CN112692088A - 一种筒体构件热挤压模具及成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种筒体构件热挤压模具及成形方法，属于热挤压模具技术领域，解决了现有技术中内壁纵横分布高筋的深腔筒构件热挤压成形时脱模困难的问题。本发明的筒体构件热挤压模具，包括上模芯子、凸模、限位环和下模，凸模包括左凸模和右凸模，位于上模芯子的两侧，限位环包括左限位环和右限位环，分别位于左凸模和右凸模的外侧，凸模能够与筒体构件内表面耦合，下模能够与筒体构件外表面耦合；下模的上端面设有滑槽。本发明解决了挤压内壁纵横分布高筋的深腔筒体构件时的脱模困难的问题。

Description

一种筒体构件热挤压模具及成形方法

技术领域

本发明涉及热挤压模具技术领域，尤其涉及一种筒体构件热挤压模具及成形方法。

背景技术

目前，整体模块化、外形复杂化、结构轻量化的产品在航空航天领域应用越来越广。针对深腔内筋筒体结构，采用热挤压技术进行近净成形制造，与原先传统的钣焊、锻造或铸造+机加工制造的技术手段相比，在精细结构尺寸精度和综合力学性能控制等方面具有明显的优势。由于深腔筒体内型腔包含纵横交错的立筋结构，热挤压近净成形后的局部立筋与外型曲面拔模角度小，纵筋、横筋尺寸不一致导致难以成形，且挤压变形过程中会出现筒体构件与模具的型面紧密贴合(即“抱死”)问题。

现有热挤压模具技术中的挤压装置大多是应用在平板和光面弧板构件的简易结构，或是正挤压内十字筋弧板结构的挤压装置，而针对深腔内高筋筒体构件复合挤压成形的挤压模具较为少见。因此，如何有效控制复合挤压成形的深腔内高筋筒体构件在成形过程中的尺寸精度和实现成形后的顺利可靠脱模就成为本领域技术人员研究的重点方向。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种筒体构件热挤压模具及成形方法，用以解决现有技术中挤压内壁纵横分布高筋的深腔筒构件时的脱模困难的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种筒体构件热挤压模具，其特征在于，包括上模芯子、凸模、限位环和下模；所述凸模包括左凸模和右凸模，位于上模芯子的两侧；所述限位环包括左限位环和右限位环，分别位于左凸模和右凸模的外侧；所述凸模能够与所述筒体构件内表面耦合，所述下模能够与所述筒体构件外表面耦合；下模的上端面设有滑槽。

进一步地，所述上模芯子的外型面呈圆锥形，锥度为1°～10°。

进一步地，所述上模芯子的外型面高度为300mm～1000mm。

进一步地，所述上模芯子的运动行程为50mm～300mm。

进一步地，所述左凸模和右凸模的内腔型面与上模芯子的外型面为楔形配合关系。

进一步地，所述左凸模和右凸模的拔模斜度为1°～5°。

进一步地，所述左凸模和右凸模的型腔锥面高度大于上模芯子的运动行程。

进一步地，所述左限位环和右限位环位于左凸模和右凸模与下模之间，左限位环和右限位环对接组合为环形限位结构。

进一步地，所述左限位环和右限位环的底部端面设有滑轨，与下模上端面的滑槽相配合。

进一步地，所述左限位环和右限位环的内型面与左凸模和右凸模的外型面相配合。

进一步地，所述左限位环和右限位环的外侧分别连接传动电机或压簧工装。

进一步地，所述左限位环和右限位环的端部均设置与下模相连的保护组件。

进一步地，所述滑槽内设有滑动机构部件。

一种筒体构件的热挤压成形方法，采用上述的筒体构件热挤压模具进行筒体构件的热挤压成形，包括：

步骤1：模具制造；

步骤2：模具组装和预制坯料加热；

步骤3：筒体构件热挤压成形；

步骤4：筒体构件脱模。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1、本发明的筒体构件热挤压模具中的上模芯子与液压机平台上的液压缸相连，液压机可控制上模芯子对凸模的压力大小，实现不同壁厚的筒体构件的成形，有效提高了筒体构件的成形精度，能够将筒体构件的成形精度公差范围控制在(+0.5，-0.5)mm。

