雙錐形薄壁高強(qiáng)度鋁合金零件熱塑性流變成形模具及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱塑性擠壓成形領(lǐng)域，特別是一種雙錐形薄壁高強(qiáng)度鋁合金零件熱塑性流變成形模具及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]錐形薄壁零件是指零件壁厚在Imm左右、直徑大于60mm的外形及內(nèi)腔呈錐形的一類零件，主要由機(jī)械切削加工方法成形，也有用旋壓方法成形，但旋壓錐形薄壁零件、尤其是雙錐薄壁零件的工藝技術(shù)難度大，工業(yè)實(shí)際應(yīng)用很少。機(jī)械切削加工方法制造錐形薄壁零件的材料利用率在5%以下，切削工作量大、生產(chǎn)周期長，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)效率低，且切削加工使金屬內(nèi)部流線不連續(xù)，產(chǎn)品的強(qiáng)度及剛度等性能下降，因此，雙錐薄壁零件切削加工工藝是一種落后的零件成形工藝。
[0003]已有很多研究和專利用來克服上述不足。在《5A06鋁合金非對稱件雙向加壓拉深成形研究》的文獻(xiàn)中，針對5A06鋁合金非對稱筒形零件所提出的用雙向加壓拉深法成形該零件，但成形件尺寸精度低；改用冷擠壓后兩次變薄拉伸成形工藝，提高了生產(chǎn)率，但加工余量大、產(chǎn)品合格率低。
[0004]專利號為200810232984.0的專利公開了一種高強(qiáng)度鋁合金錐形薄壁件冷擠壓成形工藝，該工藝的步驟包括:對棒材機(jī)加下料、擠壓前退火處理和表面氧化及潤滑處理、正擠壓整形、一次擠錐孔、二次擠錐孔、固溶處理、時效處理，機(jī)加工外形，但是因其工序復(fù)雜、模具磨損大等原因而無法用于工業(yè)生產(chǎn)。
[0005]專利號為201410634255.3的專利公開了一種鋁合金雙錐異形深孔件毛坯擠壓成型方法，具體為:將棒料切成節(jié)料；將節(jié)料放入加熱爐中加熱，溫度達(dá)到300±20°C，并保溫15min?20min ;制作第一擠壓模具、第二擠壓模具、第三擠壓模具和第四擠壓模具，將第一、第二、第三擠壓模具溫度分別預(yù)熱到250-300°C ;分別在第一、第二、第三、第四擠壓模具中，進(jìn)行第一、第二、第三、第四次擠壓，最后得到雙錐異形深孔件毛坯，該件專利中成形需要4套模具，增加了實(shí)際生產(chǎn)的工藝復(fù)雜性。
[0006]由上可知，現(xiàn)有技術(shù)中尚無一種簡單實(shí)用的生產(chǎn)雙錐形薄壁高強(qiáng)度鋁合金零件的模具和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種雙錐形薄壁高強(qiáng)度鋁合金零件熱塑性流變成形模具及方法。
[0008]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種雙錐形薄壁高強(qiáng)度鋁合金零件熱塑性流變成形模具，包括凹模座、導(dǎo)向套圈、蓋板和凸模芯，所述凹模座的內(nèi)部開有凹槽，所述凹槽由兩部分構(gòu)成，凹槽的下方為倒錐形，凹槽的上方為圓柱形，錐形的底部直徑與圓柱形的直徑相同，導(dǎo)向套圈位于凹模座的上方，導(dǎo)向套圈的內(nèi)徑與凹模座中圓柱形凹槽的內(nèi)徑相同，導(dǎo)向套圈的上方設(shè)置蓋板，所述凸模芯可從蓋板和導(dǎo)向套圈中穿過并能最終穿入到凹模座的凹槽中，凸模芯外形與凹模座凹槽內(nèi)形之間間隙為零件毛坯的壁厚。
[0009]一種雙錐形薄壁高強(qiáng)度鋁合金零件熱塑性流變成形方法，包括以下步驟:
[0010]步驟1、坯料準(zhǔn)備，將金屬管料或棒料進(jìn)行切削加工，將其切削成成形坯料；
[0011]步驟2、模塊預(yù)熱，將工作面已噴刷涂料的凹模座、導(dǎo)向套圈、蓋板和凸模芯放入加熱爐中進(jìn)行預(yù)熱，之后保溫；
