薄壁件渐进镦锻成形模具及成形方法
【专利摘要】一种金属材料塑性成形技术领域的薄壁件渐进镦锻成形模具及成形方法，包括：冲头、芯棒、反顶支撑件和凹模，其中：凹模设有上下两个连通的圆柱形空腔，反顶支撑件设置在下圆柱形空腔内且两者间隙配合，芯棒设置在上圆柱形空腔内且两者之间设有冲头，冲头与芯棒、凹模之间均为间隙配合；芯棒与反顶支撑件上下对应设置；所述的下圆柱形空腔的内径小于冲头的外径、大于芯棒外径；所述的芯棒、反顶支撑件、冲头和凹模构成封闭型腔。本发明通过渐进镦锻，减小了单次镦锻的坯件高度，能够有效防止板料屈曲现象的发生。
【专利说明】
薄壁件渐进镦锻成形模具及成形方法
技术领域
[0001] 本发明涉及的是一种金属材料塑性成形领域的技术，具体是一种薄壁件渐进镦锻 成形模具及成形方法。
【背景技术】
[0002] 随着汽车轻量化要求的不断提高，汽车零部件的功能不断集成，如图1所示的薄壁 齿形件及壁厚不同的复杂盘类件，其结构形状复杂度不断提高，应用也愈加广泛，因此，提 高该类零件的加工精度和生产效率具有重要意义。薄壁齿形件一般具有筒形件的基体，在 周向具有均布或局部的功能齿形，齿形的大小相对于零件的整体尺寸小得多，若采用整体 镦锻，容易产生折叠等缺陷，且成形载荷较大;若采用机加工等方式，成形效率较低。
[0003] 目前最常用的加工方法是旋压，通过旋压筒形件侧壁，从而将材料挤入凹模型腔。 但采用旋压生产工艺，除了设备成本高，技术要求较高外，同时还会伴随齿顶不平、填充不 满、表面压痕等缺陷。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术中工艺复杂，涉及模芯种类较多等缺陷，提出了一种薄壁件 渐进镦锻成形模具及成形方法，通过渐进镦锻，减小了单次镦锻的坯件高度，能够有效防止 板料屈曲现象的发生。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的，
[0006] 本发明涉及一种薄壁件渐进镦锻成形模具，包括:冲头、芯棒、反顶支撑件和凹模， 其中：凹模设有上下两个连通的圆柱形空腔，反顶支撑件设置在下圆柱形空腔内且两者间 隙配合，芯棒设置在上圆柱形空腔内且两者之间设有冲头，冲头与芯棒、凹模之间均为间隙 配合，芯棒与反顶支撑件上下对应设置；
[0007] 所述的下圆柱形空腔的内径小于冲头的外径、大于芯棒的外径；
[0008] 所述的芯棒、反顶支撑件、冲头和凹模构成封闭型腔。
[0009] 所述的冲头周向均布有齿牙，所述的上圆柱形空腔对应设有齿槽，齿牙与齿槽间 隙配合。
[0010] 所述的冲头和凹模分别通过各自独立的液压设备实现下行速度与下行位置的控 制，冲头和凹模在单次镦锻下行停止时，封闭型腔高度减小、体积保持不变。
[0011] 本发明涉及一种薄壁件渐进镦锻的成形方法，首先根据需成形薄壁件的尺寸拉深 坯料得到坯件，并将坯件置于下圆柱形空腔中，坯件开口方向朝着上圆柱形空腔;然后反顶 支撑件上推坯件至坯件顶部与上圆柱形空腔底部齐平;接着将芯棒从上圆柱形空腔顶部下 压至坯件底部，在芯棒与上圆柱形空腔之间压入冲头至上圆柱形空腔底部，将坯件固定于 封闭型腔内；最后保持芯棒与反顶支撑件之间的间距不变，控制冲头与凹模以不同的速度 匀速下行对坯件进行渐进镦锻，在坯件底部与上圆柱形空腔底部齐平时，完成镦锻。
[0012] 所述的薄壁件侧壁壁面横截面积为St、高度为It，坯件侧壁壁面的横截面积为Sb、 高度为Ib，IbXSb = StXIt。
[0013] 所述的冲头的下行速度为VQ、下行位移量为Ib-It，凹模的下行速度为 V1、下行位移 量为lb;二者均为匀速下行，且
