CN112570482A - 金属曲率型材搓动挤压成形装置及方法 - Google Patents

金属曲率型材搓动挤压成形装置及方法 Download PDF

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金属曲率型材搓动挤压成形装置及方法，具体涉及一种弯曲构件的挤压‑弯曲一体化的短流程挤压成形方法，该装置突破了传统挤压模均为整体的结构设计理念，将挤压筒设计成分体结构形式，分为定模和动模两个部分，芯模设计成镶块式结构。该方法通过装置结构及加载方式的协同创新设计，使挤压筒与坯料不同部位的界面接触摩擦条件存在不同，导致挤出模口处沿断面上的流速呈现差异，从而获得带曲率特征的挤出制品。解决了此类构件采用传统“两步法”即先成形‑后弯曲时存在的工序流程长、工艺要求高且品质调控难度大等瓶颈，实现了对挤出构件曲率及组织性能一体化的精确调控。

Description

金属曲率型材搓动挤压成形装置及方法
技术领域
本发明涉及金属材质棒材、管材、复杂截面等曲率型材的弯曲加工成形方法，具体涉及一种弯曲构件的挤压-弯曲一体化的短流程挤压成形方法，属于挤压成形技术领域。
背景技术
随着社会对加工制造业轻量化和绿色环保等需求的增加，轻质曲率构件的用量呈显著递增趋势。由于机械加工方法会破坏材料内部的流线分布，对力学性能影响很大，材料利用率低，因此，目前，压弯、绕弯、滚弯、推弯和拉弯等弯曲工艺广泛用于带曲率的型材/管材制品的加工成形。但现有带曲率构件加工制造方法多为“两步法”即先成形后弯曲的制造模式，工艺流程较长，且在弯曲工序时对截面形状尺寸精度的控制要求较高。挤压是获得弯曲构件所需坯料的重要工艺方法之一，如果可以深度挖掘挤压工艺的技术优势及潜力，可以缩短工艺流程且提高生产效率，因此，金属带曲率构件挤压-弯曲一体化方面的研究越来越为业界所推崇。
目前的挤压-弯曲一体化研究主要是从几方面入手的：改变模具结构、对挤出构件施加力矩、变化加载方式等。改变模具结构主要集中在凸模或芯模结构角度着手。错距挤压法通过对凸模端部预先设计并设置带台阶式的梯式结构，获得带曲率形状变化特征的弯曲构件。该方法通过凸模局部梯式结构的巧妙设计，可定量控制成形构件的曲率特征。
导向模片控制法是通过在挤压模的底部添加一系列的导向模片，利用特制的一系列导向模片在芯模口定向排布，可定量调控挤出制品的曲率大小。根据不同构件形状特征及曲率大小的要求，改变导向模片的相对排列位置，从而改变坯料流出导向模片时的流速特征，达到定制固定曲率构件的目的。但实际操作过程中，要提前设计并计算好各导向模片的相对位置并加以固定，不同导向模片所围型腔的光顺过度给加工带来不便，且柔性调整难度较大。
对构件施加力矩是可定量调控挤出成形构件的曲率特征，或者在坯料挤出成形的同时，对坯料施加一个外力，使其呈现出一定的曲率特征。基于该原理衍生了一些弯曲成形工艺，所获弯曲件的回弹量和残余应力均较小且消除了截面畸变等成形缺陷。但需要额外增设一个导向机构对挤出成形构件侧向外力的大小或成形方向进行调控。
通过加载方式调控可改变挤出模口处各部位的流速差，实现挤压-弯曲成形一体化。同侧双凸模差速挤压法在于分别控制左、右分体凸模的下行加载速度，使坯料挤出成形过程中产生流速差，获得带曲率特征的构件。对向差速侧挤压法是采用两侧对向的设置凸模以不同成形速度对向施载，使坯料从垂直于轴线方向挤出成形。通过两侧凸模速度差异不同，使得挤出构件具有一定的曲率特性。
众所周知，坯料与模具之间界面摩擦不仅消耗了大量的挤压能，并且通过改变模具或加载作用方式，可使坯料与模具之间摩擦力作用大小及方向等发生改变，对挤出制品组织及性能都将产生关联性影响，并以此调控制品形状实现挤压-弯曲成形一体化，逐渐成为业界关注的重点方向之一。
发明内容
本发明提供了一种曲率特征构件的搓动挤压成形装置及方法。该方法通过装置结构及加载方式的协同创新设计，使挤压筒与坯料不同部位的界面接触摩擦条件存在不同，导致挤出模口处沿断面上的流速呈现差异，从而获得带曲率特征的挤出制品。解决了此类构件采用传统“两步法”即先成形-后弯曲时存在的工序流程长、工艺要求高且品质调控难度大等瓶颈，实现了对挤出构件曲率及组织性能一体化的精确调控。
本发明是通过以下技术方案实现的：
装置：所述装置包括凸模1-1、凹槽凸模1-2、定模2、销钉3、坯料4-1、坯料4-2、镶块式挤棒芯模5-1、镶块式挤管芯模5-2、镶块式挤T型件芯模5-3、镶块式挤槽型件芯模5-4、套筒6、凸模垫块7、调速升降机8、动模9-1、动模9-2、中间凸模10、穿孔针11、挤出垫块12。装置结构的关键在于各部分结构设计。将挤压筒设计成分体结构形式，分为定模2和动模9-1或动模9-2两个部分；调速升降机8为独立的液压单元，利用调速升降机8连接动模9-1或动模9-2和凸模垫块7组成搓动机构，使动模9-1或动模9-2与凸模1产生可控的速度比V2/V1，其中凸模1-1和凹槽凸模1-2的速度为V1，动模9-1或动模9-2的速度为V2；芯模设置成镶块式结构，利用定模2将其限位，同时更换不同的镶块式芯模来达到不同截面型材的弯曲成形。
