CN109967549B - 型材自弯曲成形挤压模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种型材自弯曲成形挤压模具，涉及模具技术领域，用于解决现有技术中存在的型材外侧面受到较大应力容易导致截面变形的技术问题。本发明的型材自弯曲成形挤压模具，包括上模以及与所述上模相连的下模，由于导流腔和挤压腔的上半部分内轮廓线所包覆的面积均大于其下半部分内轮廓线所包覆的面积，因此使流入导流腔和挤压腔的金属量上侧多于下侧，从而在挤压时坯料会先产生预变形，即可降低型材外侧面受到的挤压载荷，并有助于挤出成型。

Description

型材自弯曲成形挤压模具

技术领域

本发明涉及模具技术领域，特别地涉及一种型材自弯曲成形挤压模具。

背景技术

弯弧铝型材多采用先挤压后弯曲的生产工艺，其成型难点在于弯曲加工过程。常用的弯曲方式主要有滚压弯弧、模具压力弯弧和拉伸弯弧，其中，滚压弯弧可以保证弯曲时型材截面不发生变形，只需调节辊与辊之间的相对位置，节省生产时间，但滚弯成型的回弹半径大，型材前后两端各有一段不能弯曲的部分，成形后须切除，导致材料浪费；压力弯弧制得的产品表面质量较高，但弯曲截面形状复杂的汽车天窗导轨时，容易引起截面变形且回弹量较大；拉伸弯弧的工序较少，材料回弹小，内层发生起皱的程度相对较小，但型材外层内凹的程度增加，影响型材的弯曲质量。

为了解决以上问题，目前多采用挤压弯曲一体化成型，即在挤压模具后安装由环形圆盘或辊子组成的弯曲装置，金属挤出后直接进入弯曲装置，使其受到一个横向力矩的作用，以实现型材的弯曲变形。相比传统工艺，该工艺结合了压力弯弧与滚压弯弧的优点，可使回弹、起皱弯弧不稳等缺陷减小，但横向力矩的存在使得这些缺陷无法从根本上避免，而且弯曲通道外侧会对挤压出的金属产生阻力，弯弧较大或挤压速度较快时，型材外侧面受到较大应力容易导致截面变形。

发明内容

本发明提供一种型材自弯曲成形挤压模具，用于解决现有技术中存在的型材外侧面受到较大应力容易导致截面变形的技术问题。

本发明提供一种型材自弯曲成形挤压模具，包括上模以及与所述上模相连的下模，所述上模中设置有导流腔，所述下模上与所述导流腔相对应的位置处设置有挤压腔，坯料依次通过所述导流腔和所述挤压腔；

其中，所述导流腔和所述挤压腔的上半部分内轮廓线所包覆的面积均大于其下半部分内轮廓线所包覆的面积。

在一个实施方式中，所述挤压腔包括与所述导流腔呈阶梯式设置的第一腔，所述第一腔的横向截面轮廓线至少部分地与所述导流腔的横向截面轮廓线相同，且所述第一腔的横向截面面积小于所述导流腔的横向截面面积。

在一个实施方式中，所述挤压腔还包括与所述第一腔呈阶梯式设置的第二腔，所述第二腔上设置有用于形成型材的工作带，所述工作带的横向截面轮廓线与型材的横向截面轮廓线相同。

在一个实施方式中，所述第二腔的横向截面轮廓线至少部分地与型材的横向截面轮廓线相同。

在一个实施方式中，所述第二腔端部的横向截面轮廓线所包覆的面积大于型材端部的横向截面轮廓线所包覆的面积。

在一个实施方式中，所述下模上还设置有楔形元件，所述楔形元件至少具有分别向所述第二腔的两侧倾斜的两个斜面。

在一个实施方式中，所述楔形元件两侧至少有部分轮廓线与所述第二腔的轮廓线相同。

在一个实施方式中，所述下模上还设置有模孔。

在一个实施方式中，所述下模上与所述第二腔相对的一侧依次设置有第一级空刀和第二级空刀，所述第一级空刀和所述第二级空刀均至少有部分横向截面轮廓线与所述第二腔的横向截面轮廓线相同。

在一个实施方式中，所述导流腔和所述挤压腔的轮廓线的拐角处均通过圆弧过渡。

与现有技术相比，本发明的优点在于：由于导流腔和挤压腔的上半部分内轮廓线所包覆的面积均大于其下半部分内轮廓线所包覆的面积，因此使流入导流腔和挤压腔的金属量上侧多于下侧，从而在挤压时坯料会先产生预变形，即可降低型材外侧面受到的挤压载荷，并有助于挤出成型。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。

