一种不等厚中空零件板锻造成形方法及模具

1.本发明涉及金属塑性成形技术领域，特别是涉及一种不等厚中空零件板锻造成形方法及模具。


背景技术：

2.汽车排气管所使用的金属管对连接处有强度要求，故连接处的部分需要进行增厚加工，其他部分的壁厚为原始管材的壁厚，这种两端厚中间薄的金属管在其一端用冷挤压成形之后，另一端由于无法插入型芯而成形困难，这为金属塑性成形领域带来新的挑战。
3.目前，人们普遍采用辊轧法成形具有不等壁厚的金属管，但辊轧设备占地面积大，成本高，不适合小批量生产，同时还易产生缩孔，气孔，疲劳裂纹等缺陷。
4.因此，如何改变现有技术中，不等厚中空零件成形困难的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种不等厚中空零件板锻造成形模具，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。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种不等厚中空零件板锻造成形模具，包括成形凸模，外侧凹模，凹模垫板，浮动芯轴，可拆卸型芯，所述第一步成形凸模、外侧凹模和浮动芯轴同轴放置，所述第二步成形凸模、外侧凹模和凹模垫板同轴放置，所述第三步成形凸模、芯轴和外侧凹模同轴放置，所述第四步成形凸模和外侧凹模同轴放置，其中，所述第一步外侧凹模的内孔和浮动芯轴之间具有间隙，且上端的间隙大于下端，所述第二步成形凸模与凹模、凹模垫板之间具有间隙，所述第三步芯轴与凹模之间具有间隙，且上述工作模具限位元件都为压力机上的限位块。
7.优选地，所述第二步成形凸模锥形角应保证α＝50
°
，所述凸模和凹模上端间隙应保持在1.1t0至1.5t0之间。
8.优选地，所述第四步成形凸模锥形角应保证β＝20
°
、所述凹模高度应尽量靠近扩孔处。
9.本发明还提供一种不等厚中空零件板锻造成形方法，利用上述的不等厚中空零件板锻造成形模具，包括如下步骤：
10.步骤一、将外径与目标件外径相等的原始管坯的一端放置于凹模中，然后凸模缓慢下行，迫使金属材料缓慢填充至凹模和型芯所形成的开放型腔中，墩挤出所需小端外形的零件，然后由压力机推动浮动型芯向上将零件顶出；
11.步骤二、将该零件的另一端放置于凹模垫板上，成形凸模缓慢下行，迫使金属材料向两边扩孔，扩孔完成后进行顶件脱模；
12.步骤三、将上一步所扩孔完的零件放置于凹模中，然后凸模缓慢下行，使零件上端金属材料向内流动进行内增厚，随后零件由压力机下方顶件装置顶出。
13.步骤四、将上一步所成形的零件放入凹模中，液压缸带动滑块使凸模缓慢下行，使增厚的部分向中间缩口，随后零件由压力机下方顶件装置顶出。缩口后的外径为目标零件的外径，也为原始管坯的外径。
14.优选地，所述步骤二扩孔时扩孔系数应保证k≤1.6。
15.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的不等厚中空零件板锻造成形模具，包括成形凸模，外侧凹模，凹模垫板，浮动芯轴，可拆卸型芯，所述第一步成形凸模、外侧凹模和浮动芯轴同轴放置，所述第二步成形凸模、外侧凹模和凹模垫板同轴放置，所述第三步成形凸模、芯轴和外侧凹模同轴放置，所述第四步成形凸模和外侧凹模同轴放置，其中，所述第一步外侧凹模的内孔和浮动芯轴之间具有间隙，且上端的间隙大于下端，所述第二步成形凸模与凹模、凹模垫板之间具有间隙，所述第三步芯轴与凹模之间具有间隙，且上述工作模具限位元件都为压力机上的限位块。本发明还提供一种不等厚中空零件板锻造成形方法，第一步将外径与目标件外径相等的原始管坯的一端放置于凹模中，然后凸模缓慢下行，迫使金属材料缓慢填充至凹模和型芯所形成的开放型腔中，墩挤出所需小端外形的零件，然后由压力机推动浮动型芯向上将零件顶出；第二步将该零件的另一端放置于凹模垫板上，成形凸模缓慢下行，迫使金属材料向两边扩孔，扩孔完成后进行顶件脱模；第三步将上一步所扩孔完的零件放置于凹模中，然后凸模缓慢下行，使零件上端金属材料向内流动进行内增厚，随后零件由压力机下方顶件装置顶出。第四步将上一步所成形的零件放入凹模中，液压缸带动滑块使凸模缓慢下行，使增厚的部分向中间缩口，随后零件由压力机下方顶件装置顶出。缩口后的外径为目标零件的外径，也为原始管坯的外径。本发明解决了不等厚中空零件的成形困难的问题，并且提高了目标零件的力学性能，具有成形载荷低，成形精度高等优点。
附图说明
16.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。
17.图1为本发明的不等厚中空零件板锻造成形模具工作时的步骤一的剖切结构示意图；
