CN108500075A - 一种铝合金法兰盘加热管加热型模具及其挤压成形方法 - Google Patents

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Abstract

一种铝合金法兰盘加热管加热型模具及其挤压成形方法，属于铝合金热加工领域，适用于航空航天用铝合金法兰盘热挤压成形。本发明包括：上模、下模、上顶杆、下顶杆、下模垫板、连接螺栓和吊装吊环；本发明法包括步骤如下：①根据体积不变原理以及工艺余量确定坯料尺寸并下料；②将模具装配后固定于压力机平台上；③将加热管、测温热电偶和保温隔板装配到模具上相应位置；④对模具和坯料分别进行加热到温并保温一段时间；⑤坯料放置于下模型腔，上下模闭合实现法兰盘热挤压成形，顶杆带动顶杆将成形件顶出，完成法兰盘成形。本发明方法成形出的法兰盘材料利用率高、成形效率高，产品飞边小，产品一致性好，尺寸精度、型面精度以及表面质量较高。

Description

一种铝合金法兰盘加热管加热型模具及其挤压成形方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金法兰盘加热管加热型模具及其挤压成形方法，属于热加工成形领域。
背景技术
当前，航空航天产品零件正向轻量化、低成本及整体化方向发展，阶梯圆形中空法兰构件的应用也越来越多，该类型零件结构多为圆形薄壁中空结构。而铝合金材料因具有优异的使用性能，在航空航天、轨道交通、武器装备等领域广泛应用。
由于该类零件圆形薄壁中空结构特点，采用一般的厚板机加也能制造，但加工成本高、材料利用率低且加工效率低。采用等温精确热挤压成形技术可减少加工工序、大大提高材料利用率、缩短制造周期。而热挤压成形模具是零件成形质量的重要保证。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种铝合金法兰盘加热管加热型模具及其挤压成形方法，它能效地保证铝合金法兰盘等温精密热挤压成形。此模具成形出的异形气动构件飞边小，产品一致性好，尺寸精度、型面精度以及表面质量较高。
本发明的技术解决方案是：
一种铝合金法兰盘加热管加热型模具，包括上模、下模、上顶杆、下顶杆、下模垫板；
所述上模包括用于挤压坯料的第一凸台和用于导向的第二凸台；
所述下模包括下模型腔、用于与上顶杆进行挤压配合的上顶杆配合型腔和用于导向的第一凹槽；
所述上模通过第二凸台与第一凹槽同下模实现相对位置确定和导向，所述下模型腔和上顶杆装配组成热挤压成形模腔，所述上顶杆放置于所述上顶杆配合型腔，所述下模垫板中心设有通孔，下顶杆位于所述下模垫板的通孔中；下模与下模垫板连接固定；所述上顶杆和下顶杆同轴。
进一步地，所述第一凸台为圆形，直径尺寸同被加工铝合金法兰盘的最大直径一致，导向方向拔模角为3°～7°。
进一步地，所述上模还包括第一加热管放置孔和第一测温电偶孔，所述第一加热管放置孔数量为3～5个、直径为30～40mm、中心距为70～90mm；所述第一测温电偶孔直径为6～10mm，深度为80～120mm。
进一步地，所述下模还包括第二加热管放置孔和第二测温电偶孔；所述第二加热管放置孔数量为6个或8个、直径30～40mm、中心距为70～90mm；第二测温电偶孔直径为6～10mm，深度为80～120mm。
进一步地，所述上顶杆包括第一上部圆台和第一下部圆杆，所述下顶杆包括第二上部圆台和第二下部圆杆；所述第一上部圆台的拔模斜度为3～7°，所述上顶杆与下模配合到位后，上顶杆的第一下部圆杆在下模露出部分长50～60mm；所述第二上部圆台高度为5～15mm，所述第二上部圆台直径比第二下部圆杆直径大10～20mm。
进一步地，所述下模垫板包括用于下顶杆插入的中心圆形台阶通孔、用于固定所述铝合金法兰盘加热型热挤压模具的平台固定边，所述中心圆形台阶通孔上部开有上部圆孔、下部开有下部圆孔。
进一步地，所述上部圆孔高度为60～70mm，所述上部圆孔比第二上部圆台直径大0.4～0.6mm，所述下部圆孔高度为5～10mm，所述下部圆孔直径比第二下部圆杆直径大0.4～0.6mm。
