CN115069810A - 带外纵筋筒形件的精确挤压成形模具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带外纵筋筒形件的精确挤压成形模具及方法，属于金属塑性加工工艺及成形技术领域。包括：上模板一端用于与压力机连接，上模板另一端与凸模一端连接，对中环沿周向方向均匀设置四个连接槽，连接杆的形状为阶梯轴，连接杆一端与凹模上端阶梯槽连接，连接杆另一端与对中环的连接槽连接，下模板一端用于与压力机连接，凹模与下模板另一端连接，凹模内壁上沿径向开设六条在圆周方向呈均匀分布的外纵筋腔，顶杆内置于下模板中心孔处，垫块置于凹模内部并位于顶杆上方，压块的外形结构与凹模内腔结构相同且上下两端面水平。本发明具有高成形精度，可以减少机加工量以保证金属流线的完整性，提高零件的力学性能和材料利用率。

Description

带外纵筋筒形件的精确挤压成形模具及方法

技术领域

本发明涉及金属塑性加工工艺及成形技术领域，尤其涉及一种带外纵筋筒形件的精确挤压成形模具及方法。

背景技术

为满足高端装备等的需要，带外纵筋筒形件向轻质、高强、整体制造的方向发展。传统带外纵筋筒形件通过机加工来实现。然而，机加工需要大量车削形成样件结构，不仅材料浪费严重，而且车断流线降低了筒形件的承载能力，成形精度低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种带外纵筋筒形件的精确挤压成形模具及方法。本发明的技术方案如下：

第一方面，提供了一种带外纵筋筒形件的精确挤压成形模具，其包括上模板、凸模、对中环、连接杆、凹模、下模板、顶杆、垫块和压块，其中：所述上模板一端用于与压力机上端工作台连接，凸模为T形，上模板另一端与凸模一端连接，对中环内径大于凸模直径，对中环沿周向方向均匀设置四个连接槽，相邻连接槽相隔90°，连接杆的形状为阶梯轴，连接杆一端与凹模上端阶梯槽连接，连接杆另一端与对中环的连接槽连接，下模板一端用于与压力机下端工作台连接，凹模与下模板另一端连接，凹模中部开设通孔，凹模内壁上沿径向开设六条在圆周方向呈均匀分布的外纵筋腔，顶杆内置于下模板中心孔处，垫块置于凹模内部并位于顶杆上方，垫块中心设置与坯料底部锥形凸台相配合的锥形凸台结构，压块的外形结构与凹模内腔结构相同且上下两端面水平。

可选地，所述凸模另一端设置有促流角，促流角大小为10°。

可选地，所述垫块所对应的六处外纵筋处开设与水平线相差15°的向下斜台。

第二方面，提供了一种带外纵筋筒形件的精确挤压成形方法， 所述精确挤压成形方法采用上述第一方面所述的精确挤压成形模具，其包括如下步骤：

S1，将合金棒状坯料加热到成形温度并保温，将精确挤压成形模具预热至合金棒状坯料成形温度以上并保温，将预热后的精确挤压成形模具装配在压力机上，并沿着凹模内部、垫块上表面、压块下表面涂抹油基石墨润滑剂后，将加热后的合金棒状坯料放入凹模的型腔内，并使合金棒状坯料下端面的倒锥台与垫块中心的锥形凸台相贴合，最后将压块放入凹模型腔内；

S2，压力机向下运动，带动上模板、凸模和压块下行，压块对合金棒状坯料进行挤压并阻挡合金棒状坯料轴向流动，当初始棒状坯料在压块的挤压作用填充完凹模、垫块、压块组成的密闭空间时，完成预制坯过程；压力机停止向下运动，并开始向上运动，取走压块并沿着凸模外表面涂抹油基石墨润滑剂，通过连接杆将对中环连接在凹模上，而后压力机继续向下运动，凸模穿过对中环挤压坯料，坯料反向向上流动进行反挤压，实现带外纵筋筒形件的制备；

S3，反挤压完成后，压力机向上直线运动，带动凸模向上运动，在对中环的作用下，带外纵筋筒形件与凸模脱离，移走连接杆和对中环，通过压力机的顶出杠对顶杆作用，使顶杆带动垫块向上运动，最后将带外纵筋筒形件从凹模中取出。

