CN102240691A - 一种轻合金阶梯形工件的精确挤压模具和方法 - Google Patents

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李国俊
杨勇彪
薛勇
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Abstract

本发明涉及一种轻合金阶梯形工件的精确挤压模具和方法，其特点是采用凸模部分上加工成凸起十字导向，在凹模部分上加工成十字导向槽，凸起十字导向与十字导向槽相配合，在预成型平面毛坯上，保留阶梯形状厚度，采用控制流向顺序的方法，使凸模或凹模的尖楞尖角阶梯面的侧壁上开有用于金属流动的垂直方向的槽的空穴部位填满金属，达到工件的尖楞尖角阶梯成形的目标；采用一次加热，将等体积毛坯放入凹模，a.使用预压芯子预压，b.使用凸模终成形。本发明具有材料利用率高、制造流程短、精度高、效率高、低成本等优点。

Description

一种轻合金阶梯形工件的精确挤压模具和方法
技术领域
本发明属于金属挤压成形技术，具体地说是一种用于较广泛的轻合金成形领域，尺寸精度高，变形温度在合金再结晶温度区，形状过渡尖楞尖角的条件下的阶梯形工件的精确挤压模具和方法。
背景技术
目前，对于阶梯形工件的成型，一般通过多套凸、凹模具和多道次挤压成形单台阶，经多次加热并挤压成形，由逐步形成的一级一级的台阶积累成阶梯，工序多、模具数量多，尤其存在上道次毛坯向下道次模具放置时形成的放置误差带来尺寸精度低、模具往往因受力不均匀，而造成提前报废，无论锻模、挤压模具在高温条件下都存在凸、凹模导向精度低的缺点。这些现有技术存在的具体不足和缺点如下：
1、传统挤压成形模具导向机构有锁扣和带导柱、导套的模架两种，前一种导向精度低，强度大但导向精度低在0.5-2mm，挤压模、锻压机用锻模用导柱、导套模架，精度高但不能在高温下工作、强度低，在成形模具等温成形时需要导向精度高、水平抗弯强度高同时耐高温，传统导向机构就无法满足要求。
2、对传统阶梯形状采用多道次挤压，工序多，效率低，阶梯形状工件挤压内外圆角R1-R5，材料按照等体积准备毛坯，材料受三向应力作用从流动孔道经过流入孔穴，空穴是不会被毛坯材料充满的，因为材料从流动孔道经过流入空穴会发生紊流，产生折叠或者缺肉，空穴侧壁尖楞尖角形状不被充满，脱模后工件相应位置形成圆角。同时，每次放入毛坯时由于放置偏移、位置不精确，要有找正过程，费时费工，效率低，且容易难以成形多层曲折、阶梯形状(阶梯型单工序多)。
3、传统挤压，阶梯形状挤压内外圆角不小于R1～R5，圆角小于R0.5很难达到，如果要满足小于R0.5，侧壁要有拔模1°～15°的斜度；如果在阶梯形状内外圆角既要满足小于R0.5，侧壁为直壁的条件，传统挤压工艺无法完成(圆角半径大)。
发明内容
本发明的目的为克服上述传统挤压成型技术的不足，提供一种可在批量生产条件下，定位高精度，棱边呈尖楞尖角的阶梯形状轻合金制件的等温挤压模具，以及一次加热毛坯预成型和终成形复合的方法。
实现上述目的的技术解决方案是：
一种轻合金阶梯形工件的精确挤压模具，包括凸模部分、凹模部分及预压芯子；其特征是：所述凸模部分上设有凸起的十字形导向或十字导向槽，所述凹模部分上设有十字导向槽或突起的十字形式导向，凸起十字导向与十字导向槽相配合定位与导向。
在所述凸模部分的凸模或凹模部分的凹模的尖楞尖角阶梯面的侧壁上开有用于金属流动的垂直方向的槽。
一种轻合金阶梯形工件的精确挤压方法，其特征是：该方法如下：
(1)、采用凸模部分上加工成凸起十字导向或十字导向槽，在凹模部分上加工成十字导向槽或凸起十字导向，凸起十字导向与十字导向槽相配合，保证凸凹模同心度和挤压工件的尺寸和几何精度。
(2)、在预成型平面毛坯上，保留阶梯形状厚度，采用控制流向顺序的方法，使凸模或凹模的尖楞尖角阶梯面的侧壁上开有用于金属流动的垂直方向的槽的空穴部位填满金属，从而达到工件的尖楞尖角阶梯成形的目标。
(3)、采用一次加热，将等体积毛坯放入凹模，a使用预压芯子预压，b使用凸模终成形。