方法：所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、将挤出垫块置于压力机工作台上；
步骤二、用调速升降机将凸模垫块和动模连接组成搓动机构；
步骤三、首先将镶块式挤棒芯模置于套筒内，然后在放入定模，并用销钉将套筒与定模固定；
步骤四、将套筒放在挤出垫块上方；
步骤五、将坯料放入套筒内的镶块式挤棒芯模上方；
步骤六、将圆柱凸模和搓动机构一同放入套筒内；
步骤七、压力机下行通过调速升降机改变动模与凸模之间的速度比，实现搓挤成形。
本发明方法与现有技术相比具体以下有益效果：
一、本发明的创新之处在于突破了传统挤压模均为整体的结构设计理念，将挤压筒设计成分体结构形式，分为定模和动模两个部分。其中，动模部分对坯料起固定约束作用的同时，在独立液压单元调控下可施加与挤出方向相同的线性运动；
二、挤压成形过程中定模部分与坯料之间的界面摩擦力作用方向与成形方向相反，起阻碍作用。而动模部分与坯料之间的界面摩擦力作用方向则与成形方向相同，即起到积极摩擦作用效果，可促进坯料的挤出成形；
三、由于定模和动模两部分对挤压筒内坯料所施加界面摩擦力大小及方向的异同，引起挤出成形过程中沿模口截面各部位的流速差异，致使挤出构件轴线呈现出一定的曲率特征，这也是搓动挤压法的关键所在；
四、由于挤压加载和动模部分分属于不同的独立控制系统，即二者速度可分别调控，其速度差异直接影响着挤出过程中模口处各部分的流速差，决定着挤出构件的曲率大小，因此，可通过二者速度差异定量调控挤出构件的曲率半径；
五、由于动模部分与坯料之间的积极摩擦作用，显著降低了挤压成形载荷，易于实现以小干大。同时，动模部分的搓动加载，使得筒内坯料差生附加剪切应力，可使构件组织及性能得到改善，这对挤出构件品质提高是非常有益；
六、通过搓动挤压法在单道次内无需额外工序一次性成形出所需的弯曲构件，避免了型材因二次加工所造成的内应力，提高了材料利用率；
七、通过该方法实现了弯曲构件的形状与组织性能一体化的短流程协同调控，装置结构简单、实效性强，易于在生产实际中实施推广。
附图说明
图1是本发明装置的主剖视图（弯曲棒材成形前）；
图2是本发明装置的主剖视图（弯曲棒材成形中）；
图3是本发明装置的分解图（弯曲棒材）；
图4是本发明装置的主剖视图（弯曲管材成形前）；
图5是本发明装置的主剖视图（弯曲管材成形中）；
图6是本发明装置的分解图（弯曲管材）；
图7是本发明装置部分结构的俯视图；
图8是本发明装置部分结构的左视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1~3说明本实施方式，本实施方式包括凸模1-1、定模2、销钉3、坯料4-1、镶块式挤棒芯模5-1、套筒6、凸模垫块7、调速升降机8、动模9-1、挤出垫块12。本实施方式由以下几个步骤完成：一、将挤出垫块12置于压力机工作台上；二、用调速升降机8将凸模垫块7和动模9-1连接组成搓动机构；三、首先将镶块式挤棒芯模5-1置于套筒内，然后在放入定模2，并用销钉3将套筒6与定模2固定；四、将套筒6放在挤出垫块12上方；五、将坯料4-1放入套筒6内的镶块式挤棒芯模5-1上方；六、将凸模1-1和搓动机构一同放入套筒6内；七、压力机下行通过调速升降机8改变动模9-1与凸模1-1之间的速度比，实现搓挤成形。
具体实施方式二：结合图1~3说明本实施方式，本实施方式的调速升降机8调节的速度比V2/V1与实施方式一不同，凸模1-1的速度为V1，动模9-1的速度为V2，调整速度比的范围为0.5<V2/V1<5，其它连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1~3说明本实施方式，本实施方式中曲率型材的截面形状不同，将镶块式挤棒芯模5-1更换成镶块式挤T型件芯模5-3或镶块式挤槽型件芯模5-4，其它连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图4~6说明本实施方式，本实施方式中由挤压实心弯曲型材变成挤压空心弯曲型材，即将镶块式挤棒芯模5-1更换成镶块式挤管芯模5-2，在用销钉3固定住定模2后依次放入坯料4-2、中间凸模10、穿孔针11、凹槽凸模1-2后，放入调速升降机8、凸模垫块7和动模9-2组成的搓动机构，其它连接关系与具体实施方式一相同。