可选地，所述S1将合金棒状坯料加热到450°C。

可选地，所述压力机向下挤压所述合金棒状坯料的挤压速度为0.5-1.2mm/s。

可选地，所述合金为铝合金。

可选地，所述铝合金的组分为：

Zn：9～11wt%，Cu：2.0～3.0wt%，Mg：2.5～3.5wt%，Fe：≤0.06wt%，Zr：≤0.15wt%，余量为铝和杂质。

上述所有可选技术方案均可任意组合，本发明不对一一组合后的结构进行详细说明。

本发明提供的带外纵筋筒形件的精确挤压成形模具及方法，通过对凸模、凹模、垫块和压块进行针对性设置，实现了通过镦粗和反挤压进行带外纵筋筒形件的制备，由于反挤压件不仅力学性能好，承载性能也有很大提升。此外，由于反挤压改变锻件组织性能，可以显著提高零件的力学性能，相比于其他生产工艺，反挤压能够较好地保留材料金属流线结构，减小挤压成形力以及提高生产效率，因此，通过本发明制备的带外纵筋筒形件，具有高成形精度，可以减少机加工量以保证金属流线的完整性，进而提高零件的力学性能，并且还能够提高材料利用率。另外，在垫块中心锥形凸台结构及对中环的共同作用下，分别从下部及上部精确定位，从而使凹模坯料凸模三者的中心线在同一轴线上，以此达到减小筒形件壁厚差的目的。

此外，凸模促流角及垫块倒角的设置，促进了金属的流动，提高了筋部填充饱满度，相较于传统机加工大量车削形成样件结构，精确挤压成形生产的筒形件具有高成形精度，可以减少机加工量以保证金属流线的完整性，进而能进一步提高零件的力学性能，并且还能够进一步提高材料利用率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明实施例提供的精确挤压成形模具的装配示意图。

图2是图1中凸模的结构示意图。

图3中的A图、B图、C图和D图分别是图1中凹模的主视剖面图、俯视图、仰视图和C图的局部放大图。

图4中的A图、B图和C图分别是图1中垫块的主视图、俯视图和B图的局部放大图。

图5中的A图、B图和C图分别是图1中压块的主视图、俯视图和B图的局部放大图。

图6是本发明实施例精确挤压成形过程示意图。

图7是中的A图和B图分别为通过本发明实施例形成的带外纵筋筒形件的主视图和俯视图。

附图标记如下：

1-上模板，2-凸模，3-对中环，4-连接杆，5-凹模、6-下模板，7-顶杆，8-垫块，9-压块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1至图5所示，本发明提供的带外纵筋筒形件的精确挤压成形模具，其包括上模板1、凸模2、对中环3、连接杆4、凹模5、下模板6、顶杆7、垫块8和压块9，其中：所述上模板1一端用于与压力机上端工作台连接，凸模2为T形，上模板1另一端与凸模2一端连接，对中环3内径大于凸模2直径，对中环3沿周向方向均匀设置四个连接槽，相邻连接槽相隔90°，连接杆4的形状为阶梯轴，连接杆4一端与凹模5上端阶梯槽连接，连接杆4另一端与对中环3的连接槽连接，下模板6一端用于与压力机下端工作台连接，凹模5与下模板6另一端连接，凹模5中部开设通孔，凹模5内壁上沿径向开设六条在圆周方向呈均匀分布的外纵筋腔，顶杆7内置于下模板6中心孔处，垫块8置于凹模5内部并位于顶杆7上方，垫块8中心设置与坯料底部锥形凸台相配合的锥形凸台结构，压块9的外形结构与凹模5内腔结构相同且上下两端面水平。

其中，压块9用于阻挡坯料轴向流动，使得坯料在密闭空间内流动，填充压块9、凹模5、垫块8所组成的密闭空间，以保证后续反挤压成形中筒形件底部筋部尺寸精度。凸模2在压力机的驱动下，凸模2穿过对中环3挤压坯料，进而从上端保证凸模2与凹模5的对中，可以减小筒形件的壁厚差。

其中，垫块8中心设置的锥形凸台结构，能够与坯料底部的锥形凸台相贴合，可以与坯料底部锥形凸台相配合，从下端保证凹模5与坯料的对中。

可选地，所述凸模2另一端设置有促流角，促流角大小为10°，即与水平面的角度为10°。在凸模2挤压坯料过程中，由于促流角的存在，能够促使金属径向流动，以保证筒形件筋部有足够多的金属填充，进而保证筒形件筋部尺寸精度。

