CN112692211A - 一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置及其使用方法,复合成形装置包括上板、模芯、侧压上板和侧压冲头;上板下侧中间两侧均设有冲头压盖,自上而下依次布置有冲头压盖、冲头、模芯压板、模芯套筒、下板,模芯套筒出料侧设有用于感应胚料挤出长度的位移传感器,且模芯套筒内设有模芯,模芯内设有相互连接的等通道转角挤压通道一和冷镦成形通道二,冷镦成形通道二远离等通道转角挤压通道一侧依次设有侧压冲头、侧压冲头盖板和侧压上板。本发明的复合成形装置,将等通道转角挤压和冷镦成形两种变形技术复合到同一装置上,可以增强超细晶坯料的加工连续性,显著提高效率,应用前景好。
Description
技术领域
本发明属于金属材料压力加工技术领域,涉及一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置及其使用方法。
背景技术
近年来,随着航空航天领域的高速发展,要求金属材料具备更高的综合性能,制备质量轻、强度高的航空紧固件是当前国际材料领域的发展方向之一。采用新工艺、新方法加工成形航空紧固件能提高紧固件质量,降低生产成本,是未来航空紧固件发展的突破点。
等通道转角挤压技术(Equal Channel Angular Pressing,简称ECAP)是大塑性变形的一种,使金属材料在纯剪切应力的作用下细化晶粒,得到超细晶材料。现有的等通道转角挤压模具的设计方向集中在通过一次挤压实现多道次、多路径的复合变形来提高材料的力学性能,其解决的主要问题是现有大塑性变形方法制备超细晶材料工序复杂并且制备成本高的问题,并未出现应用该工艺直接加工制造产品的先例。
传统的铆钉墩压技术因为塑性变形较小,材料变形强化效果不足,导致某些应用场合下铆钉力学性能不足。等通道转角挤压技术能够有效解决这一问题,但目前等通道转角挤压技术主要集中在理论研究,很少与实际生产相结合,特别是应用于墩压制造铆钉。
因此,开发一种应用等通道转角挤压技术实现墩压制造铆钉的装置极具现实意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术墩压制造铆钉存在材料变形强化效果不足进而导致某些应用场合下铆钉力学性能不足的缺陷,提供一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,该装置将等通道转角挤压技术与冷镦技术有效结合,用于铆钉成型,能够在保证生产效率的前提下,显著提升铆钉的力学性能,其产品可作为航空紧固件等特种零部件,本发明的装置在一次挤压过程中即完成等通道转角挤压强化材料力学性能与铆钉头部复合成形这种目前需要两道工序才可完成的操作,极具应用前景。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,包括上板、模芯、侧压上板和侧压冲头;
所述上板下侧中间两侧均设有冲头压盖,所述冲头压盖下侧设有冲头,所述冲头下侧设有模芯压板,所述模芯压板下侧固定有模芯套筒,所述模芯套筒下侧固定有下板,所述模芯套筒出料侧设有用于感应胚料挤出长度的位移传感器,且模芯套筒内设有模芯,所述模芯内开设有相互连接的等通道转角挤压通道一和冷镦成形通道二,所述冷镦成形通道二远离等通道转角挤压通道一侧设有侧压冲头,所述侧压冲头远离冷镦成形通道二侧设有侧压冲头盖板,所述侧压冲头盖板远离侧压冲头侧固定有侧压上板。
本发明的一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,设计精巧,将等通道转角挤压和冷镦成形两种变形技术复合到同一装置上,在完成等通道转角挤压后直接冷镦成形,相较于传统的分别采用单独的加工装置进行单独的加工,不仅可以增强坯料的加工连续性,显著提高了生产效率,而且能够显著提高产品的力学性能,极具应用前景。
作为优选的技术方案:
如上所述的一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,所述等通道转角挤压通道一竖直布置,其模具内角为90°,模具内角半径为1mm,其内径为D1;所述冷镦挤压通道二为水平通道,其包括与等通道转角挤压通道一连接的段I和远离等通道转角挤压通道一的段II,其中,段I的内径为D1,段II的内径为D2,D2>D1。本发明的保护范围并不仅限于此,此处仅给出一种可行的技术方案,冷镦挤压通道二的具体设计本领域技术人员可根据实际需求进行选择。
