CN107891080A - 一种异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具及其设计方法 - Google Patents

一种异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具及其设计方法 Download PDF

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Abstract

一种异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具及其设计方法，模具包括凸模(1)、凹模(2)、定位板(3)、吊耳(4)；凸模(1)底面为向外凸出的成形型面，根据热成形温度要求，确定成形型面在毛坯件型面基础上的放大系数；凹模(2)顶面上开有成形凹槽，根据热成形温度要求，确定成形凹槽轮廓在毛坯件型面基础上的放大系数；定位板(3)位于凹模(2)两侧中部；吊耳(4)分别分布在凸模(1)、凹模(2)侧面。本发明能有效地保证异形曲面铝合金薄壁件精密热成形，模具成形出的铝合金异形曲面铝合金薄壁件质量稳定，尺寸精度、型面精度以及表面质量较高，并且成形周期较短，生产效率高。

Description

一种异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具及其设计方法
技术领域
本发明属于精密钣金加工领域，涉及一种热成形模具及其设计方法。
背景技术
当前，航空航天产品零件正向轻量化、复杂化及整体化方向发展，铝合金因具有比强度高、比刚性高、导热性好等优异的使用性能，广泛的应用于航空航天、轨道交通、武器装备等领域。
在航空航天领域，产品构件的整体化、轻量化程度要求越来越高，制造尺寸精度要求也越来越高。某异形曲面铝合金薄壁件具有壁薄、变截面、非对称等特点，采用传统的冷压成形工艺，易出现褶皱裂纹等缺陷，且成形后回弹大，尺寸精度无法达到要求。因此，该类型构件需要采用热成形工艺成形并需要设计专用的热成形模具。合理的热成形模具设计可以避免褶皱缺陷的产生、保证尺寸精度要求、大大提高生产效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具及其设计方法，能有效地保证异形曲面铝合金薄壁件精密热成形，模具成形出的铝合金异形曲面铝合金薄壁件质量稳定，尺寸精度、型面精度以及表面质量较高，并且成形周期较短，生产效率高。
本发明所采用的技术方案是：一种异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具设计方法，包括如下步骤：
步骤一、根据待加工的零件外形及尺寸，确定模具的形式；
步骤二、根据模具形式，确定毛坯件外形，在毛坯件中部添加工艺筋槽；
步骤三、确定模具组件；
步骤四、根据步骤二工艺筋槽的位置及尺寸，确定凸模成形型面上的工艺凸台的位置及尺寸、凹模成形凹槽上的工艺凹槽的位置及尺寸；
步骤五、在凸模顶面上加工减重槽，在凹模底面上加工减重槽，在凹模两侧、靠近定位板处加工取料槽。
所述步骤一中模具的形式为一模两件形式。
所述步骤二中，毛坯件中部添加的工艺筋槽为与毛坯件随型的圆弧状，筋槽圆弧角度为35～45°、深度为10～15mm、宽度为10～15mm、过渡圆角半径为5mm。
所述模具包括凸模、凹模、定位板、吊耳；凸模底面为向外凸出的成形型面，根据热成形温度要求，确定成形型面在毛坯件型面基础上的放大系数；凹模顶面上开有成形凹槽，根据热成形温度要求，确定成形凹槽轮廓在毛坯件型面基础上的放大系数；定位板位于凹模两侧中部；吊耳分别分布在凸模、凹模侧面。
所述工艺凸台与工艺凹槽相互配合，用于加工工艺筋槽，工艺凸台与工艺凹槽的配合间隙为毛坯件的厚度。
所述凸模的各减重槽之间的间距为40～50mm，各减重槽底面与凸模成形型面的距离为40～50mm。
所述凹模的各减重槽之间的间距为40～50mm，各减重槽底面与凹模成形凹槽的距离为40～50mm。
一种异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具，包括凸模、凹模、定位板、吊耳；凸模底面为向外凸出的成形型面，根据热成形温度要求，确定成形型面在毛坯件型面基础上的放大系数；凹模顶面上开有成形凹槽，根据热成形温度要求，确定成形凹槽轮廓在毛坯件型面基础上的放大系数；定位板位于凹模两侧中部；吊耳分别分布在凸模、凹模侧面。
所述凸模成形型面中部有工艺凸台、凹模成形凹槽中部有工艺凹槽，工艺凸台与工艺凹槽相互配合，用于加工工艺筋槽，工艺凸台与工艺凹槽的配合间隙为毛坯件的厚度。
