CN108971346B - 小缩口系数、大高厚比的整体缩口凹模及其模具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种小缩口系数、大高厚比的整体缩口凹模及其模具。本发明主要是解决现有的缩口凹模存在的毛坯下半段易失稳、易造成制件报废和浪费材料的技术问题。本发明的技术方案是：小缩口系数、大高厚比的整体缩口凹模，其所述缩口凹模为空腔圆柱体，在缩口凹模的下部设有凸台，所述凸台上均匀设有若干拉杆孔；所述缩口凹模内腔母线形状根据最大包容原则、三点成弧线设计。含有整体缩口凹模的模具包括上模板、缩口凹模、若干拉杆、护套、下模板、下垫板、螺母和开口垫圈，上模板设在缩口凹模的上端面上，拉杆设在拉杆孔中，护套装在拉杆上，螺母装在拉杆的下端，开口垫圈装在拉杆中部设置的退刀槽中，所述下垫板装在下模板上。

Description

小缩口系数、大高厚比的整体缩口凹模及其模具
技术领域
本发明涉及一种小缩口系数、大高厚比的整体缩口凹模及其模具，它属于轻合金塑性成形技术领域。
背景技术
现有缩口工艺中，缩口凹模的母线是根据所需工件的外壁所决定的，在进行工件的整体直壁缩口过程中，缩口凹模内壁紧贴毛坯，在缩口过程中，压力机提供给缩口凹模向下的轴向压力F轴是压机的公称压力，是不变的，而凹模内形与毛坯变形区为锥面接触，越向下压缩，需要变形的体积量越大，变形难度增加，导致传递给毛坯下半段的压应力越来越大，毛坯下半段越易失稳。因此，现有缩口工艺只能进行局部缩口不能进行整体缩口，只能进行缩口系数大于0.7的变形，不能进行缩口系数小于0.7的变形。
另外，在现有的缩口模具设计中，缩口凹模母线与制件母线的相应形状是一致的，缩口过程中未进入凹模口的制件裸露部分是直壁，因为承受上段缩口力F轴，容易失稳，造成制件报废。
发明内容
本发明的目的是解决现有的缩口凹模存在的毛坯下半段易失稳、易造成制件报废和浪费材料的技术问题，提供一种小缩口系数、大高厚比的整体缩口凹模及其模具。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
小缩口系数、大高厚比的整体缩口凹模，其所述缩口凹模为空腔圆柱体，在缩口凹模的下部设有凸台，所述凸台上均匀设有若干拉杆孔；所述缩口凹模内腔母线形状根据最大包容原则、三点成弧线设计，第一点为产品轮廓顶部外侧角点向上延伸与余量边相交点，第二点为余量外侧边与产品高度中线交点，第三点为余量外侧下端角点，将三点作图成一条弧线，即为缩口凹模内腔母线形状。
一种含有所述的小缩口系数、大高厚比的整体缩口凹模的模具，其包括上模板、缩口凹模、若干拉杆、护套、下模板、下垫板、螺母和开口垫圈，所述上模板设在缩口凹模的上端面上，所述拉杆设在缩口凹模凸台设置的拉杆孔中，所述护套装在拉杆上并位于缩口凹模的下面，所述螺母装在拉杆的下端，所述开口垫圈装在拉杆中部设置的退刀槽中以调节整体缩口凹模与护套的距离，所述下垫板装在下模板上。
进一步地，所述拉杆的中部设有两个退刀槽，第一退刀槽位于第二退刀槽的上面，拉杆的下端设有与螺母相连接的螺纹。
进一步地，所述护套为带有凸缘的环形圆柱体，在环形圆柱体的凸缘上设有与缩口凹模凸台设置的拉杆孔相同数量的圆孔。
进一步地，所述下垫板为圆柱体，在下垫板侧壁设有起吊孔，在下垫板上面设有找正功能的环形锥台。
本发明的有益效果为：
本发明突破了缩口系数k的下限0.7，将缩口凹模的母线形式设计为多义线型，缩口凹模母线为多义线型的优点是在缩口过程中，由传统的凹模内形与毛坯变形区锥面接触改变为缩口凹模内壁与毛坯均匀横向一段一段的环形线接触，降低了缩口变形区面积，变形难度降低了，而且多余三角形面积较传统工艺缩小了80％，缩口位置切向应力σθ减小了，变形的轴向压力F轴也相对减小，消除了毛坯下半段失稳和缩口位置的起皱缺陷，从而突破了传统缩口系数为0.7的极限，采用本发明缩口系数可以降到0.4左右，高厚比H/t大于100。如果增大缩口凹模母线曲率，还可使接触面积更小，越容易成形，缩口系数还可以更小。与背景技术相比，本发明的优点是：
