CN114932189A - 一种不等壁厚管材板锻造成形方法及模具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种不等壁厚管材板锻造成形模具，包含成形凸模、凹模、凹模垫板和芯轴，本发明还提供一种不等壁厚管材板锻造成形方法，包括下述步骤：1)对等壁厚管材进行扩孔：将等厚管材放置在凹模上，凸模下行一定距离，凸模运动至下限位后以恒定的载荷保持静止，上、下模配合完成扩孔动作。2)对已扩孔的管材进行第一次局部增厚：将扩孔后的等厚管材放置在凹模垫板上，上模向下运动，完成扩孔区域的增厚成形。3)将第一次增厚的管材放置在凹模垫板上，外侧凹模不变，上模向下运动一定距离，完成第二次增厚成形。4)对非增厚区域内的管材进行减薄成形：将不等壁厚管材放置于凹模型腔内，上模向下运动，完成减薄成形。本发明可获得具有外径不同，内径相同的不等壁厚管材零件。与传统机加工方法相比，本发明的材料利用率得到了大大提高。

Description

一种不等壁厚管材板锻造成形方法及模具
技术领域
本发明涉及金属塑性成形技术领域，特别是涉及一种不等壁厚管材板锻造成形方法及模具。
背景技术
随着制造业飞速发展，产品对零部件的整体力学性能和装配精度要求越来越高，节能环保也是当今世界共同关注的焦点，这些都推动着新工艺新技术的产生与发展。
目前，不等壁厚零件应用于多种结构件中，比如轿车离合器齿圈和毂体以及电子产品结构件和汽车结构件中。传统的不等壁厚零件多采用预冷锻后对局部尺寸进行精加工，该方法工艺复杂，耗材大，材料利用率低。
因此，如何改变现有技术中，不等壁厚管材成形时材料利用率不高成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种不等壁厚管材板锻造成形方法及模具，以解决上述现有技术存在的问题，提高成形的材料利用率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种不等壁厚管材板锻造成形模具，包含成形凸模、凹模、凹模垫板和芯轴。所述第一步成形凸模和外侧凹模同轴放置，所述第二步成形凸模、外侧凹模和凹模垫板同轴放置，所述第三步成形凸模、外侧凹模和凹模垫板同轴放置，所述第四步成形凸模和外侧凹模同轴放置。其中，所述第一步凸模与凹模之间具有间隙，所述第二步芯轴与凹模之间具有间隙，所述第三步芯轴与凹模之间具有间隙，所述第四步凸模与凹模之间具有间隙。上述模具中所属的定位装置都为限位块。
通过四步成形即先扩孔、然后一次增厚、再二次增厚，最后减薄，完成不等壁厚管材的成形，通过该方法可以生产制造出沿长度方向外径不同、内径相同的不等壁厚管材。
具体的本发明利用四步制备不等厚壁管材，包括下述步骤：
步骤一：将等壁厚的原始管坯的一端放置在模具下模即凹模上，成形凸模缓慢下行，迫使金属材料向两边扩孔，凸模运动至下限位后以恒定的载荷保持静止，扩孔完成后进行顶件脱模得到扩孔完的零件。
步骤二：将上一步扩孔完的零件放置于凹模垫板上，凸模缓慢下行，迫使金属材料缓慢填充至凹模和芯轴所形成的开放型腔中，零件上端金属材料同时向内、外流动进行增厚，随后零件由压力机下方顶件装置顶出，得到完成第一次增厚的零件。
步骤三：将上一步完成第一次增厚的零件继续放置于凹模垫板上，凸模缓慢下行，与凹模相配合，使零件上端金属材料向内流动进行二次增厚，随后零件由压力机下方顶件装置顶出，得到完成第二次增厚的零件。
步骤四：将完成二次增厚的零件放置在凹模型腔内，凸模缓慢下行，一次减薄成内径相同外径不同的不等壁厚管材，随后零件由压力机下方顶件装置顶出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的不等壁厚管材板锻造成形模具工作时的步骤一的剖切结构示意图；
图2为本发明的不等壁厚管材板锻造成形模具工作时的步骤二的剖切结构示意图；
图3为本发明的不等壁厚管材板锻造成形模具工作时的步骤三的剖切结构示意图；
图4为本发明的不等壁厚管材板锻造成形模具工作时的步骤四的剖切结构示意图；
图5a为本发明的不等壁厚管材板锻造成形方法成形过程中的管坯示意图；
图5b为本发明的不等壁厚管材板锻造成形方法成形过程中完成扩孔后的管材示意图；