本发明与现有技术相比，在同样的设备条件下，对于轻合金阶梯形工件，由使用多套模具改进为使用一套复合模具，由多工序挤压成形改进为单工序挤压成形，毛坯由多次加热减少为一次加热，同时将挤压大公差、带余量的变形方法改进为挤压高精度、无余量的变形方法，生产过程中使毛坯一次入模，凸模和模芯复合加压使工件一次成形，从而缩短了制造流程，降低了劳动强度，并能够实现压制无机加余量的工件。具有材料利用率高、制造流程短、精度高、效率高、低成本等优点。
附图说明
图1是本发明结构示意图(主视图)。
图2是凸模十字形状导向结构与阶梯凸模一体化后立体示意图。
图3是十字形状导向结构的凸模仰视图。
图4是带十字形状导向结构的凸模阶梯形状剖视图。
图5是带十字形状导向结构的凸模阶梯形状主视图。
图6是带十字形状导向槽结构的凹模主剖视图。
图7是带十字形状导向槽结构的凹模俯视图。
图8是挤压工件中尖楞尖角阶梯的模具结构主视图。
图9是挤压工件中尖楞尖角阶梯的模具结构俯视图。
图10是本发明挤压工件过程(a芯子预压)示意图。
图11是本发明挤压工件过程(b凸模终成形)示意图。
具体实施方式
一、本发明轻合金阶梯形工件的精确挤压模具
图1、图10和图11所示，轻合金阶梯形工件的精确挤压模具(图1为合模状态)。该模具包括凸模部分1、凹模部分2和预压芯子3。所述的凸模部分1由凸模1-1、上垫板1-2和上模板1-3组成；凸模用螺栓和定位销与上垫板连接，上垫板与上模板通过螺栓和定位销连接，上模板与压机通过螺栓连接；在上垫板与上模板之间设有隔热棉夹垫(4)，上模板与压机之间设有隔热棉夹垫4与铁皮6。
所述的凹模部分2由凹模圈2-1、带型腔的镶套2-2、应力圈2-3、下垫板2-4和下模板2-5组成；镶套装于凹模圈内、在凹模圈外设有约束的应力圈，应力圈用螺栓和定位销与下垫板连接，而下模板也用螺栓和定位销与下模板相连，下模板与压力机通过螺栓和定位销连接，在下模板与压机之间也设有隔热棉夹垫4。在所述的镶套中心孔内还装有顶出在模腔内成形后的挤压工件的顶杆5。
图2至图5所示，凸模上半部分加工成凸起十字导向7或十字导向槽8。如图6、图7所示，凹模圈上端面加工成十字导向槽7或凸起十字导向6，凸起十字导向与十字导向槽相配合定位与导向，凸模在压机滑块带动下下行进入凹模，由十字导向结构保证凸凹模同心度和挤压工件的尺寸和几何精度。凸起十字导向与十字导向槽相配合间隙为0.02～0.10mm。
在凸模部分的上垫板外与凹模部分的应力圈外分别设有带加热器的加热圈9。用以保证挤压工件过程中模具温度和毛坯温度，其模具温度在500℃左右。
图8和图9所示，工件的尖楞尖角阶梯的模具结构，是在凸模或者凹模的尖楞尖角阶梯面的侧壁上开有用于金属流动的垂直方向的槽10(垂直方向即为压机的挤压力方向)，槽的截面形状最好为燕尾形槽，其燕尾形槽的槽口宽度尺寸m小于槽底宽度尺寸l。在挤压成形工件的尖楞尖角阶梯时，凸模在垂直插挤毛坯材料，使毛坯材料先垂直向上流动后，再产生径向流动，使凸模或凹模上所设有槽的空穴填充饱满，这样就保证了工件11的尖楞尖角阶梯挤压成形。
本发明就是在预成型平面毛坯上，保留阶梯形状厚度，采用控制流向顺序的方法达到阶梯尖楞尖角、侧壁垂直、空穴部位饱满的目标。
二、本发明轻合金阶梯形工件的精确挤压方法
本发明轻合金阶梯形工件的精确挤压方法如下：
1、采用凸模部分1加工成凸起十字导向，在凹模部分2上加工成十字导向槽，凸起十字导向与十字导向槽相配合定位与导向，保证凸凹模同心度和挤压工件的尺寸和几何精度。
2、在预成型平面毛坯上，保留阶梯形状厚度，采用控制流向顺序的方法，使凸模或者凹模的尖楞尖角阶梯面的侧壁上开有用于金属流动的垂直方向的槽的空穴部位填满金属，从而达到工件的尖楞尖角阶梯成形的目标。
3、采用一次加热，一套模具，一次挤压成形工件；具体工艺包括：将等体积毛坯放入凹模，a预压芯子3预压，b凸模终成形。
图10所示，a芯子预压，通过改变流向、材料各部位流动顺序的方法，凸模A面下行接触B面下预压芯子，材料向下单方向流动形成正挤压，背面形状充满，预压后毛坯不取出，凸模回程，把预压芯子取出来，凸模再次下行。对工件11上平面反挤压，形成工件11上端面的尖楞尖角阶梯形状，凸模回程，顶出工件。图11所示，b凸模终成形。