所述凸模顶面上有减重槽，各减重槽之间的间距为40～50mm，各减重槽底面与凸模成形型面的距离为40～50mm；所述凹模底面上有减重槽，各减重槽之间的间距为40～50mm，各减重槽底面与凹模成形凹槽的距离为40～50mm。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的模具设计方法考虑零件特点，采用一模两件模具形式，坯料成形过程中受力均衡不宜失稳且一次成形两件零件可使生产效率提升为原有2倍；
(2)本发明的模具设计方法考虑零件特点，采用热成形模具形式可有效避免零件回弹和裂纹等缺陷的产生；
(3)本发明的模具设计方法考虑毛坯件外形，在模具凸模、凹模分别添加工艺凸台和工艺凹槽，工艺凸台与工艺凹槽相互配合能有效避免零件起皱缺陷的产生；
(4)本发明的模具设计方法考虑坯料定位，位于凹模两侧中部的定位板(3)用于成形坯料的定位，能保证坯料定位准确；
(5)本发明的模具设计方法考虑成形件取出环节，在凹模两侧、靠近定位板处加工取料槽，便于成形后零件取出，大大降低取料导致零件变形的危险；模具设计方法考虑模具重量，进行了减重槽设计，大大降低模具重量，提高模具转运效率。
附图说明
图1a～图1d分别为异形曲面铝合金薄壁件示意图；
图2为异形曲面铝合金薄壁件一模两件示意图；
图3a、图3b分别为异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具示意图；
图4为异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具切剖图1；
图5为异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具切剖图2。
具体实施方式
下面结合附图及实施例作进一步详细说明。
一种异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具设计方法，其具体步骤如下：
步骤一，如图1a～图1d为待加工零件5异形曲面铝合金薄壁件示意图，分析零件外形及尺寸特点，零件5为Ⅲ、Ⅳ方向对称Ⅰ、Ⅱ方向非对称异形曲面薄壁件，为保证零件成形后不出现回弹并避免成形过程因受力不对称而失稳，采用一模两件的热成形模具形式。零件5关于对称面对称，主体结构为弧形结构，从正视图看，弧形结构两侧为关于对称面对称的长条平板结构，与对称面呈一定夹角，上轮廓线为关于对称面对称的弧线，下轮廓线为关于对称面对称的弧线，边缘与倾斜平板外轮廓直线平滑过渡；从俯视角度看，零件5外轮廓为梯形。
步骤二、如图2所示，根据一模两件模具形式，确定毛坯件6外形，在毛坯件6中部添加工艺筋槽61，艺筋槽61为与毛坯件6随型的圆弧状，筋槽圆弧角度为35～45°、深度为10～15mm、宽度为10～15mm、过渡圆角半径为5mm。在本实施例中，筋槽圆弧角度为40°、深度为10mm、宽度为10mm、过渡圆角半径为5mm。
步骤三、确定模具组件，如图3a、图3b所示，模具包括凸模1、凹模2、定位板3、吊耳4；凸模1底面为向外凸出的成形型面，根据热成形温度要求，确定成形型面在毛坯件型面基础上的放大系数；凹模2顶面上开有成形凹槽，根据热成形温度要求，确定成形凹槽轮廓在毛坯件型面基础上的放大系数，本实施例中，热成形温度为300～350℃，需要模具尺寸适当放大量为3‰左右；定位板3位于凹模2两侧中部；吊耳4分别分布在凸模1、凹模2侧面。
步骤四、根据步骤二工艺筋槽的位置及尺寸，确定凸模1成形型面上的工艺凸台11的位置及尺寸，工艺凸台11与工艺筋槽61凹型面随型，凸台圆弧角度为45～50°、高度为10～15mm、宽度为10～15mm，过渡圆角半径为5mm；凹模2成形凹槽上的工艺凹槽21的位置及尺寸，艺凹槽21与工艺筋槽61凸型面随型，凹槽圆弧角度为45～50°、深度为10～15mm、宽度为12～17mm、过渡圆角半径为7mm。在本实施例中，凸台圆弧角度为45°、高度为10mm、宽度为10mm、过渡圆角半径为5mm，凹槽圆弧角度为45°、深度为10mm、宽度为12mm、过渡圆角半径为7mm。
步骤五、如图4、图5所示，在凸模1顶面上加工减重槽12，在凹模2底面上加工减重槽22，各减重槽12之间的间距为40～50mm，各减重槽12底面与凸模1成形型面的距离为40～50mm,各减重槽22之间的间距为40～50mm，各减重槽22底面与凹模2成形凹槽的距离为40～50mm。在本实施例中，相邻减重槽间距40mm，减重槽同模具型面最小距离40mm，减重槽拔模斜度5°，在保证模具强度的同时实现模具的轻体化。在凹模2两侧、靠近定位板3处加工取料槽23，便于成形后零件脱模。
如图3a、图3b所示，一种异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具，包括凸模1、凹模2、定位板3、吊耳4；凸模1底面为向外凸出的成形型面，根据热成形温度要求，确定成形型面在毛坯件型面基础上的放大系数；凹模2顶面上开有成形凹槽，根据热成形温度要求，确定成形凹槽轮廓在毛坯件型面基础上的放大系数；定位板3位于凹模2两侧中部；吊耳4分别分布在凸模1、凹模2侧面。