[0012]步驟3、合模，將刷有涂料的坯料放入預(yù)熱后的凹模座內(nèi)，再將導(dǎo)向套圈、蓋板依次置于凹模座上端面上，最后將凸模芯放于導(dǎo)向套圈內(nèi)，完成合模過程；
[0013]步驟4、模具加熱，將已合模的模具放入爐中加熱，之后保溫；
[0014]步驟5、壓制成形，保溫完成后，將模具移到四柱油壓機(jī)工作臺面上，先用壓邊滑塊壓緊導(dǎo)向套圈，再用與壓機(jī)動滑塊相連的壓頭將凸模芯在導(dǎo)向套圈的引導(dǎo)下壓入凹模座中，凸模芯達(dá)到設(shè)定位置后保壓一定時間后完成成形過程；
[0015]步驟6、脫模，先用壓機(jī)頂缸頂起模具，再用撐桿支撐住模具后退回頂缸，然后用壓邊滑塊對導(dǎo)向套圈加壓，使凸模芯從成形件中退出；再從凹模座取下蓋板、導(dǎo)向套圈，最后取出成形零件毛坯；
[0016]步驟7、對零件毛坯進(jìn)行熱處理；
[0017]步驟8、對零件毛還進(jìn)行切削精加工，獲得零件。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為:1)本發(fā)明的方法解決現(xiàn)有切削加工成形工藝中生產(chǎn)雙錐薄壁零件所存在的問題，用本發(fā)明提供的工藝方法可高效生產(chǎn)出材料利用率高、切削加工量少的零件；2)本發(fā)明的模具結(jié)構(gòu)簡單易行，僅用一套模具就可成形出具有連續(xù)金屬流線的錐形薄壁零件；比切削加工法節(jié)省金屬材料達(dá)到80%以上，還節(jié)省了大量的機(jī)械切削加工工時，簡化了生產(chǎn)工藝。
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0020]圖1為坯料形狀示意圖。
[0021]圖2為I旲具不意圖。
[0022]圖3為合模圖。
[0023]圖4為壓制結(jié)束示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]結(jié)合附圖，本發(fā)明的一種雙錐形薄壁高強(qiáng)度鋁合金零件熱塑性流變成形模具，包括凹模座2、導(dǎo)向套圈3、蓋板4和凸模芯5，所述凹模座2的內(nèi)部開有凹槽，所述凹槽由兩部分構(gòu)成，凹槽的下方為倒錐形，凹槽的上方為圓柱形，錐形的底部直徑與圓柱形的直徑相同，導(dǎo)向套圈3位于凹模座2的上方，導(dǎo)向套圈3的內(nèi)徑與凹模座2中圓柱形凹槽的內(nèi)徑相同，導(dǎo)向套圈3的上方設(shè)置蓋板4，所述凸模芯5可從蓋板4和導(dǎo)向套圈3中穿過并能最終穿入到凹模座2的凹槽中，凸模芯5外形與凹模座2凹槽內(nèi)形之間間隙為零件毛坯的壁厚。
[0025]一種基于上述模具的雙錐形薄壁高強(qiáng)度鋁合金零件熱塑性流變成形方法，包括以下步驟:
[0026]步驟1、坯料準(zhǔn)備，將金屬管料或棒料進(jìn)行切削加工，將其切削成成形坯料I ;
[0027]步驟2、模塊預(yù)熱，將工作面已噴刷涂料的凹模座2、導(dǎo)向套圈3、蓋板4和凸模芯5放入加熱爐中進(jìn)行預(yù)熱，之后保溫；所述涂料為:水基石墨涂料。預(yù)熱溫度為430°C?500°C，保溫時間為40min?80min。
[0028]步驟3、合模，將刷有涂料的坯料I放入預(yù)熱后的凹模座2內(nèi)，再將導(dǎo)向套圈3、蓋板4依次置于凹模座2上端面上，最后將凸模芯5放于導(dǎo)向套圈3內(nèi)，完成合模過程；所述涂料為:水基石墨涂料。
[0029]步驟4、模具加熱，將已合模的模具放入爐中加熱，之后保溫；加熱溫度為430°C?500 0C，保溫 20min ?60min。
[0030]步驟5、壓制成形，保溫完成后，將模具移到四柱油壓機(jī)工作臺面上，先用壓邊滑塊壓緊導(dǎo)向套圈3，再用與壓機(jī)動滑塊相連的壓頭將凸模芯5在導(dǎo)向套圈3的引導(dǎo)下壓入凹模座2中，凸模芯5達(dá)到設(shè)定位置后保壓一定時間后完成成形過程；保壓的時間為8?15秒。