进一步地，所述平台固定边厚度为40～60mm，宽度为40～60mm。
进一步地，一种使用上述的任一种铝合金法兰盘加热管加热型模具的挤压成形方法，包括如下步骤：
S1，根据需要成形的法兰盘计算出坯料的外形尺寸，然后加工得到所述坯料；
S2，将所述铝合金法兰盘加热型热挤压模具置于压力机平台上，并分别将上模同压力机上平台固定、将下模垫板同压力机下平台固定；将所述压力机上平台下行，上模随之下行，直至上模同下模闭合；再将压力机上平台上行，上模随之上行，启用压力机顶缸，通过下顶杆和上顶杆将法兰盘成形件顶出上顶杆配合型腔，从而完成法兰盘成形。
进一步地，S2中将所述铝合金法兰盘加热型热挤压模具加热到390～400℃，保温1～1.5h；将所述坯料加热到430～440℃，保温1～1.5h。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1)凸凹模具有自导向凸台和凹槽导向设计，在无导柱导套导向装置条件下保证模具闭合状态时型面完整无错位；
2)顶杆两级过渡台阶以及拔模设计，既能增加顶杆同凹模配合强度又能减小挤压飞边便于零件脱模；
3)模具保温隔板固定螺栓孔的设计，便于固定保温隔板，减少模具加热过程中热量损失，节约能源。
4)模具具有加热管放置孔和测温孔设计，可实现在一般普通压力机上加热管连续控温加热的等温热挤压成形；
5)法兰盘闭式热挤压成形方法成形出的铝合金法兰盘飞边小零件一致性好，尺寸精度以及型面精度较高。
附图说明
图1为铝合金法兰盘示意图；
图2为铝合金法兰盘加热管加热型模具结构图；
图3为上模示意图；
图4为下模示意图；
图5为上顶杆示意图；
图6为下顶杆示意图；
图7为下模垫板示意图；
图8为法兰盘热挤压成形初始示意图；
图9为法兰盘热挤压成形出活示意图；
图10为法兰盘热挤压成形变化示意图。
具体实施方式
本发明的技术解决问题：提供一种铝合金法兰盘加热管加热型模具及其挤压成形方法，它能克服现有技术加工的加工成本高、材料利用率低且加工效率低等缺点，能有效地保证铝合金法兰盘在普通压力机上的精密塑性成形。成形出的铝合金法兰盘零件质量稳定，整体性好，尺寸精度高，并且材料利用率高、加工成本较低。
下面结合附图对本发明的最佳实施例作进一步详细说明。
一种铝合金法兰盘加热管加热型模具，如图1所示为某铝合金法兰盘，其最大直径X为210mm、高度Y为55mm，图2所示为该法兰盘加热型热挤压模具，包括：上模1、下模2、上顶杆3、下顶杆4、下模垫板5、连接螺栓6、吊装吊环7；上顶杆3、下顶杆4为出料装置；上模1、下模2、上顶杆3的模具材料为5CrNiMo，下顶杆4、下模垫板5的模具材料为45#钢，5CrNiMo热处理硬度为HRC45～50，45#钢热处理硬度为HRC28～32；上模1通过导向凸台12和导向凹槽23同下模2实现相对位置确定和导向；下模2模腔和上顶杆3装配组成热挤压成形模腔，成形模腔同法兰盘零件外形一致；用于安装吊装螺栓吊装模具；下顶杆4放入下模垫板5后，下模2通过连接螺栓6同下模垫板5连接固定。
上模1如图3所示，设计有型面凸台11、导向凸台12、加热管放置孔13、测温电偶孔14、吊耳螺栓孔15和保温隔板固定螺栓孔16；型面凸台11为圆形，直径尺寸同法兰盘9最大直径一致，高度一般为30～40mm，本实施例中高度为40mm；导向凸台12尺寸约为60×60×50mm，导向方向拔模角一般为3°～7°，本实施例中拔模角为5°；加热管放置孔13数量为一般为3～5个，直径30～40mm，相互中心距一般为70～90mm，中心据模具边缘距离一般为30～50mm，本实施例中直径为40mm，中心距为80mm，中心据模具边缘距离为50mm；测温电偶孔14一般位于两个加热管放置孔13之间的中心位置，直径一般为6～10mm，深度一般为80～120mm，本实施例中直径为8mm，深度为100mm；吊耳螺栓孔15位于上模1上部两侧的对称分布的4个M24螺栓孔；保温隔板固定螺栓孔16为分布于上模1四周型面的四个角的M8螺栓孔，共16个。
