一種制造超薄壁微小圓筒件的模具與方法
【專利摘要】一種制造超薄壁微小圓筒件的模具與方法，它涉及一種超薄壁微小圓筒件的模具及方法。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有加工技術(shù)中存在的加工效率低、廢品率高的問題。本發(fā)明一種制造超薄壁微小圓筒件的模具，其包括上模座、下模座、沖頭固定板、上沖頭、凹模固定板、活動凹模、下沖頭、凸模墊板、加熱圈、凹模墊板、多個導套和多根導柱；其制備方法為：步驟一：將經(jīng)過體積不變原理計算所加工的坯料放入活動凹模的型腔內(nèi)，并通過加熱圈將模具和坯料加熱到坯料所需的溫擠壓溫度。本發(fā)明用于圓筒件的制造。
【專利說明】一種制造超薄壁微小圓筒件的模具與方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制造圓筒件的模具及方法，具體涉及一種制造超薄壁微小圓筒件的模具與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超薄壁微小圓筒件是微機電系統(tǒng)中常用的支架構(gòu)件或容器構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)特點是側(cè)壁厚度很小，而底部壁厚要比側(cè)壁壁厚大數(shù)倍。目前該類構(gòu)件主要采用超精密切削加工等制造工藝，加工效率低、廢品率高，已遠遠不能滿足實際應用的需要。模具結(jié)構(gòu)設計外殼反擠壓件的好壞與反擠壓模具的設計質(zhì)量有直接的關(guān)系，合理的模具結(jié)構(gòu)型式是制造合格反擠壓件的關(guān)鍵技術(shù)之一。因此，根據(jù)具體的零件形狀、尺寸及材料，必須要正確、合理地設計模具結(jié)構(gòu)。反擠壓成形具有效率高、材料利用率高和成形件機械性能高等優(yōu)點。為此，提出采用基于活動式反擠壓法制造超薄壁圓筒件，不但能夠成形出高質(zhì)量的超薄壁側(cè)壁，而且也可以很容易獲得相對較厚的底部。在擠壓成形中，采用活動式擠壓凹模，能夠顯著降低擠壓成形力，提高擠壓成形件的高度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有加工技術(shù)存在加工效率低、廢品率高的問題。進而提供一種制造超薄壁微小圓筒件的模具與方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種制造超薄壁微小圓筒件的模具，其包括上模座、下模座、沖頭固定板、上沖頭、凹模固定板、活動凹模、下沖頭、凸模墊板、加熱圈、凹模墊板、多個導套和多根導柱，所述上模座和下模座上下平行設置，上模座的四周沿上模座的厚度方向穿設有多個導套，每根導柱的一端均穿設在下模座的底端面上，每根導柱的另一端均可滑動設置在對應的導套內(nèi)，上沖頭的上端與凸模墊板相連接，凸模墊板固定在沖頭固定板內(nèi)，沖頭固定板固定在上模座的底端面上，凹模固定板固定在下模座上，所述凹模固定板上設有凹模安放孔，活動凹模設置在凹模安放孔內(nèi)，下沖頭設置在活動凹模內(nèi)且底部與凹模墊板相接，凹模墊板位于下模座和活動凹模之間且兩端嵌入凹模固定板內(nèi)，所述加熱圈設置在凹模固定板的外側(cè)面，上沖頭與下沖頭的中心線重合。
[0005]本發(fā)明還提供了一種使用上述模具制造超薄壁微小圓筒件的方法，具體步驟為:
[0006]步驟一:將經(jīng)過體積不變原理計算所加工的坯料放入活動凹模的型腔內(nèi)，并通過加熱圈將模具和坯料加熱到100-600°C ；
[0007]步驟二:在該溫擠壓溫度下，通過壓力機向下運行驅(qū)動上沖頭向下運動，坯料在上沖頭的作用下產(chǎn)生塑性變形，通過反擠在上沖頭與活動凹模之間充填形成超薄壁結(jié)構(gòu)；
[0008]步驟三:壓力機達到預先設定的載荷時，保壓1-5分鐘，然后卸去設備壓力，此時薄壁微小圓筒件的工件成形完畢；
[0009]步驟四:將模具和步驟三中成形的工件進行冷卻，當模具和工件冷卻到50°C以下時，開始取樣；首先，上移上沖頭使其與工件分離，再通過向上移動下沖頭將工件從活動凹模的型腔中取出。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果:
[0011]本發(fā)明所采用的反擠壓技術(shù)是一項少無切屑的金屬塑性成形工藝。采用反擠壓工藝代替多道變薄拉伸工藝生產(chǎn)超薄壁圓筒件，可以明顯提高制件的表面質(zhì)量，節(jié)約材料。與正向擠壓相比，所需的擠壓力可以減小25%-30%。由于擠壓力全部用于擠壓，因此可以擠壓更小截面的型材，使用更低的擠壓溫度和允許更高的擠壓速度。沖頭中心的金屬與相鄰的金屬沒有相對位移，擠壓力只受擠壓筒長度所需的模軸長度和穩(wěn)定性的限制。在擠壓過程中沖頭表面的溫升小，制品表面和棱邊不易產(chǎn)生裂紋，因此可以使用更高的擠壓速度。且整個沖頭任何一個橫截面的變形都是均勻的，幾乎沒有形成擠壓缺陷和晶粒粗大的趨勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明制造超薄壁微小圓筒件的模具的主剖視圖。
[0013]圖2是本發(fā)明制造超薄壁微小圓筒件的模具中凹模的局部放大圖。
[0014]圖3是本發(fā)明制造超薄壁微小圓筒件的模具中凸模的結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖4是本發(fā)明制造超薄壁微小圓筒件的模具中凸模的局部放大圖。
[0016]本發(fā)明裝置中各部件名稱以及標號如下:
[0017]上模座1、下模座2、沖頭固定板3、上沖頭4、工作帶4-1、凹模固定板5、凹模安放孔5-1、活動凹模6、下沖頭7、凸模墊板8、加熱圈9、導套10、導柱11、凹模墊板12。
【具體實施方式】
[0018]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式包括制造超薄壁微小圓筒件的模具，模具包括上模座1、下模座2、沖頭固定板3、上沖頭4、凹模固定板5、活動凹模6、下沖頭7、凸模墊板8、加熱圈9、凹模墊板12、多個導套10和多根導柱11，所述上模座I和下模座2上下平行設置，上模座I的四周沿上模座I的厚度方向穿設有多個導套10，每根導柱11的一端均穿設在下模座2的底端面上，每根導柱11的另一端均可滑動設置在對應的導套10內(nèi)，上沖頭4的上端與凸模墊板8相連接，凸模墊板8固定在沖頭固定板3內(nèi)，沖頭固定板3固定在上模座I的底端面上，凹模固定板5固定在下模座2上，所述凹模固定板5上設有凹模安放孔5-1，活動凹模6設置在凹模安放孔5-1內(nèi)，下沖頭7設置在活動凹模6內(nèi)且底部與凹模墊板12相接，凹模墊板12位于下模座2和活動凹模6之間且兩端嵌入凹模固定板5內(nèi)，所述加熱圈9設置在凹模固定板5的外側(cè)面,上沖頭4與下沖頭7的中心線重合。
[0019]本實施方式的上模座1、下模座2之間的導向是靠導套10和導柱11來保證的，采用一級精度配合。凸模與凹模的同心度由制造精度來保證，并以螺釘來固定。
[0020]超薄壁圓筒件的反擠壓的工作過程是:將毛坯放入凹模內(nèi)，當壓力機滑塊向下時，凸模對毛坯進行反擠壓工序。
[0021]本發(fā)明的裝置中凸模主要包括:沖頭固定板3、上沖頭4和凸模墊板8 ;
[0022]凹模主要包括:活動凹模6、下沖頭7和凹模墊板12。
[0023]本實施方式的凸模設計:為了保證凸模裝卸簡便，緊固可靠，凸模的整體形狀一般做成階梯形，其夾緊部分呈截錐形狀，是為了增大支承面積，以增加凸模的抗彎強度和穩(wěn)定，并能通過帶錐形孔的上壓圈將凸模牢固地固定在上模座I上。
[0024]本實施方式的凹模設計:在構(gòu)成反擠壓模具的全部零件中，凹模是和毛坯接觸，直接參與變形過程，執(zhí)行成形加工的最重要的關(guān)鍵工作零件。反擠壓時，凹模在靜態(tài)高壓、強烈沖擊和巨大摩擦作用下，凹模應力是一個復雜的抗張、抗壓和剪切的聯(lián)合應力，其工作條件十分惡劣。因此如本實施方式中的合理設計凹模，才能滿足上述技術(shù)要求。
[0025]【具體實施方式】二:結(jié)合圖3、圖4說明本實施方式，所述上沖頭4的底部沿下模座2方向延伸出一工作帶4-1，工作帶4-1的長度為0.8?1.5mm。凸模的工作帶4_1是凸模中垂直模具工作端面并用以保證擠壓制品的形狀、尺寸和表面質(zhì)量的區(qū)段。工作帶長度h是凸模設計中的重要基本參數(shù)之一。h過長，摩擦作用增大，導致兩者發(fā)生粘結(jié)，同時使擠壓力增大，造成制品的刺、麻面、搓衣板型波浪等缺陷。h過短時，制品尺寸難于穩(wěn)定，易壓傷、橢圓度等廢品，同時，模具易受磨損，其使用壽命被大大降低。一般取工作帶長度h=0.8?1.5_。其它組成和連接關(guān)系與【具體實施方式】一相同。