图5c为本发明的不等壁厚管材板锻造成形方法成形过程中完成第一次增厚后的管材示意图；
图5d为本发明的不等壁厚管材板锻造成形方法成形过程中完成第二次增厚后的管材示意图；
图5e为本发明的不等壁厚管材板锻造成形方法成形过程中完成减薄后的管材示意图，同时也是目标件示意图。
其中，1、3、7、11为成形凸模，2、4、8、12为凹模，5、9为芯轴，6、 10为凹模垫板。t0为原始管坯的壁厚，L0为原始管坯的长度，D0为原始管坯的外径，D4为目标件的外径，D5为目标件的内径，L为目标件长度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种不等壁厚管材板锻造成形模具，以解决上述现有技术存在的问题，提高成形零部件的材料利用率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1，2，3，4，其中，图1为利用本发明的不等壁厚管材板锻造成形模具工作时的第一道工序的剖切结构示意图，图2为利用本发明的不等壁厚管材板锻造成形模具工作时的第二道工序的剖切结构示意图，图3为利用本发明的不等壁厚管材板锻造成形模具工作时的第三道工序的的剖切结构示意图，图4为利用本发明的不等壁厚管材板锻造成形模具工作时的第四道工序的剖切结构示意图。
请参考图5a，5b，5c，5d，5e，图5a-5e为利用本发明的不等壁厚管材板锻造成形方法成形时的管材成形过程示意图。其中，图5a为利用本发明的不等壁厚管材板锻造成形方法成形时的管坯示意图，图5b为利用本发明的不等壁厚管材板锻造成形方法成形时完成扩孔后的管材示意图，图5c为利用本发明的不等壁厚管材板锻造成形方法成形时完成第一次增厚后的管材示意图，图 5d为利用本发明的不等壁厚管材板锻造成形方法成形时完成第二次增厚后的管材示意图，图5e为利用本发明的不等壁厚管材板锻造成形方法成形时完成减薄后的管材示意图。
本发明提供一种不等壁厚管材板锻造成形方法及模具，包含成形凸模1、 3、7、11，凹模2、4、8、12，凹模垫板6、10，和芯轴5、9。所述第一步成形凸模1和外侧凹模2同轴放置，所述第二步成形凸模3、外侧凹模4和凹模垫板6同轴放置，所述第三步成形凸模7、外侧凹模8和凹模垫板10同轴放置，所述第四步成形凸模11和外侧凹模12同轴放置。其中，所述第一步凸模 1与凹模2之间具有间隙，所述第二步芯轴5与凹模4之间具有间隙，所述第三步芯轴9与凹模8之间具有间隙，所述第四步凸模11与凹模12之间具有间隙。上述模具中所属的定位装置都为限位块。
利用本发明的不等壁厚管材板锻造成形模具时，第一步，将等壁厚的原始管坯的一端放置在模具下模即凹模2上，成形凸模1缓慢下行，迫使金属材料向两边扩孔，凸模1运动至下限位后以恒定的载荷保持静止，扩孔完成后进行顶件脱模得到扩孔完的零件。第二步，将上一步扩孔完的零件放置于凹模垫板 6上，然后凸模3缓慢下行，迫使金属材料缓慢填充至凹模4和芯轴5所形成的开放型腔中，零件上端金属材料同时向内、外流动进行增厚，随后零件由压力机下方顶件装置顶出，得到完成第一次增厚的零件。第三步，将上一步完成第一次增厚的零件继续放置于凹模垫板10上，凸模7缓慢下行，使零件上端金属材料向内流动进行二次增厚，随后零件由压力机下方顶件装置顶出，得到完成第二次增厚的零件。第四步，将完成二次增厚的零件放置在凹模12内，凸模11缓慢下行，一次减薄成内径相同外径不同的不等壁厚管材，随后零件由压力机下方顶件装置顶出得到目标件。
本发明还提供一种不等壁厚管材板锻造成形方法，利用上述的不等壁厚管材板锻造成形模具，包括如下步骤：
步骤一：根据目标件特征，通过线切割制得壁厚为t0的管坯，将初始管坯的一端放置于凹模2中，让一个带有锥形凸台的凸模1缓慢下行至下限位，迫使金属材料向两边扩孔，随后压力机下方顶件机构将零件向上顶出。锥形凸台的锥形角为α，应保证α＝72°，当超过72°时，随着模具的挤压，管材会在圆周方向向外弯曲的可能性就会变大而导致后续成形困难；凸凹模圆弧半径 R＝77°，当小于77°时，后续的增厚中易产生折叠现象，导致成形困难；所述凸模1和凹模2上端间隙应保持在1.1T至1.5T之间，间隙太小会导致管壁因摩擦力而减薄，间隙太大无法约束住金属材料的流动；凸模最大直径等于需要的扩孔后的管材直径，为避免管材出现破裂的现象，一次扩孔程度不应太大，应保证扩孔系数K≤1.5；
