CN114273520A - 一种带内网格筋筒形件拔伸成形模具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及筒形件塑性成形领域。一种带内网格筋筒形件拔伸成形模具，包括一个纵筋主体、多个相同结构的横向筋片、拔伸模具，使用过程中，每个横向筋片与纵筋主体以可拆卸连接的方式组合在一起，多个相同结构的横向筋片彼此相邻布置在纵筋主体的周侧，纵筋主体(1)的上部可拆卸连接安装在液压机的冲头上，当横向筋片和纵筋主体组合在一起时，整个为一个带纵向筋槽和横向筋槽的柱状结构。本发明模具通过一次拔伸在液压机压头一次行程过程中成形出高性能流线完整的筒形件网格内筋。

Description

一种带内网格筋筒形件拔伸成形模具及其使用方法

技术领域

本发明涉及筒形件塑性成形领域。

背景技术

如今高新技术的产业和规模飞速发展，诸如航空航天和兵工导弹系统都试图寻找有效降低重量并提高性能的解决方案，那么如何有效降低产品重量的同时进行优化结构设计以维持之前的强度成为了主要探讨的问题。在结构轻量化的趋势下，设计薄壁零件通常是人们减重工件的首选，所以加强网格内筋是主要手段之一，在内部添加合适位置和尺寸的加强筋可以使薄壁工件在减轻重量的同时还保证了结构的质量和强度。如今生产带网格内筋工件主要采用铸造和厚壁管切削加工：铸造容易产生废品，铸件组织不够致密，存在缩孔、缩松等各类缺陷，晶粒粗大，无法满足较高的力学性能需求；切削加工是将厚壁管材或棒料放入机床中进行机加工得到所需内网格筋形状的工件，但材料利用率和生产效率极低，且机加工会破坏原先完整的金属流线，影响产品的可靠性；旋压成形技术是一种先进制造技术，能够实现材料的精确成形，材料利用率高，产品性能好，在航空航天领域和兵工已获得广泛的应用。但旋压成形内网格筋时需要旋轮多次往复旋压，生产效率较低。

现有加工方法生产带网格内筋的筒形件有着各自的缺点，为此我们试图寻找一种带网格内筋高性能筒形件的高效率加工方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种带内网格筋筒形件的拔伸成形模具。

本发明所采用的技术方案是：一种带内网格筋筒形件拔伸成形模具，包括一个纵筋主体(1)、多个相同结构的横向筋片(2)、拔伸模具（6），使用过程中，每个横向筋片(2)与纵筋主体(1)以可拆卸连接的方式组合在一起，多个相同结构的横向筋片(2) 彼此相邻布置在纵筋主体(1)的周侧，纵筋主体(1)的上部可拆卸连接安装在液压机的冲头上，当横向筋片(2)和纵筋主体(1)组合在一起时，整个为一个带纵向筋槽（2-1）和横向筋槽（2-2）的柱状结构。

纵筋主体(1)包括上螺柱、垫圈（3）、下槽柱，上螺柱与下槽柱以相同的中心轴线一体化连接在一起，垫圈（3）以套在上螺柱上的方式或者以与上螺柱底部一体化连接的方式固定在一起，下槽柱为周侧带多个上下方向的滑动槽（1-1）的柱体，多个上下方向的滑动槽（1-1）处于纵筋主体(1)的周侧且彼此相邻，滑动槽（1-1）的数量与横向筋片(2)的数量相同，使用过程中，每个滑动槽（1-1）上安装一个横向筋片(2)。

下槽柱任意一个垂直于其中心线的横截面为带滑动槽（1-1）的圆形、矩形、椭圆形、棱形中的一种或者其组合，横向筋片(2)在垫圈（3）任意一个垂直于其中心线的横截面上的投影处于该横截面内部。

每个横向筋片(2)为长度与下槽柱等长的长条形结构，每个横向筋片(2)的内侧有与滑动槽（1-1）配合的滑杆，横向筋片(2)的外侧有长条状的挤压块，滑杆处于挤压块的中央且与挤压块一体化连接，挤压块的外侧下部有两个或者两个以上的横向筋槽（2-2）。

纵筋主体(1)的每个滑动槽（1-1）的中有一个第一销孔，每个横向筋片(2)上有与第一销孔对应的第二销孔，在横向筋片(2)与纵筋主体(1)组装在一起搬运时，插销（4）插入第一销孔和第二销孔将横向筋片(2)和纵筋主体(1)固定在一起，第二销孔为通孔，在将插销（4）插入第一销孔和第二销孔时，横向筋片(2)和纵筋主体(1)的底部对齐。

