專利名稱：大長(zhǎng)寬比鋁合金矩形盒形件的擠壓成形模具及其成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種金屬塑性成形技術(shù)領(lǐng)域的裝置及方法，具體是一種長(zhǎng)寬比在
3.5以上的鋁合金矩形盒形件的擠壓成形模具及其成形方法。
背景技術(shù)：
鑒于拉深成形所需成形力較小的優(yōu)點(diǎn)，矩形盒形件的成形制造常采用拉深方法。矩形盒形件壁部由長(zhǎng)邊、短邊和圓角部分構(gòu)成，拉深成形時(shí)各部分相互作用與制約，易發(fā)生不均勻變形，特別是大長(zhǎng)寬比的零件。與筒形件拉深相似，不均勻變形 易導(dǎo)致起皺、壁厚不均和底部開(kāi)裂等成形缺陷；當(dāng)無(wú)壓邊拉深時(shí)，容易形成明顯的制耳缺陷。當(dāng)零件深度較深時(shí)，考慮到金屬板料的拉深極限，通常需要經(jīng)過(guò)多道次拉深，多道次拉深會(huì)增加模具并延長(zhǎng)工時(shí)；某些情況下，為消除多次拉深形成的工藝接痕，需進(jìn)行中間熱處理和表面處理，導(dǎo)致加工工序增加、生產(chǎn)成本提高。拉深成形的材料利用率在50% 70%，多道次拉深成形則更低。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?00710092843. 9提供了一種薄板材深拉深盒形件或異形件防起皺和破裂的方法，在待拉深板料上涂拉深油，并根據(jù)加工件精度要求選擇厚度合適的聚乙烯塑料薄膜，然后貼在板料涂油的一面，以提高板料的許用拉深變形量，解決了盒形件的起皺和破裂問(wèn)題。但是，該方法僅使板料的許用拉深變形量增加了 10% 15%，改善效果有限。進(jìn)一步檢索發(fā)現(xiàn)，為替代大長(zhǎng)寬比薄壁矩形盒形件的多道次拉深成形工藝，KIM等在論文 “ Investigation of lubrication effect on the backward extrusion ofthin-walled rectangular aluminum case with large aspect ratio” (Journal ofMaterials Processing Technology, 2006,180 (1-3) :185-192)(潤(rùn)滑對(duì)大長(zhǎng)寬比薄壁矩形鋁質(zhì)盒形件反擠壓成形的影響)中提到采用反擠壓工藝成形大長(zhǎng)寬比矩形盒形件，但是由于使用了常規(guī)的平底擠壓凸模，盒形件端部出現(xiàn)了明顯的凸耳現(xiàn)象，而且這種凸耳缺陷無(wú)法通過(guò)改善潤(rùn)滑狀況直接消除。顯然，凸耳現(xiàn)象會(huì)降低材料利用率，提高單件成本。而且拉深成形無(wú)法成形底部帶裝配用的小凸柱特征的矩形盒形件，常規(guī)的平底凸模擠壓后凸耳缺陷控制困難，擠壓后可能需要增加一套專用的凸耳切除模具來(lái)提高生產(chǎn)效率，因此迫切需要一種大長(zhǎng)寬比矩形盒形件的精密成形新方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種大長(zhǎng)寬比鋁合金矩形盒形件的擠壓成形模具及其成形方法，避免矩形盒形件成形中的起皺、破裂和凸耳等缺陷，提高產(chǎn)品合格率；同時(shí)，有效減少加工工序，提高材料利用率，節(jié)省模具費(fèi)用，降低單件生產(chǎn)成本。