一种曲母线型壳体正反挤压成形模具及成形方法与流程

本发明属于成形加工技术领域，尤其涉及一种曲母线型壳体正反挤压成形模具及成形方法。

背景技术：

挤压成形，是一种锻造成形工艺，坯料受三向压应力，周向力学性能均匀，适合成形难变形金属材料。在挤压成形过程中，坯料与模具发生相对运动，材料沿挤压轴相同方向流出，被称为正挤压成形；

在申请号为cn201710544672.2的专利中记载到，传统正挤压各阶段网格变化时，坯料内部的网格变化分为三个区域：i区为金属死区，它紧贴凸模端面，呈锥形。锥形大小由凸模端面与坯料之间的摩擦力大小决定。这部分金属基本上不变形。ii区为剧烈变形区。坯料在该区向外向上急剧流动，杯形件主要靠这部分金属流动成形。该区的轴向高度约为0.1d～0.2d(d为凸模工作部分直径)。当凸模下压到坯料底部高度仍大于该轴向高度时，尽管变形区内的金属产生剧烈的流动，但底部的一部分金属仍保持原状，此时仍处于稳定变形状态，但当凸模继续下压，坯料残余厚度小于改轴向高度时，残余厚度内的全部金属产生流动，成为非稳定变形状态。iii区为刚性平移区，剧烈变形区的金属流动形成杯壁后，就不再变形了，而是以刚体平移的形式向上运动，该运动一直进行到凸模停止下压时为止。当死区底厚过薄时，塑性差的材料会产生环形脱落。

坯料与模具不发生相对运动，材料沿挤压轴相反方向流出，被称为反挤压成形。在反挤压成形过程中，材料温度升高小，易控制成形温度。

在申请号为cn201610681623.9的专利中，公开了一种细长构件转模反挤压细晶成形方法与模具，包括上模结构和下模结构，其过程是，首先将坯料置于凹模型腔内，然后在主动模作用下凸模沿轴向相对运动，使坯料发生塑性变形；当凸模工作带区域完全进入坯料内部后，凸模沿轴向相对运动的同时，沿挤压中心轴旋转运动，当左右镶块与限高块接触后，左右镶块在凸模中同时相对滑动，使坯料发生连续旋转挤压细晶变形。可以大幅降低成形载荷，增强凸模的稳定性，提高凸模长径比，适用于铜合金、铝合金、镁合金、合金钢等多种材料的细长构件成形制造，缩短工艺流程，提高细长构件制造性能。

在专利号为cn201811422161.4的专利中，公开了一种多凸模分步反向挤压成形方法，采用由内凸模、外凸模组成的多凸模，包括：下料——制坯——分步反向挤压——后续处理，其特征是：所述的分步反向挤压是使用内凸模、外凸模至少一次挤压坯料金属，坯料金属在所述多凸模的作用下产生流动变形，并通过控制内凸模、外凸模的行程，获得底部为实心平底、或凹底、或凸底的空心件。本发明在同一套模具内，可实现平底、凸底、凹底等空心件的成形制造；挤压成形接触面积的减小，降低了挤压成形力，可提高挤压变形量。该方案通过多次反向挤压的方式，来获得不同的工件或提高单个工件的挤压变形量。

上述专利为通过正挤压或反挤压成形方式来进行壳体类工件的成形。而曲母线型壳体是机械加工中常见的一种工件,此类工件具有曲率变化大、壁厚薄的特点。因此，反挤压成形是制造曲母线型壳体的较佳方法。虽然反挤压成形，可以一次成形曲母线型壳体，但是存在不同部位变形不均匀，力学性能差异大等缺点，尤其是底部形成材料死区，口部形成刚性平移区，变形应变量小，力学性能较差。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种曲母线型壳体正反挤压成形模具及成形方法，以解决现有曲母线型壳体成形后存在的变形不均匀、力学性能差异大等问题。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

本发明的一种曲母线型壳体正反挤压成形模具，包括：

挤压凸模，用于安装在上模板上；

挤压凹模，用于安装在下模板上，所述挤压凸模与所述挤压凹模配合形成一成形腔；

所述挤压凹模的成形腔底部设有正挤压成形空间，用于在挤压时促进坯料的材料正向流动；

所述成形腔内壁面的上端设有溢流槽；所述挤压凸模外壁面的上端设有闭合卡块，用于在挤压时配合所述溢流槽对所述成形腔内的坯料进行闭合挤压。

本发明的曲母线型壳体正反挤压成形模具，所述成形腔的底面上设有材料流动槽。

本发明的曲母线型壳体正反挤压成形模具，还包括顶料板；所述成形腔的底面上设有一顶料板容置槽，所述顶料板设于所述顶料板容置槽内且与所述顶料板容置槽活动连接；所述顶料板容置槽的底面上设有一顶出孔。

