CN113020516A - 一种带凸缘结构的不等厚金属件板锻造方法及模具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带凸缘结构的不等厚金属件板锻造方法及模具，属于金属先进成形制造和塑性加工领域，工艺流程为：首先将板料进行拉深成形制得筒形预成形坯件；然后预成形坯件被转移至剪挤模凹模上，压机内侧滑块竖直向下运动带动芯轴压合坯件内表面，随后压机外侧滑块竖直向下运动带动凸模剪挤坯件筒壁金属成形出带凸缘结构不等厚金属件；最后压机外滑块、内滑块依次竖直向上运动使得零件与上模脱离，采用手工或者机械手方式完成取件。本方法实现了凸缘结构的成形和金属件壁厚差异化分布，具有成形载荷低、力学性能良好、尺寸精度高及生产效率高等优势，拓展了板锻造技术应用范围，有利于实现轻量化构件的一体化设计与制造，为复杂构件精确成形提供新思路。

Description

一种带凸缘结构的不等厚金属件板锻造方法及模具
技术领域
本发明涉及的是金属先进成形制造和塑性加工领域，具体是一种带凸缘结构的不等厚金属件板锻造方法及模具。
背景技术
功能集成化、结构轻量化的高性能零件在产品竞争力提升、产品增值等方面有着不可替代的优势，因此在汽车、航空航天等领域得以广泛应用，但此类结构零件普遍存在成形可控性差等难题，对零件先进成形制造技术带来严峻挑战。
本例中的带有凸缘结构的不等厚零件可采用铸造、焊接、旋压或者挤压等方法中的一种或者两种及以上成形。铸造成形时，零件内部易存在气孔、夹杂，组织成分均匀性差，力学性能难以满足要求。采用拉深或旋压等成形出筒形基体和顶部的不等厚的法兰部分，然后采用焊接方法进行连接，此方法破坏了金属流线完整性，生产线效率低，零件承载能力严重降低。正挤压成形时，零件存在脱模问题，模具结构复杂，成形载荷大且生产效率低、难以满足批量化生产需求。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明提出了一种带凸缘结构的不等厚金属件板锻造方法及模具，能够在一个工序实现了凸缘结构的成形和金属件壁厚差异化分布，具有成形载荷低、力学性能良好、尺寸精度高及生产效率高等优势。
本发明通过以下技术方案实现：
本发明涉及的一种带凸缘结构的不等厚金属件板锻造方法，包括如下步骤：
步骤(1)确定合适的板料规格在拉深模具中成形出筒形预成形坯件；
步骤(2)转移预成形坯件至剪挤模凹模并依靠零件外轮廓定位，压机内侧滑块带动芯轴竖直向下运动压合坯件内表面并提供稳定压料力；随后外侧滑块带动凸模竖直向下运动剪挤坯件侧壁金属成形出带凸缘结构的不等厚金属零件；
步骤(3)压机外滑块、内滑块分别带动凸模和芯轴竖直向上运动先后和制件分离，采用手工或者机械手方式完成取件。
本发明涉及的一种带凸缘结构的不等厚金属件板锻造模具，包括上模部分和下模部分；上模部分包括上模座、上模垫板、上模固定板、凸模、芯轴和紧固元件；下模部分包括下模座、凹模、定位块及调整和紧固元件。
所述的不等厚金属件凸缘部分厚度介于原始板料厚度的0.5倍和1.5倍之间，不等厚金属件凸缘部分宽度介于5-15mm之间。
所述的压机内、外滑块工作速度范围10-50mm/s。
所述的芯轴以可拆卸方式单独和压机内滑块连接，其安装精度和压料力均有压机内滑块保证和提供。
所述的凸模、上模固定板、上模垫板和上模座通过螺钉紧固后和压机外滑块连接。
所述的芯轴设计成阶梯型，底部尺寸和坯件相匹配，直径最大处凸缘需磨削加工。
优选地，所述的凸模工作部分圆角R介于0.2-1.0mm之间。
所述凸模外表面中部加工有退刀槽，退刀槽以下区域和内表面需精密抛光加工；在剪挤坯件筒壁金属时，凸模内、外表面分别和芯轴、定位块小间隙滑动导向保证零件成形精度。
定位块设计成L型且内、外表面及中部面需磨削加工；压机外滑块位于下死点时，凸模镦死于定位块中部面。
优选地，下模座均布4-6个定位块；定位块底部安装一定厚度垫片调整凸模竖直方向行程。
优选地，凹模内侧尺寸需和坯件外径相匹配，且凹模内侧直壁高度8-10mm。
优选地，所述的凸缘部分厚度介于所述的原始板料厚度的0.5倍和1.5倍之间
本发明涉及一种通过上述方法成形得到的筒形件侧壁带有凸缘结构，且筒形件上部壁厚小于下部壁厚。
与现有技术相比，本发明可在一个工序内实现了凸缘结构的成形和金属件壁厚差异化分布，具有成形载荷低、力学性能良好、尺寸精度高及生产效率高等优势，拓展了板锻造技术应用范围，有利于实现轻量化构件的一体化设计与制造，为复杂构件精确成形提供新思路。
附图说明
图1为本发明剪挤成形模具状态1示意图；
图2为本发明剪挤成形模具状态2示意图；
图3为本发明工艺流程示意图；
图4位本发明凸模结构示意图；
图中：芯轴1、上模垫板2、上模螺钉3、上模座4、上模固定板5、凸模6、限位块7、限位块紧固螺钉8、垫片9、凹模10、凹模紧固螺钉11、下模座12。
实施方式
如图1和图2所示，本实施涉及一种带凸缘结构的不等厚金属件板锻造成形模具，其中凸模6通过上模固定板5、上模垫板2和上模螺钉3固定在上模座4上；芯轴1嵌入压机内滑块并通过侧向螺钉锁紧；凹模10通过凹模紧固螺钉11固定在下模座12上；限位块7和垫片9通过限位块紧固螺钉8和凹模10相连。
所述的芯轴1的安装精度和压料力均由压机内滑块提供和保证；芯轴1设计成阶梯型，直径最大处凸缘需磨削加工。
所述的凸模6的成形力由压机外滑块提供；凸模6的外表面中部加工有退刀槽，退刀槽以下区域和整个内表面需精密抛光加工；在剪挤坯件筒壁金属过程中，凸模6内、外表面分别和芯轴1、定位块7小间隙滑动导向保证零件成形精度。
压机外滑块位于下死点时，所述的凸模6镦死于定位块7的中部面。
所述的定位块7设计成L型且内、外表面及中部面需磨削加工，数量选取为6个；定位块7底部放置有垫片9用于调整凸模沿竖直方向的行程。
所述的垫片9的规格有0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm、2.0mm和5.0mm等系列。
所述的凹模10内侧径向尺寸比坯件外径单边小0.05mm，且凹模内侧直壁高度为10mm。
如图2和图3所示，本实施涉及一种带凸缘结构的不等厚金属件板锻造成形方法，首先确定合适的板料规格(3a)在拉深模具中成形出筒形预成形坯件(3b)；随后预成形坯件被转移至剪挤模凹模10并依靠零件外轮廓定位，压机内侧滑块竖直向下运动带动芯轴1压合坯件内表面并提供稳定压料力；随后外侧滑块竖直向下运动带动凸模6剪挤坯件侧壁金属成形出带凸缘结构的不等厚金属零件(3c)；最后压机外滑块、内滑块竖直向上运动分别带动凸模6和芯轴1先后和制件分离，采用手工或者机械手方式完成取件。
所述的压机内、外滑块工作速度范围10-50mm/s。
所述的筒形件上部壁厚t1小于下部壁厚t2，所述的凸缘部分厚度t3＝(0.5-1.5)板料原始厚度t0，所述的凸缘部分宽度介于5-15mm之间。
所述的凸模6圆角R介于0.2-1.0mm之间。
本发明既可用于有色金属的板锻造成形，也可以用于黑色金属的板锻造成形。