Claims (6)

1.金属曲率型材搓动挤压成形装置，其特征在于所述装置包括凸模（1-1）、凹槽凸模（1-2）、定模（2）、销钉（3）、坯料（4-1）、坯料（4-2）、镶块式挤棒芯模（5-1）、镶块式挤管芯模（5-2）、镶块式挤T型件芯模（5-3）、镶块式挤槽型件芯模（5-4）、套筒（6）、凸模垫块（7）、调速升降机（8）、动模（9-1）、动模（9-2）、中间凸模（10）、穿孔针（11）、挤出垫块（12）；套筒（6）置于挤出垫块（12）上，方便弯曲型材挤出成形，将镶块式挤棒芯模（5-1）或镶块式挤管芯模（5-2）或镶块式挤T型件芯模（5-3）或镶块式挤槽型件芯模（5-4）和定模（2）依次置于套筒（6）内，并用销钉（3）固定住定模（2），利用调速升降机（8）连接动模（9-1）或动模（9-2）和凸模垫块（7）组成搓动机构。
2.根据权利要求1所述金属曲率型材搓动挤压成形装置，其特征在于通过调速升降机（8）可以调节凸模（1-1）或凹槽凸模（1-2）的速度V1与动模（9-1）或（9-2）的速度V2之间的速度比V2/V1，利用V2/V1可以定量的调控弯曲型材的曲率大小，调整速度比的范围为0.5<V2/V1<5。
3.根据权利要求1所述金属曲率型材搓动挤压成形装置，其特征在于定模（2）与动模（9-1）或动模（9-2）的结构设计，突破了传统挤压模均为整体的结构设计理念，将挤压筒设计成分体结构形式，分为定模和动模两个部分，实现对摩擦力的利用。
4.一种采用权利要求1所述装置的金属曲率棒材搓动挤压成形方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：一、将挤出垫块（12）置于压力机工作台上；二、用调速升降机（8）将凸模垫块（7）和动模（9-1）连接组成搓动机构；三、首先将镶块式挤棒芯模（5-1）置于套筒内，然后在放入定模（2），并用销钉（3）将套筒（6）与定模（2）固定；四、将套筒（6）放在挤出垫块（12）上方；五、将坯料（4-1）放入套筒（6）内的镶块式挤棒芯模（4-1）上方；六、将凸模（1-1）和搓动机构一同放入套筒（6）内；七、压力机下行通过调速升降机（8）改变动模（9-1）与凸模（1-1）之间的速度比，实现搓挤成形。
5.根据权利要求1、2、4，其特征在于镶块式芯模的设计，通过更换镶块式挤棒芯模（5-1）为镶块式挤T型件芯模（5-3）或镶块式挤槽型件芯模（5-4）可以挤压具有不同截面形状的弯曲型材，如T型件或槽型件。
6.一种采用权利要求1所述装置的金属曲率管材搓动挤压成形方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：一、将挤出垫块（12）置于压力机工作台上；二、用调速升降机（8）将凸模垫块（7）和动模（9-2）连接组成搓动机构；三、首先将镶块式挤管芯模（5-2）置于套筒内，然后在放入定模（2），并用销钉（3）将套筒（6）与定模（2）固定；四、将套筒（6）放在挤出垫块（12）上方；五、将坯料（4-2）、中间凸模（10）、穿孔针（11）、凹槽凸模（1-2）依次放入套筒（6）内的镶块式挤管芯模（5-2）上方；六、再将搓动机构放入套筒（6）内；七、压力机下行通过调速升降机（8）改变动模（9-2）与凹槽凸模（1-2）之间的速度比，实现搓挤成形。
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GR01 Patent grant
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