2、本发明的凸模为分块形式，左右凸模可水平或垂直运动，左凸模与右凸模结构简单，利于加工制造。

3、本发明的限位环为对称结构，限位环外侧连接电机设备或压簧工装，可实现横向的相向或背向滑动，左限位环和右限位环的内型面贴敷耐高温棉，以减少摩擦阻力，避免分体凸模与分体限位环之间的刚性碰撞和摩擦，保证挤压成形过程中左凸模和右凸模的可靠滑动。

4、本发明的左限位环和右限位环的底部端面设有滑轨，对应与下模上部端面的滑槽相配合，滑轨与滑槽的内型面可为圆弧形，也可为锥形或楔形，加工简单，可实现广泛应用，滑槽内部设置滑动机构部件，保证滑轨的快速滑动。

5、本发明的左限位环和右限位环的端部均设置与下模相连的保护组件(如：弹簧，弹簧的一端与左限位环和右限位环连接，另一端与下模连接)，防止左限位环和右限位环在背向运动的过程中从下模掉落。

6、本发明提供的筒体构件热挤压模具，通过限位环分体滑动机构的设计，解决了上模回程时高筋筒体构件易与挤压凸模“抱死”，难以将挤压构件脱离上模的问题。

7、本发明的分块凸模和滑动限位环设计可适应多种(如内环筋，内腔纵筋和内十字筋)复杂产品挤压模具结构设计的卸料功能要求，形成“分瓣式模+运动卸料机构的模块化模具设计”的模式，可明显提高生产效率，降低综合成本。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例中挤压成形前的筒体构件热挤压组合模具的前视图剖面结构示意图；

图2为本发明实施例中挤压成形前的筒体构件热挤压组合模具的右视图剖面结构示意图；

图3为本发明实施例中挤压成形后的筒体构件热挤压组合模具的前视图剖面结构示意图；

图4为本发明实施例中挤压成形后的筒体构件热挤压组合模具的右视图剖面结构示意图；

图5为本发明实施例中筒体构件热挤压组合模具的上下模分体结构立体示意图。

图6为本发明实施例中限位环两侧连接的传动电机或压簧工装截面示意图；

图7为本发明实施例中限位环中的滑动机构部件的截面示意图。

附图标记：

1-上模芯子；2-下模；3-左凸模；4-右凸模；5-左限位环；6-右限位环；7-挤压筒体坯料；8-滑轨；9-滑槽；10-压簧工装；11-传动电机；12-滑动机构部件。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

实施例1

本发明的一个具体实施例，结合附图1-7说明，公开了一种筒体构件热挤压模具，包括：上模芯子1、凸模、限位环和下模2。

进一步地，上模芯子1的外型面呈锥形，斜面锥度为1°～10°，圆锥面的高度为300mm～1000mm，上模芯子1与液压机平台上具备的液压缸通过法兰及螺栓紧固相连为一体，上模芯子1的最大运动行程为50mm～300mm。

进一步地，凸模包括左凸模3和右凸模4，左凸模3和右凸模4为对称设置，安装于热挤压设备的上模平台，左凸模3和右凸模4的内腔型面与上模芯子1的外型面为楔形配合关系，与上模芯子1的外型面的锥度相匹配，左凸模3和右凸模4的外型面与挤压筒体坯料7的内腔特征相吻合，拔模斜度为1°～5°，挤压筒体坯料7的内筋高度控制在5～15mm，左凸模3和右凸模4的型腔锥面高度大于上模芯子(1)的运动行程，以保证上模芯子1的安全可靠运动。

示例性地，上模芯子1的外型面的斜面锥度为5°，圆锥面的高度为700mm～1000mm，上模芯子1与液压机平台上具备的液压缸通过法兰及螺栓紧固相连为一体，上模芯子1的最大运动行程为150mm～300mm，左凸模3和右凸模4的外型面与挤压筒体坯料7的内腔特征相吻合，左凸模3和右凸模4的拔模斜度为5°。