[0014] 理想情况下，所述封闭型腔和坯件在渐进镦锻中单次镦锻下行停止时两者体积相 等，即在任一极短时间dt内，冲头下行的速度为Vo,冲头所对应的面积为S t，则冲头下行造成 的型腔体积减小量为St ? Vo ? dt，凹模的下行速度为h，凹模所对应的面积为(St-Sb)，则凹 模下行造成的型腔体积的增加量为（St-Sb) ? Vi ? dt;当St ? Vo ? dt=(St-Sb) ? Vi ? dt，且 St、（St-Sb)为固定比例，因此只要速度保持固定比例，型腔体积理想状态下是保持不变的。 技术效果
[0015] 与现有技术相比，本发明中采用了冲头和凹模两个主动元件，通过对下行速度的 调节以及下行位置的控制，将整体镦锻分解为小区域镦锻的渐进累积，在此过程中无需更 换冲头和凹模，减小了单次镦锻的坯件高度，能够防止镦锻过程发生屈曲、填充不满等缺 陷，实现无缺陷镦锻。
【附图说明】
[0016] 图1为典型壁厚差零件及薄壁齿形件示意图；
[0017] 图2为本发明中装置结构示意图；
[0018] 图中：（a)为主视图，（b)为俯视图；
[0019]图3为本发明中凹模结构示意图；
[0020] 图中：（a)为俯视图，（b)为剖面图；
[0021] 图4为本发明中环齿冲头结构示意图；
[0022] 图中：（a)为俯视图，（b)为剖面图；
[0023]图5为本发明中成形方法流程图；
[0024] 图中：（a)为初始状态图，（b)为成形状态图，（c)为终止状态图；
[0025] 图6为薄壁外齿件某一齿牙镦锻前后的变化图；
[0026] 图中：（a)和(c)为镦锻前的结构图，（b)和(d)为镦锻后的结构图；
[0027] 图7为薄壁外齿件成形效果对比图；
[0028] 图中：（a)为坯料示意图，（b) -步镦锻成形效果图，（c)渐进镦锻成形效果图
[0029] 图中：环齿冲头1、芯棒2、坯件3、反顶支撑件4、凹模5、封闭型腔31、环齿空腔51、圆 柱形空腔52。
【具体实施方式】
[0030] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 实施例1
[0031] 如图2和图3所示，本实施例涉及一种薄壁外齿件渐进镦锻成形模具，包括:环齿冲 头1、芯棒2、反顶支撑件4和凹模5,其中：凹模5的上部设有环齿空腔51，下部设有圆柱形空 腔52,环齿空腔51与圆柱形空腔52连通，反顶支撑件4设置在圆柱形空腔52内且两者间隙配 合，芯棒2设置在环齿空腔51内且两者之间设有环齿冲头1，环齿冲头1与芯棒2、凹模5之间 均为间隙配合，芯棒2与反顶支撑件4上下对应设置；
[0032]所述的圆柱形空腔52的内径小于环齿冲头1的外径、大于芯棒2的外径；
[0033]所述的芯棒2、反顶支撑件4、环齿冲头1和凹模5构成封闭型腔31。
[0034] 如图3和图4所示，所述的环齿冲头1周向均布有齿牙，所述的环齿空腔51对应设有 齿槽，齿牙与齿槽间隙配合。
[0035] 所述的环齿冲头1和凹模5分别通过各自独立的液压设备来实现下行速度与下行 位置的控制;环齿冲头1和凹模5在单次镦锻下行停止时，封闭型腔31高度减小、体积保持不 变。
[0036] 所述的芯棒2用于定位和支撑，防止坯件3镦锻过程中，因为环齿冲头1和凹模5的 下行出现失稳的情况。
[0037] 所述的反顶支撑件4支撑坯件3,防止坯料外流。
[0038] 如图5所示，本实施例涉及一种薄壁外齿件渐进镦锻的成形方法，首先根据需成形 薄壁外齿件的尺寸拉深坯料得到坯件3，并将坯件3置于圆柱形空腔52中，坯件3开口方向朝 着环齿空腔51;然后反顶支撑件4上推坯件3至坯件3顶部与环齿空腔51底部齐平;接着将芯 棒2从环形空腔52顶部下压至坯件3底部，在芯棒2与环齿空腔51之间压入环齿冲头1至环齿 空腔51底部，将坯件3固定于封闭型腔31内；最后保持芯棒2与反顶支撑件4之间的间距不 变，控制环齿冲头1与凹模5以不同的速度下行对坯件3进行渐进镦锻，在坯件3底部与环齿 空腔51底部齐平时，完成镦锻，得到薄壁外齿件。