纵向筋槽（2-1）的垂直于其中心线的横截面为两腰与上下边光滑连接的等腰梯形，腰边为圆弧线、抛物线、正弦波线中的一段曲线。

一种带内网格筋筒形件拔伸成形模具的使用方法，将纵筋主体(1)和横向筋片(2)组合在一起并安装在液压机的冲头上，液压机的冲头带动纵筋主体(1)和横向筋片(2)整体进入拔伸模具（6），筒形坯料预先放置在拔伸装置（6）中并固定好，纵筋主体(1)和横向筋片(2)整体下行成功咬入到坯料中带动坯料整体下行与拔伸装置共同作用对筒形坯料产生挤压，筒形坯料在纵筋主体(1)、横向筋片(2)、拔伸装置（6）的作用下，一次成形出带内网格筋筒形件。

本发明的有益效果是：本发明模具通过一次拔伸在液压机压头一次行程过程中成形出高性能流线完整的筒形件网格内筋，且模具装卸过程非常简单，比旋压成形效率更高；比铸造产品力学性能高、良品率高；比机加方法生产效率高、材料利用率高、可靠性好。适合制备各种类型带内网格筋筒形件。

附图说明

图1是本发明成型过程结构示意图；

图2是横向筋片与纵筋主体组合后的结构示意图；

图3是图2中纵筋主体（不带垫圈）俯视图示意图；

图4是图2中横向筋片立体图示意图；

图5是图2中横向筋片横截面示意图；

图6是图5的A-A剖视图；

图7是纵筋主体和横向筋片组合后的横截面剖视图；

图8是下槽柱横截面为椭圆形的拔伸成形过程截面示意图；

图9是下槽柱横截面为六边形的拔伸成形过程截面示意图；

图10是下槽柱横截面为正六边形的拔伸成形过程截面示意图；

其中1、纵筋主体，2、横向筋片，3、垫圈，4、插销，5、冲头，6、拔伸装置，7、卸料装置，8、坯料，1-1、滑动槽，2-1、纵向筋槽，2-2、横向筋槽，2-3、滑杆。

具体实施方式

实施例1

一种带内网格筋筒形件拔伸成形模具，包括一个纵筋主体1、多个相同结构的横向筋片2、拔伸模具6，使用过程中，每个横向筋片2与纵筋主体1以可拆卸连接的方式组合在一起，多个相同结构的横向筋片2 彼此相邻布置在纵筋主体1的周侧，纵筋主体1的上部可拆卸连接安装在液压机的冲头上，当横向筋片2和纵筋主体1组合在一起时，整个为一个带纵向筋槽2-1和横向筋槽2-2的柱状结构。

可拆卸连接的方式为螺纹连接、螺栓连接、滑杆滑槽连接、卡接中的一种。

一种带内网格筋筒形件拔伸成形模具的使用方法，将纵筋主体1和横向筋片2组合在一起并安装在液压机的冲头上，液压机的冲头带动纵筋主体1和横向筋片2整体进入拔伸模具6，筒形坯料预先放置在拔伸装置6中并固定好，纵筋主体1和横向筋片2对拔伸模具6中的筒形坯料挤压，筒形坯料在纵筋主体1、横向筋片2、拔伸装置6的作用下，一次成形出带内网格筋筒形件。

辅助使用的拔伸装置参见公开号为CN103495617的中国专利，其不是本发明的保护范畴，具体实施方式的所有实施例都使用该专利中公开的成形装置对筒形件进行成形。

实施例2

本实施例与实施例1不同之处在于：

纵筋主体1包括上螺柱、垫圈3、下槽柱，上螺柱与下槽柱以相同的中心轴线一体化连接在一起，垫圈3以套在上螺柱上的方式或者以与上螺柱底部一体化或者下槽柱顶部一体化连接的方式固定在一起，下槽柱为周侧带多个上下方向的滑动槽1-1的柱体，多个上下方向的滑动槽1-1处于纵筋主体(1)的周侧且彼此相邻，滑动槽1-1的数量与横向筋片2的数量相同，使用过程中，每个滑动槽1-1上安装一个横向筋片2。