Claims (10)

1.一种带凸缘结构的不等厚金属件板锻造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)确定合适的板料规格在拉深模具中成形出筒形预成形坯件；
步骤(2)转移预成形坯件至剪挤模凹模并依靠零件外轮廓定位，压机内侧滑块竖直向下运动带动芯轴压合坯件内表面并提供稳定压料力；随后外侧滑块竖直向下运动带动凸模剪挤坯件侧壁金属成形出带凸缘结构的不等厚金属件；
步骤(3)压机外滑块、内滑块分别带动凸模和芯轴竖直向上运动先后和制件分离，采用手工或者机械手方式完成取件。
2.一种带凸缘结构的不等厚金属件板锻造模具，其特征在于，包括上模部分和下模部分；上模部分包括上模座、上模垫板、上模固定板、凸模、芯轴和紧固元件；下模部分包括下模座、凹模、定位块及调整和紧固元件；芯轴以可拆卸方式单独和压机内滑块连接；凸模、上模固定板、上模垫板和上模座通过螺钉连接为整体后和压机外滑块连接。
3.根据权利要求2所述的带凸缘结构的不等厚金属件板锻造模具，其特征在于，芯轴安装精度和压料力分别由压机内滑块保证和提供；芯轴设计成阶梯型，直径最大处凸缘需磨削加工。
4.根据权利要求2所述的带凸缘结构的不等厚金属件板锻造模具，其特征在于，凸模外表面中部加工有退刀槽，退刀槽以下区域和内表面需精密抛光加工；在剪挤坯件筒壁金属时，凸模内、外表面分别和芯轴、定位块小间隙滑动导向保证零件成形精度。
5.根据权利要求2所述的带凸缘结构的不等厚金属件板锻造模具，其特征在于，下模均布一定数量的定位块用于调整凸、凹模偏心；定位块设计成L型且内、外表面及中部面需磨削加工；压机外滑块位于下死点时，凸模镦死于定位块中部面。
6.根据权利要求2所述的带凸缘结构的不等厚金属件板锻造模具，其特征在于，凹模内侧尺寸需和坯件外径相匹配，且凹模内侧直壁高度不少于5mm。
7.根据权利要求1所述的带凸缘结构的不等厚金属件板锻造方法，其特征在于，筒形预成形坯件可以为圆形，也可以为多边形；金属材料可以为有色金属，也可以为黑色金属。
8.根据权利要求1所述的带凸缘结构的不等厚金属件板锻造方法，其特征在于，限位块底部安装一定的厚度垫片用于精准控制凸模在竖直方向的运动；调整凸模与坯件的相对位置和限位块造型可实现对不等厚金属件凸缘直径及壁厚等特征的调控；不等厚金属件凸缘部分厚度介于原始板料厚度的0.5倍和1.5倍之间，不等厚金属件凸缘部分宽度介于5-15mm之间。
9.根据权利要求1所述的一种带凸缘结构的不等厚金属件板锻造方法，其特征在于，压机内、外滑块工作速度范围10-50mm/s。
10.根据权利要求2所述的带凸缘结构的不等厚金属件板锻造模具，其特征在于，凸模工作部分圆角R介于0.2-1.0mm之间。
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