1、本发明的多义线型凹模母线能突破缩口系数下限，使缩口系数降低为0.4～0.5，高厚比可大于100。本发明适用于缩口系数较小、高厚比较大且整体缩口较难缩口的缩口工艺。
2、本发明提供的加长带护套的凹模模具，可以使相对较小的压机设备加工较高的毛坯成为可能。并且使用该模具可减小甚至消除毛坯下半段失稳现象，提高成形质量。并且材料和温度都不受限制，从轻合金到各种有色金属，从冷态到热态，各种情况均可使用。
附图说明
图1是本发明缩口凹模母线的设计示意图；
图2是本发明模具的结构示意图；
图3是本发明缩口凹模的结构示意图；
图4是本发明拉杆的结构示意图；
图5是本发明护套的结构示意图；
图6是本发明下垫板的结构示意图；
图7是传统直壁凹模缩口过程中网格变化示意图；
图8是一个网格单元缩口变形中多余三角形的变化示意图；
图9是传统直壁凹模缩口下端失稳示意图；
图10是本发明缩口过程中多义线型的凹模母线环形线接触示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
如图1和图3所示，本实施例中的小缩口系数、大高厚比的整体缩口凹模，其所述缩口凹模2为空腔圆柱体，在缩口凹模的下部设有凸台9，所述凸台9上均匀设有若干拉杆孔10；所述缩口凹模内腔母线形状根据最大包容原则、三点成弧线设计，第一点为产品轮廓顶部外侧角点向上延伸与余量边相交点，第二点为余量外侧边与产品高度中线交点，第三点为余量外侧下端角点，将三点作图成一条弧线，即为缩口凹模内腔母线形状。
如图2～图6所示，一种含有上述实施例的小缩口系数、大高厚比的整体缩口凹模的模具，其包括上模板1、缩口凹模2、若干拉杆3、护套4、下模板5、下垫板6、螺母7和开口垫圈8，所述上模板1设在缩口凹模2的上端面上，所述拉杆3设在缩口凹模凸台设置的拉杆孔中，所述护套4装在拉杆3上并位于缩口凹模2的下面，所述螺母7装在拉杆3的下端，所述开口垫圈8装在拉杆3中部设置的退刀槽中以调节缩口凹模2与护套4的距离，所述下垫板6装在下模板5上。
所述拉杆3的中部设有两个退刀槽，第一退刀槽位于第二退刀槽的上面，拉杆3的下端设有与螺母相连接的螺纹。
所述护套4为带有凸缘的环形圆柱体，在环形圆柱体的凸缘上设有与缩口凹模2凸台设置的拉杆孔相同数量的圆孔。
所述下垫板6为圆柱体，在下垫板6侧壁设有4个起吊孔，在下垫板6上面设有找正功能的环形锥台，方便工件放置时能自动找正。
本发明的工作过程为：
①装配模具，将缩口凹模2与护套4用拉杆3连接，护套4下端由螺母7和拉杆台阶限位，把开口垫圈8插入拉杆3第二退刀槽中，使护套4和缩口凹模2贴紧，降低闭合高度；
②放入毛坯后，预制成与环形锥台相一致的形状和尺寸的毛坯底部自动找正，然后拔出开口垫圈8，护套4随自重带动拉杆3整体下移，直到拉杆头吊住护套4，随后将开口垫圈8插入在缩口凹模2凸缘下端面的第一退刀槽中，此时，缩口凹模2与护套4的距离被固定，缩口凹模2通过开口垫圈8和拉杆台阶传力给护套4；
③缩口凹模2带动护套4下行，进行缩口，保证缩口过程中护套约束筒壁不会失稳、向外鼓肚，增加可靠性，直到护套4底面接触到下模板5即运动到下死点，停止下行；
④取下开口垫圈8，缩口凹模2继续下行到缩口凹模2接触到护套4为止，缩口完成，四个拉杆3由于没有了开口垫圈8的约束被顶起；
⑤将开口垫圈8插入第二退刀槽，使缩口凹模2和护套4恢复到初始的贴合状态，压力机带动缩口凹模2及护套4上行，完成脱模。