图1是本发明的实施例中型材自弯曲成形挤压模具的立体结构示意图；

图2是图1所示的上模的正视图；

图3是图1所示的下模的正视图；

图4是图1所示的下模的后视图；

图5是图1所示的下模的半剖立体结构示意图；

图6是本发明的实施例中型材的立体结构示意图；

图7是采用本发明的型材自弯曲成形挤压模具形成的型材进行数值计算的网格划分示意图；

图8是采用本发明的型材自弯曲成形挤压模具形成的型材进行仿真结果示意图。

附图标记：

1-上模；2-下模；3-导流腔；4-挤压腔；41-第一腔；42-第二腔；

6-楔形元件；7-模孔；8-工作带；9-第一级空刀；10-第二级空刀。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明提供一种型材自弯曲成形挤压模具，包括上模1和与上模相连的下模2，其中上模1和下模2相互扣合，挤压用的坯料(坯锭)从上模1进入并通过下模2，从下模2自弯曲成型挤出。

具体地，上模1中设置有导流腔3，下模2上与导流腔3相对应的位置处设置有挤压腔4，坯料依次通过导流腔3和挤压腔4；并且导流腔3和挤压腔4的上半部分内轮廓线所包覆的面积均大于其下半部分内轮廓线所包覆的面积。

如图2-4所示，以A-A为分界线，A-A上方的部分为导流腔3的上半部分和挤压腔4的上半部分，其下方的部分为二者的下半部分。为了降低载荷，使坯料在进入导流腔3和挤压腔4时产生预变形，将二者的上半部分能够容纳金属的面积设置为大于其下半部分所能容纳金属的面积，从而使进入其上半部分的金属的总量多于进入其下半部分的金属的总量，使金属坯料发生预变形。

另外，导流腔3的内轮廓线S3大致与型材轮廓线的变化趋势一致，以引导金属的流向。

在一个实施例中，挤压腔4包括与导流腔3呈阶梯式设置的第一腔41，第一腔41的横向截面轮廓线至少部分地与导流腔3的横向截面轮廓线相同，且第一腔41的横向截面面积小于导流腔3的横向截面面积。

如图1所示，第一腔41的外轮廓线S41大致地与导流腔3的内轮廓线S3相同，并且第一腔41的外轮廓线S41所围成的面积小于导流腔3的内轮廓线S3所围成的面积，从而使流入导流腔3的金属的总量大于流入第一腔41的金属的总量，即导流腔3与第一腔41形成阶梯样式，使金属相对平滑地在由导流腔3流入第一腔41。

进一步地，第一腔41的外轮廓线S41与导流腔3的内轮廓线S3在拐角处均采用圆弧过渡，以保持其侧面光滑平顺。

在一个实施例中，挤压腔4还包括与第一腔41呈阶梯式设置的第二腔42，第二腔42上设置有用于形成型材的工作带8(如图3和4中带有阴影部分的区域所示)，工作带8的横向截面轮廓线与型材的横向截面轮廓线相同。

如图2和3所示，第一腔41的内轮廓线即为第二腔42的外轮廓线S42，同样地，第二腔42的内轮廓线即为工作带8的轮廓线S8，其中工作带8即为型材的出口，换言之，从工作带8中流出的金属即为挤压成型的型材，因此工作带8的轮廓线S8与型材的轮廓线相同。

工作带8的轮廓线拐角处以斜角或圆角进行过渡，其上与型材端部处对应的部位可以与型材的尺寸相同或略小一些，而与型材拐角处对应的部位可以比型材的尺寸略大一些。

进一步地，工作带8的长度一般为4-6mm，以保证材料在挤压过程中的均匀流动，使工作带8处被挤出的金属流速呈规律性分布，型材挤出时会自然的弯向流速较慢的一侧，实现自然弯曲成形，进而直接挤出有一定弧度的高质量产品。

第二腔42的外轮廓线S42所包覆的面积小于第一腔41的内轮廓线S41所包覆的面积，即导流腔3、第一腔41和第二腔42中能容纳的金属的量逐渐减小，以保证金属挤压过程中的均匀流动。

其中，第二腔42的横向截面外轮廓线S42至少部分地与型材的横向截面轮廓线相同，并且第二腔42端部的横向截面外轮廓线S42所包覆的面积大于型材端部的横向截面轮廓线所包覆的面积。如图1所示，第二腔42上与型材的端部相对应的位置处明显地增大，从而使更多的金属流入此处。进一步地，第二腔42的宽度从上往下地逐渐减小，以进一步地增大流入其上半部分的金属的流入量，以增强金属的预变形。

通过设置导流腔3、第一腔41以及第二腔42多级导流结构，有助于金属均匀挤出，能够降低了挤压载荷，同时还可提高模具的强度与型材的成型质量。

在一个实施例中，下模2上还设置有楔形元件6，具体地，楔形元件6为楔形脊，即楔形元件6至少具有分别向第二腔42的两侧倾斜的两个斜面。通过楔形元件6的两个斜面能够使金属被迫向第二腔42的两侧流动，以形成型材的左右两个部分。

