CN109513758B - 一种增量挤压成形的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增量挤压成形的方法,包括以下步骤:增量挤压开放模具结构设计与装配;初始坯料的准备;增量挤压成形。其增量挤压方法是,将坯料放置在芯模的型腔内部,坯料的下端面与垫块的上表面接触,垫块的上表面低于凹模的内腔平面;在凸模挤压压制坯料的过程中,迫使坯料中间部位的金属水平流动穿过芯模的下表面的缩颈变形区域,金属沿着凹模的内壁向上流动,达到增加坯料内腔尺寸和变形量的效果;在凸模向下运动到一定位移后,顶杆向上运动,带动垫块向上压制坯料,迫使坯料底部金属水平流动穿过芯模的下表面的缩颈变形区域,进一步达到增加坯料变形量的效果。本发明可以增加坯料的变形量,解决取料困难、芯模刚性差的问题,实用性强。

Description

一种增量挤压成形的方法
技术领域
本发明涉及一种增量挤压成形的方法。
背景技术
目前,关于提高材料变形量的方法,主要采用大塑性变形,其中通过增加挤压比的方法提高变形量比较常见,如传统反挤压或正挤压,但坯料变形区域的面积小于原始坯料的面积,该方法提高变形量的效果有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种增量挤压成形的方法。
采用以下技术方案:一种增量挤压成形的方法,其特征在于:初始坯料的准备;使用模具进行增量挤压成形;
模具包括上模和下模;
其中,上模包括凸模,凸模与凸模座用螺纹连接,凸模座的外锥面与上模套配合,凸模座的上端面与上垫板的下端面接触,上垫板的上端面与上模座的下端面接触,在上模座的外侧均匀设置上限位杆;
下模包括凹模,将芯模套放入凹模的型腔内部,芯模套与凹模间隙配合,芯模套的法兰部位的下表面分别与上行活塞缸的活塞杆端面接触;再将芯模放入凹模,芯模与凹模、芯模套的接触部位间隙配合;然后将凹模整体放置在下垫板上,下垫板放置在下模板上;然后从芯模的内腔依次放入顶杆、垫块;在下模板的左右两端分别对称的放置下行活塞缸、上行活塞缸,活塞缸中设计有活塞杆;从凹模的外侧向内分别对称插入卸料块,与芯模套的圆形外壁接触。
挤压方法是,首先将坯料放置在芯模的型腔内部,坯料的下端面与垫块的上表面接触,垫块的上表面低于凹模的内腔平面;然后在凸模挤压压制坯料的过程中,迫使坯料中间部位的金属水平流动穿过芯模的下表面的缩颈变形区域,接着金属沿着凹模的内壁向上流动,达到增加坯料内腔尺寸和变形量的效果;在凸模向下运动到一定位移后,顶杆向上运动,带动垫块向上压制坯料,迫使坯料底部金属水平流动穿过芯模的下表面的缩颈变形区域;
在凸模与坯料开始接触时,上限位杆与活塞杆接触,随着凸模的进一步下行,下行活塞缸的活塞杆以相同的速度向下运动,下行活塞缸和上行活塞缸的油路相通,带动上行活塞缸的活塞杆向上推动芯模套向上运动,保证下行活塞缸和上行活塞缸的运动同步性,实现型腔的逐渐开放,提高芯模的刚性。
所述的下行活塞缸和上行活塞缸的内径分别为D1和D2,下行活塞缸的活塞杆运动速度与上行活塞缸的活塞杆运动速度的比值为实现上行活塞缸的活塞杆的运动速度可调控。
所述的凹模沿其轴线以120°均布三个明凹槽和三个暗凹槽,其明凹槽的中间部位再开盲孔槽,明凹槽与暗凹槽连通后形成环形槽;芯模套的法兰部位为沿其轴线以120°均布三个条形杆;芯模的外圆沿其轴线以120°均布三个法兰。其中,凹模的盲孔槽与芯模套的法兰条形杆间隙配合,凹模的明凹槽与芯模的法兰间隙配合,当芯模沿其轴线旋转60°后,凹模的暗凹槽压住芯模的法兰部位,从而实现芯模的锁紧。
超高强合金钢的初始温度为1100℃~1200℃,压制速度为30mm/s~100mm/s;铝合金、镁合金的初始温度为380℃~450℃,压制速度为1mm/s~15mm/s。
