CN112916783B - 一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形模具装置及工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形模具装置及工艺方法，成形模具装置包括上模、下模、镦挤模、压料板、垫环、聚料环和下垫块，上模上设有冲头；下模带有阶梯安装槽，阶梯安装槽用于镦挤模的安装与定位，压料板压紧预制板坯，通过螺栓安装定位在下模上，聚料环安装在垫环底部，上模的冲头穿过垫环后穿入聚料环内，冲头与垫环固定连接，聚料环正对压料板的中心孔布置并与预制板坯直接接触，下垫块安装在阶梯安装槽内，抵在镦挤模的底部。本发明所述的一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形模具装置及工艺方法，能在板类构件上成形出增厚比较大、高度均匀的孔特征，避免由于冲头设计不合理导致翻孔侧壁倾斜，防止翻孔过程中壁厚减薄。

Description

一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形模具装置及工艺方法

技术领域

本发明属于热加工技术领域，尤其是涉及一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形模具装置及工艺方法。

背景技术

局部孔增厚特征结构是航空航天、汽车等领域的局部突变典型结构，这些结构在成形时主要是通过翻孔工艺来实现。在成型过程中，由于原始坯料过厚，通过翻孔一次成形往往会导致翻孔侧壁变薄。由于冲头设计不合理还会导致翻孔侧壁倾斜不能满足图纸公差的要求，无法满足成形精度。为在板类构件上成形出增厚比较大(≥1.2)、高度均匀的孔特征，亟需提供一种新的厚板成形带有局部孔增厚特征的板锻造成形模具装置及工艺方法以解决现有技术中所存在的上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形模具装置及工艺方法，能够在板类构件上成形出增厚比较大、高度均匀的孔特征，且避免由于冲头设计不合理导致翻孔侧壁倾斜，防止翻孔过程中壁厚减薄。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形模具装置，包括上模、下模、镦挤模、压料板、垫环、聚料环和下垫块，所述上模上设置有冲头；所述下模带有阶梯安装槽，所述阶梯安装槽用于镦挤模的安装与定位，所述压料板压紧预制板坯，且通过压紧螺栓安装定位在下模上，所述聚料环安装在垫环底部，上模的冲头穿过垫环后穿入聚料环内，冲头与垫环固定连接，聚料环正对压料板的中心孔布置并与预制板坯直接接触，所述的下垫块安装在阶梯安装槽内，且抵在镦挤模的底部；

第一次聚料时，所述聚料环为内部设有圆锥台状内腔的聚料环一，所述垫环为内部开设有阶梯通孔的第一聚料垫环；第二次聚料时，所述聚料环为内部设有阶梯状内腔的聚料环二，所述垫环为第二聚料垫环，所述第二聚料垫环和第一聚料垫环的结构尺寸均相同；完全翻孔及反向镦挤时，所述聚料环为中心处设有通孔、外围设有定位沿的密封环，所述垫环为通用垫环。

进一步的，所述聚料环一的圆锥台状内腔的锥角α的范围是：15°≤α＜90°。

进一步的，所述聚料环二的阶梯状内腔的大孔直径d1是冲头直径d2的1.5倍。

进一步的，所述预制板坯为圆板或多边形板。

进一步的，所述预制板坯中心带有预制孔，所述预制孔的直径为25mm-35mm。

一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形的方法，采用了上述的模具装置进行成形，具体包括如下步骤：

步骤一：安装上模和下模，冲头安装在上模上，镦挤模安装在下模的阶梯安装槽上，安装完成后对模具加热至特定温度，将预制板坯、压料板、聚料环一、聚料环二、密封环、第一聚料垫环、第二聚料垫环和通用垫环放在加热炉里加热至特定温度；

步骤二：当预制板坯及模具加热完成后，将预制板坯从加热炉中取出放置在下模上，压料板放在预制板坯上，利用压料板上的压紧螺栓孔定位压料板的位置，拧紧压紧螺栓上的螺帽从而压住预制板坯，防止成形过程中未变形区域预制板坯的翘曲；

步骤三：安装完成后，上模下行，完成预翻孔，预翻孔结束后上模返回初始位置；

步骤四：安装聚料环一和第一聚料垫环，安装完成后上模下行，实现第一次聚料，第一次聚料结束后上模返回初始位置；

步骤五：卸掉聚料环一和第一聚料垫环，安装第二聚料垫环和聚料环二，安装完成后上模下行，实现第二次聚料，第二次聚料结束后上模返回初始位置；

步骤六：卸掉聚料环二和第二聚料垫环，安装密封环和通用垫环，安装完成后上模下行，实现完全翻孔，翻孔结束后通过T型槽将上、下模锁紧；

步骤七：上、下模一起通过T型槽挂在压力机上表面，模具上行，从下模下方安装下垫块，下垫块上行推动镦挤模上行，增加翻孔侧壁的厚度，成形所需的带有局部孔增厚特征的金属件。

