CN107413875A - 一种管材挤压成形模具及其成形方法 - Google Patents

一种管材挤压成形模具及其成形方法 Download PDF

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Abstract

一种管材挤压成形模具及其成形方法，包括冲模、型模和芯模组成，冲模与型模为一环件，芯模为一圆柱形的柱体，型模与芯模之间为成形型腔，成形型腔分为挤入段、挤压段和挤出段；挤入段、挤压段及挤出段为一环形空心通道，挤压段内壁与芯模外壁上各有一个圆弧凹槽，芯模外壁上凹槽位置高于挤压段内壁凹槽，挤入段下端与挤出段上端连接圆弧凹槽，管壁材料在模具型腔的挤压段处，能够受到两侧不同时的镦粗和挤压变形，由于变形部位的存在一个时序落差，致使两个变形部位之间的材料还受到一个剪切变形，有利于材料组织的改善和材料性能的提高，具有变形效果好，速度快，效率高的优点，该发明具有成形方法简单，操作简便等优点，有利于提高材料的生产效率。

Description

一种管材挤压成形模具及其成形方法
技术领域
本发明属于金属材料挤压技术领域，具体涉及一种管材挤压成形模具及其成形方法。
背景技术
管材是工业生产中广泛使用的重要原料。管材的塑性加工技术由于具有低能耗、省材料、高效率等优点，成为管材加工的主要手段。基于传统的管材成形方法，剧烈塑性变形衍生出一系列的新型管材成形方式，例如，Tubular channel angular pressing，Tubechannel pressing和High-pressure tube twisting等（Sci China Tech Sci, 2012, 55:1−6），此外，在传统的管材挤压变形的基础上，为提高管材的成形效率，申请公布号为CN104307908A和CN102430609A的申请专利也提出增加其他扭转变形方式实现材料的大塑性变，由于扭转变形的加入致使管材成形的工艺复杂，操作不易控制。
通过大塑性变形实现管材的成形是当今管材塑性加工的一个研究方向，采用镦挤相结合复合成形方式可有效地提高管材的成形效率。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种管材挤压成形模具及其成形方法，可实现管材镦挤相结合的复合成形及附加剪切变形方式，有利于材料的组织的改善和成形的效率的提高。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种管材挤压成形模具，包括冲模、型模和芯模组成，冲模与型模为一环件，芯模为一圆柱形的柱体，型模与芯模之间为成形型腔，成形型腔分为挤入段、挤压段和挤出段；挤入段、挤压段及挤出段为一环形空心通道，挤压段内壁与芯模外壁上各有一个圆弧凹槽，芯模外壁上凹槽位置高于挤压段内壁凹槽，挤入段下端与挤出段上端连接圆弧凹槽。
所述的圆弧凹槽的圆弧，长轴为a，短轴为b椭圆的一段，两圆弧所在的椭圆的中心点距离为L，其中0.5≤b/a<1。
所述的冲模的环件横截面的内径为D，外径为D1，长度为12L～15L，型模的环件横截面的外径为D2，挤入段的环形通道横截面的内径为D，外径为D1，挤入段的长度为10L，挤出段的环形通道横截面的内径为D3，外径为D4，挤出段的长度为3L，其中0.5（D4-D3）<a，D3<D<D4<D1。
所述的芯模的长度与型模的长度相同。
一种管材挤压成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，准备：清洁管材挤压成形模具的冲模、型模和芯模，在第一预成形管材内外表面、冲模的内外表面、型模的内表面和芯模的外表面上涂抹挤压润滑剂；
步骤二，装配：将管材挤压成形模具的型模套在芯模上，使型模的中心轴和芯模的中心轴同轴，使型模的中心轴和芯模的底面处于同一平面，将第一预成形管材放置于管材挤压成形模具的型模和芯模组成的成形型腔的挤入段中，第一预成形管材的下端面与挤压段的上端面相接触，第一预成形管材的上端面为挤压端面，将冲模放入管材挤压成形模具的成形型腔的挤入段中，冲模的一端连接到挤压装置的装夹固定端，另一端为挤压工作端，与第一预成形管材的挤压端面相接触；
步骤三，挤压成形：开启挤压装置，冲模以1～10mm/s的挤压速度挤压第一预成形管材，当冲模的挤压工作端面与管材挤压成形模具的成形型腔的挤压段的上端面重合时，关闭挤压装置，停止冲模的挤压运行；
步骤四，挤出成形：再开启挤压装置，冲模以10～20mm/s的速度提升，当冲模完全从管材挤压成形模具的成形型腔出来时，将第二预变形管材放置于管材挤压成形模具的成形型腔的挤入段中，开启挤压装置，冲模以1～10mm/s的挤压速度挤压第二预变形管材，当冲模的挤压端面与管材挤压成形模具的成形型腔的挤压段的上端面重合时，关闭挤压装置，停止冲模的挤压运行，第二预变形管材会将第一预变形管材挤出管材挤压成形模具的成形型腔，第一预变形管材依次经过管材挤压成形模具的成形型腔的挤入段、挤压段、挤出段的变形，完成第一预成形管材挤压成形；
