CN114472575A - 轻质马鞍形端框结构的多向热挤压成形模具及成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻质马鞍形端框结构的多向热挤压成形模具及成形方法。模具包括：下模座、侧挤滑块底座、侧挤滑块垫板、侧挤滑块、凸模压板、凸模、上模座、上凹模垫板、上凹模、下凹模、下凹模垫板、顶出杆、顶出器、侧挤滑块压板和加热管，上述各个模块之间采用六角头螺栓连接。本发明可以实现马鞍形端框结构挤压件多向热挤压快速高效生产制造。

Description

轻质马鞍形端框结构的多向热挤压成形模具及成形方法

技术领域

本发明涉及金属材料成形技术领域，特别是一种轻质马鞍形端框结构的多向热挤压成形模具及成形方法。

背景技术

国防安全的大趋势要求武器装备更新换代的响应速度越来越快、技战术指标越来越高，武器装备逐渐显现出结构轻量化、复杂化、一体化的特点，构件质强比要求不断提高，结构轻量化和高强度需求矛盾越来越突出。为满足上述需求，航天武器构件大量采用了轻质合金薄壁中空带筋结构。其中，某型号航天装备的端框结构横截面为马鞍形，内部为典型薄壁中空带筋结构。

目前该薄壁中空带筋马鞍形端框多采用以下两种方法制造而成。一是采用方形锻坯机加制造，该方法存在严重的弊端，比如材料利用率低于15％，材料耗费严重；锻坯机械加工及热处理过程中产生变形，报废风险大，制造成本高。二是采用立式热挤压成形制造，该方法材料利用率得到大幅提升，但由于该马鞍形端框结构特征复杂，需采用两套模具进行两次挤压，才能实现最终的近净成形，两次挤压成形之间需进行一次加热，造成挤压件晶粒长大，第二道挤压时未变形部位的粗大晶粒会保留下来，产生混晶，严重影响结构的综合性能。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供了一种轻质马鞍形端框结构的多向热挤压成形模具及成形方法。

本发明的技术解决方案是：

第一方面，本发明实施例提供了一种轻质马鞍形端框结构的多向热挤压成形模具，所述模具包括：下模座、侧挤滑块底座、侧挤滑块垫板、侧挤滑块、凸模压板、凸模、上模座、上凹模垫板、上凹模、下凹模、下凹模垫板、顶出杆、顶出器、侧挤滑块压板和加热管，上述各个模块之间采用六角头螺栓连接，其中，

所述下模座的一端的中央部位为凹形结构，所述下模座的另一端的中央区域设置所述下凹模垫板，在所述下凹模垫板的两侧设置有所述侧挤滑块底座，在所述下凹模垫板靠近所述下模座的中央区域设置有所述顶出器；

在所述侧挤滑块底座远离所述下模座的一侧设置有所述侧挤滑块，在所述侧挤滑块的外侧连接有所述侧挤滑块垫板，所述下凹模垫板远离所述下模座的一侧设置有所述下凹模，在所述下凹模垫板与所述下凹模之间设置有所述顶出杆；

在所述下凹模远离所述下凹模垫板的一侧设置有凸模，所述凸模的两端分别与两个所述侧挤滑块连接，在所述凸模的两端远离所述下凹模的一侧设置有所述凸模压板，所述凸模压板与所述侧挤滑块连接；

在所述凸模远离所述下凹模的一侧设置有所述上凹模，在所述上凹模的内侧设置有所述加热管，所述上凹模远离所述凸模的一侧设置有所述上凹模垫板；

所述上凹模垫板远离所述上凹模的一侧设置有所述上模座。

可选地，所述模具的模架部分为通用模架，所述模架部分包括：下模座、侧挤滑块底座、侧挤滑块垫板、侧挤滑块、上模座、上凹模垫板、下凹模垫板、顶出杆、导柱、导套、侧挤滑块压板、定位销和螺栓。

可选地，在所述模具的上下方向上，采用“导柱+导套”和“定位键+角锁扣”两种方式进行定位，模具左右方向上，采用定位销和“滑块压板结构”进行定位；

分别在上模座和下模座对角线的四个角位置对应设置有导柱孔，在每个导柱孔内设置有导套，导套和导柱孔采用压配合紧固，通过分别将导柱插入在对应的导套内，对上、下模座进行定位,导柱与导套之间留有0.15mm～0.5mm的间隙；

