专利名称：非等截面多腔薄壳件的多次冷挤压成型方法
技术领域：
本发明涉及制备及成型技术，尤其是一种壳体成型方法。
背景技术：
现实生产和设计中常遇见复杂的壳体类零件，比如非等截面多腔薄壳类零件，其 生产和制作，多采用精密铸造、焊接、机加等工艺方法。冷挤压成型技术应用比较广泛，具有制件表面质量高、制件精度高、生产效率高、 材料利用率高、可使用普通压力机和专用压力机等特点，成型零件以中小型为主，也可成型 较小截面的较长的杆件零件，常用于低碳钢和有色金属零件的成型，零件常为等截面的实 心或空心杆状零件或具有一定外轮廓的实体零件，制件截面多为对称形状或是近似对称形 状，零件一次挤压成型(制坯除外)。冷挤压成型工艺也可用于成型小型的薄壳类零件，如 老式打火机的外壳等类似零件，此类零件多为纯铝或屈服极限较低的合金材料。目前，冷挤 压成型技术加工的都是结构较为简单的壳体，对复杂壳体类零件进行冷挤压成型的工艺方 法未见报道。
发明内容
为了克服现有技术只能一次成型加工简单构造的薄壳件的不足，本发明提供一种 非等截面多腔薄壳件的多次冷挤压成型方法，对于非等截面多腔薄壳类零件，可以根据截 面情况分多次成型，并采用多凸模技术同时成型多个腔体。本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤1)确定毛坯。计算所制零件的材料体积，在此基础上增加10% 20%作为所设计 毛坯的体积；毛坯的截面轮廓边长按零件的截面轮廓边长缩小0. 1 0. 2毫米；毛坯的纤 维方向同压力机的运行方向一致；毛坯的上下底面粗糙度0. 8，周边粗糙度1. 6 ；毛坯的材 料状态为热轧状态。2)确定成型次数。截面形状决定了成型次数，原则上一个截面需要成型一次。若 某次成型的下部截面的深度小于8毫米，可以将该次成型的截面与相邻的截面一次成型。3)确定每次成型的工序图。每一工序图反映该工序的截面尺寸和截面深度，未 变形部分应注意预留后面工序成型变形所需的材料量，基本原则是变形前后的体积保持 不变，实际取值比理论大 2% ；第一工序图的外轮廓尺寸应比理论的外轮廓尺寸小 0. 05 0. 10毫米，其后各工序的外轮廓尺寸比上工序小0. 02 0. 05毫米，公差-0. 05 ；工 序图内轮廓截面公差按零件要求，公差-0. 05。4)确定成型模具。根据每一工序图确定相应的成型模具。第一次成型凹模型腔 截面尺寸按零件外轮廓尺寸，公差-0. 02 ；以后各次成型凹模尺寸比上次大0. 02 0. 04 毫米，公差-0. 02 ；凸模尺寸按零件名义尺寸，公差+0. 02 ；凹模应采用预应力凹模结构，材 料选用5CrNiMo，应力圈材料选用40Cr ；凸模采用整体结构，材料选用Crl2MoV或是材料 635(瑞典)。
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5)确定压力机的挤压力P。P = SXZXNX σ b。其中，S为每一工序图确定相应的 凸模的投影面积(当壁厚较小时，也可使用凹模的截面积，计算结果偏于安全)，Z为模具的 形状系数，N为变形程度系数，σ b为成型材料的强度极限。6)挤压成型。使用单台压力机或是多台压力机分别按照每一工序图，使用相应的 成型模具和挤压力进行各工序的挤压成型。若使用多台，则每一工序安排使用一台压力机， 有利于整组模具的调试，生产过程中容易发现某一工步同其前后工步的相互协调性问题， 生产效率高，占用工作场地较大；若使用单台压力机，则需要在上一工序调试或是生产完成 后，换装下一工序的模具，生产效率不易提高，不易发现某一工步同其上下工步的协调性问 题，但使用设备数量少，工作场地面积小。根据成型材料对冷作硬化的敏感程度，可以在每 次成型后增加软化退火工艺。挤压成型工序完成后，往往还需进行一定的后续工序，如整形、清洗、去毛刺、机械 加工和表面处理等等，可以根据不同的零件要求具体安排。本发明的有益效果是由于采用多次成型和多凸模技术，可制作比一般的冷挤压 成型工艺复杂得多的零件，拓宽冷挤压成型工艺的使用范围。采用该工艺方案可以成功成 型非等截面多腔薄壳类零件；可取得良好的零件表面质量及零件精度；提高生产效率；工 艺过程简便，工人的操作技能对零件的质量影响小；不必配备专用的机床设备；材料的利
