CN105033140B - 一种铝合金等温热镦挤复合成形模具及方法 - Google Patents

Abstract

一种铝合金等温热镦挤复合成形模具，包括上模和下模，下模包括顶杆和模套，模套为下端圆周设有外凸肩的桶状形，底端面开有中心孔，侧壁上部沿圆周均布有多个螺纹通孔，自凸肩沿轴向侧壁上套装有加热器，模套内自下而上依次叠置开有中心通孔、截面为T型、下端穿出模套中心孔的垫块，和设有与垫块同轴的上大下小阶梯孔，且下端圆周设有外凸肩的型腔，型腔外圆上套装有与之相配合的挤压筒，挤压筒外圆壁上对应模套螺纹孔设有环形凹槽，上端面上设有安置热电偶的盲孔；所述顶杆插配在垫块的中心孔中。本发明的模具结构简单，简化了成形工序，降低了成本，改善了制件组织，提高了制件尺寸精度与表面质量。本发明还公开了使用本模具镦挤制件的方法。

Description

一种铝合金等温热镦挤复合成形模具及方法

技术领域

本发明属于金属制备成形技术领域，涉及一种等温成形条件下，铝合金热镦挤复合体积成形模具及方法，特别适合具有大截面比、且一端为异形形状的铝合金锻件的制坯成形。

背景技术

传统具有异形端头部的中、小长轴类锻件的制坯方法往往采用先挤出杆部、后镦粗头部的两工序、普通锻造成形方法，每步成形工序都需要设计专门的模具，坯料要经过两次加热并且两工序之间跟随多道辅助工序，比如：打磨、吹砂、腐蚀、清洗等等。传统的成形方式一方面增加了生产周期与成本，并且先成形的坯料杆部在随后的镦头工序中不再参与塑性变形，而完全处于空烧状态，极易造成晶粒长大；另外，普通锻操作过程难以稳定控制毛坯的实际成形温度，常造成锻件温度波动过大，以上因素均会恶化锻件的冶金质量及力学性能。

传统挤压模具的成形型腔往往采用组合设计的方式，挤压件的端头部与杆部分别由不同模具部件成形，由于两部分型腔转接处无法实现自然、平滑过渡，常导致挤压件转接过渡区的几何尺寸与表面质量较差。

传统挤压模及镦头模在服役过程中，坯料与模具表面间的粘着容易引起型腔部件上下窜动，影响生产，甚至损坏模具。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题和缺陷，提供一种铝合金等温热镦挤复合成形模具及方法。

本发明所提出的等温成形方法可以减少人为操作因素所导致的坯料成形温度波动，进而有效改善制品的成形质量、避免各种成形缺陷。通过合理的模具设计，实现一次完成异形端头部的镦粗成形及圆杆部位的挤出，具有成形工艺及模具结构简单，材料利用率高，成形尺寸精度好，制件组织均匀，节省生产周期及成本等优点。

为达到上述目的，本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种铝合金等温热镦挤复合成形模具，包括上模和下模，所述下模包括顶杆9和模套8，所述模套8为下端圆周设有外凸肩的桶状形，底端面开有中心孔，侧壁上部沿圆周等分均布有多个螺纹通孔，自凸肩沿轴线的侧壁上套装有加热器5，模套8内自下而上依次叠置开有中心通孔、截面为T型、下端穿出模套8中心孔的垫块7，和设有与垫块7同轴的上大下小阶梯孔，且下端圆周设有外凸肩的型腔2，所述型腔2外圆上套装有与之相配合的挤压筒4，所述挤压筒4的外圆壁上对应模套8螺纹孔位处设有一环形凹槽，其上端面上设有一盲孔，盲孔中安置有热电偶3；所述顶杆9自下而上插配在垫块7的中心孔中。

上述所述的挤压筒4和垫块7的端面上还各自分别设有用于吊装的两个螺纹孔。

上述所述的挤压筒4和垫块7的外圆与所述的模套8的内圆之间还设有单边间隙，间隙值优选为0.03-0.05mm。

上述所述的环形凹槽的截面形状为矩形。

上述所述的多个螺纹通孔的优选数为3个，螺纹通孔还设有沉孔。

上述所述的上大下小阶梯孔的上端设有倒角，大小孔之间转接处设有圆弧过渡，下小孔端为喇叭形，角度优选为2～3°。所述的上大下小阶梯孔的上大孔为异形孔或非异形孔中的任一种，下小孔为圆孔。