如上所述的一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,所述上板与下板之间还布置有第一导柱和第二导柱,第一导柱和第二导柱的上端部分别套有第一导柱套筒和第二导柱套筒,通过第一导柱套筒和第二导柱套筒与上板固定连接,第一导柱和第二导柱的下端与下板固定连接;
所述侧压上板与模芯压板之间还布置有第一侧压导柱和第二侧压导柱,第一侧压导柱和第二侧压导柱的一端安装在模芯上,另一端分别通过外套在其端部的第一侧压导柱套筒和第二侧压导柱套筒与侧压上板固定连接,通过控制第一侧压导柱和第二侧压导柱即可驱动侧压上板进而驱动侧压冲头。
如上所述的一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,第一导柱套筒和第二个导柱套筒分别通过内六角圆柱头螺钉固定在上板相对的两侧(具体为左前和右后的对角两侧)。
如上所述的一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,所述模芯压板与模芯套筒通过内六角螺栓相连,模芯套筒与模芯通过内六角圆柱头螺钉紧固,模芯套筒与下板通过内六角圆柱头螺钉紧固,整体为可拆卸结构。
如上所述的一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,所述等通道转角挤压与冷镦复合成形装置为左右对称结构,具体为双通道成形装置。即其包括两个模芯(两条成型通道),两条成型通道可同时作业,能够大大提高效率。当然本发明的装置的保护范围并不仅限于此,此处仅给出一种可行的技术方案而已,也可采用中心对称的布局形式,共设置三条及以上成型通道,本领域技术人员可根据实际需求进行设置。双通道成形装置或对称多通道成形装置不仅能够提升生产效率,并且保持模具的受力平衡。
如上所述的一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,所述等通道转角挤压与冷镦复合成形装置由模具钢制成。
本发明还提供使用如上所述的一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置复合成形的方法,包括以下步骤:
(1)将第一根加工坯料完全放入等通道转角挤压通道一上侧,在冲头的作用下,第一根加工坯料沿通道进入等通道转角挤压通道一弯折一段;
(2)当第一根加工坯料完全进入通道弯折一段时,将第二根加工坯料放入等通道转角挤压通道一上侧,在冲头的作用下,第二根加工坯料将沿通道上侧进入通道弯折一段;
(3)第二根加工坯料进入通道弯折一段时,第一根加工坯料从弯折一段中被挤出进入冷镦成形通道二;
(4)当第一根加工坯料挤出超过模芯套筒Xmm时,冲头停止挤压,维持保压状态,侧压冲头开始对第一根加工坯料墩压,墩压出铆钉头部的形状,当侧压冲头行进指定位置以后,侧压冲头退出,此时铆钉头部的形状墩压完成;
(5)将第三根加工坯料放入通道上侧,在冲头作用下,第三根加工坯料沿等通道转角挤压通道一上侧进入通道弯折一段,第一根加工坯料从冷镦成形通道二被挤出,完成第一根加工坯料的复合成形;
(6)重复步骤(1)~(5)操作,即可完成后续加工坯料的复合成形。
作为优选的技术方案:
如上所述的复合成形的方法,X为10。本发明的保护范围并不仅限于此,X的具体取值是本领域技术人员根据实际需求进行设置的。
如上所述的复合成形的方法,所述加工坯料的材料为铝合金或钛合金等轻质合金。
有益效果:
(1)本发明的等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,将等通道转角挤压和冷镦成形两种变形技术复合到同一装置上,相较于传统的分别采用单独的加工装置进行单独的加工,可以增强超细晶坯料的加工连续性,显著提高效率;
(2)本发明的等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,为自动化工业生产设备,挤压过程自动控制,提高生产的精确性和安全性;
(3)本发明的等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,为中心对称的多通道装置,不仅可以同时进行复合成形零件,提升生产效率,而且还能保持模具的受力平衡;
(4)本发明的等通道转角挤压与冷镦复合成形方法,工艺简单,成本较为低廉且生产效率高,可以制备超细晶的航空紧固件,应用前景好。
附图说明
图1为本发明的等通道转角挤压与冷镦复合成形装置模具装配主视图;
图2为本发明的模具模芯型腔及套筒的示意图;
图3为胚料1通过通道一折弯时的示意图;
图4为胚料2通过通道一折弯以及胚料1完全进入冷镦通道时的示意图;
图5为胚料1经侧压冲头挤压出铆钉头部形状时的示意图;