需要说明的是，上模芯子1对左凸模3和右凸模4的压力和运动行程大小可以通过对液压机的参数设置来实现，因此，该挤压模具可以完成多种壁厚的筒体构件的成形，实现批量生产。通过控制上模芯子的最大运动行程为150mm～300mm，可保证筒体构件的内筋高度为5mm～15mm，筒体构件成形精度高。

具体地，限位环包括左限位环5和右限位环6，左限位环5和右限位环6分别位于左凸模3和右凸模4与下模2之间，限位环的高度尺寸与左凸模3、右凸模4以及下模2的高度尺寸相匹配，高度范围为100mm～500mm，左限位环5和右限位环6对接组合成完整的环形限位结构，限位环内腔为半圆弧曲面，内型面与左凸模3和右凸模4的外型面相匹配，与左凸模3和右凸模4外型面的间距在0.5mm～1.5mm范围内。

优选地，左限位环5和右限位环6外侧分别连接传动电机11或压簧工装10，如图6所示，用于主动推进和被动抽拉左限位环5和右限位环6的相向或背向运动，最终实现左凸模3和右凸模4的合并或分离，实现筒体构件的成形及凸模与筒体构件的完全脱离。

优选地，左限位环5和右限位环6的底部端面设有滑轨8，对应与下模2上部端面的滑槽9相配合，滑轨8的上部宽度小于下部宽度，滑轨8与滑槽9的外形特征可为圆弧形，也可为锥形或楔形。

优选地，左限位环5和右限位环6可由多组尺寸相同、结构一致的组合限位环装配为一体，每组限位环均设置滑轨8，滑轨8的上部宽度小于下部宽度，下模2设置与限位环匹配的多组滑槽9，提高限位精度。

优选地，滑槽9带有滑动机构部件12(如滑轮或石墨块)，如图7所示，左限位环5和右限位环6的内型面贴敷耐高温棉，以减少摩擦阻力，避免分体凸模与分体限位环之间的刚性碰撞和摩擦，保证挤压成形过程中左凸模3和右凸模4的可靠滑动。

需要说明的是，滑轨8用于保证限位环5和右限位环6在保证支撑限位作用的同时，实现分体限位环的横向运动功能。

优选地，在左限位环5和右限位环6的端部均设置与下模2相连的保护组件(如：弹簧，弹簧的一端与左限位环5和右限位环6连接，另一端与下模2连接)，防止左限位环5和右限位环6在背向运动的过程中从下模2掉落。

下模2的中心具有凹模型腔，其内腔外形面与挤压筒体坯料7外形一致；下模2通过螺栓、压板等与热挤压成形设备的下模平台紧固相连。

如图1-2所示，热挤压成形前，左凸模3和右凸模4合并为一体，上模芯子1带动左凸模3和右凸模4向下运动，挤压筒体坯料7在左凸模3和右凸模4作用下实现与下模2的耦合，完成对筒体挤压坯料的复合热挤压成形。也就是说，上模芯子1向下移动的过程中，左凸模3和右凸模4分别向下模2方向移动，直至将挤压筒体坯料7的挤压成形。

考虑到，筒体零件热挤压成形时，由于零件凸起部位的影响，脱模困难，因此，本发明的凸模为分块形式。

热挤压成形时，如图3所示，上模芯子1下行，带动左凸模3和右凸模4分别向下模2的径向反向运动，左限位环5和右限位环6在凸模的作用下，滑轨8沿滑槽9背向滑动，至热挤压成形结束。

脱模时，如图4所示，液压机带动上模芯子1回程向上运动，左限位环5和右限位环6上的滑轨8在分布两侧的传动电机11或压簧工装10的作用下，沿固定滑槽9相向滑动，当接触到左凸模3和右凸模4结构后继续相向运动，至左凸模3和右凸模4合并为一体，上模芯子1保持在固定位置同时，左限位环5和右限位环6保持一定的设备压力，挤压筒体坯料7与左凸模3和右凸模4分离。