下槽柱任意一个垂直于其中心线的横截面为带滑动槽1-1的圆形、矩形、椭圆形、棱形中的一种或者其组合，横向筋片2在垫圈3任意一个垂直于其中心线的横截面上的投影处于该横截面内部（垫圈整体覆盖组合凸模（主体与横筋）直径）。

如图1和图2所示，本实施例中，下槽柱任意一个垂直于其中心线的横截面为带滑动槽1-1的圆形，其它形状的成形过程与之类似，在圆形的基础上本领域技术人员可以想到其他图形截面的结构。每个横向筋片2为长度与下槽柱等长的长条形结构，每个横向筋片2的内侧有与滑动槽1-1配合的滑杆，横向筋片2的外侧有长条状的挤压块，滑杆处于挤压块的中央且与挤压块一体化连接，挤压块的外侧下部有两个或者两个以上的横向筋槽2-2（筋片的外侧两边各有半个纵筋槽，相邻横筋片与其中间的纵筋主体构成纵筋槽，纵筋槽在圆周上均匀分布）。

垫圈3以套在上螺柱上的方式或者与上螺柱底部一体化连接的方式固定在一起（附图1中仅仅公开了一种套接连接的方式，实际上可以采用一体化连接），垫圈3的内径等于上螺柱的外径，垫圈3的外径大于下槽柱的外径，下槽柱为周侧有多个上下方向的滑动槽1-1的圆柱体，多个上下方向的滑动槽1-1处于一个以纵筋主体1轴心线上一点为圆心的圆周上，滑动槽1-1与横向筋片2的数量相同，使用过程中，每个滑动槽1-1上安装一个横向筋片2。

本实施例中的滑动槽1-1为梯形截面槽，滑杆2-3也为对应的梯形截面滑杆。

一种带内网格筋筒形件拔伸成形模具的使用方法，将纵筋主体1与横向筋片2通过其对应的梯形截面滑槽1-1和相应的梯形截面滑杆2-3配合连接。纵筋主体1和所有横向筋片2配合固定完成后，所有纵向筋槽2-1应在其组合的圆周上对称分布，每一段横向筋槽2-2在两者组合后的同一高度截面上。下槽柱的长度应预留出坯料变形后至少不触碰上方垫圈以确保整个变形过程的顺利实施及最后的卸料。

将纵筋主体1的上螺柱头部的螺纹和冲头下方通孔相对应的内螺纹固定在冲头5的下方，构成组合冲头（凸模），组合冲头（凸模）上方与液压机的滑块相连接。

将相应的筒形坯料预先放置在拔伸装置的第一层拔伸圈中间孔部，如有需要可以将筒形件头部做倒角处理。

然后组合冲头进入筒形件坯料并与其底部接触时将插销4拔出随后纵筋主体1与横向筋片2一同下行。筒形坯料变形前后的长度不应比凸模长，并与垫圈3之间至少保持一定距离能使下方的卸料装置卸料。

组合冲头（凸模）通过液压机滑块推着坯料一起下行进行拔伸，在拔伸成形过程中，工件在凸模与拔伸模具的作用下沿着拔伸圈型腔完成径向压缩及轴向伸长，完成对筒形件网格内筋的成形。

拔伸变形完成后，随着液压机滑块的继续下行，工件撑开挡料板滑块（卸料装置）。直至挡料板底面高于工件口部时，拉簧自动收紧，图1中，卸料装置7中圆圈为拉簧示意图，滑块停止向下运动后滑块带动凸模上行，挡料板卡在工件口部的上方，待滑块继续上行时使工件连带着横向筋片2与凸模（纵筋主体部分）分离，工件受到重力作用落下后，由于横向筋片2成形纵横筋的型腔有斜度和圆角，故可通过人工的方法将其从筒内取出。

实施例3

本实施例与实施例2不同之处在于：纵筋主体1的每个滑动槽1-1的中有一个第一销孔，每个横向筋片2上有与第一销孔对应的第二销孔，在横向筋片2与纵筋主体1组装在一起搬运时，插销4插入第一销孔和第二销孔将横向筋片2和纵筋主体1固定在一起，第二销孔为通孔，在将插销4插入第一销孔和第二销孔时，横向筋片2和纵筋主体1的底部对齐。