其中,1-第一导柱,2-第一导柱套筒,3-上板,4-冲头压盖,5-冲头,6-第二导柱套筒,7-第二导柱,8-模芯,9-模芯压板,10-模芯套筒,11-第一位移传感器,12-侧压上板,13-第一侧压导柱套筒,14-第一侧压导柱,15-侧压冲头,16-侧压冲头盖板,17-第二侧压导柱套筒,18-第二侧压导柱,19-第二位移传感器,20-下板,21-等通道转角挤压通道一,22-冷镦成形通道二。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的具体实施方式做进一步阐述。
一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,如图1所示,为左右对称结构,具体为由模具钢制成的双通道成形装置,包括上板3、模芯8、侧压上板12和侧压冲头15;
上板3下侧中间两侧均设有冲头压盖4,冲头压盖4下侧设有冲头5,冲头5下侧设有模芯压板9,模芯压板9下侧固定有模芯套筒10(模芯压板9与模芯套筒10通过内六角螺栓相连),模芯套筒10下侧固定有下板20(模芯套筒10与下板20通过内六角圆柱头螺钉紧固),模芯套筒10的出料侧设有用于感应胚料挤出长度的位移传感器(第一位移传感器11、第二位移传感器19两者相互配合实现对胚料挤出距离的感应),且模芯套筒10内设有模芯8(模芯套筒10与模芯8通过内六角圆柱头螺钉紧固),上板3与下板20之间还布置有第一导柱1和第二导柱7,第一导柱1和第二导柱7的上端部分别套有第一导柱套筒2和第二导柱套筒6,通过第一导柱套筒2和第二导柱套筒6与上板3固定连接(第一导柱套筒2和第二导柱套筒6分别通过内六角圆柱头螺钉固定在上板3相对的两侧),第一导柱1和第二导柱7的下端与下板20固定连接,模芯8内开设有如图2所示的相互连接的等通道转角挤压通道一21和冷镦成形通道二22,等通道转角挤压通道一22竖直布置,其模具内角为90°,模具内角半径为1mm,其长度为100mm,内径为10mm,冷镦挤压通道二22为长63mm的水平通道,其包括与等通道转角挤压通道一连接的段I和远离等通道转角挤压通道一的段II,其中,段I的内径为10mm,段II的内径为20mm,冷镦成形通道二22远离等通道转角挤压通道一21侧设有侧压冲头15,侧压冲头15远离冷镦成形通道二22侧设有侧压冲头盖板16,侧压冲头盖板16远离侧压冲头15侧固定有侧压上板12,侧压上板13与模芯压板9之间还布置有第一侧压导柱14和第二侧压导柱18,第一侧压导柱14和第二侧压导柱18的一端安装在模芯8上,另一端分别通过外套在其端部的第一侧压导柱套筒13和第二侧压导柱套筒17与侧压上板12固定连接,通过控制第一侧压导柱14和第二侧压导柱18即可驱动侧压上板12进而驱动侧压冲头15。
使用该等通道转角挤压与冷镦复合成形装置复合成形的方法,包括以下步骤:
(1)将第一根加工坯料(铝合金或镁合金材料)完全放入等通道转角挤压通道一上侧,在冲头的作用下,第一根加工坯料沿通道进入等通道转角挤压通道一弯折一段,如图1所示;
(2)当第一根加工坯料完全进入通道弯折一段时,将第二根加工坯料放入等通道转角挤压通道一上侧,在冲头的作用下,第二根加工坯料将缓慢地沿通道上侧进入通道弯折一段;
(3)第二根加工坯料进入通道弯折一段时,第一根加工坯料从弯折一段中被挤出进入冷镦成形通道二,如图4所示;
(4)当第一根加工坯料挤出超过模芯套筒10mm时,冲头停止挤压,维持保压状态,侧压冲头开始对第一根加工坯料墩压,墩压出铆钉头部的形状,过程如图5所示,当侧压冲头行进指定位置以后,侧压冲头退出,此时铆钉头部的形状墩压完成;
(5)将第三根加工坯料放入通道上侧,在冲头作用下,第三根加工坯料沿等通道转角挤压通道一上侧进入通道弯折一段,第一根加工坯料从冷镦成形通道二被挤出,完成第一根加工坯料的复合成形;
(6)重复步骤(1)~(5)操作,即可完成后续加工坯料的复合成形。
经验证,本发明的等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,将等通道转角挤压和冷镦成形两种变形技术复合到同一装置上,相较于传统的分别采用单独的加工装置进行单独的加工,可以增强超细晶坯料的加工连续性,显著提高效率;为自动化工业生产设备,挤压过程自动控制,提高生产的精确性和安全性;为中心对称的多通道装置,不仅可以同时进行复合成形零件,提升生产效率,而且还能保持模具的受力平衡。本发明的方法,工艺简单,成本较为低廉且生产效率高,可以制备超细晶的航空紧固件,应用前景好。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应该理解,这些仅是举例说明,在不违背本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式做出多种变更或修改。
