顶端外凸缘嵌入该圆形凹槽内并用圆环形的固定板套在外凸缘下面，用螺钉紧固。

所述的凸模的中心凸模头的底面高于外周凸模头的底面一个高度差h。

所述的隔筋成型槽的顶端从外管至内管的轨迹形状为水滴形。

所述的凹模的外周装有圆筒状的应力圈，在所述的下模板的上面装有下垫板，应力圈与凹模之间的接触面是1.5°倒锥面，应力圈靠该倒锥面紧紧向下压住凹模的外周面，下模板、下垫板与应力圈由螺钉连接，下模板在使用时固定在液压机的工作台上静止不动。

一种使用所述的模具采用挤压方法制造内外双管中间带隔筋工件的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）锯切下料：将圆柱形原料锯切分段；

（2）一次加热：将分段后的原料加热；

（3）镦粗预成型：将加热后的原料预成型为与成型模具的凹模配合的圆锥台形毛坯工件；

（4）二次加热：再次加热到适于挤压的温度；

（5）一次立式挤压成形：将加热后的毛坯工件置入凹模内，并使毛坯工件悬空，然后启动冲压机，使凸模下行与凹模合拢将毛坯工件挤压成型。

所述的步骤（5）的具体操作方法是：

A、开启液压机，将凸模下移到凹模内；

B、将刮板向中心移动，使其内端移到与凸模的U形导槽底面的位置；然后上移凸模；

C、在模具上涂抹润滑剂，然后将加热后的毛坯工件置入凹模内；

D、启动液压机，使凸模下行与凹模合拢将毛坯工件挤压成型为挤压件成品；

E、提起凸模，挤压件成品的外管的顶端被刮板压住，防止被凸模带出；

F、冷却后，将刮板向外周移动，使其内端移出凹模的内周面；

G、用顶杆将挤压件成品向上顶出凹模，完成脱模。

本发明与现有技术比较，具有以下技术效果：

1、该技术生产的零件具有整体性、封闭性，挤压过程中材料无分流，零件无焊合点、强度高；

2、通过设计凸模内外型腔的高度，内外管高度可控；卧式挤压无法达到

3、该技术生产的双管带隔筋件的隔筋上端面饱满，无需加工，而普通挤压隔筋上端面不齐，需要后续加工，铸造和焊接达不到所需的强度；

4、通过凸凹模同时挤压材料，把连皮留在中间，保证了通孔管形件上下部位的工作强度，中间连皮可去；

5、该技术可以推广到内外管高低，喇叭度的变化，隔筋的横断面形状、数量的改变成形，

6、水滴形的隔筋解决了上端面水平部分折叠问题，

7、心部凸模头上抬一定距离h解决了内管高出隔筋H部分的成形

8、本零件挤压毛坯是悬空放置形成毛坯先弯后挤压的变形形式，解决了毛坯在凹模中的放置对中问题，降低了挤压力，挤压件制成后容易脱模。

9、传统模具结构有导柱、导套不能加热；本发明增加导板和刮板、凸模开U型十字槽的结构解决了凸凹模对中、导向、卸料、加热问题、正反面图形对应问题。

附图说明

图1是用传统卧式挤压制造的带内隔筋的内外管工件的结构示意图（图2的A-A剖视图）；

图2是图1的俯视图；

图3是一种内隔筋端面平直，且比内管端面位置低的工件的结构示意图（图4的B-B剖视图）；

图4是图3的俯视图；

图5是采用本发明加工的工件结构示意图（图6的C-C剖视图）；

图6是图5的俯视图；

图7是本发明终挤压成型模具的终挤压成形模具装配图（轴向剖视图）；

图8是图7所示的模具的凸模与凹模分开时的结构示意图；

图9是图7中凸模与凹模部分的结构示意图；

图10是图9的D-D剖视图；

图11是本发明的凸模的立体结构示意图；

图12是本发明的导板的立体结构示意图；

图13是本发明挤压方法中在图8所示的凹模内放入毛坯材料的示意图；

图14是本发明模具挤压后状态的结构示意图；

图15是本发明凸模完全脱离挤压件的结构示意图；

图16是本发明挤压件脱模后的结构示意图。

附图标记说明：1、上模板，2、凸模，3、固定板，4、垫板，5、导板，51、刮板导向槽，52、凸模导向面，53、刮板紧固螺孔，6、刮板，7、凹模，8、应力圈，9、凹模底板，10、下垫板，11、下模板，12、顶杆，13、螺钉,14、螺钉，15、平键，16、U形导槽，17、毛坯工件，18、挤压件成品，19、刮板与挤压件接触面，20、工件成型空腔，21、隔筋两侧的外周凸模头；22、对应内管底部的中心凸模头；23、凸模的内管成型槽；24凸模的隔筋成型槽，25、刮板紧固螺钉，31、外管，32、内管，33、隔筋。