本发明的曲母线型壳体正反挤压成形模具，所述顶料板的上端伸出于所述顶料板容置槽并与所述成形腔的底面和侧壁面配合形成材料流动槽。

本发明的一种曲母线型壳体正反挤压成形方法，使用上述任意一项所述的曲母线型壳体正反挤压成形模具，具体步骤如下：

s1：所述上模板带动所述挤压凸模下压，所述挤压凸模下端处的所述坯料正向流动并填充所述正挤压成形空间；

s2：所述挤压凸模继续下压，所述挤压凸模下端处的所述坯料反向流动并填充所述成形腔；

s3；所述挤压凸模下压至与所述挤压凹模合模，所述闭合卡块卡入所述溢流槽，所述坯料在成形腔内闭合挤压，且所述坯料同时正向和反向流动；

s4：挤压完成后，所述上模板带动所述挤压凸模上移以完成脱模。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1、本发明一实施例通过挤压凹模的成形腔的底部设置正挤压成形空间，使得在挤压凸模向下运动时，挤压凸模下端处的坯料主要正向流动，逐渐填充正挤压成形空间，通过控制坯料与凹模底板的距离，促进材料正向流动，增加死区材料的应变量；并在成形腔的内壁面上设置溢流槽，在挤压凸模的外壁面上设置匹配的闭合卡块，当挤压凸模下压至闭合卡块卡入溢流槽内，此时，坯料在所述成形腔内闭合挤压，坯料同时正向和反向流动，闭合挤压可促进口部材料的正向流动，增加刚性平移区材料的应变量，从而实现壳体不同部位的材料应变均匀，实现曲母线型壳体的均匀变形；从而通过增加材料死区的材料流动和改善刚性平移区的力学性能的方式，解决了现有曲母线型壳体成形后存在的变形不均匀、力学性能差异大等问题。

2、本发明一实施例通过在成形腔的底面上设置顶料板和顶料板容置槽，并在顶料板容置槽的底面设置顶出孔，使得在曲母线型壳体成形后，可通过该顶出孔顶升顶料板的方式，使得曲母线型壳体实现脱模，脱模流程简单易操作。

3、本实施例一实施例巧妙地设置顶料板的高度，使得顶料板高出于顶料板容置槽，并与成形腔配合形成材料流动槽，进一步地增大了材料死区的材料流动，保证了曲母线型壳体的均匀变形。

4、本实施例一实施例中挤压凸模和挤压凹模结构简单，曲母线型壳体成形的步骤少，工艺流程简单，适合批量生产铝合金、镁合金等曲母线型壳体。

附图说明

图1为本发明的模具设计图及坯料图；

图2为本发明的挤压成形零件图；

图3为本发明的有限元模拟的材料变形过程示意图；

图4为本发明的有限元模拟的材料流动过程示意图；

图5为本发明的制造方法与传统的制造方法的材料应变分布对比示意图。

附图标记说明：1：曲母线型壳体；2：挤压凸模；201：闭合卡块；3：挤压凹模；301：溢流槽；4：坯料；5：正挤压成形空间；6：顶料板；7：顶出孔；8：材料流动槽；9：成形腔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种曲母线型壳体正反挤压成形模具及成形方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

参看图1和图2，在一个实施例中，一种曲母线型壳体正反挤压成形模具，包括安装在上模板上的挤压凸模2和安装在下模板上的挤压凹模3。

挤压凹模3的成形腔9底部设有正挤压成形空间5，用于在挤压时促进坯料4的材料正向流动。以成形腔9的高度为1250mm为例，正挤压成形空间5所需的高度约150mm，折算一下，正挤压成形空间5的体积约占成形腔9体积的10～20％。当然，正挤压成形空间5的具体参数可根据实际情况进行调整，在此不作具体限定。

成形腔9内壁面的上端设有溢流槽301。挤压凸模2外壁面的上端设有闭合卡块201，用于在挤压时配合溢流槽301对成形腔9内的坯料4进行闭合挤压。闭合挤压时，成形中的坯料的上部为正向流动，下部为反向流动，变形量较少，以1250mm为例，闭合挤压的高度大约20～30m，但是闭合挤压的设置可显著改善成形后的曲母线型壳体的口部力学性能。

