CN219899903U - 一种用于低比热薄壁构件温冲压的气热模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于低比热薄壁构件温冲压的气热模具，包括模座；模具镶块，模具镶块安装在模座上；气热装置，气热装置设置在模具镶块内，气热装置内通过输入高温蒸汽对模具镶块及模具型腔内的板料进行加热；导向杆，模座的四周设置有与上模对应的导向杆。本实用新型解决了薄壁构件转运过程中温度骤降，导致板材成型性变差的问题，通过气体加热板料，维持成形过程中的温度，保证了成形工艺的稳定性；增加温冲压工艺的选材区间及适用性的效果；材料无需进行后续的时效处理，简化了生产工艺，相比常规工艺成本降低15‑30％。

Description

一种用于低比热薄壁构件温冲压的气热模具

技术领域

本实用新型涉及热冲压领域，尤其是涉及低热量板料热冲压的技术领域，具体为一种用于低比热薄壁构件温冲压的气热模具。

背景技术

随着材料成形技术和装备研制能力的逐渐成熟，航空发动机唇口、飞机蒙皮等大型、薄壁构件的国产化蓬勃发展。相比高温蠕变成形、扩散连接、3D打印成形，采用冲压成形具有生产节拍快、设备投资少和便于批量化生产等优势，受到人们的广泛。然而，由于铝合金、钛合金的比强度高、屈强比小和延伸率低，采用室温冲压，难以实现复杂构件成形且成型件回弹严重。

研究发现，铝合金的强度随着温度的上升而出现明显的下降。以7075铝合金为例，当材料的温度为200-300℃时，强度从室温下的600-800Mpa下降到了300-400MPa，见文献《Hui W,LUOY,FriedmanP,etal.WarmformingbehaviorofhighstrengthaluminumalloyAA7075[J].TransactionsofNonferrousMetalsSocietyofChina,2012,22(1):1-7.》。这是因为在加热条件下，铝合金中的弹性储能下降，能量壁垒和位错迁移的阻力降低，使得材料在较低的温度下成形。

国外以英国ImpressionTechnologies公司、海斯坦普和宝马汽车为代表，针对铝合金温冲压的工艺窗口、不同温度下的变形行为进行了研究；国内以无锡朗贤、上海交大和中南大学为代表，孙正启、葛继龙等人对铝合金温冲压提出了更适用于批量化生产的新型工艺，并在相关模具、工装的设计进行了大量研究。

已公开实用新型专利，申请号CN201810394967.0，专利名称：一种轻量化铝合金车身构件的热冲压成形方法，提出将T6态铝合金板料在400-500℃进行加热1-5min，快速转移到模具进行成形和淬火。但是，该方案未能解决转运过程中的温度骤降现象，板料在实际成形过程中的温度不稳定，导致冲压件的尺寸精准度欠缺；且该方案采用在400-500℃高温加热，导致第二相易于粗化和部分固溶，产品性能发生恶化性能相比T6态板料降低15-40％，无法满足工业生产的需要。

综上所述，薄板冲压技术已经广泛应用，但低比热材料的常温冲压性能较差，对于长度超过2m的大体积零件，采用常规热成型技术时，由于转运过程散热问题导致板材在合模前的温度降低，冲压性能变化，如何解决制件转运过程中温度骤降的问题，也就成薄壁构件温冲压技术在工业上应用的一大难题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于低比热薄壁构件温冲压的气热模具及其生产工艺，用于解决现有技术的难点。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种用于低比热薄壁构件温冲压的气热模具，包括：

模座5；

模具镶块1，所述模具镶块1安装在模座5上；

气热装置2，所述气热装置2设置在模具镶块1内，所述气热装置2内通过输入高温蒸汽对模具镶块1及模具型腔内的板料进行加热；

导向杆4，所述模座5的四周设置有与上模对应的导向杆4。

根据优选方案，气热装置2包括：

蒸汽输送管路单元；

蒸汽发生器，所述蒸汽发生器通过气热进出口3与蒸汽输送管路单元连接。

根据优选方案，蒸汽输送管路单元包括：

主气路通道6，所述主气路通道6水平穿设过模具镶块1，与模具镶块1的长边平行；

支气路通道7，所述支气路通道7沿着模具镶块1的顶部内侧表面设置有多个，多个所述支气路通道7通过竖直的连接通道8与主气路通道6连接形成水循环。

根据优选方案，支气路通道7与主气路通道6相互垂直。

根据优选方案，模具镶块1上表面成弧形，对配的多个所述支气路通道7连接形成的面为弧形面。

根据优选方案，支气路通道7的两端还安装有气阀9。

根据优选方案，模具镶块1的材质采用冷作模具钢或热作模具钢。

一种用于低比热薄壁构件温冲压的生产工艺，包括以下工艺步骤：

S1中温加热：将板料加热到150-350℃，加热时间为0-10min；

S2板料转运：将板料在2-15s转运至气热模具，开启气热装置2内的蒸汽发生器，气体温度为150-450℃，使得在模具型腔内的零件得以加温；

S3模具合模：压机下行，零件完成冲压成形。

根据优选方案，步骤S2中，零件的成型温度为150-350℃。

根据优选方案，经过步骤S3后的零件无需进行后续的时效处理。

本实用新型具有以下有益效果：

(1)解决了薄壁构件转运过程中温度骤降，导致板材成型性变差的问题，通过气体加热板料，维持成形过程中的温度，保证了成形工艺的稳定性；

(2)增加温冲压工艺的选材区间及适用性的效果；

(3)材料无需进行后续的时效处理，简化了生产工艺，相比常规工艺成本降低15-30％。

下文中将结合附图对实施本实用新型的最优实施例进行更详尽的描述，以便能容易地理解本实用新型的特征和优点。

附图说明

图1显示为本实用新型的立体结构示意图；

图2显示为本实用新型的使用状态图；

图3显示为本实用新型中关于蒸汽输送管路单元的立体结构放大示意图；

图4显示为现有技术中关于铝合金在不同温度(t)和应变速率(ε)下的变形抗力的示意图；标号说明

1、模具镶块；2、气热装置；3、气热进出口；4、导向杆；5、模座；6、主气路通道；7、支气路通道；8、连接通道；9、气阀。

具体实施方式

为了使得本实用新型的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本实用新型具体实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