分别在上凹模和下凹模之间设置定位键和角锁扣进行定位；侧挤滑块垫板和侧挤滑块之间采用定位销进行定位，在侧挤滑块底座和侧挤滑块之间采用滑块压板进行定位。

可选地，所述下模座的一端对称安装有两个下模座卡板，所述下模座卡板放置于设定平面上，所述下模座的另一端与所述侧挤滑块底座相连；

所述下模座靠近所述下模座卡板的一端中间位置为凹型槽，所述顶出器的一端穿出所述凹型槽，另一端与所述上凹模的一端相连，所述上凹模的另一端与导柱连接；

在所述下模座的两侧中间部位设置有起吊螺栓。

可选地，在所述侧挤滑块底座远离所述下模座的一端与所述侧挤滑块相连；

在所述侧挤滑块远离中间部位的一侧设置有侧挤滑块垫板；

所述侧挤滑块垫板与所述侧挤滑块通过侧挤滑块定位销连接。

可选地，在所述导柱远离所述下凹模的一端与所述上凹模相连，在所述上凹模的侧面设置有加热管；

在所述上凹模远离所述导柱的一端与所述上凹模垫板相连；

在所述上凹模垫板远离所述上凹模的一端与所述上模座相连。

可选地，所述上凹模、所述下凹模和左右两个凸模相互配合后，在所述上凹模、所述下凹模和左右两个凸模之间存在间隙，形成马鞍形端框挤压件的形状。

可选地，所述上凹模和所述下凹模上的加热管孔的数量为6个及以上，所述上凹模和所述下凹模上均设置有2个热电偶孔。

可选地，所述下模座、所述侧挤滑块底座、所述侧挤滑块垫板、所述侧挤滑块、所述上模座和所述侧挤滑块压板为采用铸钢材料制成的模块；

所述上凹模垫板和所述下凹模垫板为采用热作模具钢材料或耐热钢材料制成的模块；

所述上凹模、所述下凹模和左右两个凸模为采用耐热钢或硬质合金或钢结硬质合金材料制成的模块；

所述导柱和所述导套所是采用轴承钢火热作模具钢或者碳素工具钢材料制成的。

可选地，所述上凹模、所述下凹模、左右两个凸模、所述导柱和所述导套的表面是通过打磨、抛光处理成型的。

第二方面，本发明实施例提供了成形方法，应用于上述任一项所述的轻质马鞍形端框结构的多向热挤压成形模具，所述方法包括以下步骤：

自下而上将模具安装在压力机平台上；

利用加热棒对上凹模、下凹模进行加热至指定温度；

将压力机上、下平台分开，并将热态的左、右凸模安装至指定位置；

将加热状态的轻质合金坯料放入下凹模内；

控制压力机上滑块向下运动，使得上、下凹模合模，对坯料进行热挤压，并保压；

控制压力机左、右滑块运动，使得左、右两个凸模对坯料进行热挤压，并保压，以使合金坯料将上凹模、下凹模、左右两个凸模配合后四者之间形成的型腔填充满；

在多向热挤压完成之后，控制压力机左、右滑块回程，进而控制上滑块回程，顶出机构对挤压件进行顶出，取出马鞍形端框挤压件，放在指定位置，以完成热挤压工序。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明实施例通过模座、凸模、凹模、定位、顶出等结构的设计，对坯料的多向流动进行控制，在毛坯经一次加热和压力机一次行程中获得内部晶粒细小、组织致密、金属流线合理、表面质量良好的马鞍形端框结构挤压件，实现其多向热挤压快速高效生产制造。并且模架可通用，使用寿命长，大幅降低生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种轻质马鞍形端框结构的多向热挤压成形模具的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种模具侧视的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种模具俯视的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种模具剖视的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种马鞍形端框的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种成形方法的步骤流程图；

图中，1-下模座，2-起吊螺栓，3-侧挤滑块底座，4-侧挤滑块，5-侧挤滑块垫板，6-7-六角头螺栓，8-凸模压板，9-上模座，10-上凹模垫板，11-六角头螺栓，12-上凹模，13-加热管，14六角头螺栓，15-凸模，16-侧挤滑块定位销，17-下凹模，18-顶出器，19-下模座卡板，20-下顶杆，21-下凹模垫板，22-顶出杆，23-凹模定位键，24-导柱，25-六角头螺栓，26-侧挤滑块压板，27-六角头螺栓，28-导套，29-31-六角头螺栓。

具体实施方式

本发明实施例的发明思路在于：多向热挤压技术是在多向热挤压机上利用可分模具，毛坯经一次加热和压机一次行程作用，几个冲头自不同方向对毛坯进行挤压/穿孔，获得无飞边、无模锻斜度或小斜度、多分枝、或有内腔、形状复杂工件的一种新工艺，它实质上是一种以挤压为主的挤压和模锻综合成形工艺，可提高材料利用率1倍以上，生产效率5倍以上。同时，热挤压成形模具可重复使用，且使用寿命长，大幅降低生产成本。