成形时，挤压凸模2向下运动，挤压凸模2下端的坯料4正向流动并填充正挤压成形空间5。挤压凸模2继续向下运动，挤压凸模2侧边的坯料4反向流动，形成曲母线型壳体1主体。挤压凸模2移动至最低位置，闭合卡块201卡入溢流槽301，坯料4在成形腔9内闭合挤压，坯料4同时正向和反向流动，完成曲母线型壳体1的挤压成形。

参看图3、图4和图5，本实施例通过挤压凹模3的成形腔9的底部设置正挤压成形空间5，使得在挤压凸模2向下运动时，挤压凸模2下端处的坯料4主要正向流动，逐渐填充正挤压成形空间5，通过控制坯料与凹模底板的距离，促进材料正向流动，增加死区材料的应变量。并在成形腔9的内壁面上设置溢流槽301，在挤压凸模2的外壁面上设置匹配的闭合卡块201，当挤压凸模2下压至闭合卡块201卡入溢流槽301内，此时，坯料4在成形腔9内闭合挤压，坯料4同时正向和反向流动，闭合挤压可促进口部材料的正向流动，增加刚性平移区材料的应变量，从而实现壳体不同部位的材料应变均匀，实现曲母线型壳体1的均匀变形。从而通过增加材料死区的材料流动和改善刚性平移区的力学性能的方式，解决了现有曲母线型壳体1成形后存在的变形不均匀、力学性能差异大等问题。同时，本实施例的挤压凸模2和挤压凹模3结构简单，曲母线型壳体1成形的步骤少，工艺流程简单，适合批量生产铝合金、镁合金等曲母线型壳体1。

下面对本实施例的具体结构进行进一步说明：

在本实施例中，正挤压成形空间5可通过控制坯料4底端的直径与正挤压成形空间5上端的直径大小相匹配来实现，即坯料4放入成形腔9时，坯料4的底端仅可移动至正挤压成形空间5的上端。

在本实施例中，成形腔9的底面上可开设一材料流动槽8，以增大底部坯料4的变形量，使得材料进一步向下流动，从而进一步增大材料死区的材料流动。以成形腔9的直径为一米为例，材料流动槽8的宽度为30至50mm，高度为70-90mm。当然，材料流动槽8的具体参数可根据实际情况进行调整，在此不作具体限定。

在本实施例中，正反挤压成形模具还可设置一顶料板6。在成形腔9的底面上开设一顶料板容置槽，顶料板6则设于顶料板6容置槽内并与顶料板6容置槽活动连接。同时，顶料板6容置槽的底面上开设一顶出孔7，使得在曲母线型壳体1成形后，可使用外部部件通过该顶出孔7来对顶料板6进行顶升的方式，使得曲母线型壳体1实现脱模，脱模流程简单易操作。

进一步地，材料流动槽8可通过顶料板6的设置直接实现。仅需将顶料板6的上端伸出于顶料板6容置槽。此时，顶料板6与成形腔9的底面和侧壁面配合即可形成材料流动槽8，以增大材料死区的材料流动，保证曲母线型壳体1的均匀变形。

实施例二

参看图3，一种曲母线型壳体正反挤压成形方法，使用上述实施例一中的曲母线型壳体正反挤压成形模具，具体步骤如下：

s1：上模板带动挤压凸模2下压，挤压凸模2下端处的坯料4正向流动并填充正挤压成形空间5，以增加死区材料的应变量；

s2：挤压凸模2继续下压，挤压凸模2下端处的坯料4反向流动并填充成形腔9；

s201：挤压凸模2继续下压，挤压凸模2下端处的坯料4流动至材料流动槽8，进一步地增大了材料死区的材料流动，以保证曲母线型壳体1的均匀变形；

s3；挤压凸模2下压至与挤压凹模3合模，闭合卡块201卡入溢流槽301，坯料4在成形腔9内闭合挤压，且坯料4同时正向和反向流动，以促进口部材料的正向流动，增加刚性平移区材料的应变量，从而实现曲母线型壳体1不同部位的材料应变均匀，实现曲母线型壳体1的均匀变形；

s4：挤压完成后，上模板带动挤压凸模2上移。

s401：使用外部部件通过顶出孔7顶升顶料板6，以顶升成形的曲母线型壳体1，使得曲母线型壳体1脱离挤压凹模3，完成脱模。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。