进一步的，所述步骤三中，预翻孔过程的上模的预翻孔行程大于预制板坯的厚度。

进一步的，所述步骤一中，预制板坯和模具的加热温度为440℃～480℃。

进一步的，所述步骤三至所述步骤六中，上模的下行速度均为0.5mm/s～3mm/s。

进一步的，所述步骤七中，镦挤模的上行行程为20mm～35mm。

相对于现有技术，本发明所述的一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形模具装置及工艺方法具有以下优势：

本发明中在镦挤模上行之前，预制板坯通过压料板固定在下模上，控制压力机上方输出机构连接的聚料环下行，通过两个聚料环实现局部聚集材料的目的，镦挤模在上行过程中，由于上下模通过压力机的T型槽锁紧，保证了镦挤模镦挤时局部孔特征的壁厚精度，并且实现了局部孔特征的局部突变增厚。该项发明可以应用于较大增厚比的局部突变特征板类零件的成形，是避免由于冲头设计不合理导致翻孔侧壁倾斜，防止翻孔过程中壁厚减薄的一种有效方法。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形模具装置的预翻孔状态的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形模具装置的第一次聚料状态的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形模具装置的第二次聚料状态的结构示意图；

图4为本发明实施例所述的一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形模具装置的完全翻孔状态的结构示意图；

图5为本发明实施例所述的一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形模具装置的反向镦挤状态的结构示意图；

图6为通用垫环的结构示意图；

图7为第一聚料垫环/第二聚料垫环的结构示意图；

图8为聚料环一的实体结构示意图；

图9为聚料环一的主视图；

图10为聚料环二的实体结构示意图；

图11为聚料环二的主视图；

图12为密封环的结构示意图；

图13为镦挤模的结构示意图；

图14为目标薄腹板高筋复杂构件锻件示意图；

图15为预制坯实物图及带有局部孔增厚特征的板锻件实物图。

附图标记说明：

1-镦挤模，2-下模，3-预制板坯，4-压料板，5-压紧螺栓，6-冲头，7-上模，8-第一聚料垫环，9-聚料环一，10-聚料环二，11-通用垫环，12-密封环，13-下垫块，14-第二聚料垫环。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-图13所示，一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形模具装置，包括上模7、下模2、镦挤模1、压料板4、垫环、聚料环和下垫块13，所述上模7上设置有冲头6；所述下模2带有阶梯安装槽，所述阶梯安装槽用于镦挤模1的安装与定位，所述压料板4压紧预制板坯3，且通过压紧螺栓5安装定位在下模2上，所述聚料环安装在垫环底部，上模7的冲头6穿过垫环后穿入聚料环内，冲头6与垫环固定连接，聚料环正对压料板4的中心孔布置并与预制板坯3直接接触，所述的下垫块13安装在阶梯安装槽内，且抵在镦挤模1的底部；

第一次聚料时，所述聚料环为内部设有圆锥台状内腔的聚料环一9，所述垫环为内部开设有阶梯通孔的第一聚料垫环8；第二次聚料时，所述聚料环为内部设有阶梯状内腔的聚料环二10，所述垫环为第二聚料垫环14，所述第二聚料垫环14和第一聚料垫环8的结构尺寸均相同；完全翻孔及反向镦挤时，所述聚料环为中心处设有通孔、外围设有定位沿的密封环12，所述垫环为通用垫环11。

为避免出现折叠，聚料环一9的圆锥台状内腔的锥角α的范围是：15°≤α＜90°；为使聚料效果充分，聚料环二10的阶梯状内腔的大孔直径d1是冲头直径d2的1.5倍；两个聚料环中间的形状和直径的不同主要是为了避免一次聚料过多出现折叠缺陷。

如图6所示为通用垫环11的形状，通用垫环11与聚料垫环(图7)的区别主要在于在聚料过程中为防止冲头接触坯料需要用到高的聚料垫环和冲头配合，而通用垫环11的目的是为了在完全翻孔过程中压住密封环12防止密封环12上浮，不同高度的垫环的作用不同；如图12所示为密封环12，密封环12的设计主要是防止在反向镦挤的过程中腹板向上凹陷，其中密封环12的内孔的直径和冲头直径d2相同，图13为镦挤模形状。

