帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具結(jié)構(gòu)及其加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具結(jié)構(gòu)及其加工方法，采用上模和下模構(gòu)成的寬展、分流組合模分，所述上模的四周設(shè)有均勻分布的六個(gè)分流孔，中部設(shè)有兩個(gè)橫向串聯(lián)的階梯式分流孔，所述分流孔橫向?qū)捳?，寬展角度?3°，寬展量在150～200mm之間，所述下模的焊合室外接圓直徑為600mm,焊合室深度為40mm；模具的材料選用4Cr5MoSiV1熱作模，采用CAD/CAM/CAE全自動(dòng)加工方法，精確設(shè)計(jì)出雙孔管型材的模具結(jié)構(gòu)，模具經(jīng)過高溫淬火，回火，氮化工藝處理，確保提高模具表面的硬度值。本發(fā)明的模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，保證了在加工管材時(shí)焊合的質(zhì)量，能夠加成出高質(zhì)量的帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材，降低了模具的制作難度，還延長(zhǎng)了模具的使用壽命。
【專利說(shuō)明】帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具結(jié)構(gòu)及其加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)型材的加工模具及加工工藝，具體涉及一種帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具結(jié)構(gòu)及其加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]綠色建筑鋁合金結(jié)構(gòu)擠壓型材品種多達(dá)百余種，現(xiàn)有綠色建筑用鋁合金擠壓型材大多是不需要機(jī)械加工，而直接作為零部件來(lái)與相關(guān)件配合使用的，所以尺寸精度和形位精度要求非常高。結(jié)構(gòu)型材的合金牌號(hào)大多是6061、6005A、6082等中強(qiáng)度鋁合金，還有2xxx、5xxx和7xxx等高強(qiáng)度高韌性招合金。招合金建筑結(jié)構(gòu)擠壓型材要求有高的力學(xué)性能，Ob > 290MPa，優(yōu)良的可焊性、耐磨耐蝕性和可冷彎成形性等綜合性能，而且要求產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)。結(jié)構(gòu)擠壓型材包括圓管材、方管材和異形管材。現(xiàn)以外接圓尺寸大、帶有長(zhǎng)而厚的橫向加強(qiáng)筋、成形難度較大的WYY0770帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔厚壁管型材為例，該WYY0770帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔厚壁管型材加工還存在以下問題:
[0003](I) WYY0770帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔厚壁管型材的合金狀態(tài)為6005A-1T6，擠壓材經(jīng)精密水、霧、氣淬火和人工時(shí)效制成，要求該型材的尺寸與形位精度達(dá)到超高精級(jí)水，σ b ^ 290MPa，并具有良好的力學(xué)性能、耐磨、耐蝕、可焊、可冷彎成形性等綜合性能，技術(shù)難度非常大。
[0004](2) WYY0770帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔厚壁管型材的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，WYY0770雙孔管為寬450mm，高200mm的方管內(nèi)有一條橫向的長(zhǎng)而厚的加強(qiáng)筋見圖1，使單孔方管變成雙孔管，容易發(fā)生嚴(yán)重的壁厚差和平面間隙，及焊合不良，要求具有較高的焊合質(zhì)量，而且該橫向加強(qiáng)筋的充料不足很難成型，現(xiàn)有的分流模不能滿足該雙孔管技術(shù)要求。
[0005](3)WYY0770帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔厚壁管型材在7000噸擠壓機(jī)生產(chǎn)，擠壓筒直徑為Φ 418mm,型材的外接圓Φ 498mm大于擠壓筒直徑Φ 418mm,現(xiàn)有模具不能保證型材成型尺寸精度與平面間隙尺寸要求。
[0006](4)WYY0770雙孔厚壁管材的4個(gè)外角為90° ±0.3°，8個(gè)內(nèi)角同樣要求為90° ±0.3°，形位公差值已高于GB/T6892-2006標(biāo)準(zhǔn)高精級(jí)規(guī)定，提高該型材兩個(gè)角度精度是為了確保型材順利裝卸和整體的平直度，而現(xiàn)有模具的設(shè)計(jì)制造很難達(dá)到給定精度。