其中，楔形元件6的顶面低于第一腔41的端面，并且楔形元件6的顶面(即倾斜的两个斜面的交汇处)为一平面或以圆角过渡，以便于金属分流。

进一步地，楔形元件6两侧至少有部分轮廓线与第二腔42的轮廓线相同。并且楔形元件6的前端轮廓与第二腔42的侧面平齐。楔形元件6的脊线位于中心线(即图6中型材的中心线)的左侧。

此外，楔形元件6的两个斜面并不关于其脊线对称，能够有助于控制金属的流动与减少挤压腔内的死区，从而提高模具强度。

下模2上还设置有模孔7，其中模孔7的外形尺寸略大于型材的公称尺寸。模孔7的中心位置与型材两个对角的连线的交点(如图6所示M点)重合，以正确地设置型材的位置。并且模孔7的入口处设置有倒角，以使金属光滑地被挤出。

如图5所示，下模2上与第二腔42相对的一侧依次设置有第一级空刀9和第二级空刀10，第一级空刀9和第二级空刀10同样也构造为空腔结构，其中，第一级空刀9的轮廓线大致地与第二腔42的轮廓线相同，第一级空刀9主要用于支撑工作带8，以防止挤压过程中材料剧烈冲击模具工作带而造成其损坏；第二级空刀10的轮廓线大致地与第一腔41相同，第二级空刀10主要是为了避免模具与型材之间的接触，保证型材能够顺利通过模孔7。

如图7和8所示，本发明中挤出型材的断面图，将铝合金棒料经过本发明所述的自弯曲挤压模具形成型材，对该型材进行基于ALE(任意拉格朗日—欧拉)算法的数值计算，得到的计算结果如图8所示，挤出型材发生自弯曲变形且各处弯曲变形均匀，无明显波浪、扭曲缺陷。

综上所述，本发明通过合理设计导流腔3以及挤压腔4的结构形状，可以将挤压、弯曲工序一体化，能够直接挤出截面复杂的弯弧型材，从而克服了现有的弯曲工序中造成的回弹、起皱等缺陷，使挤出产品质量高、生产效率提高、生产成本降低。

需要说明的是，本发明所述的“上”、“下”、“顶部”、“底部”均相对于型材自弯曲成形挤压模具工作时所述处的位置而言，仅仅为了叙述方便，不应对本发明造成限制。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种型材自弯曲成形挤压模具，其特征在于，包括上模(1)以及与所述上模相连的下模(2)，所述上模(1)中设置有导流腔(3)，所述下模(2)上与所述导流腔(3)相对应的位置处设置有挤压腔(4)，坯料依次通过所述导流腔(3)和所述挤压腔(4)；

其中，所述导流腔(3)和所述挤压腔(4)的上半部分内轮廓线所包覆的面积均大于其下半部分内轮廓线所包覆的面积；

所述挤压腔(4)包括与所述导流腔(3)呈阶梯式设置的第一腔(41)，所述第一腔(41)的横向截面轮廓线至少部分地与所述导流腔(3)的横向截面轮廓线相同，且所述第一腔(41)的横向截面面积小于所述导流腔(3)的横向截面面积；

所述挤压腔(4)包括第二腔(42)，所述第二腔(42)与所述第一腔(41)呈阶梯式设置；所述第二腔(42)上设置有用于形成型材的工作带(8)，所述工作带(8)的横向截面轮廓线与型材的横向截面轮廓线相同。

2.根据权利要求1所述的型材自弯曲成形挤压模具，其特征在于，所述第二腔(42)的横向截面轮廓线至少部分地与型材的横向截面轮廓线相同。

3.根据权利要求1或2所述的型材自弯曲成形挤压模具，其特征在于，所述第二腔(42)端部的横向截面轮廓线所包覆的面积大于型材端部的横向截面轮廓线所包覆的面积。

4.根据权利要求1或2所述的型材自弯曲成形挤压模具，其特征在于，所述下模(2)上还设置有楔形元件(6)，所述楔形元件(6)至少具有分别向所述第二腔(42)的两侧倾斜的两个斜面。

5.根据权利要求4所述的型材自弯曲成形挤压模具，其特征在于，所述楔形元件(6)两侧至少有部分轮廓线与所述第二腔(42)的轮廓线相同。

6.根据权利要求1或2所述的型材自弯曲成形挤压模具，其特征在于，所述下模(2)上还设置有模孔(7)。

7.根据权利要求1或2所述的型材自弯曲成形挤压模具，其特征在于，所述下模(2)上与所述第二腔(42)相对的一侧依次设置有第一级空刀(9)和第二级空刀(10)，所述第一级空刀(9)至少有部分横向截面轮廓线与所述第二腔(42)的横向截面轮廓线相同，所述第二级空刀(10)至少有部分横向截面轮廓线与所述第一腔(41)的横向截面轮廓线相同。

8.根据权利要求1或2所述的型材自弯曲成形挤压模具，其特征在于，所述导流腔(3)和所述挤压腔(4)的轮廓线的拐角处均通过圆弧过渡。

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