[0026]【具體實施方式】三:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的沖頭固定板3通過緊固螺釘固定在上模座I的底端面上。這樣的設置是為了連接方便。其它組成和連接關(guān)系與【具體實施方式】二相同。
[0027]【具體實施方式】四:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的凹模固定板5通過緊固螺釘固定在下模座2上。這樣的設置是為了連接方便。其它組成和連接關(guān)系與【具體實施方式】三相同。
[0028]【具體實施方式】五:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的所述沖頭固定板3、上沖頭4、活動凹模6、下沖頭7、凸模墊板8和凹模墊板12均采用高鉻合金工具鋼Crl2Mo制成。凸模的主要作用是傳統(tǒng)壓力，所以應具有足夠強度、剛度和一定的耐磨性。因此，凸模材料選用高鉻合金工具鋼Crl2Mo，熱處理硬度為58?62HRC。根據(jù)冷擠壓變形理論分析可知，作用在冷擠壓凹模內(nèi)壁的單位壓力是非常大，一般高達2000MPa以上。在這樣高的單位壓力作用下使得冷變形模具極易損壞，為了延長模具壽命，滿足使用要求，對于反擠壓模具結(jié)構(gòu)強度、剛度、精度等方面的要求皆比冷沖壓模具高。為了承受較大的反擠壓力及足夠的強度，以便于凹模進行切削加工和熱處理工藝，采用了圖2所示的凹模形狀。由于凹模在極易磨損的條件下工作，故凹模材料也選用了高鉻合金工具鋼Crl2Mo，熱處理硬度為50?55HRC。其尺寸精度要求較高，因此對這些零件的加工技術(shù)就提出更高的要求，如平行度、垂直度、同軸度等，否則就會產(chǎn)生外殼制件的各種缺陷。其它組成和連接關(guān)系與【具體實施方式】四相同。
[0029]【具體實施方式】六:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的制造薄壁微小圓筒件的方法，具體步驟為:
[0030]步驟一:將經(jīng)過體積不變原理計算所加工的坯料放入活動凹模6的型腔內(nèi)，并通過加熱圈9將模具和坯料加熱到100-600°C ；
[0031]步驟二:在該溫擠壓溫度下，通過壓力機向下運行驅(qū)動上沖頭4向下運動，坯料在上沖頭4的作用下產(chǎn)生塑性變形，通過反擠在上沖頭4與活動凹模6之間充填形成超薄壁結(jié)構(gòu)；
[0032]步驟三:壓力機達到預先設定的載荷時，保壓1-5分鐘，然后卸去設備壓力，此時薄壁微小圓筒件的工件成形完畢；[0033]步驟四:將模具和步驟三中成形的工件進行冷卻，當模具和工件冷卻到50°C以下時，開始取樣；首先，上移上沖頭4使其與工件分離，再通過向上移動下沖頭7將工件從活動凹模6的型腔中取出。
[0034]針對不同的坯料，所需溫擠壓的溫度是不同的，以黃銅為例，溫擠壓溫度為200-350 0C ；
[0035]另外為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，還應滿足如下的技術(shù)要求:(1)模架的承壓部分應具有良好的剛性和強度，以使模架在工作時穩(wěn)定可靠。(2)模具的工作零件應便于安裝在模架上，并便于更換。(3)反擠壓坯料及制件應便于取出和放入，并易于實現(xiàn)機械化和自動化。
(4)模架的上、下模板的上、下平面平行度允差應為0.01: 100。(5)模架的易損部位的零件尺寸應有良好的互換性，并便于維修、制造和檢驗。
[0036]潤滑條件:反加壓成形中，被加工金屬與模具之間都有相對運動，因為接觸表面之間就產(chǎn)生了阻止切向運動的阻力，即外摩擦。摩擦的存在會使擠壓力增加，使模具磨損加劇，使工件表面發(fā)生粘結(jié)、拉裂、起皺、擦傷等現(xiàn)象。所有這些，既影響了產(chǎn)品質(zhì)量，又降低了模具的使用壽命。因此，在反擠壓成形中，模具表面和毛坯之間良好的潤滑條件是很必要的。本工藝采用坯料表面涂覆適量的硬脂酸鋅，它在一定的溫度和高壓下仍能保證良好的潤滑性能，使用時操作方便、無毒、無怪味，能顯著地降低摩擦系數(shù)，從而顯著降低擠壓力，獲得光潔度良好的擠壓件。