接下来，结合说明书附图和下述具体实现方式对本发明实施例的技术方案进行详细描述。

实施例一

参照图1至图5所示，该模具可以包括：下模座1、侧挤滑块底座3、侧挤滑块垫板5、侧挤滑块4、凸模压板8、凸模15、上模座9、上凹模垫板10、上凹模12、下凹模17、下凹模垫板21、顶出杆22、顶出器18、凹模定位键23、导柱24、导套28、侧挤滑块压板26、加热管13、定位销16、螺栓6-7等。上凹模12、下凹模17、左右两个凸模15配合后四者之间存在间隙，形成马鞍形端框挤压件的形状。模具模架部分可通用，模架部分包括下模座1、侧挤滑块底座3、侧挤滑块垫板5、侧挤滑块4、上模座9、上凹模垫板10、下凹模垫板21、顶出杆22、导柱24、导套28、侧挤滑块压板26、定位销16、螺栓6-7等。

其中，下模座的一端的中央部位为凹形结构，所述下模座的另一端的中央区域设置所述下凹模垫板，在所述下凹模垫板的两侧设置有所述侧挤滑块底座，在所述下凹模垫板靠近所述下模座的中央区域设置有所述顶出器。

在所述侧挤滑块底座远离所述下模座的一侧设置有所述侧挤滑块，在所述侧挤滑块的外侧连接有所述侧挤滑块垫板，所述下凹模垫板远离所述下模座的一侧设置有所述下凹模，在所述下凹模垫板与所述下凹模之间设置哟所述顶出杆。

在所述下凹模远离所述下凹模垫板的一侧设置有凸模，所述凸模的两端分别与两个所述侧挤滑块连接，在所述凸模的两端远离所述下凹模的一侧设置有所述凸模压板，所述凸模压板与所述侧挤滑块连接。

在所述凸模远离所述下凹模的一侧设置有所述上凹模，在所述上凹模的内侧设置有所述加热管，所述上凹模远离所述凸模的一侧设置有所述上凹模垫板。

所述上凹模垫板远离所述上凹模的一侧设置有所述上模座。

在本实施例中，模具模架部分可通用，模架部分包括下模座、侧挤滑块底座、侧挤滑块垫板、侧挤滑块、上模座、上凹模垫板、下凹模垫板、顶出杆、导柱、导套、侧挤滑块压板、定位销、螺栓等。

模具上下方向上，采用“导柱+导套”和“定位键+角锁扣”两种方式进行定位，模具左右方向上，采用定位销和“滑块压板结构”进行定位。分别在上模座和下模座对角线的四个角位置对应设置有导柱孔，在每个导柱孔内设置有导套，导套和导柱孔采用压配合紧固，通过分别将导柱插入在对应的导套内，对上、下模座进行定位,导柱与导套之间留有0.15mm～0.5mm的间隙；分别在上凹模和下凹模之间设置定位键和角锁扣进行定位；侧挤滑块垫板和侧挤滑块之间采用定位销进行定位，在侧挤滑块底座和侧挤滑块之间采用滑块压板进行定位。

模具设置上、下顶出机构，均采用“顶出器+顶杆”结构。

在上模座9和下模座1对角线的四个角位置均对应设置有导柱孔，在每个导柱孔内设置有导套，导套28和导柱孔采用压配合紧固，通过分别将导柱24插入在对应的导套28内，对上模座9、下模座1进行定位,导柱24与导套28之间留有0.15mm～0.5mm的间隙；分别在上凹模12和下凹模17之间设置定位键23和角锁扣进行定位；侧挤滑块垫板5和侧挤滑块4之间采用定位销16进行定位，在侧挤滑块底座3和侧挤滑块4之间采用滑块压板26进行定位。

模具设置上、下顶出机构，均采用“顶出器18+顶杆22”结构。

模具采用“加热-安装-补热”的方式进行加热，在上凹模12和下凹模17内分别设置6个加热管13孔和2个热电偶孔。

下模座1、侧挤滑块底座3、侧挤滑块垫板5、侧挤滑块4、上模座9、侧挤滑块压板26所选用的材料为铸钢ZG45，上凹模垫板10、下凹模垫板21所选用的材料为45钢，上凹模12、下凹模17、左右两个凸模15所选用的材料为5CrNiMo，导柱24和导套28所选用的材料为20钢。上凹模12、下凹模17、左右两个凸模15、导柱24和导套28表面均打磨、抛光处理，以降低表面粗糙度，以利于脱模和提高挤压件表面质量，并且均做热处理提高强度和硬度，保证上凹模12硬度HRC46-50、下凹模17硬度HRC46-50、左右两个凸模15硬度HRC48-52、导柱24和导套28硬度HRC58-62，渗碳深度0.8-1.2。