具体实施方式

参见图1～图16，本发明一种采用挤压方法制造内外双管中间带隔筋工件的模具，其特征在于，包括上下同轴设置的凸模2和凹模7，凸模2的顶端固定在上模板1的下面，凹模7固定在下模板11的上面，在该下模板11的中部的通孔内滑动安装顶杆12。

在该凸模的底端中部设有内管成型槽23，在该内管成型槽23外周设有数个径向的隔筋成型槽24，在该隔筋成型槽24的两侧设有外周凸模头21，在该内管成型槽23内为对应内管底部的中心凸模头22。

所述的凹模7的底端设有凹模底板9，在该凹模底板9的上面设有与所述的工件底端形状对应的凹凸结构；在该凹模底板9的中心设有脱模通孔，并穿过所述的顶杆12。所述的凹模7的外周装有圆筒状的应力圈8，在所述的下模板11的上面装有下垫板10，应力圈8与凹模7之间的接触面是1.5°倒锥面，应力圈8靠该倒锥面紧紧向下压住凹模7的外周面，下模板11、下垫板10与应力圈8由螺钉连接，下模板11在使用时固定在液压机的工作台上静止不动。

在凹模7和凹模底板9的底端与下垫板10之间，以及下垫板10与下模板11之间用平键15控制水平方向自由度，键比销子抗剪力大的多，容易装配，互换性强。

所述的凸模2与凹模7组合后，在两者之间形成与所述的工件对应的工件成型空腔20。

所述的凸模2鼠标的外周设有至少两条轴向的U形导槽16；在所述的凹模7的顶端装有圆环形的导板5，该导板的内周面为与所述的凸模上部的外周面滑动配合的凸模导向面52；在该导板的下面设有沿圆周均布的与所述的U形导槽16对应的径向的刮板导向槽51，在每一刮板导向槽51内滑动安装一刮板6，刮板6的内端与U形导槽16对应，并用刮板紧固螺钉穿过导板5的导板紧固螺孔53紧固。

在所述的凸模2的顶端设有外凸缘；所述的凸模2的顶端通过固定板3和垫板4与上模板1连接，垫板4的上面与上模板1的下面连接，在该垫板4的下面中部设有与凸模2顶端外凸缘配合的圆形凹槽，凸模2顶端外凸缘嵌入该圆形凹槽内并用圆环形的固定板3套在外凸缘下面，用螺钉紧固。

所述的凸模2的中心凸模头22的底面高于外周凸模头21的底面一个高度差h，其范围为h=(1_~1.5)H。

所述的隔筋成型槽24的顶端从外管1至内管2的轨迹形状为水滴形。

本发明的上述模具在使用时采用标准立式液压机，适应设备比较宽泛，加热炉根据变形材料变形温度采用相应区间加热炉即可。

将上述的上模板1以及通过固定板3和垫板4与其组装在一体的凸模2安装在液压机的滑块下端，随液压机滑块上下运动。在凸模2、垫板4和上模板1三者之间也采用平键15控制水平方向自由度。

在安装模具时，需要上下模合模，目的是使凸模2与凹模7对中，对中方法是刮板6向中心滑动，插入凸模2的U形导槽16内，用紧固螺钉25压紧固定，刮板6是4个，前后左右各一个，形成凸模2在水平面的X和Y向定位，保证凸凹模间隙均匀一致。