[0007](5)為了提高WYY0770雙孔厚壁管材的表面光潔、尺寸和形位精度高，需要采用高質(zhì)量的模具鋼及嚴(yán)格的模具熱處理工藝和表面處理工藝，加工工藝全部采用CNC，難度是十分大的。
[0008](6)現(xiàn)有模具的使用壽命短，不能實(shí)現(xiàn)WYY0770雙孔厚壁管材的產(chǎn)業(yè)化大批量生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的之一是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中模具使用時(shí)間短，模具加工效率低、產(chǎn)品質(zhì)量差等不足，提供一種帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能提、高模具的使用壽命，實(shí)現(xiàn)帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的大批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，而且能夠保證該型材的質(zhì)量。
[0010]本發(fā)明的目的之二是為了提供一種帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具加工方法，該制造方法能夠加工出高強(qiáng)度、高韌性、高精度和表面粗糙度低的優(yōu)質(zhì)帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔厚壁管型材，而且還能提高模具的使用壽命。
[0011]本發(fā)明的目的之一可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0012]帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述模具采用寬展、分流組合模，所述寬展、分流組合模分為上模和下模，所述上模的四周設(shè)有均勻分布的六個(gè)分流孔，中部設(shè)有兩個(gè)橫向串聯(lián)的階梯式分流孔，確保加強(qiáng)筋部位模孔合理的金屬供流，所述分流孔橫向擴(kuò)展，寬展角度為23°，寬展量在150?200mm之間，圓鑄錠通過上模的分流孔分流、寬展，逐漸變成與雙孔管材的形狀相似；所述下模的焊合室外接圓直徑為600mm，焊合室深度為40mm，足以使流動(dòng)金屬在焊合室形成高的靜水壓力，保證雙孔管材的焊合質(zhì)量。
[0013]本發(fā)明的目的之一還可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0014]本發(fā)明的進(jìn)一步方案:所述上模的兩個(gè)階梯式分流孔的截面呈葫蘆串形狀，兩個(gè)階梯式分流孔與兩側(cè)的分流孔在焊合室貫通。
[0015]本發(fā)明的進(jìn)一步方案:所述上模的金屬入料面下沉20mm,減薄模具的分流部分，使金屬流經(jīng)路線減短。
[0016]本發(fā)明的進(jìn)一步方案:分流孔橫向?qū)捳沽?80mm，寬展角度為23°，分流孔縱向?qū)捳沽繛?00mm，寬展角度為12°。
[0017]本發(fā)明的進(jìn)一步方案:所述分流孔的橫向?qū)捳沽亢涂v向?qū)捳沽颗c帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的尺寸呈正比
[0018]本發(fā)明的進(jìn)一步方案:所述模具的規(guī)格Φ800*500πιπι，上模的厚度為260mm，下模的厚度為240mm。
[0019]本發(fā)明的目的之一可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0020]帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具加工方法，其特征在于:
[0021]模具的材料選用4Cr5MoSiVl熱作模具鋼；
[0022]模具的粗坯制作:將模塊采用電渣重熔鋼坯，依次經(jīng)過鍛造、退火，得到硬度達(dá)到HB229的模塊；
[0023]模具的設(shè)計(jì)制造:采用CAD/CAM/CAE全自動(dòng)加工方法，通過建立三維模型確保模具的各參數(shù)，設(shè)計(jì)出雙孔管型材的模具結(jié)構(gòu)；
[0024]模具的熱處理:模具經(jīng)過1000?1050°C高溫淬火，然后經(jīng)過2次回火，使模具硬度值到達(dá)48?49HRC ；
[0025]模具表面強(qiáng)化處理:采用二階段氣體氮化工藝處理，確保模具表面硬度值在HV1000?1250，氮化層厚度100?160 μ m，提高模具使用壽命。