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種大長(zhǎng)寬比鋁合金矩形盒形件的擠壓成形模具，所述模具是指針對(duì)盒形件的用于擠壓毛坯的帶阻尼筋的凸模，其中若干條阻尼筋位于凸模底部且阻尼筋的設(shè)置方向與矩形盒形件的長(zhǎng)邊平行。所述的阻尼筋的長(zhǎng)度為從矩形盒形件中心至邊緣由小至大呈階梯式垂直等間距鏡像對(duì)稱分布，其中最長(zhǎng)的阻尼筋長(zhǎng)度L為矩形盒形件長(zhǎng)度的O. 5-0. 7倍，相對(duì)兩側(cè)的阻尼筋的末端連線所呈夾角α為60° -100°。所述的若干條是指6、8、10或12條，條數(shù)過(guò)多增加凸模制造的難度，條數(shù)過(guò)少難以發(fā)揮對(duì)金屬流動(dòng)的阻尼作用。所述的阻尼筋的寬度b為矩形盒形件寬度O. 05-0. 10倍；所述的阻尼筋的厚度t為矩形盒形件底層厚度的O. 15-0. 2倍，阻尼筋厚度太小則不能發(fā)揮對(duì)金屬流動(dòng)的阻尼作用，阻尼筋厚度過(guò)大則會(huì)影響盒形件底部的強(qiáng)度。所述的矩形盒形件為扁盒形結(jié)構(gòu)；該矩形盒形件的底部?jī)?yōu)選設(shè)有兩個(gè)凸柱，通過(guò)該盒形件制備得到的毛坯與常規(guī)平底凸模擠壓所得矩形盒形件的凸耳缺陷高度11. 35mm相比，其端面較為平整無(wú)凸耳缺陷，端部高度差較小且進(jìn)一步提高了材料利用率。本發(fā)明涉及一種大長(zhǎng)寬比鋁合金矩形盒形件的擠壓成形方法，包括以下步驟第一步、采用退火態(tài)的鋁合金原材料進(jìn)行毛坯制備，其中矩形結(jié)構(gòu)的毛坯的長(zhǎng)寬尺寸較矩形盒形件的長(zhǎng)寬尺寸小O. I O. 2mm，矩形毛坯的高度根據(jù)毛坯體積確定；第二步、采用NaOH溶液腐蝕毛坯，腐蝕時(shí)間8分鐘 15分鐘；第三步、在腐蝕后的毛坯上均勻涂覆硬脂酸鋅粉末，為后續(xù)擠壓成形提供潤(rùn)滑；第四步、利用帶阻尼筋的凸模進(jìn)行矩形盒形件的擠壓成形；第五步、根據(jù)盒形件高度，鋸切擠壓后盒形件的端面滿足設(shè)計(jì)與使用要求。本發(fā)明與現(xiàn)有拉深成形相比具有如下優(yōu)點(diǎn)①避免了大長(zhǎng)寬比矩形盒形件拉深中的起皺、底部開(kāi)裂等成形缺陷；②一次精密擠壓成形，無(wú)需中間熱處理或表面處理，加工工序少，工藝流程短材料利用率高，單件成本低可同步成形盒形件底部的小凸柱特征，便于零件的后續(xù)裝配。本發(fā)明與常規(guī)平底凸模擠壓相比具有如下優(yōu)點(diǎn)①成形過(guò)程中金屬流動(dòng)均勻，可以顯著改善凸耳缺陷，使盒形件壁厚均勻成形工藝穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率高；③可以省去專用的凸耳切除模具，提高材料利用率，降低生產(chǎn)成本。


圖I是凸模阻尼筋的設(shè)計(jì)參數(shù)示意圖；圖中(a)為仰視圖；(b)為主視圖；(C)為側(cè)視圖。圖2是底部帶凸柱的矩形盒形件零件圖；圖中(a)為主視圖；(b)為俯視圖。圖3是底部無(wú)凸柱的矩形盒形件零件圖；圖中(a)為主視圖；(b)為俯視圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例I第一步、采用退火態(tài)的1060鋁合金鋁材進(jìn)行毛坯準(zhǔn)備，根據(jù)如圖2所示的所需成形的矩形盒形件(帶凸柱)的零件圖，矩形毛還尺寸確定為167. 9mmX43. 9mmX 13. 9mm ;第二步、采用10% wt.