板材批量模块化侧向挤压成形装置及方法与流程

本发明涉及一种金属板材的加工成形方法，具体涉及一种板材批量模块化侧向挤压成形方法，属于挤压成形技术领域。

背景技术：

钣金构件是实现材料及结构轻量化的主要途径之一，在航空航天、汽车制造等诸多领域中均有广泛应用且需求量逐年递增。目前大规模高效加工制造金属板材的主要方法有冷连轧、连铸连轧及铸轧等。

冷连轧是指将经过热轧的钢板，经过酸洗去除氧化皮后，在连轧机组中进行连续冷变形，通过脱脂、退火等步骤提高板材强度、硬度，按照生产需求，经过平整、精整等工序获得成形件，其生产效率在轧钢领域是最高的，连续冷变形产生的冷作硬化，会使钢板强度、硬度提高，但塑性及韧性下降，冲压性能恶化。

连铸连轧是指将液态钢水放入连铸机中制成钢坯，不经冷却，在保温炉中保温一段时间后，放入热连轧机组进行轧制成形。此工艺具有改善劳动条件、便于实现机械化和自动化的特点。相比于冷连轧工艺，连铸连轧明显的缩短了生产周期，但目前只能在板材与带材中进行应用，可生产的合金较少，特别是不能生产结晶温度范围大的合金板材，形状与规格不易改变，表面精度较差。

铸轧是指将金属熔体通过两个带有水冷系统的旋转铸轧辊后，进入热轧机组中进行轧制的工艺方法。与连铸连轧相比，铸轧工艺简化了生产流程，缩短了生产周期，提高了生产率。但同样不能生产结晶温度范围大的合金板材，装置成本较高，晶粒粗大且不均匀，机械性能相对较差，表面容易出现条纹、边裂等缺陷。

综上可知，传统批量加工成形金属板材方法在工序上均相对较繁琐，对合金成分要求也较高，组织均匀性和机械性能也不够理想。挤压工艺是一种可以生产长、直线性特征金属材料的工艺方法，近年来也被用于金属板材的加工成形。由于可获得三向压应力状态，特别是对于低塑性合金板材而言，挤压工艺的优势更加明显，但存在模具寿命低、板材形状尺寸精度控制困难、工艺柔性差等瓶颈。

随着近年来诸多领域对轻量化及节能减排的迫切需求，金属板件的用量日益渐增，使用范围及领域也随之拓宽，亟待改进现有工艺方法并加速创新，以适应批量生产高性能板件的实际需要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种板材批量模块化的侧向挤压成形方法。为了解决目前工业领域板材批量制造过程中存在的效率低、工序流程长、能耗过大、工艺柔性差及品质性能调控困难等系列瓶颈。本发明采用了一模多件、模块化等集成技术思想，将其合理地运用于挤压模结构的科学设计，在实现细晶改性的同时，只需更换模具部分结构即可在单道次短流程内直接挤压成形出不同截面形状、尺寸等多种规格的板材，为高效批量短流程生产金属板材提供了一种新思路。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

装置：所述装置包括凸模1、坯料2、底座3、镶块4、槽形孔4-1、内套筒5、凹槽5-1、外套筒6、肋板7。内套筒5放置在底座3上，内部按顺序先后放入坯料2及凸模1，镶块4放置在内套筒5的凹槽5-1与底座3之间，外套筒6置于底座3、镶块4、内套筒5外侧。其中，镶块4上设置不同数量及结构的槽形孔4-1，根据生产实际需要，可更换镶块4槽形孔4-1中相应结构的肋板7即可获得多种规格的高性能金属板材。

方法：所述方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、根据所要制备金属板材的形状及尺寸等规格要求，选择不同槽形孔4-1结构的镶块4和肋板7；