接着，上模芯子1在液压机的作用下继续向上运动，上模平台带动合并为一体的左凸模3和右凸模4回程向上运动，左限位环5和右限位环6通过传动电机11或压簧工装10限位，继续保持固定不动，左凸模3和右凸模4在上模平台作用下抽离出挤压筒体坯料7内腔，左凸模3、右凸模4上行至挤压筒体坯料7的最高点，完全与挤压筒体坯料7脱离，左限位环5和右限位环6上的滑轨8在分布两侧的传动电机11或压簧工装10的作用下，沿滑槽9背向运动，直至左限位环5、右限位环6完全避让出下模型腔内的挤压筒体坯料7在垂直运动空间的干涉区域。

与现有技术相比，本发明的筒体构件热挤压模具中的上模芯子与液压机平台上的液压缸相连，液压机可控制上模芯子对凸模的压力大小，实现不同壁厚的筒体构件的成形，精确控制压力可有效提高筒体构件的成形精度。本发明的凸模为分块形式，左右凸模可水平或垂直运动，左凸模与右凸模结构简单，利于加工制造。本发明的限位环为对称结构，限位环外侧连接传动电机或压簧工装，实现横向的相向或背向滑动，左限位环和右限位环带有自润滑***的滑动机构部件，内型面贴敷耐高温棉，以减少摩擦阻力，避免分体凸模与分体限位环之间的刚性碰撞和摩擦，保证挤压成形过程中左凸模和右凸模的可靠滑动。本发明的左限位环和右限位环的底部端面设有滑轨，对应与下模上部端面的滑槽相配合，滑轨与滑槽的内型面可为圆弧形，也可为锥形或楔形，加工简单，可实现广泛应用。本发明的左限位环和右限位环的端部均设置与下模相连的保护组件(如：弹簧，弹簧的一端与左限位环和右限位环连接，另一端与下模连接)，防止左限位环和右限位环在背向运动的过程中从下模掉落。

实施例2

本实施例提供了一种筒体构件热挤压模具的成形方法，主要采用实施例1提供的筒体构件的热挤压模具对筒体挤压坯料进行复合热挤压成形，结合附图1-4说明，包括：

步骤1：模具制造。根据需要成形的筒体构件的三维模型制造加工热挤压模具。该热挤压模具包括：上模芯子1、凸模、限位环、下模2，凸模包括左凸模3和右凸模4，限位环包括左右对称安装的左限位环5和右限位环6。左限位环5和右限位环6的底部端面设有滑轨8，下模2上部端面设有滑槽9。根据所需加工的筒体构件的形状不同，制作热挤压模具的凸模外型面和凹模内型面的形状不同。

具体地，模具材料选用耐热模具钢，考虑到，由于模具的材料和筒体构件的材料是不同的，不同材料的热膨胀系数不同，对模具和筒体构件进行热压成形时，存在热变形差异，因此，需要根据实际情况对模具进行放大或缩小处理。本发明中模具材料为耐热模具钢，挤压坯料为铝合金时，本实施例的热挤压模具的设计尺寸需要进行放大处理，放大系数为6⁰/₀₀。

步骤2：模具组装和预制坯料加热。将预制的坯料置于下模2的内型腔中，左凸模3和右凸模4合并为一体，采用吊装设备将左凸模3和右凸模4的组合结构装入坯料内型腔中，左限位环5和右限位环6通过楔形滑轨8与下模2上的滑槽9装配，置于左凸模3和右凸模4的上表面，将模具和坯料加热至一定温度并设定固定保温时间，待模具与坯料达到设定温度和时间后，通过吊装转运设备将组合模具和坯料与热挤压成形设备平台相连接固定。

步骤3：筒体构件热挤压成形。上模芯子1随设备平台下行装入左凸模3和右凸模4的中部空腔内，在设备控制***前端操作台设定下行参数，上模芯子1随设备平台下行，带动左凸模3和右凸模4沿横向背向运动，左限位环5和右限位环6在左凸模3和右凸模4的作用下，滑轨8沿固定滑槽9背向滑动，直至将筒体坯料的挤压成形。