凸模1成形型面中部有工艺凸台11、凹模2成形凹槽中部有工艺凹槽21，工艺凸台11与工艺凹槽21相互配合，用于加工工艺筋槽61，工艺凸台11与工艺凹槽21的配合间隙为毛坯件6的厚度。
凸模1顶面上有减重槽12，各减重槽12之间的间距为40～50mm，各减重槽12底面与凸模1成形型面的距离为40～50mm；所述凹模2底面上有减重槽22，各减重槽22之间的间距为40～50mm，各减重槽22底面与凹模2成形凹槽的距离为40～50mm。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、根据待加工的零件(5)外形及尺寸，确定模具的形式；
步骤二、根据模具形式，确定毛坯件(6)外形，在毛坯件(6)中部添加工艺筋槽(61)；
步骤三、确定模具组件；
步骤四、根据步骤二工艺筋槽的位置及尺寸，确定凸模(1)成形型面上的工艺凸台(11)的位置及尺寸、凹模(2)成形凹槽上的工艺凹槽(21)的位置及尺寸；
步骤五、在凸模(1)顶面上加工减重槽(12)，在凹模(2)底面上加工减重槽(22)，在凹模(2)两侧、靠近定位板(3)处加工取料槽(23)。
2.根据权利要求1所述的一种异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具设计方法，其特征在于：所述步骤一中模具的形式为一模两件形式。
3.根据权利要求1或2所述的一种异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具设计方法，其特征在于：所述步骤二中，毛坯件(6)中部添加的工艺筋槽(61)为与毛坯件(6)随型的圆弧状，筋槽圆弧角度为35～45°、深度为10～15mm、宽度为10～15mm、过渡圆角半径为5mm。
4.根据权利要求3所述的一种异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具设计方法，其特征在于：所述模具包括凸模(1)、凹模(2)、定位板(3)、吊耳(4)；凸模(1)底面为向外凸出的成形型面，根据热成形温度要求，确定成形型面在毛坯件型面基础上的放大系数；凹模(2)顶面上开有成形凹槽，根据热成形温度要求，确定成形凹槽轮廓在毛坯件型面基础上的放大系数；定位板(3)位于凹模(2)两侧中部；吊耳(4)分别分布在凸模(1)、凹模(2)侧面。
5.根据权利要求4所述的一种异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具设计方法，其特征在于：所述工艺凸台(11)与工艺凹槽(21)相互配合，用于加工工艺筋槽(61)，工艺凸台(11)与工艺凹槽(21)的配合间隙为毛坯件(6)的厚度。
6.根据权利要求1所述的一种异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具设计方法，其特征在于：所述凸模(1)的各减重槽(12)之间的间距为40～50mm，各减重槽(12)底面与凸模(1)成形型面的距离为40～50mm。
7.根据权利要求1所述的一种异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具设计方法，其特征在于：所述凹模(2)的各减重槽(22)之间的间距为40～50mm，各减重槽(22)底面与凹模(2)成形凹槽的距离为40～50mm。
8.一种异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具，其特征在于：包括凸模(1)、凹模(2)、定位板(3)、吊耳(4)；凸模(1)底面为向外凸出的成形型面，根据热成形温度要求，确定成形型面在毛坯件型面基础上的放大系数；凹模(2)顶面上开有成形凹槽，根据热成形温度要求，确定成形凹槽轮廓在毛坯件型面基础上的放大系数；定位板(3)位于凹模(2)两侧中部；吊耳(4)分别分布在凸模(1)、凹模(2)侧面。
9.根据权利要求8所述的一种异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具，其特征在于：所述凸模(1)成形型面中部有工艺凸台(11)、凹模(2)成形凹槽中部有工艺凹槽(21)，工艺凸台(11)与工艺凹槽(21)相互配合，用于加工工艺筋槽(61)，工艺凸台(11)与工艺凹槽(21)的配合间隙为毛坯件(6)的厚度。
10.根据权利要求9所述的一种异形曲面铝合金薄壁件轻体热成形模具，其特征在于：所述凸模(1)顶面上有减重槽(12)，各减重槽(12)之间的间距为40～50mm，各减重槽(12)底面与凸模(1)成形型面的距离为40～50mm；所述凹模(2)底面上有减重槽(22)，各减重槽(22)之间的间距为40～50mm，各减重槽(22)底面与凹模(2)成形凹槽的距离为40～50mm。
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