步骤二：将步骤一所成形的零件件放入凹模中，芯轴5和凹模4同轴放置，然后凸模3缓慢下行，迫使内部金属材料同时向内、外流动进行内、外增厚，随后零件由压力机下方顶件装置顶出，此时零件上端壁厚为1.4t0，下端壁厚为t0；
步骤三：将步骤二所成形的零件放入凹模中，芯轴9和凹模8同轴放置，凸模7缓慢下行，迫使内部金属材料向内流动进行内增厚，随后零件由压力机下方顶件装置顶出，此时零件上端壁厚为2t0，下端壁厚为t0；
步骤四：将步骤三所成形的零件放入凹模12中，液压缸带动滑块使凸模 11缓慢下行，将金属材料向下挤压进行减薄，随后零件由压力机下方顶件装置顶出。减薄后的内径为目标零件的内径，凸模11需要倒圆角，未倒圆角时金属管承受较大的轴向力，金属材料与凸模接触部分易产生失稳起皱。
本发明实现了在四个工序内成形出不等壁厚管材，有效地解决材料利用不高的问题，提高了目标零件的材料利用率和力学性能，具有工序简单、成形载荷低和成形精度高等优点。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种不等壁厚管材板锻造成形方法，包括以下步骤：
步骤一：将等壁厚的原始管坯的一端放置在模具下模即凹模上，成形凸模缓慢下行，迫使金属材料向两边扩孔，凸模运动至下限位后以恒定的载荷保持静止，扩孔完成后进行顶件脱模得到扩孔完的零件。
步骤二：将步骤一扩孔完的零件放置于凹模垫板上，凸模缓慢下行，迫使金属材料缓慢填充至凹模和芯轴所形成的开放型腔中，零件上端金属材料同时向内、外流动进行增厚，随后零件由压力机下方顶件装置顶出，得到完成第一次增厚的零件。
步骤三：将步骤二完成第一次增厚的零件继续放置于凹模垫板上，凸模缓慢下行，与凹模相配合，使零件上端金属材料向内流动进行二次增厚，随后零件由压力机下方顶件装置顶出，得到完成第二次增厚的零件。
步骤四：将完成二次增厚的零件放置在凹模型腔内，凸模缓慢下行，一次减薄成内径相同外径不同的不等壁厚管材，随后零件由压力机下方顶件装置顶出。
2.根据权利要求1所述的不等壁厚管材板锻造成形方法，其特征在于：所述步骤一扩孔时扩孔系数应保证K≤1.5。
3.根据权利要求1所述的不等壁厚管材板锻造成形方法，其特征在于：所述步骤二增厚时增厚后的厚度t与增厚前的厚度t0之间的关系应满足t/t0≤1.45。
4.一种不等壁厚管材板锻造成形方法及模具，其特征是：包含成形凸模、外侧凹模，内侧凹模、凹模垫板和芯轴。所述第一步成形凸模和外侧凹模同轴放置，所述第二步成形凸模、外侧凹模和凹模垫板同轴放置，所述第三步成形凸模、外侧凹模和凹模垫板同轴放置，所述第四步成形凸模和外侧凹模同轴放置。其中，所述第一步凸模与凹模之间具有间隙，所述第二步芯轴与凹模之间具有间隙，所述第三步芯轴与凹模之间具有间隙，所述第四步凸模与凹模之间具有间隙。
5.根据权利要求4所述的一种不等壁厚管材板锻造成形模具，其特征是，所属的定位装置为限位块。
6.根据权利要求4所述的一种不等壁厚管材板锻造成形模具，其特征在于：所述第一步成形凸模锥形角应保证α＝72°，凸凹模圆弧半径R＝77°，所述所述凸模和凹模上端间隙应保持在1.1T至1.5T之间。
7.根据权利要求4所述的一种不等壁厚管材板锻造成形模具，其特征在于：所述第二步芯轴锥形角应保证β＝80°，上圆角处R1＝20。
8.根据权利要求4所述的一种不等壁厚管材板锻造成形模具，其特征在于：所述第三步芯轴锥形角应保证γ＝86°，上圆角处R2＝30。
9.根据权利要求4所述的一种不等壁厚管材板锻造成形模具，其特征在于：所述第四步成形凸模锥形角应保证δ＝78°。
10.根据权利要求4所述的一种不等壁厚管材板锻造成形模具，其特征在于：所述第一二三四步中的其余圆角都为R0＝10。
11.根据权利要求4所述一种不等壁厚管材板锻造成形方法及模具，其特征在于：模具水平分模，主缸压力大，合模更紧密。
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