步骤二、底座3放到压力机工作台上并固定好，内套筒5放置在底座3上；

步骤三、将插好肋板7的镶块4放入到内套筒5侧部的凹槽5-1中；

步骤四、外套筒6置于底座3、镶块4、内套筒5组合体的外部，其中，套筒孔6-1与镶块4所在部位相通连，起到限位作用；

步骤五、内套筒5依次放入坯料2和凸模1；

步骤六、开动压力机对凸模1进行加载成形，受压变形坯料2分别顺次沿径向流入镶块4的各肋板7之间形腔；

步骤七、当凸模1加载至底座3顶部即为成形结束，分别移除外套筒6和镶块4，即可取出挤压成形的多种规格板件。

本发明方法与现有技术相比具体以下有益效果：

一、本发明方法在单道次挤压成形过程中即可达到一次获得多种规格金属板材制品、批量生产等实效目的；

二、根据板件规格尺寸及形状特征等要求，可相应更换镶块及肋板结构即进行模块化处理，实现所需规格板件的量身订制，模块易于更换及回收，工艺柔性较高；

三、由于加载方向沿着板材水平投影面的法向即与板材成形方向垂直，各形腔之间互不干涉。可根据制品的实际要求，通过形腔截面形状结构的设计及调整，可定制出宽度、厚度或异形截面等存在差异的多种不同规格形状板材制品；

四、坯料受压变形后流经加载方向与流出方向的转角才能够被挤出成形，该部位能够提供较大的剪切变形量，可实现大塑性变形所达到的细化晶粒作用功效，晶粒更加细小均匀，所获板材制品的综合力学性能显著得到提升；

五、成形过程中凸模下行加载时坯料受压变形后逐渐充满镶块内各部位的水平模腔。当凸模顺次经过各形腔端口处直至底部，使成形后板材与坯料完全分离，起到切断作用。剩余坯料可流入底部形腔实现近净成形，材料利用率明显提高；

六、与传统板件制造工艺相比，该方法省去了大量的中间处理工序流程，实现了高性能多种板材批量成形/成性一体化的短流程协同调控及量身定制，无回弹且定形性能好，板件成形质量高；

七、装置结构简单、工序少，流程短、成本低，易于在生产实际中实施推广。

附图说明

图1是内套筒5的主剖视图和俯视图；

图2是外套筒6的主剖视图和俯视图；

图3是等厚直板镶块4的立体图；

图4是不同厚度直板镶块4的主剖视图和俯视图；

图5是变曲率镶块4的主剖视图和俯视图；

图6是不同数量直板镶块4的主剖视图和俯视图；

图7是发明装置的主剖视图（板材挤压成形前）；

图8本发明装置的主剖视图（板材挤压成形中）；

图9本发明装置挤压成形的等厚直板；

图10本发明装置挤压成形的不同厚度直板；

图11本发明装置挤压成形的变曲率板材；

图12本发明装置挤压成形的不同数量的等厚直板。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1~3、图7~9说明本实施方式，本实施方式装置包括凸模1，坯料2，底座3，镶块4，内套筒5，外套筒6。底座3放到压力机工作台上，内套筒5放置在底座3上，将镶块4放入到内套筒5侧部的凹槽5-1中，外套筒6置于底座3、镶块4、内套筒5组合体的外部。

具体实施方式二：结合图1、图2、图4、图7、图8及图10说明本实施方式，本实施方式是成形单道次内不同厚度的板材，可以通过更换镶块4，改变槽形孔4-1，控制成形板材的形状，具体成形尺寸根据实际生产中板材的规格和模块的大小进行调节，每个槽形孔4-1的高度不同，相同时间内，较高的型腔成形板材长度较短，成形件为图10，其它连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1、图2、图5、图7、图8及图11说明本实施方式，本实施方式是成形任意曲率的板材，开动压力机对凸模1进行加载成形，受压变形坯料2沿径向流入镶块4中各肋板7之间型腔，成形件图如11所示，成形过程中金属处于流动状态，成形件不产生回弹现象，显著提高定形性，其它连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1、图2、图6~8及图12说明本实施方式，本实施方式包括如下步骤：步骤一、根据所要制备金属板材的形状及尺寸等规格要求，选择不同槽型孔4-1结构的镶块4和肋板7；

步骤二、底座3放到压力机工作台上并固定好，内套筒5放置在底座3上；

步骤三、将插好肋板7的镶块4放入到内套筒5侧部的凹槽5-1中；

步骤四、外套筒6置于底座3、镶块4、内套筒5组合体的外部，其中，套筒孔6-1与镶块4所在部位相通连，起到限位作用；

步骤五、内套筒5依次放入坯料2和凸模1；

步骤六、开动压力机对凸模1进行加载成形，受压变形坯料2分别顺次沿径向流入镶块4的各肋板7之间形腔；

步骤七、当凸模1加载至底座3顶部即为成形结束，分别移除外套筒6和镶块4，即可取出挤压成形的多种规格板件。