用率高。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的流程图；图2(a)为实施例所述零件的三维示意图，图2(b)为实施例所述零件的剖视图，图 2(c)为实施例所述零件分解部分的三维示意图；图3为实施例所述零件的多次冷挤成型及相关工艺过程示意图；图4(a)为实施例所述零件的俯视图，图4(b)为实施例所述零件的侧视图；图5(a)为实施例所述零件第一次成型的侧视图，图5(b)为实施例所述零件第一 次成型的俯视图；图6 (a)为实施例所述零件第二次成型的侧视图，图6 (b)为实施例所述零件第二 次成型的俯视图；图7(a)为实施例所述零件第三次成型的侧视图，图7(b)为实施例所述零件第三 次成型的俯视图；图8为实施例所述零件第一次成型的模具剖视图。
具体实施例方式以某产品辐射器的成型制作为例，说明本发明的实施过程。图1(a)是该零件的三维示意图。由图可见该零件有四个腔体，每一腔体有三个不 同的截面，每一截面的深度都很大，如图1(b)所示，一次挤压成型是不可能完成的。为了降 低成型的风险，我们把该零件分成完全相同的两部分(每一部分两腔)，如图1(c)所示，待 制成后再连接成所需的零件形式。这样四腔成型就变成了两腔成型。其工艺过程如下
毛坯(纤维方向)—第一次成型一第二次成型一第三次成型一整形一机加一粘接 —机加本发明具体包括以下步骤1)制作毛坯。先计算零件所用材料的体积为88. 4CM3，如前所述，毛坯的体积=1. 2X88. 4 = 106. ICM3,由零件的外轮廓确定毛坯的截面尺寸为63. 5X28. 5mm，计算出毛坯的高度为 58. 6mm，如图4(a)和图4(b)所示，其中毛坯的高度h = 58.6士0. 1mm，底面周边倒角C = 4-1X45°，毛坯的长度a = 28. 5mm,宽度b = 63. 5mm,毛坯凌边倒角Cl = 4-0. 5X45°。毛坯的纤维方向须沿着压力机滑块运动方向，即毛坯的高度尺寸方向。2)成型次数。该零件共有三个截面，并且每一截面的深度都大于8毫米，因此可以分成三次成 型，外加一次整形，以及必要的后续工序。3)各次成型的工序图如下第一次成型(工序一)如图5(a)和图5(b)所示，其中第一道冷挤成型后型腔的 高度h > 31mm，第一道冷挤成型后底面的厚度hi = 48. 79mm，底面周边倒角C = 4-1X45°， 第一道冷挤成型后两腔的长度A = 63. 5mm，成型后两腔的宽度B = 28. 5mm，成型后两腔的 中心距L = 31mm，成型后单腔的长度Al = 29. 5mm,成型后单腔的宽度Bl = 25. 5mm。第二次成型(工序二)如图6(a)和图6(b)所示，其中第一道冷挤成型后型腔的 高度h > 31mm，第二道冷挤成型后底面的厚度hi = 40. 42mm，第二道冷挤成型后型腔的高 度h2 = 23. 6mm，底面周边倒角C = 4-1X45°，成型后两腔的中心距L = 31mm，第二道冷挤 成型后零件的长度A = 63. 5mm，成型后单腔的长度Al = 29. 5mm，成型后零件的宽度B = 28. 5mm，第一道冷挤成型后单腔的宽度Bl = 25. 5mm，第二道冷挤成型后单腔的宽度B2 = 19. 8mmο第三次成型(工序三)如图7(a)和图7(b)所示，其中第一道冷挤成型后型腔的高 度1! > 31mm，第三道冷挤成型后底面的厚度hi = 16. 692mm，第三道冷挤成型后型腔的高度 h3 = 38. 508mm，成型后两腔的中心距L = 31mm，第三道冷挤成型后零件的长度A = 63. 5mm, 成型后单腔的长度Al = 29. 5mm，成型后零件的宽度B = 28. 5mm，第三道冷挤成型后单腔的 宽度 B3 = 12_。