下模2如图4所示，设计了下模型腔21、上顶杆配合型腔22、导向凹槽23、加热管放置孔24、测温电偶孔25、沉头螺栓通孔26、保温隔板固定螺栓孔27和吊耳螺栓孔28；下模型腔21外形及尺寸同法兰盘9一致；上顶杆3配合型腔22为位于中心位置的阶梯过渡圆形型腔，用于放置上顶杆3；导向凹槽23为与导向凸台12配合加工的凹槽；加热管放置孔24数量为一般为6～8个，对称分布于下模2两侧，直径30～40mm，相互中心距一般为70～90mm，中心据模具边缘距离一般为30～50mm，本实施例中直径为40mm，中心距为80mm，中心据模具边缘距离为50mm；测温电偶孔25一般位于3个或4个加热管放置孔13还是24之间的中心位置，直径一般为6～10mm，深度一般为80～120mm；沉头螺栓通孔26为对称分布于下模2两侧的M24沉头螺栓通孔，共6个；保温隔板固定螺栓孔27为分布于下模2四周型面的四个角的M8螺栓孔，共16个；吊耳螺栓孔28位于下模2底部两侧的对称分布的4个M24螺栓孔。
上顶杆3如图5所示，设计为圆柱台阶过渡形式，包括上部圆台31和下部圆杆32；上部圆台31设计有拔模斜度一般为3～7°，本实施例中为5°，上顶杆3同下模2的上顶杆配合型腔22配合加工，配合到位后上顶杆3的下部圆杆32在下模2露出部分长50～60mm，本实施例中为60mm。
下顶杆4如图6所示，设计为圆柱台阶过渡形式，包括上部圆台41和下部圆杆42；上部圆台41高度一般为5～15mm，本实施例中为5mm，上部圆台41直径一般比下部圆杆42直径大10～20mm，本实施例中中为10mm。
下模垫板5如图7所示，设计有中心圆形台阶通孔51、平台固定边52、连接螺栓孔53和吊耳螺栓孔54；圆形台阶通孔51同下顶杆4配合加工，上部圆孔直径比上部圆台41直径大0.4～0.6mm，高度一般为60～70mm，本实施例中上部圆孔直径比上部圆台41直径大0.5mm，高度为65mm；下部圆孔直径比下部圆杆42直径大0.4～0.6mm，高度一般为5～10mm，本实施例中下部圆孔直径比下部圆杆42直径大直径大0.5mm，高度为5mm；平台固定边52厚度一般为40～60mm，宽度一般为40～60mm，本实施例中厚度为50mm，宽度为50mm；连接螺栓孔53同沉头螺栓通孔26配合加工，为M24螺栓孔，共6个；吊耳螺栓孔54位于下模垫板5底部垂直于平台固定边52的两侧边的对称分布的4个M24螺栓孔。
一种铝合金法兰盘加热管加热型模具的挤压成形方法，包括步骤如下：
步骤一、根据体积不变原理及工艺余量，由法兰盘成形件9计算出坯料8外形尺寸，所需坯料为200×25mm。
步骤二、将一种铝合金法兰盘加热管加热型热挤压模具装配后，吊装转运到压力机平台上，并分别将上模1同压力机上平台固定、将下模垫板5同压力机下平台固定。
步骤三、将加热管分别装置到上模1的加热管放置孔13、下模2的加热管放置孔24中，将测温热电偶分别放置于上模1的测温电偶孔14、下模2的测温电偶孔25中，并将保温隔板通过保温隔板固定螺栓孔16和保温隔板固定螺栓孔27分别安装在上模1和下模2四周。
步骤四、对模具进行加热，目标温度为390～400℃，本实施例中目标温度为400℃，同时将坯料8在涂刷润滑石墨后放置于电阻炉中，目标温度430～440℃，本实施例中目标温度为440℃；模具到温后保温1～1.5h，坯料8到温后保温1～1.5h，本实施例中具到温后保温1h，坯料8到温后保温1h。
步骤五、模具和坯料8到温并保温一定时间后，操作设备将上平台上行，打开电阻炉并迅速将坯料8取出放置与下模2的下模型腔21，此时状态如图8所示；上平台下行，上模1随之下行，直至上模1同下模2闭合；上平台下行，上模1随之上行，启用设备顶缸，通过下顶杆4和上顶杆3将法兰盘成形件9顶出下模型腔22而完成法兰盘成形，此时状态如图9所示，最终实现如图10所示，圆盘坯料8到法兰盘9的成形过程。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种铝合金法兰盘加热管加热型模具，其特征在于：包括上模(1)、下模(2)、上顶杆(3)、下顶杆(4)、下模垫板(5)；