[0026]本發(fā)明的進(jìn)一步方案:所述模具的設(shè)計(jì)制造，遵循鋁合金擠壓時(shí)金屬流動(dòng)規(guī)律，合理分配金屬量和控制流速，盡量減少擠壓阻力和平衡流速。
[0027]本發(fā)明的進(jìn)一步方案:所述模具熱處理經(jīng)1035°C高溫淬火。
[0028]本發(fā)明的有益效果:
[0029]1、本發(fā)明的模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，采用上模和下模構(gòu)成的寬展、分流組合模，上模設(shè)置多個(gè)分流孔和兩個(gè)階梯式分流孔，分流孔的橫向?qū)捳?，圓鑄錠通過上模的分流孔分流、寬展，逐漸變成與雙孔管材的形狀相似，該階梯式分流孔確保加強(qiáng)筋部位?？缀侠淼慕饘俟?，能保證橫筋充滿。下模的焊合室的外接圓直徑達(dá)到600mm，焊合室深度取40mm，足以使流動(dòng)金屬在焊合室形成高的靜水壓力，保證了在加工管材時(shí)焊合的質(zhì)量，能夠加成出高質(zhì)量的帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材，且該結(jié)構(gòu)還降低了模具的制作難度。
[0030]2、對(duì)應(yīng)模具的強(qiáng)度而言，本發(fā)明通過將上模的金屬入料面下沉20mm，使模具在分流部分逐漸減薄，金屬流經(jīng)路線減短，從而降低了擠壓力，提高了模具的整體強(qiáng)度，使模具的使用壽命提高到2-3倍，實(shí)現(xiàn)了雙孔管型材的批量生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)成本。
[0031]3、本發(fā)明模具的加工方法，由于選用了優(yōu)質(zhì)模具材料，設(shè)計(jì)特殊結(jié)構(gòu)的模具、制造工藝合理、熱處理和表面處理先進(jìn)，不僅保證了產(chǎn)品的成形和尺寸、形位精度與表面質(zhì)量及焊合質(zhì)量，而且提高了模具表面硬度值，提高了模具使用壽命。
[0032]4、本發(fā)明的模具經(jīng)2次試模就合格，每次修模量都較小，降低擠壓生產(chǎn)過程的輔助時(shí)間。采用該模具生產(chǎn)的產(chǎn)品尺寸精度和形位精度更穩(wěn)定，產(chǎn)品的組織和性能更好，能滿足綠色建筑結(jié)構(gòu)材的產(chǎn)業(yè)化、大批量生產(chǎn)的要求。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是現(xiàn)有帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖2是本發(fā)明具體實(shí)施例1中上模結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖3是本發(fā)明具體實(shí)施例1中下模結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖4是本發(fā)明具體實(shí)施例1中上模與下模組合后的四分之一剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0038]具體實(shí)施例1:
[0039]如圖2、圖3和圖4所示的帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具結(jié)構(gòu)，用于制作WYY0770帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管的模具，所述模具采用寬展、分流組合模，寬展、分流組合模分為上模I和下模2即兩件套，所述上模I與下模2相配合，所述模具的規(guī)格Φ800*500πιπι，所述上模I的厚度比下模2大，上模I的厚度為260mm，下模2的厚度為240mm，所述上模I的四周設(shè)有均勻分布的六個(gè)分流孔1_1，所述分流孔1_1的橫向?qū)捳沽亢涂v向?qū)捳沽颗c帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的尺寸呈正比，(見圖2中分流孔寬展部位3)，X軸表示橫向，Y軸表示縱向，分流孔1-1橫向擴(kuò)展，寬展角度為23°，寬展量為180mm;分流孔1-1縱向擴(kuò)展，寬展角度為12°，寬展量為100mm，所述上模I中心部位設(shè)有兩個(gè)橫向串聯(lián)的階梯式分流孔1-2，兩個(gè)階梯式分流孔1-2的截面呈葫蘆串形狀，兩個(gè)階梯式分流孔1-2的兩端分別與兩側(cè)的分流孔1-1在焊合室2-1貫通，確保加強(qiáng)筋部位?？?-2合理的金屬供流，圓鑄錠通過上模I的分流孔分流、寬展，逐漸變成與雙孔管材的形狀相似。所述上模I的金屬入料面1-3下沉20mm，減薄模具的分流部分，使金屬流經(jīng)路線減短。所述下模2設(shè)有與雙孔管材的形狀相同的?？?-2，下模2的焊合室2-1外接圓直徑為600mm，焊合室2-1深度為40mm，足以使流動(dòng)金屬在焊合室形成高的靜水壓力，保證管材的焊合質(zhì)量。該上模I和下模2還具有現(xiàn)有上模和下模的其他基本結(jié)構(gòu)特征，因與現(xiàn)有技術(shù)相同故在此省略。該WYY0770帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管的模具的擠壓型材的擠壓比λ、金屬變程度ε、金屬分流比Kp焊合室深度h胃等每一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)值都經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算，取值都符合鋁合金擠壓雙孔管材的技術(shù)要求，以此，保證擠壓產(chǎn)品質(zhì)量。