步骤五，成形收尾：开启挤压装置，冲模以10～20mm/s的速度提升，冲模完全从管材挤压成形模具的成形型腔出来。
上述管材挤压成形模具的成形方法，所述预成形管材的内径为D，外径为D1，长度为5L～8L。
本发明的有益效果是:
本发明采用的管材挤压成形的技术方案，可实现管材的镦挤压相结合的复合成形方式。管材受到冲模、型模的成形型腔和芯模的限制，处于强烈的三向压应力状态，在模具型腔的挤压段处，管壁材料能够受到两侧不同时的镦粗和挤压变形，由于内外管壁的变形部位存在一个前后落差，致使两个变形部位之间的材料还受到一个剪切变形，综上看到，管材受到三向压应力、镦挤和剪切变形三个同时作用力下，获得比传统单纯挤压成形更大的变形程度，有利于材料组织的改善和材料性能的提高。
本发明提供的一种用于管材挤压成形模具及其成形方法，具有变形效果好，速度快，效率高的优点，该发明具有成形方法简单，操作简便等优点，有利于提高管材的生产效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意剖面图。
图2是图1的仰视结构示意图；
图3是本发明的成形型腔结构示意图；
图4是本发明的的局部放大结构示意图；
图5是管材在挤压成形中材料填充情况的示意图。
其中，1为冲模；2为型模；3为芯模；4为挤入段；5为挤压段；6为挤出段。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例：外径为20mm，内径为15mm，长度为80mm的管材挤压成形模具及其成形方法。
图1～4示出了管材挤压成形模具的结构，由冲模1、型模2和芯模3垫块4组成，型模2和芯模3可组成管材挤压成形模具的成形型腔，成形型腔分为挤入段4、挤压段5和挤出段6；
冲模1为一环件，环件横截面的内径为15mm，外径为20mm，冲模1的长度为130 mm；
型模2为一环件，环件横截面的外径为40 mm；
芯模3为一圆柱形的柱体，芯模3的长度与型模2的长度相同；
成形型腔的挤入段4为一环形通道，横截面的内径为15mm，外径为20mm，挤入段4的长度为100 mm；
成形型腔的挤压段5为一环形通道，环形通道的内外壁上各有一个圆弧的凹槽，圆弧为长轴为4 mm，短轴为2.5 mm椭圆的一段，两圆弧所在的椭圆的中心点距离为10mm，挤入段4和挤出段6分别与挤压段5的两圆弧的凹槽相接；
成形型腔的挤出段6为一环形通道，横截面的内径为14 mm，外径为18 mm，挤出段6的长度为10mm；
本发明采用上述管材挤压成形模具的成形方法的步骤为：
步骤一，准备：清洁管材挤压成形模具的冲模1、型模2和芯模3，在第一预成形管材内外表面、冲模1的内外表面、型模2的内表面和芯模3的外表面上涂抹挤压润滑剂；
步骤二，装配：将管材挤压成形模具的型模2套在芯模3上，使型模2的中心轴和芯模3的中心轴同轴，使型模2的中心轴和芯模3的底面处于同一平面，将第一预成形管材放置于管材挤压成形模具的型模2和芯模3组成的成形型腔的挤入段4中，第一预成形管材的下端面与挤压段5的上端面相接触，第一预成形管材的上端面为挤压端面，将冲模1放入管材挤压成形模具的成形型腔的挤入段4中，冲模1的一端连接到挤压装置的装夹固定端，另一端为挤压工作端，与第一预成形管材的挤压端面相接触；
步骤三，挤压成形：开启挤压装置，冲模1以8mm/s的挤压速度挤压第一预成形管材，当冲模1的挤压工作端面与管材挤压成形模具的成形型腔的挤压段5的上端面重合时，关闭挤压装置，停止冲模1的挤压运行；
步骤四，挤出成形：再开启挤压装置，冲模1以15mm/s的速度提升，当冲模1完全从管材挤压成形模具的成形型腔出来时，将第二预变形管材放置于管材挤压成形模具的成形型腔的挤入段4中，开启挤压装置，冲模1以8mm/s的挤压速度挤压第二预变形管材，当冲模1的挤压端面与管材挤压成形模具的成形型腔的挤压段5的上端面重合时，关闭挤压装置，停止冲模1的挤压运行，第二预变形管材会将第一预变形管材挤出管材挤压成形模具的成形型腔，第一预变形管材依次经过管材挤压成形模具的成形型腔的挤入段4、挤压段5、挤出段6的变形，完成第一预成形管材挤压成形；
步骤五，成形收尾：开启挤压装置，冲模1以15mm/s的速度提升，冲模1完全从管材挤压成形模具的成形型腔出来。
本发明的目的在于提出了一种简单易操作的用于管材挤压成形模具及其成形方法，可实现管材的附带剪切的镦挤复合成形方式，具有变形效果好，速度快，效率高的优点，可满足材料科学工程中科研和生产的需求。通过更改模具的形状和尺寸，具体实施方式不变，满足不同管材的成形要求，更多的成形实施例不便胜举。