的NaOH溶液腐蝕毛坯，腐蝕10分鐘；第三步、在腐蝕后的毛坯上均勻涂覆硬脂酸鋅粉末，為后續(xù)擠壓成形提供潤(rùn)滑；第四步、利用如圖I所示的帶阻尼筋的凸模進(jìn)行矩形盒形件的擠壓成形，擠壓速度lOmm/s。凸模底部共有6條對(duì)稱等距分布的阻尼筋，其具體參數(shù)為最長(zhǎng)阻尼筋長(zhǎng)度L =90. Omm,角度 α =60。，寬度 d = 3. 7mm，厚度 t = I. Omm。第五步、根據(jù)盒形件高度，鋸切擠壓后盒形件的端面滿足設(shè)計(jì)與使用要求。由于底部帶凸柱特征，該矩形盒形件無(wú)法直接拉深成形；與常規(guī)平底凸模擠壓所 得矩形盒形件的凸耳缺陷高度11. 35mm相比，本實(shí)施例成形的矩形盒形件，端面較為平整無(wú)凸耳缺陷，端部高度差僅為3. 82_，材料利用率達(dá)到96%。實(shí)施例2第一步、采用退火態(tài)的1060鋁合金鋁材進(jìn)行毛坯準(zhǔn)備，根據(jù)如圖2所示的所需成形的矩形盒形件(帶凸柱)的零件圖，矩形毛還尺寸確定為167. 9mmX 43. 9mmX 14. 7mm第二步、采用10% wt.的NaOH溶液腐蝕毛坯，腐蝕時(shí)間10分鐘；第三步、在腐蝕后的毛坯上均勻涂覆硬脂酸鋅粉末，為后續(xù)擠壓成形提供潤(rùn)滑；第四步、利用如圖I所示的帶阻尼筋的凸模進(jìn)行矩形盒形件的擠壓成形，擠壓速度lOmm/s。凸模底部共有6條對(duì)稱等距分布的阻尼筋，其具體參數(shù)為最長(zhǎng)阻尼筋長(zhǎng)度L =110. Omm,角度 α = 100。，寬度 d = 2. 2mm,厚度 t = O. 8mm。第五步、根據(jù)盒形件高度，鋸切擠壓后盒形件的端面滿足設(shè)計(jì)與使用要求。由于底部帶凸柱特征，該矩形盒形件無(wú)法直接拉深成形；與常規(guī)平底凸模擠壓所得矩形盒形件的凸耳缺陷高度11. 35mm相比，本實(shí)施例成形的矩形盒形件，端面較為平整無(wú)凸耳缺陷，端部高度差僅為4. 43mm，材料利用率超過(guò)90%。實(shí)施例3第一步、采用退火態(tài)的1060鋁合金鋁材進(jìn)行毛坯準(zhǔn)備，根據(jù)如圖3所示的所需成形的矩形盒形件(無(wú)凸柱)的零件圖，矩形毛還尺寸確定為167. 9mmX 43. 9mmX 14. Omm ;第二步、采用10% wt.的NaOH溶液腐蝕毛坯，腐蝕10分鐘；第三步、在腐蝕后的毛坯上均勻涂覆硬脂酸鋅粉末，為后續(xù)擠壓成形提供潤(rùn)滑；第四步、利用如圖I所示的帶阻尼筋的凸模進(jìn)行矩形盒形件的擠壓成形，擠壓速度lOmm/s。凸模底部共有6條對(duì)稱等距分布的阻尼筋，其具體參數(shù)為最長(zhǎng)阻尼筋長(zhǎng)度L =90. Omm,角度 α =60。，寬度 d = 3. 7mm，厚度 t = I. Omm。第五步、根據(jù)盒形件高度，鋸切擠壓后盒形件的端面滿足設(shè)計(jì)與使用要求。采用本實(shí)施例成形的矩形盒形件壁厚均勻，無(wú)起皺破裂等缺陷；端面較為平整無(wú)凸耳缺陷，端部高度差僅為4. 56mm，材料利用率為98% ;與拉深成形相比，矩形盒形件經(jīng)過(guò)大塑性變形整體強(qiáng)度增加，生產(chǎn)流程短，工藝穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種大長(zhǎng)寬比鋁合金矩形盒形件的擠壓成形模具，其特征在于，該模具為針對(duì)盒形件的用于擠壓毛坯的帶阻尼筋的凸模，其中若干條阻尼筋位于凸模底部且阻尼筋的設(shè)置方向與矩形盒形件的長(zhǎng)邊平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的擠壓成形模具，其特征是，所述的阻尼筋的長(zhǎng)度為從矩形盒形件中心至邊緣由小至大呈階梯式垂直等間距鏡像對(duì)稱分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的擠壓成形模具，其特征是，最長(zhǎng)的阻尼筋長(zhǎng)度為矩形盒形件長(zhǎng)度的0.5-0. 