[0040]帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具加工方法，模具的材料選用優(yōu)質(zhì)4Cr5MoSiVl熱作模具鋼；
[0041]模具的粗坯制作:將模塊采用電渣重熔鋼坯，依次經(jīng)過鍛造、退火，得到硬度達(dá)到HB229的模塊；
[0042]模具的設(shè)計(jì)制造:在設(shè)計(jì)制造擠壓模時(shí)，一定要嚴(yán)格遵循鋁合金擠壓時(shí)金屬流動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)特種結(jié)構(gòu)模具合理分配金屬量和控制流速，盡量減少擠壓阻力和平衡流速；采用CAD/CAM/CAE全自動(dòng)加工方法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)，設(shè)計(jì)出雙孔管型材的模具結(jié)構(gòu)；采用國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的模具加工設(shè)備，數(shù)控車床、數(shù)控銑床、CNC加工中心、數(shù)控電火花機(jī)床、數(shù)控雕銑機(jī)、低速線切割機(jī)等現(xiàn)代化機(jī)床，在模具制作的全過程中實(shí)施CAD/CAM/CAE全自動(dòng)加工，可確保模具加工質(zhì)量；
[0043]模具的熱處理:模具經(jīng)過1035°C高溫淬火，然后經(jīng)過2次充分回火，使模具硬度值到達(dá)48?49HRC ；
[0044]模具表面強(qiáng)化處理:采用二階段氣體氮化工藝處理，確保模具表面硬度值在HV1000?1250，氮化層厚度100?160 μ m，提高模具使用壽命。
[0045]本模具加工方法中還包括現(xiàn)有模具加工的其他基本步驟，因現(xiàn)有模具加工的步驟屬于現(xiàn)有技術(shù)，故在此省略。
[0046]該WYY0770帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管的模具設(shè)計(jì)依據(jù)參數(shù)如表I所示，該模具設(shè)計(jì)方案參數(shù)如表2,該模具尺寸及技術(shù)要求如表3所示,制成的模具成品參數(shù)如表4所示，該模具經(jīng)多次試模后的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)如表5所示。
[0047]由于WYY0770雙孔管材模選用了優(yōu)質(zhì)4Cr5MoSiVl熱作模具鋼為材料，并采用先進(jìn)的熱處理制度，經(jīng)過高溫淬火和2次回火使模具硬度值到達(dá)48?49HRC，對(duì)模具表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，提高了模具表面硬度值；全過程都采用CAD/CAM/CAE全自動(dòng)生產(chǎn)，通過采用全自動(dòng)加工方法，提高了模具的加工精度，保證了擠壓產(chǎn)品的質(zhì)量。每套模具都具有很高的制造質(zhì)量，型材擠壓廠嚴(yán)格遵循模具使用制度，因此，該模具試模2次就合格，修模量比較小，使用壽命比較高，達(dá)到了項(xiàng)目提高2-3倍的目標(biāo)。每套模具能擠壓出合格的WYY0770雙孔管材600噸，產(chǎn)品尺寸精度、形位精度都合乎GB5237高精級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，模具的使用壽命都超過原有模具壽命的3倍以上。
[0048]采用本發(fā)明的模具加工WYY0770帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的工作原理:采用Φ460πιπι擠壓筒，在擠壓筒的擠壓力的作用下，圓鑄錠通過上模I的分流孔進(jìn)行分流、寬展，逐漸變成與雙孔管材的形狀相似，焊合室2-1的外接圓直徑達(dá)到600mm，焊合室2_1深度取40mm，足以使流動(dòng)金屬在焊合室形成高的靜水壓力，保證管材的焊合質(zhì)量。通過上模I的中心部位開設(shè)的兩個(gè)串聯(lián)的階梯式分流孔1-2形成雙孔管材的加強(qiáng)筋部分，確保加強(qiáng)筋部位?？?-2合理的金屬供流，保證橫筋充滿，尺寸和形位達(dá)到超高精級(jí)的要求。使用大的擠壓筒，λ和K都增大，既保證了力學(xué)性能又能提高焊合質(zhì)量，而且能提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品成品率，降低生產(chǎn)成本。