Claims (6)

1.一种管材挤压成形模具，包括冲模（1）、型模（2）和芯模（3）组成，其特征在于，冲模（1）与型模（2）为一环件，芯模（3）为一圆柱形的柱体，型模（2）与芯模（3）之间为成形型腔，成形型腔分为挤入段（4）、挤压段（5）和挤出段（6）；挤入段（4）、挤压段（5）及挤出段（6）为一环形空心通道，挤压段（5）内壁与芯模（3）外壁上各有一个圆弧凹槽，芯模（3）外壁上凹槽位置高于挤压段（5）内壁凹槽，挤入段（4）下端与挤出段（6）上端连接圆弧凹槽。
2.根据权利要求1所述的一种管材挤压成形模具，其特征在于，所述的圆弧凹槽的圆弧，长轴为a，短轴为b椭圆的一段，两圆弧所在的椭圆的中心点距离为L，其中0.5≤b/a<1。
3.根据权利要求1所述的一种管材挤压成形模具，其特征在于，所述的冲模（1）的环件横截面的内径为D，外径为D1，长度为12L～15L，型模（2）的环件横截面的外径为D2，挤入段（4）的环形通道横截面的内径为D，外径为D1，挤入段的长度为10L，挤出段（6）的环形通道横截面的内径为D3，外径为D4，挤出段的长度为3L，其中0.5（D4-D3）<a，D3<D<D4<D1。
4.根据权利要求1所述的一种管材挤压成形模具，其特征在于，所述的芯模（3）的长度与型模（2）的长度相同。
5.一种管材挤压成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，准备：清洁管材挤压成形模具的冲模、型模和芯模，在第一预成形管材内外表面、冲模的内外表面、型模的内表面和芯模的外表面上涂抹挤压润滑剂；
步骤二，装配：将管材挤压成形模具的型模套在芯模上，使型模的中心轴和芯模的中心轴同轴，使型模的中心轴和芯模的底面处于同一平面，将第一预成形管材放置于管材挤压成形模具的型模和芯模组成的成形型腔的挤入段中，第一预成形管材的下端面与挤压段的上端面相接触，第一预成形管材的上端面为挤压端面，将冲模放入管材挤压成形模具的成形型腔的挤入段中，冲模的一端连接到挤压装置的装夹固定端，另一端为挤压工作端，与第一预成形管材的挤压端面相接触；
步骤三，挤压成形：开启挤压装置，冲模以1～10mm/s的挤压速度挤压第一预成形管材，当冲模的挤压工作端面与管材挤压成形模具的成形型腔的挤压段的上端面重合时，关闭挤压装置，停止冲模的挤压运行；
步骤四，挤出成形：再开启挤压装置，冲模以10～20mm/s的速度提升，当冲模完全从管材挤压成形模具的成形型腔出来时，将第二预变形管材放置于管材挤压成形模具的成形型腔的挤入段中，开启挤压装置，冲模以1～10mm/s的挤压速度挤压第二预变形管材，当冲模的挤压端面与管材挤压成形模具的成形型腔的挤压段的上端面重合时，关闭挤压装置，停止冲模的挤压运行，第二预变形管材会将第一预变形管材挤出管材挤压成形模具的成形型腔，第一预变形管材依次经过管材挤压成形模具的成形型腔的挤入段、挤压段、挤出段的变形，完成第一预成形管材挤压成形；
步骤五，成形收尾：开启挤压装置，冲模以10～20mm/s的速度提升，冲模完全从管材挤压成形模具的成形型腔出来。
6.根据权利要求5所述的一种管材挤压成形方法，其特征在于，上述管材挤压成形模具的成形方法，所述预成形管材的内径为D，外径为D1，长度为5L～8L。
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