所述上模(1)包括用于挤压坯料的第一凸台(11)和用于导向的第二凸台(12)；
所述下模(2)包括下模型腔(21)、用于与上顶杆(3)进行挤压配合的上顶杆配合型腔(22)和用于导向的第一凹槽(23)；
所述上模(1)通过第二凸台(12)与第一凹槽(23)同下模(2)实现相对位置确定和导向，所述下模型腔(21)和上顶杆(3)装配组成热挤压成形模腔，所述上顶杆(3)放置于所述上顶杆配合型腔(22)，所述下模垫板(5)中心设有通孔，下顶杆(4)位于所述下模垫板(5)的通孔中；下模(2)与下模垫板(5)连接固定；所述上顶杆(3)和下顶杆(4)同轴。
2.根据权利要求1所述的铝合金法兰盘加热管加热型模具，其特征在于：所述第一凸台(11)为圆形，直径尺寸同被加工铝合金法兰盘的最大直径一致，导向方向拔模角为3°～7°。
3.根据权利要求1所述的铝合金法兰盘加热管加热型模具，其特征在于：所述上模(1)还包括第一加热管放置孔(13)和第一测温电偶孔(14)，所述第一加热管放置孔(13)数量为3～5个、直径为30～40mm、中心距为70～90mm；所述第一测温电偶孔(14)直径为6～10mm，深度为80～120mm。
4.根据权利要求1所述的铝合金法兰盘加热管加热型模具，其特征在于：所述下模(2)还包括第二加热管放置孔(24)和第二测温电偶孔(25)；所述第二加热管放置孔(24)数量为6个或8个、直径30～40mm、中心距为70～90mm；第二测温电偶孔(25)直径为6～10mm，深度为80～120mm。
5.根据权利要求1所述的铝合金法兰盘加热管加热型模具，其特征在于：所述上顶杆(3)包括第一上部圆台(31)和第一下部圆杆(32)，所述下顶杆(4)包括第二上部圆台(41)和第二下部圆杆(42)；所述第一上部圆台(31)的拔模斜度为3～7°，所述上顶杆(3)与下模(2)配合到位后，上顶杆(3)的第一下部圆杆(32)在下模(2)露出部分长50～60mm；所述第二上部圆台(41)高度为5～15mm，所述第二上部圆台(41)直径比第二下部圆杆(42)直径大10～20mm。
6.根据权利要求5所述的铝合金法兰盘加热管加热型模具，其特征在于：所述下模垫板(5)包括用于下顶杆(4)插入的中心圆形台阶通孔(51)、用于固定所述铝合金法兰盘加热型热挤压模具的平台固定边(52)，所述中心圆形台阶通孔(51)上部开有上部圆孔、下部开有下部圆孔。
7.根据权利要求6所述的铝合金法兰盘加热管加热型模具，其特征在于：所述上部圆孔高度为60～70mm，所述上部圆孔比第二上部圆台(41)直径大0.4～0.6mm，所述下部圆孔高度为5～10mm，所述下部圆孔直径比第二下部圆杆(42)直径大0.4～0.6mm。
8.根据权利要求6所述的铝合金法兰盘加热管加热型模具，其特征在于：所述平台固定边(52)厚度为40～60mm，宽度为40～60mm。
9.一种使用如权利要求1～8任一项所述的铝合金法兰盘加热管加热型模具的挤压成形方法，其特征在于包括如下步骤：
S1，根据需要成形的法兰盘计算出坯料的外形尺寸，然后加工得到所述坯料；
S2，将所述铝合金法兰盘加热型热挤压模具置于压力机平台上，并分别将上模(1)同压力机上平台固定、将下模垫板(5)同压力机下平台固定；将所述压力机上平台下行，上模(1)随之下行，直至上模(1)同下模(2)闭合；再将压力机上平台上行，上模(1)随之上行，启用压力机顶缸，通过下顶杆(4)和上顶杆(3)将法兰盘成形件顶出上顶杆配合型腔(22)，从而完成法兰盘成形。
10.根据权利要求9所述的铝合金法兰盘加热管加热型模具的挤压成形方法，其特征在于：S2中将所述铝合金法兰盘加热型热挤压模具加热到390～400℃，保温1～1.5h；将所述坯料加热到430～440℃，保温1～1.5h。
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