[0031]步驟6、脫模，先用壓機(jī)頂缸頂起模具，再用撐桿支撐住模具后退回頂缸，然后用壓邊滑塊對導(dǎo)向套圈4加壓，使凸模芯5從成形件中退出；再從凹模座2取下蓋板4、導(dǎo)向套圈3，最后取出成形零件毛還6 ；
[0032]步驟7、對零件毛坯6進(jìn)行熱處理；
[0033]步驟8、對零件毛坯6進(jìn)行切削精加工，獲得零件。
[0034]下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述:
[0035]實(shí)施例1
[0036]最大外徑80mm、壁厚5臟、第一錐為40度、第二錐為9度、總145mm的雙錐形2A12鋁合金零件的熱塑性流變成形工藝如下:
[0037]⑴備坯料1:先將雙錐形2A12鋁合金零件圖轉(zhuǎn)化為內(nèi)外表面加工余量分別為
0.5mm、0.6mm的成形毛還圖，再根據(jù)毛還件的重量、形狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定還料[I]的形狀和尺寸，最后選用2A12招合金管料外徑為55mm、壁厚1mm經(jīng)切削加工成一端內(nèi)、外徑為54mm、36mm，另一端內(nèi)、外徑為48mm、38mm，總長為115mm的(所有尺寸公差< 0.1Omm)成形還料I ;
[0038]⑵模塊預(yù)熱:將工作面已噴刷涂料的凹模座2、導(dǎo)向套圈3、蓋板4、凸模芯5放入加熱爐中預(yù)熱，加熱溫度為470°C ±3°C，保溫60min ；
[0039]⑶合模:將刷有涂料的坯料I按小端向下的方向放入預(yù)熱后的凹模座2內(nèi)，再將導(dǎo)向套圈3、蓋板4依次置于凹模座2上端面上，最后將凸模芯5放于導(dǎo)向套圈3內(nèi)，完成合模過程；
[0040]⑷模具加熱:將已合模的模具放入爐中加熱，加熱溫度為460°C ±3°C，保溫30min ；
[0041](5)壓制成形:保溫完成后，將模具移到四柱油壓機(jī)工作臺面上，先用壓邊滑塊壓緊導(dǎo)向套圈3，再用與壓機(jī)動滑塊相連的壓頭將凸模芯5在導(dǎo)向套圈3的引導(dǎo)下壓入凹模座2中，凸模芯5達(dá)到一定位置后保壓10秒后完成成形過程；
[0042](6)脫模:先用壓機(jī)頂缸頂起模具，再用撐桿支撐住模具后退回頂缸，然后用壓邊滑塊對導(dǎo)向套圈4加壓，使凸模芯5從成形件中退出；再從凹模座2取下蓋板4、導(dǎo)向套圈3，最后取出成形零件毛還6 ；
[0043](7)熱處理:對零件毛坯6進(jìn)行如下熱處理，具體的熱處理工藝由零件毛坯6的材料類型確定；
[0044]⑶精加工:按零件圖要求對零件毛坯6進(jìn)行切削加工，獲得形狀、尺寸與力學(xué)性能均滿足要求的零件。
[0045]實(shí)施例2
[0046]直線段長33臟、外徑為115mm，第二錐為28度，壁厚均為5mm、總長為215mm的雙錐形2A12鋁合金零件的熱塑性流變成形工藝如下:
[0047]⑴坯料1:先將雙錐形2A12鋁合金零件圖轉(zhuǎn)化為內(nèi)、外表面加工余量分別為1.0mm,0.8mm的成形毛坯圖，由該毛坯件的重量、形狀，確定所用坯料I的形狀和尺寸，最后選用2A12招合金管料外徑為80mm、壁厚10mm、長度為120mm，一端的外側(cè)倒角為4X28°、另一端的內(nèi)側(cè)倒角為4X28°，總長為120mm的(所有尺寸公差彡0.1Omm)成形坯料I ;
[0048]⑵模塊預(yù)熱:將工作面已噴刷涂料的凹模座2、導(dǎo)向套圈3、蓋板4、凸模芯5放入加熱爐中預(yù)熱，加熱溫度為490°C ±3°C，保溫60min ；
[0049]⑶合模:將內(nèi)外表面刷有涂料的坯料I按外側(cè)倒角端向下的方向放入預(yù)熱后的凹模座2內(nèi)，再將導(dǎo)向套圈3、蓋板4依次置于凹模座2上端面上，最后將凸模芯5放于導(dǎo)向套圈3內(nèi)，完成合模過程；
[0050]⑷模具加熱:將已合模的模具放入爐中加熱，加熱溫度為480°C ±3°C，保溫40min ；
[0051](5)壓制成形:保溫完成后，將模具移到四柱油壓機(jī)工作臺面上，先用壓邊滑塊壓緊導(dǎo)向套圈3，再用