纵向筋槽2-1的垂直于其中心线的横截面为两腰与上下边光滑连接的等腰梯形，腰边为圆弧线、抛物线、正弦波线中的一段曲线。本实施例中，采用正弦曲线。

一种带网格内筋构件拔伸成形模具，包括纵筋主体1、横向筋片2、垫圈3、插销4，以及拔伸模具6和卸料装置7（拔伸模具6和卸料装置7参见公开号为CN103495617的中国专利）。特点是：横向筋片2提供所有的横向筋槽2-2，图4、5、6、中的横向筋片2仅仅只有两个横向筋槽2-2，实际使用过程中可以为更多。横向筋片2与纵筋主体1装配完成提供对应和纵向筋槽2-1，纵向筋槽2-1在纵筋主体1和横向筋片2圆周上对称分布，位于相邻横向筋片2与之间的纵筋主体1周侧部上。所述的纵筋主体1变形部分（带滑动槽1-1的部分）和横向筋片2长度一致，通过相对应的梯形截面滑槽1-1和梯形滑杆2-3相连接，在指定高度位置开设通孔用以插入插销4来固定。所述的纵筋主体1和横向筋片2内侧的滑杆2-3完全进入滑动槽1-1内部完成装配后，除去横纵筋槽整个模具外表面应该呈圆柱形。纵向筋槽2-1所带的梯形截面滑动槽截面各向尺寸取滑杆梯形截面加工尺寸的上偏差。纵筋主体1上部开设有螺纹槽，通过与冲头下部通孔对应的内螺纹连接固定，所述的垫圈3安装在纵筋主体1和横向筋片2上端，夹在纵筋主体1和冲头5中间，避免纵筋主体头部与冲头直触，以起到增大接触面积和保护的作用。横向筋片2内侧的滑杆2-3位于相应芯模内测圆弧截面中心线上。拔伸装置6由双层拔伸圈组成，拔伸圈之间通过螺栓固定，内径有一定差距上层较大，下层较小。两层模具上方开设有倒角方便咬入工件的凸模下行。卸料装置7固定在下层拔伸模具的下方，挡料板滑块上方开设倒角方便工件下行时撑开挡料板。

内侧带有梯形截面滑槽1-1的纵筋主体1和相应梯形截面滑杆2-3的横向筋片2精密配合实现了模具安装和脱模过程中两者定向移动和位置的精确控制。插销4的固定实现了纵筋主体1与横向筋片2同时移动过程中，内侧的纵筋主体1与外侧横向筋片2同时移动，有效解决两者在整体移动过程中可能发生的干扰问题。

通过拔伸可以在液压机滑块一次行程过程中成形出高性能流线完整的筒形件网格内筋，且模具装卸过程非常简单，比旋压成形效率更高；比铸造产品力学性能高、良品率高；比机加方法生产效率高、材料利用率高、可靠性好。适合制备各种类型带内网格筋筒形件。

模具安装及脱模过程简单，可以有效降低操作成本高效生产，适用于成形各种尺寸、网格内筋数量较多的筒形构件，每次拔伸成形一个零件时，无需按照严格的顺序重新装配芯模，而且生产不同规格和数量的带内筋工件时即插即用，充分地发挥了零部件互换性的优势，容易实现批量化生产，相比于旋压成形拥有更低的生产成本和显著的生产效率，拆卸过程的合理保证了模具使用寿命和带复杂网格内筋筒形构件的尺寸精度，实用性好。在变形过程中使用两层（或更多）拔伸模具，拔伸圈之间的内径不一，使工件完成两次减壁厚。卸料装置固定在下层的拔伸模具下方，可以有效地让工件一次完成成形并自动卸料，提高了生产效率。

一种带内网格筋筒形件拔伸成形模具的使用方法，纵筋主体1和所有横向筋片2配合固定完成后，将相应的筒形坯料预先放置在第一层拔伸圈中间孔部，如有需要可以将筒形件头部做倒角处理。然后组合冲头进入筒形件坯料并与其底部接触时将插销拔出随后一同下行；筒形坯料变形前后的长度不应比凸模长，并与垫圈3之间至少保持一定距离能使下方的卸料装置卸料。组合冲头（凸模）通过液压机滑块推着坯料一起下行进行拔伸，在拔伸成形过程中，工件在凸模与拔伸模具的作用下沿着拔伸圈型腔完成径向压缩及轴向伸长，完成对筒形件网格内筋的成形。拔伸变形完成后，随着液压机滑块的继续下行，工件撑开挡料板滑块（卸料装置）。直至挡料板底面高于工件口部时，滑块停止向下运动后滑块带动凸模上行，挡料板卡在工件口部的上方，待滑块继续上行时使工件连带着横向筋片2与凸模（纵筋主体部分）分离，工件受到重力作用落下后，由于横向筋片2成形纵横筋的型腔有斜度和圆角，故可通过人工的方法将其从筒内取出。