4)确定成型模具如图8所示，成型模具主要分为模架B、凸模A、组合凹模C和推块D四个部分。凸模 具有横向、纵向位置可调机构，可以调节凸模对凹模的相对位置，保证凸、凹模间隙的均勻 和材料流动的稳定。凹模采用预应力结构，保证凹模的强度和刚度。凸模材料选用635(瑞 典)，淬火硬度为HRC55，凹模内圈材料选用635 (瑞典)，淬火硬度为HRC50 55，外圈材料 选用40Cr，热处理硬度为HRC38 42。第二、第三次成型模具结构和第一次基本相同，不再 赘述。5)确定压力机的挤压力成型压力P = SXZXNX ob= 63. 5X28. 5X 1. 2X6X 13
= 169. 4 (T)其中，S-凸模的投影面积=63. 5X28. 5，Z-模具的形状系数=1. 2，N-变形程度 系数=6，Qb-成型材料的强度极限=13kg/mm2。由计算可知，选用200吨液压机或是相应 吨位的挤压机。6)挤压成型该零件的成型过程选用了四台200吨液压机，每一工序使用一台(除三次成型各 使用一台外，整形使用一台)，整个工序以流水线的方式完成，方便模具的调试和生产中模 具的维护，提高生产效率，适合批量较大的零件；如果零件的批量较小，则可采用单台压力 机完成所用成型工序。后续工序该零件的后续工序还有整形、机加、粘接、表面处理等等，但鉴于不是本文主要的 阐述内容，不再赘述。对于不同的零件，成型完成后可能有不同的后续工序要求，可以根据 具体情况决定。
权利要求
非等截面多腔薄壳件的多次冷挤压成型方法，其特征在于包括下述步骤1)计算所制零件的材料体积，在此基础上增加10％～20％作为所设计毛坯的体积；毛坯的截面轮廓边长按零件的截面轮廓边长缩小0.1～0.2毫米；毛坯的纤维方向同压力机的运行方向一致；毛坯的上下底面粗糙度0.8，周边粗糙度1.6；毛坯的材料状态为热轧状态；2)确定成型次数为截面数量；3)确定每次成型的工序图，每一工序图反映该工序的截面尺寸和截面深度，变形前后的体积保持不变，实际取值比理论大1％～2％；第一工序图的外轮廓尺寸比理论的外轮廓尺寸小0.05～0.10毫米，其后各工序的外轮廓尺寸比上工序小0.02～0.05毫米，公差 0.05；工序图内轮廓截面公差按零件要求，公差 0.05；4)根据每一工序图确定相应的成型模具，第一次成型凹模型腔截面尺寸按零件外轮廓尺寸，公差 0.02；以后各次成型凹模尺寸比上次大0.02～0.04毫米，公差 0.02；凸模尺寸按零件名义尺寸，公差+0.02；凹模应采用预应力凹模结构，材料选用5Cr Ni Mo，应力圈材料选用40Cr；凸模采用整体结构，材料选用Cr12MoV或是材料635(瑞典)；5)确定压力机的挤压力P＝S×Z×N×o b；其中，S为每一工序图确定相应的凸模的投影面积，Z为模具的形状系数，N为变形程度系数，ob为成型材料的强度极限；6)使用单台压力机或是多台压力机分别按照每一工序图，使用相应的成型模具和挤压力进行各工序的挤压成型。
2.根据权利要求1所述的非等截面多腔薄壳件的多次冷挤压成型方法，其特征在于 所述的确定成型次数时，若某次成型的下部截面的深度小于8毫米，可以将该次成型的截 面与相邻的截面一次成型。
全文摘要
本发明公开了一种非等截面多腔薄壳件的多次冷挤压成型方法，首先计算所制零件的材料体积，然后确定成型次数为截面数量和每次成型的工序图，根据每一工序图确定相应的成型模具以及压力机的挤压力P＝S×Z×N×σb，最终使用单台压力机或多台压力机分别按照每一工序图，使用相应的成型模具和挤压力进行各工序的挤压成型。本发明可制作复杂零件，可取得良好的零件表面质量及零件精度；提高生产效率；工艺过程简便，工人的操作技能对零件的质量影响小；不必配备专用的机床设备；材料的利用率高。
文档编号B21C23/02GK101947568SQ20101028457
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者徐玉荣, 曾韵, 白晋奇, 马自建, 鲁心明 申请人:陕西黄河集团有限公司