本发明提出的增量挤压成形方法是在原有反挤压的基础上,增加了金属水平流动缩颈变形的阶段,从而实现坯料变形区域的面积大于原始坯料的面积,增加变形量,同时解决了取料困难、芯模刚性差的问题。
说明书附图
图1为增量挤压成形的开放模具示意图;
图2a为芯模的结构示意图;
图2b为图2a的剖视图;
图3a为凹模的结构示意图;
图3b为图3a的剖视图;
图4a为芯模套的结构示意图;
图4b为图4a的剖视图
图5a为型腔组合放置芯模套后的结构示意图;
图5b为图5a中放置芯模后的结构示意图;
图5c为图5b中芯模旋转60°后的结构示意图;
图6a为增量挤压成形中凸模下行压制过程示意图;
图6b为增量挤压成形中顶杆上行压制过程示意图;
图6c为增量挤压成形中凸模回程与取料过程示意图。
图7为传统反挤压示意图;
图8a为增量挤压变形量;
图8b为传统反挤压的变形量。
其中,1-上模座;2-上垫板;3-上模套;4-凸模座;5-上限位杆;6-凸模;7-凹模;8-芯模;9-芯模套;10-活塞杆;11-下行活塞缸;12-上行活塞缸;13-下垫板;14-下模板;15-卸料块;16-垫块;17-顶杆。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的实施方式进行说明。
以铝合金增量挤压为例,首先是增量挤压开放模具结构设计与装配,图1所示的增量挤压成形的开放模具结构,包括上模和下模。
其中,上模包括凸模6,凸模6与凸模座4用螺纹连接,凸模座4的外锥面与上模套3配合,凸模座4的上端面与上垫板2的下端面接触,上垫板2的上端面与上模座1的下端面接触,在上模座1的外侧均匀设置上限位杆5。
下模包括凹模7,然后将芯模套9放入凹模7的型腔内部,芯模套9与凹模7间隙配合,芯模套9的法兰部位的下表面分别与上行活塞缸12的活塞杆端面接触;再将芯模8放入凹模7,芯模8与凹模7、芯模套9的接触部位间隙配合;然后将凹模7整体放置在下垫板13上,下垫板13放置在下模板14上;然后从芯模8的内腔依次放入顶杆17、垫块16;在下模板14的左右两端分别对称的放置下行活塞缸11、上行活塞缸12,活塞缸中设计有活塞杆10;从凹模7的外侧向内分别对称插入卸料块15,与芯模套9的圆形外壁接触。
其中凹模7沿其轴线以120°均布三个明凹槽和三个暗凹槽,其明凹槽的中间部位再开盲孔槽,明凹槽与暗凹槽连通后形成环形槽(如图3a,3b);芯模套9的法兰部位为沿其轴线以120°均布三个条形杆(如图4a,4b);芯模8的外圆沿其轴线以120°均布三个法兰(如图2a,2b)。其中,凹模7的盲孔槽与芯模套9的法兰条形杆间隙配合,凹模7的明凹槽与芯模8的法兰间隙配合。当芯模8沿其轴线旋转60°后,凹模7的暗凹槽压住芯模8的法兰部位,从而实现芯模8的锁紧(如图5a,5b,5c)。
然后是初始坯料的准备,其坯料的直径为464mm,高度为600mm,初始温度为420℃。
接着开展增量挤压成形试验。增量挤压成形的压制过程如图6所示。主要包括三个阶段:
(a)凸模下行压制:首先将坯料放置在芯模8的型腔内部,坯料的下端面与垫块16的上表面接触,垫块16的上表面低于凹模7的内腔平面;然后在凸模6以10mm/s的压制速度挤压压制坯料的过程中,迫使坯料中间部位的金属水平流动穿过芯模8的下表面的缩颈变形区域,接着金属沿着凹模7的内壁向上流动,达到增加坯料内腔尺寸和变形量的效果。
其中,在凸模6与坯料开始接触时,上限位杆5与活塞杆10接触,随着凸模6的进一步下行,下行活塞缸11的活塞杆10以相同的速度向下运动,下行活塞缸11和上行活塞缸12的油路相通,带动上行活塞缸12的活塞杆向上推动芯模套9向上运动,保证下行活塞缸11和上行活塞缸12的运动同步性,实现型腔的逐渐开放,提高芯模8的刚性。
下行活塞缸11的内径D1和上行活塞缸12的内径D2之比为1.08,下行活塞缸11的活塞杆运动速度与上行活塞缸12的活塞杆运动速度的比值为0.86,实现上行活塞缸12的活塞杆的运动速度可调控。