[0049]表1:WYY0770帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管的模具設(shè)計(jì)依據(jù)參數(shù)雙孔管外接圓擠壓機(jī)擠壓W
合金執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)及比壓/ 擠壓比/ 變形/
截面積/ 直徑/噸位/ 直徑/
【權(quán)利要求】
1.帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述模具采用寬展、分流組合模，所述寬展、分流組合模分為上模(I)和下模(2)，所述上模(I)的四周設(shè)有均勻分布的六個(gè)分流孔(1-1 )，中部設(shè)有兩個(gè)橫向串聯(lián)的階梯式分流孔(1-2)，確保加強(qiáng)筋部位模孔(2-2)合理的金屬供流，所述分流孔(1-1)橫向擴(kuò)展，寬展角度為23°，寬展量在150?200_之間，圓鑄錠通過上模(I)的分流孔分流、寬展，逐漸變成與雙孔管材的形狀相似；所述下模(2)的焊合室(2-1)外接圓直徑為600mm，焊合室(2_1)深度為40mm，足以使流動(dòng)金屬在焊合室(2-1)形成高的靜水壓力，保證雙孔管材的焊合質(zhì)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述上模(I)的兩個(gè)階梯式分流孔(1-2)的截面呈葫蘆串形狀，兩個(gè)階梯式分流孔(1-2)的兩端分別與兩側(cè)的分流孔(1-1)在焊合室(2-1)貫通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述上模(I)的金屬入料面(1-3)下沉20mm，減薄模具的分流部分，使金屬流經(jīng)路線減短。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述上模(I)的厚度比下模(2)厚。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具結(jié)構(gòu)，其特征在于:分流孔(1-1)橫向?qū)捳沽?80mm，寬展角度為23°，分流孔(1_1)縱向?qū)捳沽繛?00mm，寬展角度為12°。
6.根據(jù)權(quán)利要求5或所述的帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述分流孔(1-1)的橫向?qū)捳沽亢涂v向?qū)捳沽颗c帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的尺寸呈正比。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述模具的規(guī)格Φ800Χ500.ι，上模(I)的厚度為260mm，下模(2)的厚度為240mm。
8.帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具加工方法，其特征在于: 模具的材料選用4Cr5MoSiVl熱作模具鋼； 模具的粗坯制作:模塊采用電渣重熔鋼坯，依次經(jīng)過鍛造、退火，得到硬度達(dá)到HB229的模塊； 模具的設(shè)計(jì)制造:采用CAD/CAM/CAE全自動(dòng)加工方法，通過建立三維模型確保模具的各參數(shù)，設(shè)計(jì)出雙孔管型材的模具結(jié)構(gòu)； 模具的熱處理:模具經(jīng)過1000?1050°C高溫淬火，然后經(jīng)過2次回火，使模具硬度值到達(dá)48?49HRC ； 模具表面強(qiáng)化處理:采用二階段氣體氮化工藝處理，確保模具表面硬度值在HV1000?1250，氮化層厚度100?160 μ m，提高模具使用壽命。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具加工方法，其特征在于:所述模具的設(shè)計(jì)制造，遵循鋁合金擠壓時(shí)金屬流動(dòng)規(guī)律，合理分配金屬量和控制流速，盡量減少擠壓阻力和平衡流速。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的帶有橫向加強(qiáng)筋大型雙孔管型材的模具加工方法，其特征在于:所述模具熱處理經(jīng)1035°C高溫淬火。
【文檔編號(hào)】B21C25/10GK103464502SQ201310432950
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】李偉萍 申請(qǐng)人:廣東偉業(yè)鋁廠有限公司