Claims (7)

1.一种轻合金阶梯形工件的精确挤压模具，包括凸模部分(1)、凹模部分(2)与预压芯子(3)；其特征是：所述凸模部分上设有凸起的十字形导向或十字导向槽，所述凹模部分上设有十字导向槽或突起的十字形式导向，凸起十字导向与十字导向槽相配合定位与导向。
2.根据权利要求1所述的一种轻合金阶梯形工件的精确挤压模具，其特征是：所述凸起的十字形导向与十字导向槽的配合间隙为：0.02～0.10mm。
3.根据权利要求1所述的一种轻合金阶梯形工件的精确挤压模具，其特征是：在所述凸模部分(1)的凸模或凹模部分(2)的凹模的尖楞尖角阶梯面的侧壁上开有用于金属流动的垂直方向的槽(10)。
4.根据权利要求3所述的一种轻合金阶梯形工件的精确挤压模具，其特征是：所述用于金属流动的垂直方向的槽(10)的截面形状为燕尾形槽。
5.根据权利要求1所述的一种轻合金阶梯形工件的精确挤压模具，其特征是：所述凸模部分由凸模(1-1)、上垫板(1-2)与上模板(1-3)组成；凸模用螺栓和定位销与上垫板连接，上垫板与上模板通过螺栓和定位销连接，上模板与压机通过螺栓和定位销连接；在上垫板与上模板之间设有隔热棉夹垫(4)，上模板与压机之间设有隔热棉夹垫(4)与铁皮(6)；所述的凹模部分由凹模圈(2-1)、带型腔的镶套(2-2)、应力圈(2-3)、下垫板(2-4)与下模板(2-5)组成；镶套装于凹模圈内、在凹模圈外设有约束的应力圈，应力圈用螺栓和定位销与下垫板连接，而下模板也用螺栓和定位销与下模板相连，下模板与压力机通过螺栓连接，在下模板与压机之间也设有隔热棉夹垫；在所述的镶套中心孔内还装有顶出在模腔内成形后的挤压工件的顶杆(5)。
6.根据权利要求1所述的一种轻合金阶梯形工件的精确挤压模具，其特征是：在所述凸模部分的上垫板外与凹模部分的应力圈外分别设有带加热器的加热圈(9)。
7.一种轻合金阶梯形工件的精确挤压方法，其特征是：该方法如下：
(1)、采用凸模部分(1)上半加工成凸起十字导向，在凹模部分(2)上加工成十字导向槽，凸起十字导向与十字导向槽相配合，保证凸凹模同心度和挤压工件(11)的尺寸和几何精度；
(2)、在预成型平面毛坯上，保留阶梯形状厚度，采用控制流向顺序的方法，使凸模或凹模的尖楞尖角阶梯面的侧壁上开有用于金属流动的垂直方向的槽的空穴部位填满金属，从而达到工件的尖楞尖角阶梯成形的目标；
(3)、采用一次加热，将等体积毛坯放入凹模，a使用预压芯子(3)预压，b使用凸模终成形。
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