(b)顶杆上行压制:在凸模6向下运动到440mm后,顶杆17以5mm/s的压制速度向上运动,带动垫块16向上运动25mm,进一步压制坯料,迫使坯料底部金属水平流动穿过芯模8的下表面的缩颈变形区域,进一步达到增加坯料变形量的效果。
(c)凸模回程与取料:当坯料变形完成后,将卸料块15继续向内推动,与芯模8的外壁接触;然后凸模6向上回程到凸模6脱离与芯模8的间隙配合关系后,凸模6停止不动;然后在旋转机构的作用下将芯模8旋转60°,使芯模8与凹模7解锁,达到图5(b)的状态;然后用吊具将上模套3分别与芯模8和芯模套9连接,随着凸模6向上进一步回程,带动芯模8和芯模套9脱离凹模7的型腔,在卸料块15的作用下实现卸料,然后在顶杆17向上运动将变形后的坯料顶出凹模7的型腔。
图7是传统反挤压示意图,坯料的初始温度为420℃,压制速度为10mm/s。图8a和8b是增量挤压和传统反挤压的变形量的对比,可以发现,增量挤压后坯料的最大等效应变为8.53,传统反挤压后坯料的最大等效应变5.28,变形量明显比传统反挤压增大。

Claims (4)

1.一种增量挤压成形的方法,其特征在于:初始坯料的准备;使用模具进行增量挤压成形;
模具包括上模和下模;
其中,上模包括凸模,凸模与凸模座用螺纹连接,凸模座的外锥面与上模套配合,凸模座的上端面与上垫板的下端面接触,上垫板的上端面与上模座的下端面接触,在上模座的外侧均匀设置上限位杆;
下模包括凹模,将芯模套放入凹模的型腔内部,芯模套与凹模间隙配合,芯模套的法兰部位的下表面分别与上行活塞缸的活塞杆端面接触;再将芯模放入凹模,芯模与凹模、芯模套的接触部位间隙配合;然后将凹模整体放置在下垫板上,下垫板放置在下模板上;然后从芯模的内腔依次放入顶杆、垫块;在下模板的左右两端分别对称的放置下行活塞缸、上行活塞缸,活塞缸中设计有活塞杆;从凹模的外侧向内分别对称插入卸料块,与芯模套的圆形外壁接触;
挤压方法是,首先将坯料放置在芯模的型腔内部,坯料的下端面与垫块的上表面接触,垫块的上表面低于凹模的内腔平面;然后在凸模挤压压制坯料的过程中,迫使坯料中间部位的金属水平流动穿过芯模的下表面的缩颈变形区域,接着金属沿着凹模的内壁向上流动,达到增加坯料内腔尺寸和变形量的效果;在凸模向下运动到一定位移后,顶杆向上运动,带动垫块向上压制坯料,迫使坯料底部金属水平流动穿过芯模的下表面的缩颈变形区域;
在凸模与坯料开始接触时,上限位杆与活塞杆接触,随着凸模的进一步下行,下行活塞缸的活塞杆以相同的速度向下运动,下行活塞缸和上行活塞缸的油路相通,带动上行活塞缸的活塞杆向上推动芯模套向上运动。
2.如权利要求1所述的一种增量挤压成形的方法,其特征在于:所述的下行活塞缸和上行活塞缸的内径分别为D1和D2,下行活塞缸的活塞杆运动速度与上行活塞缸的活塞杆运动速度的比值为
3.如权利要求1所述的一种增量挤压成形的方法,其特征在于:所述的凹模7沿其轴线以120°均布三个明凹槽和三个暗凹槽,其明凹槽的中间部位再开盲孔槽,明凹槽与暗凹槽连通后形成环形槽;芯模套的法兰部位为沿其轴线以120°均布三个条形杆;芯模的外圆沿其轴线以120°均布三个法兰;其中,凹模的盲孔槽与芯模套的法兰条形杆间隙配合,凹模的明凹槽与芯模的法兰间隙配合,当芯模沿其轴线旋转60°后,凹模的暗凹槽压住芯模的法兰部位,从而实现芯模的锁紧。
4.如权利要求1所述的一种增量挤压成形的方法,其特征在于:超高强合金钢的初始温度为1100℃~1200℃,压制速度为30mm/s~100mm/s;铝合金、镁合金的初始温度为380℃~450℃,压制速度为1mm/s~15mm/s。
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