CN110834046B - 钛合金板材用单行程拉深高方形盒形件制造装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
一种钛合金板材用单行程拉深高方形盒形件制造装置及工艺，通过两段式结构的锥形凹模，用一个工步在各种型式双锥形凹模中一个工步完成。能够用圆形毛坯在无压边圈压边条件下，用方形凸模在双锥形形凹模中成形，凹模上部分是双锥形，下部分是方形。这时锥形表面与方形零件直壁平面相贯线形成双曲线拉深边缘。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种金属板材成形领域的技术，具体是一种钛合金板材用单行程拉深高方形盒形件制造装置及工艺。
背景技术
方形零件广泛用于航空航天、汽车、仪表和其它工业部门，甚至用于日常生活商品。获得方盒形零件最有发展前途的工艺是用平面板坯在对应形状的模具中多道拉深成形。现行工艺是在第一个工步模具中获得圆柱形半成品，而随后几道工序成形方形盒形零件。中间还伴随退火、清洗等污染环境工序。生产成本高，效率低下。
发明内容
本发明针对现有模具及工艺需要两道或两道以上拉深，一道切边，且拉伸过程中需要压边圈等限制，提出一种钛合金板材用单行程拉深高方形盒形件制造装置及工艺，能够用一个工步在各种型式双锥形凹模中一个工步完成。能够用圆形毛坯在无压边圈压边条件下，用方形凸模在双锥形凹模中成形，凹模上部分是双锥形，下部分是方形。这时锥形表面与方形零件直壁平面相贯线形成双曲线拉深边缘。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种采用锥形凹模的单行程高方形盒形件制造装置，即两段式结构的锥形凹模，其中：上部分包括：第一锥形、与之相贯的第二锥形、以及位于第一和第二锥形之间的平滑过渡段，下部分为矩形空心柱结构。
本发明不只限用于钛合金板材，可用于常规拉深的任何板材。
技术效果
与现有技术相比，本发明仅需一道拉深，省去污染环境中间退火、清洗工艺，并省去压边、切边工序；相比常规模具中多工步拉深平均应力比锥形凹模中拉深大10％，而本发明在锥形凹模中最大变形程度下危险截面处的应力小16％，即减少了变形不均匀性，降低拉伸力，减少了危险截面应力-应变值，从而显著延长模具寿命。
附图说明
图1为本发明无压边圈两段锥形凹模示意图；
图中：1为凸模、2为毛坯、3为凹模、第一锥形30、平滑过渡段31、第二锥形32、矩形空心柱结构33；
图2为本发明锥形凹模中获得方盒形零件变形过程示意图；
图3为本发明变形过程中力P的变化曲线示意图；
图中：a为现有技术凹模、b为本发明锥形凹模；P为变形力、t为变形/拉伸时间、S为秒。
图4为实施例中方盒形零件拉深破坏标准值的分布示意图；
图中：a为现有技术凹模、b为本发明锥形凹模；
图5为图4中点P平均应力示意图；
图中：a为现有技术凹模、b为本发明锥形凹模；σp为平均应力(MPa)；
图6为拉深盒型零件时点P的变形程度示意图；
图中：a为现有技术凹模、b为本发明锥形凹模。ε为变形程度。
具体实施方式
本实施例选用TA1工业纯钛板拉深成方盒形零件：边长45mm，高50mm，由普通冲床下料成圆毛坯
选择名义力50MN液压机，滑块速度50mm/s液压机成形。材料接触边界和模具摩擦系数采用μ＝0.15。按照现行冲模设计手册推荐，总的拉深系数m＝0.52和毛坯相对厚度(s/D)×100＝1.36。
如图1所示，本实施例锥形凹模3包括上部分和下部分的两段式结构，其中：上部分包括：第一锥形30、与之相贯的第二锥形32、以及位于第一和第二锥形之间的足够大半径的平滑过渡段31，下部分为矩形空心柱结构33。
所述的锥形凹模，入口段凹模内壁，即第一锥形30的表面与垂直中心线成45～55°夹角。
所述的第二锥形32的表面与垂直中心线成10～15°夹角。
所述的平滑过渡段31为R10～R15圆弧。
本实施例涉及上述凹模的单行程拉深高方形盒形件制造工艺，具体包括以下步骤：
步骤1选用TA1工业纯钛板落料为
圆毛坯。
步骤2选择名义力50MN液压机，滑块速度50mm/s。
步骤3如图1所示，将两段式锥形凹模3安装到压机台面上，方形凸模1安装在液压机滑块下平面模座上，上下模之间装上无需压边圈的TA1钛板2。
步骤4开动压力机，压机柱塞推动凸模压入凹模，成形工件，如图2所示。
如图2所示，板材在锥形凹模中经一个工作行程获得半成品，该半成品的上端面比用现行凹模所拉深半成品更均匀、更光洁，整个体积变形分布更均匀。
如图3所示，经分析过程力的规范表明，在锥形凹模中变形力比在现行凹模中要小，因为带有方底锥形毛坯拉深成盒形，产生使随后形成锥形法兰更高稳定性最有利条件。双锥形凹模保证了在变形过程中拉深工序力的值变化最平稳特点。确定冷拉深过程稳定重要因素之一是，材料在塑性变形过程中不发生破坏。在常规模具中多工步拉深平均应力比锥形凹模中拉深大10％，此时，在锥形凹模中最大变形程度下平均应力小16％。减小了危险截面应力-应变值，为材料在拉深过程中不破裂创造了条件。
如图4所示，为本实施例中整个材料在各种模具中拉深高方盒形零件所得数值分布图标准数值指标，如图可见，对于两种变形方案：盒型零件最大可能破坏部位是壁部与底部连接处，该部位标志点P及在加载过程中观察应力-应变状态如图4和图5所示。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (2)
1.一种基于采用双锥形凹模的单行程高方形盒形件制造装置的单行程拉深高方形盒形件制造工艺，其特征在于，所述的双锥形凹模为两段式结构，其中：上部分包括：第一锥形、与之相贯的第二锥形、以及位于第一和第二锥形之间的平滑过渡段，下部分为矩形空心柱结构，第一锥形的表面与垂直中心线呈45°~55°夹角，第二锥形的表面与垂直中心线呈10°~15°夹角；
所述的制造工艺包括以下步骤：
步骤1)选用TA1工业纯钛板落料为φ110×1.5mm圆毛坯；
步骤2)选择名义力50MN液压机，滑块速度设置为50mm/s；
步骤3)将两段式结构的双锥形凹模安装至液压机台面上，方形凸模安装在液压机滑块下平面模座上，并在凸模和凹模之间装上步骤1)中得到的无需压边圈的圆毛坯；
步骤4)开动液压机，液压机柱塞推动凸模压入凹模，成形工件。
2.根据权利要求1所述的制造工艺，其特征是，所述的平滑过渡段为R10~R15圆弧。
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