[0037]反擠壓技術(shù)是一項少無切屑的金屬塑性成形工藝。采用反擠壓工藝代替多道變薄拉伸工藝生產(chǎn)超薄壁圓筒件，可以明顯提高制件的表面質(zhì)量，節(jié)約材料，大大提高生產(chǎn)率。
[0038]上述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用于限制本發(fā)明的實施方案，本領域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的主要構(gòu)思和精神，可以十分方便地進行相應的變通或修改，故本發(fā)明的保護范圍應以權(quán)利要求書所要求的保護范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種制造超薄壁微小圓筒件的模具，其特征在于:其包括上模座(1)、下模座(2)、沖頭固定板(3)、上沖頭(4)、凹模固定板(5)、活動凹模(6)、下沖頭(7)、凸模墊板(8)、加熱圈(9)、凹模墊板(12)、多個導套(10)和多根導柱(11)，所述上模座⑴和下模座⑵上下平行設置，上模座(1)的四周沿上模座(1)的厚度方向穿設有多個導套(10)，每根導柱(11)的一端均穿設在下模座(2)的底端面上，每根導柱(11)的另一端均可滑動設置在對應的導套(10)內(nèi)，上沖頭(4)的上端與凸模墊板(8)相連接，凸模墊板(8)固定在沖頭固定板(3)內(nèi)，沖頭固定板(3)固定在上模座(1)的底端面上，凹模固定板(5)固定在下模座(2)上，所述凹模固定板(5)上設有凹模安放孔(5-1)，活動凹模(6)設置在凹模安放孔(5-1)內(nèi)，下沖頭(7)設置在活動凹模(6)內(nèi)且底部與凹模墊板(12)相接，凹模墊板(12)位于下模座(2)和活動凹模(6)之間且兩端嵌入凹模固定板(5)內(nèi)，所述加熱圈(9)設置在凹模固定板(5)的外側(cè)面，上沖頭(4)與下沖頭(7)的中心線重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造薄壁微小圓筒件的模具，其特征在于:所述上沖頭(4)的底部沿下模座⑵的厚度方向延伸出一工作帶(4-1)，工作帶(4-1)的長度為0.8~1.5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制造薄壁微小圓筒件的模具，其特征在于:所述沖頭固定板(3)通過緊固螺釘固定在上模座(1)的底端面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一 種制造薄壁微小圓筒件的模具，其特征在于:所述凹模固定板(5)通過緊固螺釘固定在下模座(2)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種制造薄壁微小圓筒件的模具，其特征在于:所述沖頭固定板(3)、上沖頭(4)、活動凹模(6)、下沖頭(7)、凸模墊板(8)和凹模墊板(12)均采用高鉻合金工具鋼Crl2Mo制成。
6.一種使用權(quán)利要求1所述的模具制造薄壁微小圓筒件的方法，其特征在于:具體步驟為: 步驟一:將經(jīng)過體積不變原理計算所加工的坯料放入活動凹模(6)的型腔內(nèi)，并通過加熱圈(9)將模具和坯料加熱到100-600°C ； 步驟二:在該溫擠壓溫度下，通過壓力機向下運行驅(qū)動上沖頭(4)向下運動，坯料在上沖頭(4)的作用下產(chǎn)生塑性變形，通過反擠在上沖頭(4)與活動凹模(6)之間充填形成超薄壁結(jié)構(gòu)； 步驟三:壓力機達到預先設定的載荷時，保壓1-5分鐘，然后卸去設備壓力，此時薄壁微小圓筒件的工件成形完畢； 步驟四:將模具和步驟三中成形的工件進行冷卻，當模具和工件冷卻到50°C以下時，開始取樣；首先，上移上沖頭(4)使其與工件分離，再通過向上移動下沖頭(7)將工件從活動凹模(6)的型腔中取出。
【文檔編號】B21C25/02GK103639227SQ201310657043
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】王春舉, 徐杰, 單德彬, 郭斌 申請人:哈爾濱工業(yè)大學