本发明使用上述的磨具制造内外双管中间带隔筋工件的方法，包括以下步骤：

（1）锯切下料：将圆柱形原料锯切分段；

（2）一次加热：将分段后的原料加热，加热温度根据金属种类确定，以利于下一步骤的进行。例如，铝合金的加热温度为460-470℃。

（3）镦粗预成型：将加热后的原理预成型为与成型模具的凹模配合的圆台形毛坯工件；

（4）二次加热：再次加热到适于挤压的温度，铝合金加热到430-450℃。该加热温度根据金属种类以及挤压的结果进行常规试验和调整。

（5）一次立式挤压成形：将加热后的毛坯工件置入凹模内，并使毛坯工件悬空，然后启动冲压机，使凸模下行与凹模合拢将毛坯工件挤压成型。

所述的步骤（5）的具体操作方法是：

A、开启液压机，将凸模2下移到凹模7内（如图7所示）。

B、将刮板6向中心移动，使其顶到凸模2的U形导槽16侧面位置，并将刮板6紧固（如图9所示）；使凸模与凹模对中找正，然后凸模2回程上行。

C、在模具凸凹模表面涂抹润滑剂，将加热后的毛坯工件置入凹模7内（如图13所示）。

D、启动液压机，使凸模2下行与凹模7合拢将毛坯工件17挤压成型为挤压件成品18（如图14所示）；

E、提起凸模2，挤压件成品18的外管1的顶端被刮板6压住，防止被凸模带出（如图15所示）。

F、冷却后，将刮板6向外周移动，让出挤压件成品18向上的通道。

G、液压机顶出缸向上顶出顶杆12，挤压件成品18被顶杆12顶出凹模，到此完成一个工件制造循环（如图16所示）。

本发明主要针对图5和图6所示的内管32和外管31是曲面，中间由多隔筋33连接，且内管32、外管31、隔筋33高度不一致金属构件的成形方法和模具结构，达到构件整体变形后无焊缝、高性能、短流程的目的。并利用立式压力机成形填补了卧式挤压无法成形曲面外形的不足。

对于双管隔筋相连的形状，有一种形状无法挤压成（参见图3和图4），就是隔筋33端面平直，且比内管32端面位置低的形状，在有隔筋33的构件中普遍存在，而这种结构的工件隔筋33端面与内外管的连接处的圆角R处会产生折叠缺陷，导致挤压件报废。

为了克服上述缺陷，本发明在内外管间的隔筋端面优化出一条水滴形状的圆滑曲线L（参见图5）就能够避免折叠，而且一次挤压成隔筋33的上端面，水滴形能广泛应用在隔筋上，如果不采用水滴形就会导致内外管与隔筋过渡处及隔筋上端面中间发生折叠，水滴形上端面隔筋顺应了隔筋形状的流动规律，避免了隔筋与内外管交接处流速快，隔筋中间流速慢的缺点，使各区域上端面等速流动到位，解决了过渡区折叠问题，同时达到了隔筋端面形状光滑和饱满要求。

本发明出现方法中，采用毛坯工件17在凹模7内悬空放置的方法，能使凸模2在接触毛坯工件时，悬空的毛坯工件17能够自动找正与凹模7同心；其次，在毛坯工件17挤压下方形成高压空气，与顶出力方向一致，使压制后挤压件成品18容易脱模，降低顶杆12的受力强度。

另外本发明的模具为无导柱导套，模具可加热使用，导板5与凸模2的U形导槽16组成的导向结构代替传统模具的导柱、导套结构，凸模2上部沿圆周均布的四条U形导槽16导向，与刮板6配合保证凸模2凹模7的中心对中，在挤压过程中与导板5形成滑动配合导向，平衡挤压过程中材料变形水平方向的变形抗力。

导板5的作用是，在垂直方向对凸模2导正，水平方向对刮板6导正。在多隔筋成形过程中，材料的变形抗力会促使凹模7相对凸模2形成轻度旋转，隔筋会形成扭曲，产品报废，四个刮板6在凸模2的U形导槽16内形成十字滑动导向，保证挤压过程凹模7不旋转，挤压件正面与背面图形对应，不会错移。

本发明的模具设计，采用了挤压内管与隔筋高度不同的凸模设计结构，分别说明如下：

参见图5，内管32的上端面比隔筋33的上端面高出一定距离H，如果成形隔筋33的外周凸模头21的位置（高度）与中心凸模头22的位置一致，采用传统设计结构内管高出H部分就挤压不出来。本发明把成形内管的中心凸模头22底面上抬距离h（高于外周凸模头21的底面h，参见图9），就能挤压成内管32高出H部分。其原理是，中心凸模头22底面上抬距离h改变了被挤压材料流动顺序，先流动内管部分，后流动外管部分，内管成形是先反挤压后镦粗整形，保证隔筋上端面饱满光滑。

