CN112139424B - 一种具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具，包括内侧凸模、外侧凸模、凹模、凹模垫板和浮动芯轴，本发明还提供一种具有小圆角特征的筒形件板锻造成形方法，将外径与筒形目标件外径相等的管坯放置于凹模垫板上，驱动内侧凸模和外侧凸模同步匀速下行镦挤管坯形成内法兰镦粗件；外侧凸模运动至下限位后以恒定的载荷保持静止，内侧凸模继续下行剪切内法兰镦粗件，迫使金属材料不断流向内侧凸模、外侧凸模、凹模、凹模垫板和浮动芯轴围成的封闭型腔，最后镦挤出具有小圆角特征的筒形件。本发明实现了在一个工序内成形出具有小圆角特征的筒形件，解决了屈曲失稳难题，消除折叠、内凹等缺陷，提高了目标零件的圆角填充饱满性和力学性能。

Description

一种具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具及方法
技术领域
本发明涉及金属塑性成形技术领域，特别是涉及一种具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具及方法。
背景技术
板材冲压成形筒形件或盒形件时，凸模圆角区域材料受到双向拉应力状态使得壁厚减薄，且凸模圆角越小、壁厚减薄越严重，这势必影响到零件服役的稳定性和寿命。电子及航天等领域重要结构件要求圆角半径小于原始板坯厚度甚至更小以提高其承载能力及承载空间，这为金属塑性成形领域带来新的挑战。
目前，学者普遍采用双工步工艺成形具有小圆角特征的筒形或盒形件，即采用圆角半径较大的凸模拉深出零件的外形轮廓或者采用翻边工艺制坯，然后镦粗侧壁成形小圆角特征，但实验结果表明底部圆角增厚通常有限，圆角填充率和力学性能难以满足设计及服役要求，且易出现失稳现象及折叠和内凹等缺陷，此外还存在工艺流程复杂及成形载荷大等问题。
因此，如何改变现有技术中，具有小圆角特征的零件成形时圆角填充率不足以及力学性能不佳的现状，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具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具，以解决上述现有技术存在的问题，提高成形零部件的圆角填充饱满性和力学性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具，包括内侧凸模、外侧凸模、凹模、凹模垫板和浮动芯轴，所述外侧凸模套装于所述内侧凸模的外部且二者同轴设置，所述内侧凸模与所述外侧凸模滑动相连，所述外侧凸模可滑动地与所述凹模相连，所述凹模垫板设置于所述凹模的底部且二者相连，所述浮动芯轴可滑动地与所述凹模垫板相连，所述浮动芯轴能够伸入所述凹模内，且所述浮动芯轴的外壁与所述凹模的内壁之间具有间隙，所述浮动芯轴的外壁与所述凹模的内壁之间的间隙较所述外侧凸模的厚度大；所述内侧凸模的底部设置第一限位元件，所述浮动芯轴的顶部设置第二限位元件，所述第一限位元件能够与所述第二限位元件相抵接，所述第一限位元件与所述第二限位元件相抵接时，所述内侧凸模与所述浮动芯轴之间具有间隙。
优选地，所述第一限位元件为限位凹槽，所述第二限位元件为限位凸起，所述限位凸起能够与所述限位凹槽间隙配合，所述限位凸起的高度较所述限位凹槽的深度大。
优选地，所述内侧凸模与所述外侧凸模、所述浮动芯轴与所述凹模垫板均采用间隙配合。
优选地，所述内侧凸模与所述外侧凸模采用H6/h5配合，所述浮动芯轴与所述凹模垫板采用H7/g6配合。
本发明还提供一种具有小圆角特征的筒形件板锻造成形方法，利用上述的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具，包括如下步骤：
步骤一、将外径与筒形目标件外径相等的管坯放置于凹模垫板上，内侧凸模和外侧凸模同步下行直至外侧凸模与管坯顶部相抵，浮动芯轴上行至第一限位元件与第二限位元件相抵，驱动内侧凸模和外侧凸模同步匀速下行镦挤管坯形成内法兰镦粗件；