在使用过程中，自下而上将模具安装在压力机平台上，利用加热管13对上凹模12、下凹模17进行加热至450℃，将压力机上、下平台分开，再快速将热态的左、右凸模15安装至指定位置；将加热至450℃的5A06铝合金坯料放入下凹模17内；压力机上滑块向下运动，使得上凹模12、下凹模17合模，对坯料进行热挤压，然后保压；压力机左、右滑块运动，使得左、右两个凸模15对坯料进行热挤压，然后保压，使得合金坯料将上凹模12、下凹模17、左右两个凸模15配合后四者之间形成的型腔填充满；多向热挤压完成后，压力机左、右滑块首先回程，然后上滑块回程，顶出器18和顶杆22对挤压件顶出，取出马鞍形端框挤压件，放在指定位置，多向热挤压工序完成。

经本发明人多次研究验证,上述导柱24与导套28之间的间隙可以在0.15mm～0.5mm之间进行选择。

实施例二

参照图6，示出了本发明实施例提供的一种成形方法的步骤流程图，该成形方法可以应用于上述实施例一中的轻质马鞍形端框结构的多向热挤压成形模具，如图6所示，该成形方法可以包括以下步骤：

步骤601：自下而上将模具安装在压力机平台上；

步骤602：利用加热棒对上凹模、下凹模进行加热至指定温度；

步骤603：将压力机上、下平台分开，并将热态的左、右凸模安装至指定位置；

步骤604：将加热状态的轻质合金坯料放入下凹模内；

步骤605：控制压力机上滑块向下运动，使得上、下凹模合模，对坯料进行热挤压，并保压；

步骤606：控制压力机左、右滑块运动，使得左、右两个凸模对坯料进行热挤压，并保压，以使合金坯料将上凹模、下凹模、左右两个凸模配合后四者之间形成的型腔填充满；

步骤607：在多向热挤压完成之后，控制压力机左、右滑块回程，进而控制上滑块回程，顶出机构对挤压件进行顶出，取出马鞍形端框挤压件，放在指定位置，以完成热挤压工序。

在本发明实施例中，在使用过程中，自下而上将模具安装在压力机平台上，利用加热管13对上凹模12、下凹模17进行加热至450℃，将压力机上、下平台分开，再快速将热态的左、右凸模15安装至指定位置；将加热至450℃的5A06铝合金坯料放入下凹模17内；压力机上滑块向下运动，使得上凹模12、下凹模17合模，对坯料进行热挤压，然后保压；压力机左、右滑块运动，使得左、右两个凸模15对坯料进行热挤压，然后保压，使得合金坯料将上凹模12、下凹模17、左右两个凸模15配合后四者之间形成的型腔填充满；多向热挤压完成后，压力机左、右滑块首先回程，然后上滑块回程，顶出器18和顶杆22对挤压件顶出，取出马鞍形端框挤压件，放在指定位置，多向热挤压工序完成。

经本发明人多次研究验证,上述导柱24与导套28之间的间隙可以在0.15mm～0.5mm之间进行选择。

本申请所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本申请，但不以任何方式限制本申请。因此，本领域技术人员应当理解，仍然对本申请进行修改或者等同替换；而一切不脱离本申请的精神和技术实质的技术方案及其改进，均应涵盖在本申请专利的保护范围中。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种轻质马鞍形端框结构的多向热挤压成形模具，其特征在于，所述模具包括：下模座、侧挤滑块底座、侧挤滑块垫板、侧挤滑块、凸模压板、凸模、上模座、上凹模垫板、上凹模、下凹模、下凹模垫板、顶出杆、顶出器、侧挤滑块压板和加热管，上述各个模块之间采用六角头螺栓连接，其中，

所述下模座的一端的中央部位为凹形结构，所述下模座的另一端的中央区域设置所述下凹模垫板，在所述下凹模垫板的两侧设置有所述侧挤滑块底座，在所述下凹模垫板靠近所述下模座的中央区域设置有所述顶出器；

在所述侧挤滑块底座远离所述下模座的一侧设置有所述侧挤滑块，在所述侧挤滑块的外侧连接有所述侧挤滑块垫板，所述下凹模垫板远离所述下模座的一侧设置有所述下凹模，在所述下凹模垫板与所述下凹模之间设置有所述顶出杆；