可选地，所述垫块8所对应的六处外纵筋处开设与水平线相差15°的向下斜台，以便于筒形件底部的填充。

本发明实施例还提供了一种带外纵筋筒形件的精确挤压成形方法， 所述精确挤压成形方法采用上述实施例所述的精确挤压成形模具，如图6所示，精确挤压成形方法包括如下步骤：

S1，将合金棒状坯料加热到成形温度并保温，将精确挤压成形模具预热至合金棒状坯料成形温度以上并保温，将预热后的精确挤压成形模具装配在压力机上，并沿着凹模5内部、垫块8上表面、压块9下表面涂抹油基石墨润滑剂后，将加热后的合金棒状坯料放入凹模5的型腔内，并使合金棒状坯料下端面的倒锥台与垫块8中心的锥形凸台相贴合，最后将压块9放入凹模5型腔内；

S2，压力机向下运动，带动上模板1、凸模2和压块9下行，压块9对合金棒状坯料进行挤压并阻挡合金棒状坯料轴向流动，当初始棒状坯料在压块9的挤压作用填充完凹模5、垫块8、压块9组成的密闭空间时，完成预制坯过程；压力机停止向下运动，并开始向上运动，取走压块9并沿着凸模2外表面涂抹油基石墨润滑剂，通过连接杆4将对中环3连接在凹模5上，而后压力机继续向下运动，凸模2穿过对中环3挤压坯料，坯料反向向上流动进行反挤压，实现带外纵筋筒形件的制备；

S3，反挤压完成后，压力机向上直线运动，带动凸模2向上运动，在对中环3的作用下，带外纵筋筒形件与凸模2脱离，移走连接杆4和对中环3，通过压力机的顶出杠对顶杆7作用，使顶杆7带动垫块8向上运动，最后将带外纵筋筒形件从凹模5中取出。

综上，本发明实施例通过对合金棒状坯料进行镦粗和反挤压处理来完成带外纵筋筒形件的制备。图6是本发明实施例精确挤压成形过程示意图。如图7所示，其中的A图和B图分别为通过本发明实施例形成的带外纵筋筒形件的主视图和俯视图。

可选地，所述S1将合金棒状坯料加热到450°C，确保待成形铝合金坯料达到成形温度。

可选地，所述压力机向下挤压所述合金棒状坯料的挤压速度为0.5-1.2mm/s，该挤压速度比较合适，可以防止合金棒状坯料在挤压过程中发生开裂。

可选地，所述合金为铝合金。

可选地，所述铝合金的组分为：

Zn：9～11wt%，Cu：2.0～3.0wt%，Mg：2.5～3.5wt%，Fe：≤0.06wt%，Zr：≤0.15wt%，余量为铝和杂质。

为了证明本发明上述实施例所述的有益效果，本发明进一步提供了实验实施例；在此需要说明的是：实验实施例仅是用来证明上述提及的有益效果，但是，本发明的上述方案并不局限于实验实施例所述的棒料合金类型及各项参数。

实验实施例：

本实验实施例提供一种带外纵筋筒形件的精确挤压成形模具的精确挤压成形方法，具体包括如下步骤：

将预热后的上模板1、下模板6分别与压力机的上下工作台相连接，将合金棒状坯料置于垫块8上，使合金棒状坯料下端面倒锥形凸台与垫块8的中心凸台相贴合，将压块9置于合金棒状坯料上端面，压力机下行，带动上模板1、凸模2及压块9下行，压块9阻挡坯料轴向流动。合金棒状坯料由于压块9的挤压作用，金属填充凹模5、垫块8、压块9组成的密闭空间，完成预制坯过程。当金属填充完整个密闭空间后，压力机上行，移走压块9，将对中环3通过连接杆4连接在凹模5上，而后压力机继续下行，凸模2穿过对中环3挤压合金棒状坯料，反挤压制备带外纵筋筒形件。而后压机上行，在对中环3的作用下，将带外纵筋筒形件与凸模2分离，撤走对中环3和连接杆4，顶杆7上行，将带外纵筋筒形件取走。

通过实验实施例所制备的带外纵筋筒形件，对其进行筋部直线度测量及壁厚差检验，检验结果表明：筋部直线度为1.65mm，壁厚差为0.96mm，最终获得的筒形件尺寸精度较高。