步骤二、外侧凸模运动至下限位后以恒定的载荷保持静止，内侧凸模继续下行剪切内法兰镦粗件，迫使金属材料不断流向内侧凸模、外侧凸模、凹模、凹模垫板和浮动芯轴围成的封闭型腔，最后镦挤出具有小圆角特征的筒形件；
步骤三、内侧凸模和外侧凸模上行同制件脱离，浮动芯轴上行将具有小圆角特征的筒形件顶出凹模，完成脱模。
优选地，浮动芯轴的外壁与凹模内壁之间的间隙为管坯厚度的1.3-1.5倍。
优选地，步骤一中，内侧凸模和外侧凸模同步下行，内侧凸模和外侧凸模同时与管坯的顶部相抵。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具，包括内侧凸模、外侧凸模、凹模、凹模垫板和浮动芯轴，外侧凸模套装于内侧凸模的外部且二者同轴设置，内侧凸模与外侧凸模滑动相连，外侧凸模可滑动地与凹模相连，凹模垫板设置于凹模的底部且二者相连，浮动芯轴可滑动地与凹模垫板相连，浮动芯轴能够伸入凹模内，且浮动芯轴的外壁与凹模的内壁之间具有间隙，浮动芯轴的外壁与凹模的内壁之间的间隙较外侧凸模的厚度大；内侧凸模的底部设置第一限位元件，浮动芯轴的顶部设置第二限位元件，第一限位元件能够与第二限位元件相抵接，第一限位元件与第二限位元件相抵接时，内侧凸模与浮动芯轴之间具有间隙。本发明还提供一种具有小圆角特征的筒形件板锻造成形方法，将外径与筒形目标件外径相等的管坯放置于凹模垫板上，驱动内侧凸模和外侧凸模同步匀速下行镦挤管坯形成内法兰镦粗件；外侧凸模运动至下限位后以恒定的载荷保持静止，内侧凸模继续下行剪切内法兰镦粗件，迫使金属材料不断流向内侧凸模、外侧凸模、凹模、凹模垫板和浮动芯轴围成的封闭型腔，最后镦挤出具有小圆角特征的筒形件。本发明实现了在一个工序内成形出具有小圆角特征的筒形件，有效地解决屈曲失稳难题，消除折叠、内凹等缺陷，提高了目标零件的圆角填充饱满性和力学性能，具有工序简单、成形载荷低和成形精度高等优点。
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，显而易见地，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为本发明的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具工作时的剖切结构示意图；
图2为本发明的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具另一工作状态时的剖切结构示意图；
图3为利用本发明的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形方法成形时的管坯的示意图；
图4为利用本发明的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形方法成形时的内法兰镦粗件的示意图；
图5为利用本发明的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形方法成形时的筒形目标件的示意图；
其中，1为内侧凸模，2为外侧凸模，3为凹模，4为凹模垫板，5为浮动芯轴，D1为管坯的外径，t1为管坯的壁厚，h1为管坯的高度，t2为内法兰镦粗件的壁厚，t3为内法兰镦粗件的顶部厚度，h2为内法兰镦粗件的高度，t3为筒形目标件的底厚，t4为筒形目标件的壁厚，D2为筒形目标件的孔径，R为筒形目标件的内壁圆角。
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具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具，以解决上述现有技术存在的问题，提高成形零部件的圆角填充饱满性和力学性能。