在所述下凹模远离所述下凹模垫板的一侧设置有凸模，所述凸模的两端分别与两个所述侧挤滑块连接，在所述凸模的两端远离所述下凹模的一侧设置有所述凸模压板，所述凸模压板与所述侧挤滑块连接；

在所述凸模远离所述下凹模的一侧设置有所述上凹模，在所述上凹模和所述下凹模的内侧设置有所述加热管，所述上凹模远离所述凸模的一侧设置有所述上凹模垫板；

所述上凹模垫板远离所述上凹模的一侧设置有所述上模座。

2.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述模具的模架部分为通用模架，所述模架部分包括：下模座、侧挤滑块底座、侧挤滑块垫板、侧挤滑块、上模座、上凹模垫板、下凹模垫板、顶出杆、导柱、导套、侧挤滑块压板、定位销和螺栓。

3.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，在所述模具的上下方向上，采用“导柱+导套”和“定位键+角锁扣”两种方式进行定位，模具左右方向上，采用定位销和“滑块压板结构”进行定位；

分别在上模座和下模座对角线的四个角位置对应设置有导柱孔，在每个导柱孔内设置有导套，导套和导柱孔采用压配合紧固，通过分别将导柱插入在对应的导套内，对上、下模座进行定位,导柱与导套之间留有0.15mm～0.5mm的间隙；

分别在上凹模和下凹模之间设置定位键和角锁扣进行定位；侧挤滑块垫板和侧挤滑块之间采用定位销进行定位，在侧挤滑块底座和侧挤滑块之间采用滑块压板进行定位。

4.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述下模座的一端对称安装有两个下模座卡板，所述下模座卡板放置于设定平面上，所述下模座的另一端与所述侧挤滑块底座相连；

所述下模座靠近所述下模座卡板的一端中间位置为凹型槽，所述顶出器的一端穿出所述凹型槽，另一端与所述上凹模的一端相连，所述上凹模的另一端与导柱连接；

在所述下模座的两侧中间部位设置有起吊螺栓。

5.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，在所述侧挤滑块底座远离所述下模座的一端与所述侧挤滑块相连；

在所述侧挤滑块远离中间部位的一侧设置有侧挤滑块垫板；

所述侧挤滑块垫板与所述侧挤滑块通过侧挤滑块定位销连接。

6.根据权利要求4所述的模具，其特征在于，在所述导柱远离所述下凹模的一端与所述上凹模相连，在所述上凹模的侧面设置有加热管；

在所述上凹模远离所述导柱的一端与所述上凹模垫板相连；

在所述上凹模垫板远离所述上凹模的一端与所述上模座相连。

7.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述上凹模、所述下凹模和左右两个凸模相互配合后，在所述上凹模、所述下凹模和左右两个凸模之间存在间隙，形成马鞍形端框挤压件的形状。

8.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述上凹模和所述下凹模上的加热管孔的数量为6个及以上，所述上凹模和所述下凹模上均设置有2个热电偶孔。

9.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述下模座、所述侧挤滑块底座、所述侧挤滑块垫板、所述侧挤滑块、所述上模座和所述侧挤滑块压板为采用铸钢材料制成的模块；

所述上凹模垫板和所述下凹模垫板为采用热作模具钢材料或耐热钢材料制成的模块；

所述上凹模、所述下凹模和左右两个凸模为采用耐热钢或硬质合金或钢结硬质合金材料制成的模块；

所述导柱和所述导套是采用轴承钢火热作模具钢或者碳素工具钢材料制成的。

10.一种成形方法，应用于权利要求1至9任一项所述的轻质马鞍形端框结构的多向热挤压成形模具，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

自下而上将模具安装在压力机平台上；

利用加热棒对上凹模、下凹模进行加热至指定温度；

将压力机上、下平台分开，并将热态的左、右凸模安装至指定位置；

将加热状态的轻质合金坯料放入下凹模内；

控制压力机上滑块向下运动，使得上、下凹模合模，对坯料进行热挤压，并保压；

控制压力机左、右滑块运动，使得左、右两个凸模对坯料进行热挤压，并保压，以使合金坯料将上凹模、下凹模、左右两个凸模配合后四者之间形成的型腔填充满；

在多向热挤压完成之后，控制压力机左、右滑块回程，进而控制上滑块回程，顶出机构对挤压件进行顶出，取出马鞍形端框挤压件，放在指定位置，以完成热挤压工序。

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