预制板坯3为圆板或多边形板。预制板坯3中心带有预制孔，所述预制孔的直径为25mm-35mm。

一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形的方法，采用了上述的模具装置进行成形，具体包括如下步骤：

步骤一：安装上模7和下模2，冲头6安装在上模7上，镦挤模1安装在下模2的阶梯安装槽上，安装完成后对模具加热至特定温度，将预制板坯3、压料板4、聚料环一9、聚料环二10、密封环12、第一聚料垫环8、第二聚料垫环14和通用垫环11放在加热炉里加热至特定温度；

步骤二：当预制板坯3及模具加热完成后，将预制板坯3从加热炉中取出放置在下模2上，压料板4放在预制板坯3上，利用压料板4上的压紧螺栓孔定位压料板4的位置，拧紧压紧螺栓5上的螺帽从而压住预制板坯3，防止成形过程中未变形区域预制板坯的翘曲；

步骤三：安装完成后，上模7下行，完成预翻孔，预翻孔结束后上模7返回初始位置；

步骤四：安装聚料环一9和第一聚料垫环8，安装完成后上模7下行，实现第一次聚料，第一次聚料结束后上模7返回初始位置；

步骤五：卸掉聚料环一9和第一聚料垫环8，安装第二聚料垫环14和聚料环二10，安装完成后上模7下行，实现第二次聚料，第二次聚料结束后上模7返回初始位置；

步骤六：卸掉聚料环二10和第二聚料垫环14，安装密封环12和通用垫环11，安装完成后上模7下行，实现完全翻孔，翻孔结束后通过T型槽将上、下模锁紧；

步骤七：上、下模一起通过T型槽挂在压力机上表面，模具上行，从下模2下方安装下垫块13，下垫块13上行推动镦挤模1上行，增加翻孔侧壁的厚度，成形所需的带有局部孔增厚特征的金属件。

步骤三中，预翻孔过程的上模的预翻孔行程大于预制板坯3的厚度。

步骤一中，预制板坯3和模具的加热温度为440℃～480℃。

步骤三至所述步骤六中，上模7的下行速度均为0.5mm/s～3mm/s。

步骤七中，镦挤模1的上行行程为20mm～35mm。

下面给出一种零件材料为某2系合金，局部增厚特征内孔直径为φ68mm,壁厚为26mm,突变特征高度为40mm，加工带有局部孔增厚特征的板锻件的具体实施方法，它包括如下步骤：

步骤一：安装上模7和下模2，其中冲头6安装在上模7中，镦挤模1安装在下模2的阶梯安装槽上，安装完成后对模具加热至460℃，将预制板坯3、压料板4、第一聚料垫环8、聚料环一9、第二聚料垫环14、聚料环二10、密封环12、通用垫环11放在加热炉里加热至460℃；

步骤二：当预制板坯3及模具加热完成后，将预制板坯3从加热炉中取出放置在下模2上，压料板4放在预制板坯3上，利用压料板4上的压紧螺栓孔定位压料板的位置，拧紧压紧螺栓5上的螺帽从而压住预制板坯3，防止成形过程中预制板坯3未变形区域的翘曲；

步骤三：安装完成后，上模7以1mm/s下行，直至冲头6进入预制板坯3的深度为40mm完成预翻孔，然后上模7返回初始位置；

步骤四：安装聚料环一9和第一聚料垫环8，安装完成后上模7以1mm/s下行，直至聚料环一9与压料板4打靠，实现第一次聚料，然后上模7返回初始位置；

步骤五：卸掉聚料环一9和第一聚料垫环8，安装第二聚料垫环14和聚料环二10，安装完成后上模7以1mm/s下行，直至聚料环二10与压料板4打靠，实现第二次次聚料，然后上模7返回初始位置；

步骤六：卸掉第二聚料垫环14和聚料环二10，安装密封环12、通用垫环11，安装完成后上模7以1mm/s下行，直至密封环12与压料板4打靠，实现完全翻孔，翻孔结束后通过T型槽将上模7和下模2锁紧挂在压力机上表面；

步骤七：上模7和下模2以1mm/s上行，从下模7下方安装下垫块13，下垫块13以1mm/s上行推动镦挤模1上行，增加翻孔侧壁的厚度，实现带有局部孔增厚特征的金属件的成形。