本发明的原理为：
传统缩口工艺中，缩口凹模的母线是根据所需工件的外壁所决定的，在进行工件的整体直壁缩口过程中，缩口凹模内壁紧贴毛坯，其局部缩口过程材料的形变可根据多余三角形原则来表述，如图7所示为毛坯上选取的一个单元缩口过程的变化状态，阴影部分表示毛坯划分矩形网格后，每个网格随着缩口凹模下行逐渐变化形态，矩形网格上端口逐渐变小，逐渐演变过程为(a)、(b)、(c)、(d)。随着缩口凹模下行，上端口部变小，矩形逐渐变为上小下大的梯形，在此矩形中除梯形部分剩下的两个三角形为多余三角形，多余三角形就是要转移到阴影中的体积量，这个体积量越大，变形程度越大，变形难度越大，越容易产生缺陷。
由图8可以清楚的看出，未变形的单元(1)图多余三角形面积为0，当缩口凹模下行一段距离，该单元多余三角形面积为L2×H2，见图(2)，当缩口凹模继续下行，该单元多余三角形面积为L3×H3，见图(3)，完成缩口时，多余三角形的面积为L4×H4，见图(4)，多余三角形体积量(1)<(2)<(3)<(4)。在缩口过程中，压力机提供给缩口凹模向下的轴向压力F轴是压机的公称压力，是不变的，多余三角形的体积量越来越大，变形难度增加，导致传递给毛坯下半段的压应力越来越大，毛坯下半段越易失稳，见图9。因此，传统缩口只能进行局部缩口不能进行整体缩口，只能进行缩口系数大于0.7的变形，不能进行缩口系数小于0.7的变形。
而本发明根据缩口件母线形状，将缩口凹模的母线形式设计为多义线型，该凹模母线把传统的凹模内形与毛坯变形区锥面接触改变为凹模内壁与毛坯均匀横向一段一段的环形线接触，如图10所示。采用多义线型母线的凹模降低了缩口变形区面积，变形难度降低，而且多余三角形面积较传统工艺缩小了80％，缩口位置切向应力σθ减小了，变形的F轴也相对减小，消除了毛坯下半段失稳和缩口位置的起皱缺陷，从而突破了传统缩口系数为0.7的极限，采用该技术缩口系数可以降到0.4左右，高厚比H/t大于100。

Claims (5)

1.一种小缩口系数、大高厚比的整体缩口凹模，其特征在于：所述缩口凹模(2)为空腔圆柱体，在缩口凹模(2)的下部设有凸台，所述凸台上均匀设有若干拉杆孔；所述缩口凹模(2)内腔母线形状根据最大包容原则、三点成弧线设计，第一点为产品轮廓顶部外侧角点向上延伸与余量边相交点，第二点为余量外侧边与产品高度中线交点，第三点为余量外侧下端角点，将三点作图成一条弧线，即为缩口凹模(2)内腔母线形状。
2.一种含有权利要求1所述的小缩口系数、大高厚比的整体缩口凹模的模具，其特征在于：包括上模板(1)、缩口凹模(2)、若干拉杆(3)、护套(4)、下模板(5)、下垫板(6)、螺母(7)和开口垫圈(8)，所述上模板(1)设在缩口凹模(2)的上端面上，所述拉杆(3)设在缩口凹模凸台设置的拉杆孔中，所述护套(4)装在拉杆(3)上并位于缩口凹模(2)的下面，所述螺母(7)装在拉杆(3)的下端，所述开口垫圈(8)装在拉杆(3)中部设置的退刀槽中以调节缩口凹模(2)与护套(4)的距离，所述下垫板(6)装在下模板(5)上。
3.根据权利要求2所述的模具，其特征在于：所述拉杆(3)的中部设有两个退刀槽，第一退刀槽位于第二退刀槽的上面，拉杆(3)的下端设有与螺母相连接的螺纹。
4.根据权利要求2所述的模具，其特征在于：所述护套(4)为带有凸缘的环形圆柱体，在环形圆柱体的凸缘上设有与缩口凹模(2)凸台设置的拉杆孔相同数量的圆孔。
5.根据权利要求2所述的模具，其特征在于：所述下垫板(6)为圆柱体，在下垫板(6)侧壁设有起吊孔，在下垫板(6)上面设有找正功能的环形锥台。
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