上述所述的型腔2与挤压筒4的配合为过盈配合。

上述所述的加热器5由加热电阻丝和保温石棉材料构成。

上述所述的上模1、型腔2和挤压筒4的材质为H13热作模具钢，热处理硬度为HRC48-52，所述的垫块7、模套8和顶杆9的材质为普通碳素结构钢，硬度HRC30～40。

为达到上述目的，本发明解决技术问题所采用的另一技术方案是：

一种使用铝合金等温热镦挤复合成形模具镦挤复合成形制件的方法，包括以下步骤：

1、将本发明的模具固定在压力机工作台上，顶杆9与压力机顶出系统连接，根据设计要求调整顶杆9的顶出高度；将热电偶3和加热器5与外置的控温系统相连，设定加热器5温度范围为430℃～460℃；

2、采用二硫化钼润滑剂润滑型腔2的模腔部分与上模1的刃口部分，先将铝合金棒料加热至始锻温度范围为430℃～460℃，按1.5分钟/mm计算铝合金棒料的保温时间进行保温，再将加热后的铝合金棒料放入模具的型腔2中，保温1～2分钟后，操控压力机带动上模1下行，镦挤铝合金棒料使其端头部分达到设计高度尺寸后，操控上模1回程，完成铝合金棒料的成形过程；

3、待上模1停在压力机行程上位后，操控压力机顶出系统驱动顶杆9，将成形制件从型腔2中顶出。

本发明的铝合金等温热镦挤复合成形模具及方法的优点和有益效果：

1.本发明的模具结构简单，功能优良，由于采用了等温成形方式减小了坯料的温度波动，提高了其塑性变形能力，简化了成形工序，降低了生产周期与成本，改善了制件的组织，提高了制件的尺寸精度与表面质量。

2.本发明由于坯料整体参与塑性变形，有助于改善制件的组织均匀性及力学性能。

3.本发明的模具其模套内壁与内部组件之间采用一定的装配精度，以保证整个工作部分的同轴度。

4.本发明的模具型腔部分由于采用了整体式设计，制件成形表面及尺寸完全受型腔约束与控制，保证了其尺寸精度与表面质量。

5.本发明的模具型腔与挤压筒之间采用了适当过盈配合，使型腔建立起一定的预紧压应力，该预紧力可部分抵消成形过程中的涨模力，显著提高成形型腔的疲劳寿命与承载强度。

6.本发明的模具利用螺栓穿过模套侧壁上的螺纹孔并嵌入挤压筒的凹槽中，可防止挤压筒与镶块在坯料镦挤过程中的上下窜动。

7.本发明的模具模套内部各组件端面加工有螺纹孔，便于细长螺杆旋入，进而方式吊装，便于部件取放。

附图说明

图1为本发明的模具构造示意图，

图2为上模主视图，

图3为上模仰视图，

图4为型腔主剖视图，

图5为型腔俯视图，

图中，1—上模，2—型腔，3—热电偶，4—挤压筒，5—加热器，6—螺栓，7—垫块，8—模套，9—顶杆。

具体实施方式

为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合附图，对本发明的一种铝合金等温热镦挤复合成形模具及方法的技术方案作进一步的详细说明。

如图1至图5所示，为本发明的一种铝合金等温热镦挤复合成形模具，包括上模和下模，所述下模包括顶杆9和模套8，所述模套8为下端圆周设有外凸肩的桶状形，底端面开有中心孔，侧壁上部沿圆周等分均布有3个带沉孔的螺纹通孔，自凸肩沿轴向的侧壁上套装有由加热电阻丝和保温石棉材料构成的加热器5，模套8内自下而上依次叠置有开有中心孔，且下端穿出模套8中心孔的截面为T型的垫块7，和设有与垫块7同轴、下端圆周设有外凸肩、上大异形孔与下小圆孔的镦挤型腔2，所述上大异形孔的上端设有倒角，大小孔转接处设有圆弧过渡，下小孔沿轴线设有角度为2～3度的喇叭形，所述型腔2外圆上采用过盈配合套装有与之相配合的挤压筒4，所述挤压筒4的外圆壁上对应模套8螺纹孔位置处设有截面形状为矩形的环形凹槽，其上端面上设有一盲孔，盲孔中安置有热电偶3；所述顶杆9自下而上插配在垫块7的中心孔中。其中所述的挤压筒4和垫块7的端面上还各自分别设有用于吊装的两个螺纹孔。