7倍，相對(duì)兩側(cè)的阻尼筋的末端連線所呈夾角為60° -100°。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的擠壓成形模具，其特征是，所述的若干條是指6、8、10或12條。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的擠壓成形模具，其特征是，所述的阻尼筋的寬度為矩形盒形件寬度0. 05-0. 10倍，所述的阻尼筋的厚度為矩形盒形件底層厚度的0. 15-0. 2倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的擠壓成形模具，其特征是，所述的矩形盒形件為扁盒形結(jié)構(gòu)；該矩形盒形件的底部設(shè)有兩個(gè)凸柱。
7.一種大長(zhǎng)寬比鋁合金矩形盒形件的擠壓成形方法，其特征在于，包括以下步驟 第一歩、采用退火態(tài)的鋁合金原材料進(jìn)行毛坯制備，其中矩形結(jié)構(gòu)的毛坯的長(zhǎng)寬尺寸較權(quán)利要求1-6中任一所述的矩形盒形件的長(zhǎng)寬尺寸小0. I 0. 2_ ; 第二步、采用NaOH溶液腐蝕毛坯，腐蝕時(shí)間8分鐘 15分鐘； 第三步、在腐蝕后的毛坯上均勻涂覆硬脂酸鋅粉末，為后續(xù)擠壓成形提供潤(rùn)滑； 第四步、利用權(quán)利要求1-6中任一所述的帶阻尼筋的凸模進(jìn)行矩形盒形件的擠壓成形； 第五步、根據(jù)盒形件高度，鋸切擠壓后盒形件的端面滿足設(shè)計(jì)與使用要求。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的擠壓成形方法，其特征是，所述的NaOH溶液的濃度為10%Wt.
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的擠壓成形方法，其特征是，所述的擠壓速度為lOmm/s。
全文摘要
一種金屬塑性成形技術(shù)領(lǐng)域的大長(zhǎng)寬比的鋁合金矩形盒形件的擠壓成形模具及其成形方法，該方法包括1.采用退火態(tài)的鋁合金原材料進(jìn)行毛坯制備；2.采用NaOH溶液腐蝕毛坯，腐蝕時(shí)間8分鐘～15分鐘；3.在腐蝕后的毛坯上均勻涂覆硬脂酸鋅粉末，為后續(xù)擠壓成形提供潤(rùn)滑；4.利用帶阻尼筋的凸模進(jìn)行矩形盒形件的擠壓成形；5.根據(jù)盒形件高度，鋸切擠壓后盒形件的端面滿足設(shè)計(jì)與使用要求。本發(fā)明避免矩形盒形件成形中的起皺、破裂和凸耳等缺陷，提高產(chǎn)品合格率；同時(shí)，有效減少加工工序，提高材料利用率，節(jié)省模具費(fèi)用，降低單件生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)B21C25/02GK102728645SQ20121023992
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者孟麗芬, 胡成亮, 趙震 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)