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1-5，其中，图1为本发明的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具工作时的剖切结构示意图，图2为本发明的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具另一工作状态时的剖切结构示意图，图3为利用本发明的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形方法成形时的管坯的示意图，图4为利用本发明的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形方法成形时的内法兰镦粗件的示意图，图5为利用本发明的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形方法成形时的筒形目标件的示意图。
本发明提供一种具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具，包括内侧凸模1、外侧凸模2、凹模3、凹模垫板4和浮动芯轴5，外侧凸模2套装于内侧凸模1的外部且二者同轴设置，内侧凸模1与外侧凸模2滑动相连，外侧凸模2可滑动地与凹模3相连，凹模垫板4设置于凹模3的底部且二者相连，浮动芯轴5可滑动地与凹模垫板4相连，浮动芯轴5能够伸入凹模3内，且浮动芯轴5的外壁与凹模3的内壁之间具有间隙，浮动芯轴5的外壁与凹模3的内壁之间的间隙较外侧凸模2的厚度大；内侧凸模1的底部设置第一限位元件，浮动芯轴5的顶部设置第二限位元件，第一限位元件能够与第二限位元件相抵接，第一限位元件与第二限位元件相抵接时，内侧凸模1与浮动芯轴5之间具有间隙。
利用本发明的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具时，将外径与筒形目标件外径相等的管坯放置于凹模垫板4上，驱动内侧凸模1和外侧凸模2同步匀速下行镦挤管坯形成内法兰镦粗件；外侧凸模2运动至下限位后以恒定的载荷保持静止，内侧凸模1继续下行剪切内法兰镦粗件，迫使金属材料不断流向内侧凸模1、外侧凸模2、凹模3、凹模垫板4和浮动芯轴5围成的封闭型腔，最后镦挤出具有小圆角特征的筒形件。本发明实现了在一个工序内成形出具有小圆角特征的筒形件，有效地解决屈曲失稳难题，消除折叠、内凹等缺陷，提高了目标零件的圆角填充饱满性和力学性能，具有工序简单、成形载荷低和成形精度高等优点。需要说明的是，内侧凸模1、外侧凸模2和浮动芯轴5均能够与压力机相连，压力机能够分别带动内侧凸模1、外侧凸模2和浮动芯轴5往复运动。
在本具体实施方式中，第一限位元件为限位凹槽，第二限位元件为限位凸起，限位凸起能够与限位凹槽间隙配合，限位凸起的高度较限位凹槽的深度大，以确保内侧凸模1的端面与浮动芯轴5的端面之间具有间隙，允许管坯顺利发生形变。
另外，内侧凸模1与外侧凸模2、浮动芯轴5与凹模垫板4均采用间隙配合，提高模具整体结构装配精确度。
在本具体实施方式中，内侧凸模1与外侧凸模2采用H6/h5配合，浮动芯轴5与凹模垫板4采用H7/g6配合。
本发明还提供一种具有小圆角特征的筒形件板锻造成形方法，利用上述的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具，包括如下步骤：
步骤一、根据筒形目标件特征，通过线切割制得外径均为D1、壁厚为t1、高度为h1的管坯，将管坯以外径为定位放置于凹模垫板4上。压力机主缸具有独立的内、外滑块输出机构，压力机下方具有液压缸输出机构，内侧凸模1与压力机主缸内滑块相连，外侧凸模2与压力机主缸外滑块相连，浮动芯轴5与压力机下方液压缸相连。压力机下方液压缸带动浮动芯轴5上行至上限位，随后压力机主缸内、外滑块分别带动内侧凸模1和外侧凸模2同步匀速下行镦挤管坯的上端面形成内法兰镦粗件，如图1所示，内法兰镦粗件壁厚为t2、顶部厚度为t3、高度为h2。
步骤二、与压力机主缸外滑块相连的外侧凸模2运动至下限位后以恒定的载荷保持不动，与压力机主缸内滑块相连的内侧凸模1继续下行剪挤内法兰镦粗件，迫使金属不断流向内侧凸模1、外侧凸模2、凹模3、凹模垫板4及浮动芯轴5围成的封闭型腔，镦挤出具有小圆角特征的筒形件，如图2所示，筒形目标件底厚为t3、壁厚为t4、孔径为D2、内壁圆角为R。需要说明的是，此处，外侧凸模2运动至下限位后保持不动，下限位根据具体目标成形件的不同而具体设置。