与附图所展示的实施例相比，本实用新型保护范围内的可行实施方案可以具有更少的部件、具有附图未展示的其他部件、不同的部件、不同地布置的部件或不同连接的部件等。此外，附图中两个或更多个部件可以在单个部件中实现，或者附图中所示的单个部件可以实现为多个分开的部件。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本实用新型提出一种用于低比热薄壁构件温冲压的气热模具及其生产工艺，用于低热量板料热冲压工艺中，本实用新型气路管道的类型不做限制，但该弧形结构特别适用于2219、7B04、2060、7075铝合金等航空薄壁板料的冲压成形中。

总体上，本实用新型所提出的用于低比热薄壁构件温冲压的气热模具主要包括模座5、模具镶块1、气热装置2和导向杆4。其中，可以参见图1，其示出了模座5、模具镶块1、气热装置2和导向杆4的布置关系。

由于轻制件转运过程中的温度骤降的情况发生，为了减少这种情况在模座5的模具镶块1下方内部安装有气热装置2，用于保证零件在成形过程中的温度保持，减少因为转运带来的热量损失；通过模座5四周的导向杆4与上模合模，形成恒温的压合状态。

如前文所述，热源来源于气热装置2，气热装置2内通过输入高温蒸汽对模具镶块1及模具型腔内的板料进行加热，具体的，气热装置2包括蒸汽输送管路单元和给蒸汽输送管路单元提供热源的蒸汽发生器(在图中未画出)，两者之间在模具镶块2上还连接有气热进出口3。

需要具体说明的是，气热装置2通过设备内部的水循环系统，不断产生高温蒸气，蒸汽吸热形成过热蒸气，从而实现对模具型腔内板料的加热功能。

为此，蒸汽输送管路单元均匀的布置在模具镶块1上表面的内侧，由于在本实施例中，模具镶块1上表面成弧形，蒸汽输送管路单元将拆分成具有主气路通道6、支气路通道7和连接通道8三个部分组成，模具镶块1内部设置有气路通道，直径通常选用1-20mm，主气路通道6水平穿设过模具镶块1与蒸汽发生器连接作为热源的主要进入通道，与模具镶块1的长边平行，贯穿整个模具镶块1的长边，支气路通道7沿着模具镶块1的顶部内侧表面设置有多个，支气路通道7与主气路通道6相互垂直，多个支气路通道7通过竖直的连接通道8与主气路通道6连接形成水循环；在这里由于模具镶块1上表面成弧形，为此对配的多个支气路通道7连接形成的面为弧形面，可以涉及到各个模具镶块1的产品型面都是有温度支持的；在本实施例中优选的，每个支气路通道7的两端还安装有气阀9，方便控制弧形面每个区域的热量，提高适应性。

在此基础上优选的，模具镶块1，材质为冷作模具钢或热作模具钢，方便模具的拆卸、维修，镶块具有40-60HRC的硬度，实现零件的冲压成型。

如图1-3所示，采用T6态板料进行实施，具体的提供用于低比热薄壁构件温冲压的生产工艺，包括以下工艺步骤：

S1中温加热：将板料加热到150-350℃，加热时间为0-10min；

S2板料转运：将板料在2-15s转运至气热模具，开启气热装置2内的蒸汽发生器，气体温度为150-450℃，使得在模具型腔内的零件得以加温，零件的成型温度为150-350℃；

S3模具合模：压机下行，零件完成冲压成形，经过此工序后的零件无需进行后续的时效处理，质量即可达到生产需求。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种用于低比热薄壁构件温冲压的气热模具，其特征在于，包括：

模座(5)；

模具镶块(1)，所述模具镶块(1)安装在模座(5)上；

气热装置(2)，所述气热装置(2)设置在模具镶块(1)内，所述气热装置(2)内通过输入高温蒸汽对模具镶块(1)及模具型腔内的板料进行加热；

导向杆(4)，所述模座(5)的四周设置有与上模对应的导向杆。

2.根据权利要求1所述的用于低比热薄壁构件温冲压的气热模具，其特征在于，所述气热装置(2)包括：

蒸汽输送管路单元；

蒸汽发生器，所述蒸汽发生器通过气热进出口(3)与蒸汽输送管路单元连接。

3.根据权利要求2所述的用于低比热薄壁构件温冲压的气热模具，其特征在于，所述蒸汽输送管路单元包括：

主气路通道(6)，所述主气路通道(6)水平穿设过模具镶块(1)，与模具镶块(1)的长边平行；

支气路通道(7)，所述支气路通道(7)沿着模具镶块(1)的顶部内侧表面设置有多个，多个所述支气路通道(7)通过竖直的连接通道(8)与主气路通道(6)连接形成水循环。

4.根据权利要求3所述的用于低比热薄壁构件温冲压的气热模具，其特征在于，所述模具镶块(1)上表面成弧形，对配的多个所述支气路通道(7)连接形成的面为弧形面。

5.根据权利要求4所述的用于低比热薄壁构件温冲压的气热模具，其特征在于，所述模具镶块(1)的材质采用冷作模具钢或热作模具钢。