图14为目标薄腹板高筋复杂构件锻件示意图，图15为预制坯实物图及通过利用本申请的模具装置及工艺方法制得的带有局部孔增厚特征的板锻件实物图，经测量该锻件尺寸满足精度要求，且无折叠缺陷产生。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形的方法，其特征在于：采用带有局部孔增厚特征的板锻造成形模具装置进行成形，带有局部孔增厚特征的板锻造成形模具装置包括上模（7）、下模（2）、镦挤模（1）、压料板（4）、垫环、聚料环和下垫块（13），所述上模（7）上设置有冲头（6）；所述下模（2）带有阶梯安装槽，所述阶梯安装槽用于镦挤模（1）的安装与定位，所述压料板（4）压紧预制板坯（3），且通过压紧螺栓（5）安装定位在下模（2）上，所述聚料环安装在垫环底部，上模（7）的冲头（6）穿过垫环后穿入聚料环内，冲头（6）与垫环固定连接，聚料环正对压料板（4）的中心孔布置并与预制板坯直接接触，所述的下垫块（13）安装在阶梯安装槽内，且抵在镦挤模（1）的底部；

第一次聚料时，所述聚料环为内部设有圆锥台状内腔的聚料环一（9），所述垫环为内部开设有阶梯通孔的第一聚料垫环（8）；第二次聚料时，所述聚料环为内部设有阶梯状内腔的聚料环二（10），所述垫环为第二聚料垫环（14），所述第二聚料垫环（14）和第一聚料垫环（8）的结构尺寸均相同；完全翻孔及反向镦挤时，所述聚料环为中心处设有通孔、外围设有定位沿的密封环（12），所述垫环为通用垫环（11）；

具体包括如下步骤：

步骤一：安装上模（7）和下模（2），冲头（6）安装在上模（7）上，镦挤模（1）安装在下模（2）的阶梯安装槽上，安装完成后对模具加热至特定温度，将预制板坯（3）、压料板（4）、聚料环一（9）、聚料环二（10）、密封环（12）、第一聚料垫环（8）、第二聚料垫环（14）和通用垫环（11）放在加热炉里加热至特定温度；

步骤二：当预制板坯（3）及模具加热完成后，将预制板坯（3）从加热炉中取出放置在下模（2）上，压料板（4）放在预制板坯（3）上，利用压料板（4）上的压紧螺栓孔定位压料板（4）的位置，拧紧压紧螺栓（5）上的螺帽从而压住预制板坯（3），防止成形过程中未变形区域预制板坯的翘曲；

步骤三：安装完成后，上模（7）下行，完成预翻孔，预翻孔结束后上模（7）返回初始位置；

步骤四：安装聚料环一（9）和第一聚料垫环（8），安装完成后上模（7）下行，实现第一次聚料，第一次聚料结束后上模（7）返回初始位置；

步骤五：卸掉聚料环一（9）和第一聚料垫环（8），安装第二聚料垫环（14）和聚料环二（10），安装完成后上模（7）下行，实现第二次聚料，第二次聚料结束后上模（7）返回初始位置；

步骤六：卸掉聚料环二（10）和第二聚料垫环（14），安装密封环（12）和通用垫环（11），安装完成后上模（7）下行，实现完全翻孔，翻孔结束后通过T型槽将上、下模锁紧；

步骤七：上、下模一起通过T型槽挂在压力机上表面，模具上行，从下模（2）下方安装下垫块（13），下垫块（13）上行推动镦挤模（1）上行，增加翻孔侧壁的厚度，成形所需的带有局部孔增厚特征的金属件。

2.根据权利要求1所述的一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形的方法，其特征在于：所述聚料环一（9）的圆锥台状内腔的锥角α的范围是：15°≤α＜90°。

3.根据权利要求1所述的一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形的方法，其特征在于：所述聚料环二（10）的阶梯状内腔的大孔直径d1是冲头直径d2的1.5倍。

4.根据权利要求1所述的一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形的方法，其特征在于：所述预制板坯（3）为圆板或多边形板。

5.根据权利要求1所述的一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形的方法，其特征在于：所述预制板坯（3）中心带有预制孔，所述预制孔的直径为25mm-35mm。

6.根据权利要求1所述的一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形的方法，其特征在于：所述步骤三中，预翻孔过程的上模的预翻孔行程大于预制板坯（3）的厚度。

7.根据权利要求1所述的一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形的方法，其特征在于：所述步骤一中，预制板坯（3）和模具的加热温度为440℃～480℃。

8.根据权利要求1所述的一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形的方法，其特征在于：所述步骤三至所述步骤六中，上模（7）的下行速度均为0.5mm/s～3mm/s。

9.根据权利要求1所述的一种带有局部孔增厚特征的板锻造成形的方法，其特征在于：所述步骤七中，镦挤模（1）的上行行程为20mm～35mm。

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