步骤4：筒体构件脱模。液压机平台带动上模芯子1回程向上运动，左限位环5和右限位环6上的滑轨8在分布两侧的传动电机11或压簧工装10的作用下，沿滑槽9固定相向滑动，当接触到左凸模3和右凸模4结构的配合面后继续相向运动，至左凸模3和右凸模4合并为一体，保持一定设备压力和限位环的位置，挤压筒体坯料7与凸模结构完全分离，接着，上模平台带动合并为一体的左凸模3和右凸模4回程向上运动，左右限位环通过传动电机11或压簧工装10等设备限位，保持固定不动，左凸模3和右凸模4上行至挤压筒体坯料7的最高点时，左凸模3和右凸模4完全抽离出挤压筒体坯料7内腔，此时，左限位环5和右限位环6上的滑轨8在分布两侧的传动电机11或压簧工装10的作用下，滑槽9背向运动，直至左限位环5、右限位环6完全避让出下模型腔内的挤压筒体坯料7的垂直运动空间干涉区域，挤压筒体坯料7脱离下模2的内型腔，最后采用机械手或简易夹具等设备将挤压筒体坯料7取出。

与现有技术相比，本发明提供的筒体构件热挤压模具及成形方法，通过限位环分体滑动机构的设计，解决了上模回程时筒体构件易与挤压凸模“抱死”，难以将挤压构件脱离上模的问题。本发明的分块凸模和滑动限位环设计可适应多种(如内环筋，内腔纵筋和内十字筋)复杂产品挤压模具结构设计的卸料功能要求，形成“分瓣式模+运动卸料机构的模块化模具设计”的模式，可明显提高生产效率，降低综合成本。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种筒体构件热挤压模具，其特征在于，包括上模芯子(1)、凸模、限位环和下模(2)；所述凸模包括左凸模(3)和右凸模(4)，位于上模芯子(1)的两侧；所述限位环包括左限位环(5)和右限位环(6)，分别位于左凸模(3)和右凸模(4)的外侧；所述凸模能够与所述筒体构件内表面耦合，所述下模(2)能够与所述筒体构件外表面耦合；下模(2)的上端面设有滑槽(9)。

2.根据权利要求1所述的筒体构件热挤压模具，其特征在于，所述上模芯子(1)的外型面呈圆锥形，锥度为1°～10°。

3.根据权利要求2所述的筒体构件热挤压模具，其特征在于，所述上模芯子(1)的外型面高度为300mm～1000mm。

4.根据权利要求2所述的筒体构件热挤压模具，其特征在于，所述上模芯子(1)的运动行程为50mm～300mm。

5.根据权利要求1所述的筒体构件热挤压模具，其特征在于，所述左凸模(3)和右凸模(4)的内腔型面与上模芯子(1)的外型面为楔形配合关系。

6.根据权利要求1所述的筒体构件热挤压模具，其特征在于，所述左凸模(3)和右凸模(4)的拔模斜度为1°～5°。

7.根据权利要求4所述的筒体构件热挤压模具，其特征在于，所述左凸模(3)和右凸模(4)的型腔锥面高度大于上模芯子(1)设计的运动行程。

8.根据权利要求1所述的筒体构件热挤压模具，其特征在于，所述左限位环(5)和右限位环(6)的底部端面设有滑轨(8)，与下模(2)上端面的滑槽(9)相配合。

9.根据权利要求1所述的筒体构件热挤压模具，其特征在于，所述左限位环(5)和右限位环(6)的内型面与左凸模(3)和右凸模(4)的外型面相配合。

10.一种筒体构件的热挤压成形方法，其特征在于，利用权利要求1-9任一项所述的筒体构件热挤压模具进行筒体构件的热挤压成形，包括：

步骤1：模具制造；

步骤2：模具组装和预置制料加热；

步骤3：筒体构件热挤压成形；

步骤4：筒体构件脱模。

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