综上，本发明提供的带外纵筋筒形件的精确挤压成形模具及方法，不仅可以快速制备带外纵筋筒形件，而且，在垫块8中心凸台结构及对中环3的共同作用下，分别从下部及上部精确定位，从而使凹模5、合金棒状坯料和凸模2三者的中心线在同一轴线上，以此达到减小筒形件壁厚差的目的。另一方面，凸模2的促流角及垫块8倒角的设置，促进了金属的流动，提高了筋部填充饱满度，相较于传统机加工大量车削形成样件结构，精确挤压成形生产的筒形件具有高成形精度，可以减少机加工量以保证金属流线的完整性，进而提高零件的力学性能，并且还能够提高材料利用率。本发明实施例提供的精确挤压成形模具及方法，尤其适用于大规格（直径比较大）的带外纵筋筒形件的挤压成形。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种带外纵筋筒形件的精确挤压成形模具，其特征在于，包括上模板（1）、凸模（2）、对中环（3）、连接杆（4）、凹模（5）、下模板（6）、顶杆（7）、垫块（8）和压块（9），其中：所述上模板（1）一端用于与压力机上端工作台连接，凸模（2）为T形，上模板（1）另一端与凸模（2）一端连接，对中环（3）内径大于凸模（2）直径，对中环（3）沿周向方向均匀设置四个连接槽，相邻连接槽相隔90°，连接杆（4）的形状为阶梯轴，连接杆（4）一端与凹模（5）上端阶梯槽连接，连接杆（4）另一端与对中环（3）的连接槽连接，下模板（6）一端用于与压力机下端工作台连接，凹模（5）与下模板（6）另一端连接，凹模（5）中部开设通孔，凹模（5）内壁上沿径向开设六条在圆周方向呈均匀分布的外纵筋腔，顶杆（7）内置于下模板（6）中心孔处，垫块（8）置于凹模（5）内部并位于顶杆（7）上方，垫块（8）中心设置与坯料底部锥形凸台相配合的锥形凸台结构，压块（9）的外形结构与凹模（5）内腔结构相同且上下两端面水平。

2.根据权利要求1所述的带外纵筋筒形件的精确挤压成形模具，其特征在于，所述凸模（2）另一端设置有促流角，促流角大小为10°。

3.根据权利要求1或2所述的带外纵筋筒形件的精确挤压成形模具，其特征在于，所述垫块（8）所对应的六处外纵筋处开设与水平线相差15°的向下斜台。

4. 一种带外纵筋筒形件的精确挤压成形方法， 所述带外纵筋筒形件的精确挤压成形方法采用权利要求1至3中任一权利要求所述的带外纵筋筒形件的精确挤压成形模具，其特征在于，包括如下步骤：

S1，将合金棒状坯料加热到成形温度并保温，将精确挤压成形模具预热至合金棒状坯料成形温度以上并保温，将预热后的精确挤压成形模具装配在压力机上，并沿着凹模（5）内部、垫块（8）上表面、压块（9）下表面涂抹油基石墨润滑剂后，将加热后的合金棒状坯料放入凹模（5）的型腔内，并使合金棒状坯料下端面的倒锥台与垫块（8）中心的锥形凸台相贴合，最后将压块（9）放入凹模（5）型腔内；

S2，压力机向下运动，带动上模板（1）、凸模（2）和压块（9）下行，压块（9）对合金棒状坯料进行挤压并阻挡合金棒状坯料轴向流动，当初始棒状坯料在压块（9）的挤压作用填充完凹模（5）、垫块（8）、压块（9）组成的密闭空间时，完成预制坯过程；压力机停止向下运动，并开始向上运动，取走压块（9）并沿着凸模（2）外表面涂抹油基石墨润滑剂，通过连接杆（4）将对中环（3）连接在凹模（5）上，而后压力机继续向下运动，凸模（2）穿过对中环（3）挤压坯料，坯料反向向上流动进行反挤压，实现带外纵筋筒形件的制备；

S3，反挤压完成后，压力机向上直线运动，带动凸模（2）向上运动，在对中环（3）的作用下，带外纵筋筒形件与凸模（2）脱离，移走连接杆（4）和对中环（3），通过压力机的顶出杠对顶杆（7）作用，使顶杆（7）带动垫块（8）向上运动，最后将带外纵筋筒形件从凹模（5）中取出。

5.根据权利要求4所述的带外纵筋筒形件的精确挤压成形方法，其特征在于，所述S1将合金棒状坯料加热到450°C。

6.根据权利要求4所述的带外纵筋筒形件的精确挤压成形方法，其特征在于，所述压力机向下挤压所述合金棒状坯料的挤压速度为0.5-1.2mm/s。

7.根据权利要求4所述的带外纵筋筒形件的精确挤压成形方法，其特征在于，所述合金为铝合金。

8.根据权利要求7所述的带外纵筋筒形件的精确挤压成形方法，其特征在于，所述铝合金的组分为：

Zn：9～11wt%，Cu：2.0～3.0wt%，Mg：2.5～3.5wt%，Fe：≤0.06wt%，Zr：≤0.15wt%，余量为铝和杂质。

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