需要说明的是：本专利的实施例都是以下槽柱任意一个垂直于其中心线的横截面为带滑动槽1-1的圆形进行说明的，实际上，如图8、9、10所示，下槽柱任意一个垂直于其中心线的横截面为带滑动槽1-1的圆形、矩形、椭圆形、棱形中的一种或者其组合，甚至可以是不规则形状。拔伸模具需要与其形状相适应，这样才能成行，因此下槽柱任意一个垂直于其中心线的横截面需要与拔伸模具的拔伸圈型腔相适应。可以在公开号为CN103495617的中国专利的拔伸圈型腔基础上进行修改。

Claims (7)

1.一种带内网格筋筒形件拔伸成形模具，其特征在于：包括一个纵筋主体(1)、多个相同结构的横向筋片(2)、拔伸模具（6），使用过程中，每个横向筋片(2)与纵筋主体(1)以可拆卸连接的方式组合在一起，多个相同结构的横向筋片(2) 彼此相邻布置在纵筋主体(1)的周侧，纵筋主体(1)的上部可拆卸连接安装在液压机的冲头上，当横向筋片(2)和纵筋主体(1)组合在一起时，整个为一个带纵向筋槽（2-1）和横向筋槽（2-2）的柱状结构。

2.根据权利要求1所述的一种带内网格筋筒形件拔伸成形模具，其特征在于：纵筋主体(1)包括上螺柱、垫圈（3）、下槽柱，上螺柱与下槽柱以相同的中心轴线一体化连接在一起，垫圈（3）以套在上螺柱上的方式或者以与上螺柱底部一体化连接的方式固定在一起，下槽柱为周侧带多个上下方向的滑动槽（1-1）的柱体，多个上下方向的滑动槽（1-1）处于纵筋主体(1)的周侧且彼此相邻，滑动槽（1-1）的数量与横向筋片(2)的数量相同，使用过程中，每个滑动槽（1-1）上安装一个横向筋片(2)。

3.根据权利要求2所述的一种带内网格筋筒形件拔伸成形模具，其特征在于：下槽柱任意一个垂直于其中心线的横截面为带滑动槽（1-1）的圆形、矩形、椭圆形、棱形中的一种或者其组合，横向筋片(2)在垫圈（3）任意一个垂直于其中心线的横截面上的投影处于该横截面内部。

4.根据权利要求1所述的一种带内网格筋筒形件拔伸成形模具，其特征在于：每个横向筋片(2)为长度与下槽柱等长的长条形结构，每个横向筋片(2)的内侧有与滑动槽（1-1）配合的滑杆，横向筋片(2)的外侧有长条状的挤压块，滑杆处于挤压块的中央且与挤压块一体化连接，挤压块的外侧下部有两个或者两个以上的横向筋槽（2-2）。

5.根据权利要求1所述的一种带内网格筋筒形件拔伸成形模具，其特征在于：纵筋主体(1)的每个滑动槽（1-1）的中有一个第一销孔，每个横向筋片(2)上有与第一销孔对应的第二销孔，在横向筋片(2)与纵筋主体(1)组装在一起搬运时，插销（4）插入第一销孔和第二销孔将横向筋片(2)和纵筋主体(1)固定在一起，第二销孔为通孔，在将插销（4）插入第一销孔和第二销孔时，横向筋片(2)和纵筋主体(1)的底部对齐。

6.根据权利要求1所述的一种带内网格筋筒形件拔伸成形模具，其特征在于：纵向筋槽（2-1）的垂直于其中心线的横截面为两腰与上下边光滑连接的等腰梯形，腰边为圆弧线、抛物线、正弦波线中的一段曲线。

7.一种权利要求1中所述带内网格筋筒形件拔伸成形模具的使用方法，其特征在于：将纵筋主体(1)和横向筋片(2)组合在一起并安装在液压机的冲头上，液压机的冲头带动纵筋主体(1)和横向筋片(2)整体进入拔伸模具（6），筒形坯料预先放置在拔伸装置（6）中并固定好，纵筋主体(1)和横向筋片(2)对拔伸模具（6）中的筒形坯料挤压，筒形坯料在纵筋主体(1)、横向筋片(2)、拔伸装置（6）的作用下，一次成形出带内网格筋筒形件。

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