本发明为内外管形带隔筋构件在内外管及隔筋高度不同的条件下提供了一种便捷的挤压方法，模具的设计新颖独特。随着工业的高速发展，该类双管带隔筋件的应用也会越来越多，这种挤压成形方法和模具结构在工业生产中有很大的应用前景。

Claims (8)

1.一种采用挤压方法制造内外双管中间带隔筋工件的模具，其特征在于，包括上下同轴设置的凸模和凹模，凸模的顶端固定在上模板的下面，凹模固定在下模板的上面，在该下模板的中部的通孔内滑动安装顶杆；

在该凸模的底端中部设有内管成型槽，在该内管成型槽外周设有数个径向的隔筋成型槽，在该隔筋成型槽的两侧设有外周凸模头，在该内管成型槽内为对应内管底部的中心凸模头；

所述的凹模的底端设有凹模底板，在该凹模底板的上面设有与所述的工件底端形状对应的凹凸结构；在该凹模底板的中心设有脱模通孔，并穿过所述的顶杆；

所述的凸模与凹模组合后，在两者之间形成与所述的工件对应的工件成型空腔。

2.根据权利要求1所述的采用挤压方法制造内外双管中间带隔筋工件的模具，其特征在于，所述的凸模的外周设有至少四条轴向的U形导槽；在所述的凹模的顶端装有圆环形的导板，该导板的内周面与凸模导向面滑动配合；在该导板的下面沿圆周均布有与U形导槽对应的径向的刮板导向槽，在每一刮板导向槽内安装有个可滑动刮板，刮板的内端形状与U形导槽对应，并用刮板紧固螺钉穿过导板的螺孔紧固。

3.根据权利要求1所述的采用挤压方法制造内外双管中间带隔筋工件的模具，其特征在于，在所述的凸模的顶端设有外凸缘；所述的凸模的顶端通过固定板和垫板与上模板连接，垫板的上面与上模板的下面连接，在该垫板的下面中部设有与凸模顶端外凸缘配合的圆形凹槽，凸模顶端外凸缘嵌入该圆形凹槽内并用圆环形的固定板套在外凸缘下面，用螺钉紧固。

4.根据权利要求1所述的采用挤压方法制造内外双管中间带隔筋工件的模具，其特征在于，所述的凸模的中心凸模头的底面高于外周凸模头的底面一个高度差h。

5.根据权利要求1所述的采用挤压方法制造内外双管中间带隔筋工件的模具，其特征在于，所述的隔筋成型槽的顶端从外管至内管的轨迹形状为水滴形。

6.根据权利要求1所述的采用挤压方法制造内外双管中间带隔筋工件的模具，其特征在于，所述的凹模的外周装有圆筒状的应力圈，在所述的下模板的上面装有下垫板，应力圈与凹模之间的接触面是1.5°倒锥面，应力圈靠该倒锥面紧紧向下压住凹模的外周面，下模板、下垫板与应力圈由螺钉连接，下模板在使用时固定在液压机的工作台上静止不动。

7.一种使用权利要求1所述的模具采用挤压方法制造内外双管中间带隔筋工件的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）锯切下料：将圆柱形原料锯切分段；

（2）一次加热：将分段后的原料加热；

（3）镦粗预成型：将加热后的原料预成型为与成型模具的凹模配合的圆锥台形毛坯工件；

（4）二次加热：再次加热到适于挤压的温度；

（5）一次立式挤压成形：将加热后的毛坯工件置入凹模内，并使毛坯工件悬空，然后启动液压机，使凸模下行与凹模合拢将毛坯工件挤压成型。

8.根据权利要求7所述的采用挤压方法制造内外双管中间带隔筋工件的方法，其特征在于，所述的步骤（5）的具体操作方法是：

A、开启液压机，将凸模下移到凹模内；

B、将刮板向中心移动，使其顶到凸模的U形导槽侧面位置，并将刮板紧固；使凸模与凹模对中找正，然后凸模回程上行；

C、在模具上涂抹润滑剂，然后将加热后的毛坯工件置入凹模内；

D、启动液压机，使凸模下行与凹模合拢将毛坯工件挤压成型为挤压件成品；

E、提起凸模，挤压件成品的外管的顶端被刮板压住，防止被凸模带出；

F、冷却后，将刮板向外周移动，使其内端移出凹模的内周面；

G、用顶杆将挤压件成品向上顶出凹模，完成脱模。