步骤三、零件成形结束后，脱模过程，与压力机下方液压缸相连的浮动芯轴5保持不动，压力机主缸内、外滑块依次带动内侧凸模1、外侧凸模2回程同零件分离，随后压力机下方液压缸带动浮动芯轴5上行将零件顶出凹模3。
其中，具有小圆角特征的筒形件壁厚t4和底厚t3可以相等、也可以不相等，筒形件壁厚t4和底厚t3可通过调整内侧凸模1、外侧凸模2的分模线实现差异化分布。
具体地，浮动芯轴5的外壁与凹模3内壁之间的间隙为管坯厚度的1.3-1.5倍。
步骤一中，内侧凸模1和外侧凸模2同步下行，内侧凸模1和外侧凸模2同时与管坯的顶部相抵，并且在镦挤管坯过程中时刻保持同步等速。
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 (7)

1.一种具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具，其特征在于：包括内侧凸模、外侧凸模、凹模、凹模垫板和浮动芯轴，所述外侧凸模套装于所述内侧凸模的外部且二者同轴设置，所述内侧凸模与所述外侧凸模滑动相连，所述外侧凸模可滑动地与所述凹模相连，所述凹模垫板设置于所述凹模的底部且二者相连，所述浮动芯轴可滑动地与所述凹模垫板相连，所述浮动芯轴能够伸入所述凹模内，且所述浮动芯轴的外壁与所述凹模的内壁之间具有间隙，所述浮动芯轴的外壁与所述凹模的内壁之间的间隙较所述外侧凸模的厚度大；所述内侧凸模的底部设置第一限位元件，所述浮动芯轴的顶部设置第二限位元件，所述第一限位元件能够与所述第二限位元件相抵接，所述第一限位元件与所述第二限位元件相抵接时，所述内侧凸模与所述浮动芯轴之间具有间隙。
2.根据权利要求1所述的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具，其特征在于：所述第一限位元件为限位凹槽，所述第二限位元件为限位凸起，所述限位凸起能够与所述限位凹槽间隙配合，所述限位凸起的高度较所述限位凹槽的深度大。
3.根据权利要求1所述的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具，其特征在于：所述内侧凸模与所述外侧凸模、所述浮动芯轴与所述凹模垫板均采用间隙配合。
4.根据权利要求3所述的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具，其特征在于：所述内侧凸模与所述外侧凸模采用H6/h5配合，所述浮动芯轴与所述凹模垫板采用H7/g6配合。
5.一种具有小圆角特征的筒形件板锻造成形方法，利用权利要求1-4任一项所述的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形模具，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将外径与筒形目标件外径相等的管坯放置于凹模垫板上，内侧凸模和外侧凸模同步下行直至外侧凸模与管坯顶部相抵，浮动芯轴上行至第一限位元件与第二限位元件相抵，驱动内侧凸模和外侧凸模同步匀速下行镦挤管坯形成内法兰镦粗件；
步骤二、外侧凸模运动至下限位后以恒定的载荷保持静止，内侧凸模继续下行剪切内法兰镦粗件，迫使金属材料不断流向内侧凸模、外侧凸模、凹模、凹模垫板和浮动芯轴围成的封闭型腔，最后镦挤出具有小圆角特征的筒形件；
步骤三、内侧凸模和外侧凸模上行同制件脱离，浮动芯轴上行将具有小圆角特征的筒形件顶出凹模，完成脱模。
6.根据权利要求5所述的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形方法，其特征在于：浮动芯轴的外壁与凹模内壁之间的间隙为管坯厚度的1.3-1.5倍。
7.根据权利要求5所述的具有小圆角特征的筒形件板锻造成形方法，其特征在于：步骤一中，内侧凸模和外侧凸模同步下行，内侧凸模和外侧凸模同时与管坯的顶部相抵。
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