所述的挤压筒4和垫块7的外圆与所述的模套8的内圆之间还设有0.03-0.05mm的单边间隙，以保证各组件间的同轴精度。所述的上模1、型腔2和挤压筒4的材质采用H13热作模具钢，热处理硬度为HRC48-52，所述的垫块7、模套8和顶杆9的材质采用普通碳素结构钢，硬度HRC30-40。

本发明的铝合金等温热镦挤复合成形模具，根据镦挤后坯料形状设计，考虑铝合金材料的热膨胀系数，计算出相应的上模1的刃口部分尺寸、型腔2的成形腔体部分尺寸。型腔2的头部腔体总高度应为成形制件头部高度再加15mm；杆部型腔按照制件杆部尺寸设计并在高度上保持约10mm，以下部分是2°～3°的喇叭口；型腔2的头部腔体与杆部腔体之间的转接区域采用圆弧自然过渡。

使用本发明的铝合金等温热镦挤复合成形模具镦挤复合成形制件的方法，包括以下步骤：

(1)成形前，将模具固定在压力机工作台上，顶杆9与压力机顶出系统连接，并根据设计要求调整至合适的顶出高度。将热电偶3与加热器5与外置的控温系统相连，实时监测挤压筒内部温度并反馈给控温系统，控温系统根据温度设定值决定加热器5是否给模具加热，进而保证模具温度保持在设定范围内(430℃～460℃)。

(2)每次成形前均需采用二硫化钼润滑剂润滑型腔2的模腔部分与上模1的刃口部分，将铝合金棒料加热至始锻温度范围(430℃～460℃)，保温一定时间(按1.5分钟/mm计算)。将加热后的铝合金棒料迅速放入镦挤模具的型腔2中，保温1～2分钟后，操控压力机带动上模1下行，镦挤棒料使其端头部分达到设计高度尺寸后，上模1回程，坯料完成变形过程。

(3)待上模1停在压力机行程上位后，操作顶出装置并驱动顶杆9，将镦挤成形制件从型腔2中顶出后取出。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的等效改变和变形，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种铝合金等温热镦挤复合成形模具，包括上模和下模，其特征在于，所述下模包括顶杆和模套，所述模套为下端圆周设有外凸肩的桶状形，底端面开有中心孔，侧壁上部沿圆周均布有3个设有沉孔的螺纹通孔，自外凸肩沿轴向的侧壁上套装有由加热电阻丝和保温石棉材料构成的加热器，模套内自下而上依次叠置开有中心通孔、截面为T型、下端穿出模套中心孔的垫块，和设有与垫块同轴的上大下小阶梯孔，且下端圆周设有外凸肩的型腔，所述型腔外圆上套装有与之相过盈配合的挤压筒，所述挤压筒的外圆壁上对应模套螺纹通孔位处设有一截面形状为矩形的环形凹槽，上端面上设有一盲孔，盲孔中安置有热电偶；所述顶杆自下而上插配在垫块的中心通孔中；其中，所述的挤压筒和垫块的端面上还各自分别设有用于吊装的两个螺纹孔；所述的挤压筒和垫块的外圆与所述的模套的内圆之间还设有0.03-0.05mm的单边间隙；所述的上大下小阶梯孔的上端设有倒角，大小孔之间转接处设有圆弧过渡，上大孔为异形孔或非异形孔，下小孔为圆孔，且孔端为喇叭形。

2.根据权利要求1所述的铝合金等温热镦挤复合成形模具，其特征在于，所述型腔和挤压筒的材质为H13热作模具钢，热处理硬度为HRC48～52，所述的垫块、模套和顶杆的材质为普通碳素结构钢，硬度HRC30～40。

3.一种使用权利要求1所述的铝合金等温热镦挤复合成形模具镦挤复合成形制件的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将模具固定在压力机工作台上，顶杆与压力机顶出系统连接，根据设计要求调整顶杆的顶出高度；将热电偶和加热器与外置的控温系统相连，设定加热器温度范围为430℃～460℃；

(2)采用二硫化钼润滑剂润滑型腔的模腔部分与上模的刃口部分，先将铝合金棒料加热至始锻温度范围为430℃～460℃，按1.5分钟/mm计算铝合金棒料的保温时间进行保温，再将加热后的铝合金棒料放入模具的型腔中，保温1～2分钟后，操控压力机带动上模下行，镦挤铝合金棒料使其端头部分达到设计高度尺寸后，操控上模回程，完成铝合金棒料的成形过程；

(3)待上模停在压力机行程上位后，操控压力机顶出系统驱动顶杆，将成形制件从型腔中顶出。