Claims (10)
1.一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,其特征在于,包括上板、模芯、侧压上板和侧压冲头;
所述上板下侧中间两侧均设有冲头压盖,所述冲头压盖下侧设有冲头,所述冲头下侧设有模芯压板,所述模芯压板下侧固定有模芯套筒,所述模芯套筒下侧固定有下板,所述模芯套筒出料侧设有用于感应胚料挤出长度的位移传感器,且模芯套筒内设有模芯,所述模芯内开设有相互连接的等通道转角挤压通道一和冷镦成形通道二,所述冷镦成形通道二远离等通道转角挤压通道一侧设有侧压冲头,所述侧压冲头远离冷镦成形通道二侧设有侧压冲头盖板,所述侧压冲头盖板远离侧压冲头侧固定有侧压上板。
2.根据权利要求1所述的一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,其特征在于,所述等通道转角挤压通道一竖直布置,其模具内角为90°,模具内角半径为1mm,其内径为D1;所述冷镦挤压通道二为水平通道,其包括与等通道转角挤压通道一连接的段I和远离等通道转角挤压通道一的段II,其中,段I的内径为D1,段II的内径为D2,D2>D1。
3.根据权利要求1所述的一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,其特征在于,所述上板与下板之间还布置有第一导柱和第二导柱,第一导柱和第二导柱的上端部分别套有第一导柱套筒和第二导柱套筒,通过第一导柱套筒和第二导柱套筒与上板固定连接,第一导柱和第二导柱的下端与下板固定连接;
所述侧压上板与模芯压板之间还布置有第一侧压导柱和第二侧压导柱,第一侧压导柱和第二侧压导柱的一端安装在模芯上,另一端分别通过外套在其端部的第一侧压导柱套筒和第二侧压导柱套筒与侧压上板固定连接,通过控制第一侧压导柱和第二侧压导柱即可驱动侧压上板进而驱动侧压冲头。
4.根据权利要求3所述的一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,其特征在于,第一导柱套筒和第二个导柱套筒分别通过内六角圆柱头螺钉固定在上板相对的两侧。
5.根据权利要求1所述的一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,其特征在于,所述模芯压板与模芯套筒通过内六角螺栓相连,模芯套筒与模芯通过内六角圆柱头螺钉紧固,模芯套筒与下板通过内六角圆柱头螺钉紧固,整体为可拆卸结构。
6.根据权利要求1所述的一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,其特征在于,所述等通道转角挤压与冷镦复合成形装置为左右对称结构,具体为双通道成形装置。
7.根据权利要求1所述的一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置,其特征在于,所述等通道转角挤压与冷镦复合成形装置由模具钢制成。
8.使用如权利要求1~7任一项所述的一种等通道转角挤压与冷镦复合成形装置复合成形的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将第一根加工坯料完全放入等通道转角挤压通道一上侧,在冲头的作用下,第一根加工坯料沿通道进入等通道转角挤压通道一弯折一段;
(2)当第一根加工坯料完全进入通道弯折一段时,将第二根加工坯料放入等通道转角挤压通道一上侧,在冲头的作用下,第二根加工坯料将沿通道上侧进入通道弯折一段;
(3)第二根加工坯料进入通道弯折一段时,第一根加工坯料从弯折一段中被挤出进入冷镦成形通道二;
(4)当第一根加工坯料挤出超过模芯套筒Xmm时,冲头停止挤压,维持保压状态,侧压冲头开始对第一根加工坯料墩压,墩压出铆钉头部的形状,当侧压冲头行进指定位置以后,侧压冲头退出,此时铆钉头部的形状墩压完成;
(5)将第三根加工坯料放入通道上侧,在冲头作用下,第三根加工坯料沿等通道转角挤压通道一上侧进入通道弯折一段,第一根加工坯料从冷镦成形通道二被挤出,完成第一根加工坯料的复合成形;
(6)重复步骤(1)~(5)操作,即可完成后续加工坯料的复合成形。
9.根据权利要求8所述的复合成形的方法,其特征在于,X为10。
10.根据权利要求8所述的复合成形的方法,其特征在于,所述加工坯料的材料为铝合金或钛合金。
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