[0039]所述封闭型腔31和坯件3在渐进镦锻中单次镦锻下行停止时两者体积相等。
[0040] 如图6所示，所述的薄壁外齿件单个齿形横截面积为Si、高度为h，单个齿形对应的 坯件侧壁的横截面积为So、高度为Io，Io X So = Si X Iu
[0041] 所述的环齿冲头1的下行速度为VQ、下行位移量为I〇-I1;凹模5的下行速度为V1，下 行位移量为1〇;二者均为匀速下行，且避免出现凹模5下行过快、环齿冲头1下行 过慢，封闭型腔31的体积大于坯件3的体积，造成齿形填充不满、折叠等缺陷；或者凹模5下 行过慢、环齿冲头1下行过快，坯件3的体积大于封闭型腔31的体积，造成载荷突然增大，损 坏压力机或引起模具胀裂等问题。
[0042] 如图7所示，对(a)中筒形件坯料进行侧壁镦锻，如采用传统方式，一步镦锻成形， 则会出现(b)中的折叠、屈曲和齿高处填充不满等缺陷，如采用本发明所述的渐进镦锻成 形，则可有效避免折叠、屈曲等缺陷，同时，齿形填充率得到很大提高。
[0043] 本发明既适用于薄壁外齿件的镦锻成形，同时也适用于大型空腔壳体零件的侧壁 增厚，根据零件外形选择具有相应结构的冲头与凹模即可。
【主权项】
1. 一种薄壁件渐进镦锻成形模具，其特征在于，包括:冲头、芯棒、反顶支撑件和凹模， 其中：凹模设有上下两个连通的圆柱形空腔，反顶支撑件设置在下圆柱形空腔内且两者间 隙配合，芯棒设置在上圆柱形空腔内且两者之间设有冲头，冲头与芯棒、凹模之间均为间隙 配合;芯棒与反顶支撑件上下对应设置，芯棒、反顶支撑件、冲头和凹模构成封闭型腔； 所述的下圆柱形空腔的内径小于冲头的外径、大于芯棒的外径； 所述的冲头和凹模分别通过各自独立的液压设备实现下行速度与下行位置的控制，冲 头和凹模在单次镦锻下行停止时，封闭型腔高度减小、体积保持不变。2. 根据权利要求1所述的薄壁件渐进镦锻成形模具，其特征是，所述的冲头周向均布有 齿牙，所述的上圆柱形空腔对应设有齿槽，齿牙与齿槽间隙配合。3. -种根据权利要求1或2所述成形模具进行薄壁件渐进镦锻的成形方法，其特征在 于，首先根据需成形薄壁件的尺寸拉深坯料得到坯件，并将坯件置于下圆柱形空腔中，坯件 开口方向朝着上圆柱形空腔;然后反顶支撑件上推坯件至坯件顶部与上圆柱形空腔底部齐 平;接着将芯棒从上圆柱形空腔顶部下压至坯件底部，在芯棒与上圆柱形空腔之间压入冲 头至上圆柱形空腔底部，将坯件固定于封闭型腔内；最后保持芯棒与反顶支撑件之间的间 距不变，控制冲头与凹模以不同的速度匀速下行对坯件进行渐进镦锻，在坯件底部与上圆 柱形空腔底部齐平时，完成镦锻。4. 根据权利要求3所述的薄壁件渐进镦锻的成形方法，其特征是，所述封闭型腔和坯件 在渐进镦锻中单次镦锻下行停止时两者体积相等。5. 根据权利要求3所述的薄壁件渐进镦锻的成形方法，其特征是，所述的薄壁件侧壁壁 面横截面积为St、高度为I t，坯件侧壁壁面的横截面积为Sb、高度为Ib，Ib X Sb = St X It。6. 根据权利要求3所述的薄壁件渐进镦锻的成形方法，其特征是，所述冲头的下行速度 为v〇、下行位移量为Ib-I t,凹模的下行速度为V1、下行位移量为Ib;二者均为匀速下行，且 Vn IbIt f=I，薄壁件侧壁壁面横截面高度为11，坯件侧壁壁面的横截面高度为1b。
【文档编号】B21J13/02GK106001360SQ201610428769
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】庄新村, 朱圣法, 赵震
【申请人】上海交通大学