18.图2为本发明的不等厚中空零件板锻造成形模具工作时的步骤二的剖切结构示意图；
19.图3为本发明的不等厚中空零件板锻造成形模具工作时的步骤三的的剖切结构示意图；
20.图4为本发明的不等厚中空零件板锻造成形模具工作时的步骤四的剖切结构示意图；
21.图5为利用本发明不等厚中空零件板锻造成形方法成形时的目标件的示意图；
22.其中1，4，7，10为成形凸模，2，5，9，11为外侧凹模，6为凹模垫板，3为浮动芯轴，8为可拆卸型芯，t0为原始管坯的壁厚，l为金属管的长度。
具体实施方式
23.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。
24.本发明的目的是提供一种不等厚中空零件板锻造成形模具，以解决上述现有技术存在的问题，提高成形零部件的在冷挤压过程中的成形性和工艺性。
25.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。
26.请参考图1-5，其中，图1为本发明的不等厚中空零件板锻造成形模具工作时的第一道工序的剖切结构示意图，图2为本发明的不等厚中空零件板锻造成形模具工作时的第二道工序的剖切结构示意图，图3为利用本发明的不等厚中空零件板锻造成形模具工作时的第三道工序的的剖切结构示意图，图4为利用本发明的不等厚中空零件板锻造成形模具工作时的第四道工序的剖切结构示意图，图5为利用本发明的不等厚中空零件板锻造成形方法成形时的目标件的示意图。
27.本发明提供一种不等厚中空零件板锻造成形方法及模具，包括成形凸模1、4、7、10，外侧凹模2、5、9、11，凹模垫板6，浮动芯轴3，可拆卸型芯8，成形凸模1、外侧凹模2和浮动芯轴3同轴放置，成形凸模4、外侧凹模5和凹模垫板6同轴放置，成形凸模7、芯轴8和外侧凹模9同轴放置，成形凸模10和外侧凹模11同轴放置，其中，外侧凹模1的内孔和浮动芯轴3之间具有间隙，且上端的间隙大于下端，凸模4与凹模5、凹模垫板6之间具有间隙，芯轴8与凹模9之间具有间隙，且上述工作模具限位元件都为压力机上的限位块。
28.利用本发明的不等厚中空零件板锻造成形模具时，第一步将外径与目标件外径相等的原始管坯的一端放置于凹模2中，然后凸模1缓慢下行，迫使金属材料缓慢填充至凹模2和型芯3所形成的开放型腔中，墩挤出所需小端外形的零件，第二步将该零件的另一端放置于凹模垫板6上，成形凸模4缓慢下行，迫使金属材料向两边扩孔，第三步将上一步所扩孔完的零件放置于凹模9中，然后凸模7缓慢下行，使零件上端金属材料向内流动进行内增厚，第四步将上一步增厚完的零件放置于凹模11中，凸模10缓慢下行，使增厚的部分向中间缩孔，缩口后的零件即为目标件。
29.本发明还提供一种不等厚中空零件板锻造成形方法，利用上述的不等厚中空零件板锻造成形模具，包括如下步骤：
30.步骤一、根据目标件特征，通过线切割制得壁厚为t0的管坯，将初始管坯的一端放置于凹模2中，压力机主缸具有独立的滑块输出机构和顶件机构，压力机滑块输出机构与成形凸模1相连，带动凸模1缓慢下行至下限位，迫使金属材料缓慢填充至凹模2和型芯3所形成的的开放型腔中，墩挤出所需小端外形的零件，最后压力机下方顶件机构带动浮动芯轴3将零件顶出凹模2；
31.步骤二、将上一步所成形的具有小端外形特征的零件的一端放置于凹模垫板6上，在大端让一个带有锥形凸台的凸模4缓慢下行，迫使大端金属材料向两边扩孔，随后压力机下方顶件机构将零件向上顶出。锥形凸台的锥形角为α，应保证α＝50
°
，当α过大时，随着模具的挤压，零件会在圆周方向向外弯曲的可能性就会变大而导致后续成形困难；凸模4和凹
模5上端的间隙应保持在1.1t0至1.5t0之间，间隙太小会导致管壁因摩擦力而减薄，间隙太大无法约束住金属材料的流动；凸模最大直径等于需要的扩孔后的管材直径，为避免管材出现破裂的现象，一次扩孔程度不应太大，应保证扩孔系数k≤1.6；
32.步骤三、将步骤二所成形的零件件放入凹模中，型芯8和凹模9同轴放置，然后凸模7缓慢下行，迫使内部金属材料向内流动进行内增厚，随后零件由压力机下方顶件装置顶出，此时零件上端壁厚为1.2t0，下端壁厚为1.8t0；
33.步骤四、将步骤三所成形的零件放入凹模11中，液压缸带动滑块使凸模10缓慢下行，使增厚的部分向中间缩口，随后零件由压力机下方顶件装置顶出。缩口后的外径为目标零件的外径，缩口凸模的锥形角应保证β＝25
°
，度数过大时金属管承受较大的轴向力，在缩口部分的下端易产生失稳起皱，度数也不宜过小，会导致变形区范围过大而增大摩擦阻力。
34.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。