一种轻合金板材高效热冲压成形模具的制作方法

本实用新型主要涉及轻合金(铝合金、镁合金)板材冲压成形领域。

技术背景

安全、环保是汽车行业发展的两条主线。铝合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀性强，抗冲击性能好、再回收能力强等优点，将成为汽车工业中最具竞争的轻质材料。铝合金在室温条件下其冲压成形性能较差，延伸率低，成形时易开裂，限制了铝合金板材的应用。

铝合金在高温下可获得更好塑性，目前已出现等温成形、超塑成形等高温下铝合金板材成形工艺，但成形速度较低、成本高。本实用新型提出一种自控温热冲压模具，可实现铝合金等轻合金板材的高效低成本成形。

技术实现要素：

本实用新型所述的一种轻合金板材高效热冲压成形模具是在常规冷冲压模具基础上，增加了模具加热及控温系统，实现了模具温度的自动控制。常规模具通常由模座、模芯、压边圈、坯料定位板、压边导向、模具导向等结构组成。本实用新型增加了模具加热与控温系统、水冷板、隔热层、绝热外围等。

在模芯上按照模具型面形状布置一系列加热孔，加热孔中放置加热棒，在模芯上还设置测温点监测模芯温度，控制加热棒的工作。加热棒通过测温点的监控，进行分组控制，对模芯不同厚度区域分开控制加热，薄的区域先达到设定的温度范围后加热棒进入保温加热模式，厚的区域的加热棒仍然进行加热，当其达到设定的温度范围后也进入保温加热模式。分组控制、分区加热方式非常有利于保证模芯整体温度的一致均匀性，进而有利于温冲压过程中铝合金板 料的变形。

增加了水冷板、隔热层等结构，使模座与模芯温度隔绝，保证模座在常温状态下，避免压机台面温度升高造成损伤。模芯外壁由一层绝热外围包裹，减少模芯散热。

隔热层、水冷板安装在模芯上，模芯通过T型螺栓连接到模座上，压边圈放置在压边圈支撑块上，用氮气弹簧作为压边力的来源，坯料定位板用来进行坯料定位的。模芯、模座、水冷部件等之间采用中心圆柱定位，设定了膨胀原点，再布置四个方向键限制热膨胀方向，这样避免模具膨胀移位；利用突出的法兰凸缘，用T型螺栓进行模芯与模座的连接。

附图说明

图1轻合金热冲压成形模具三维分解图

图2轻合金热冲压成形模具加热与温控、以及模具定位结构示意图

图中，1-上模座；2-模具导向块；3-上水冷板；4-上隔热层；5-上模芯；6-上模绝热外围；7-坯料定位板；8-压边圈；9-下模绝热外围；10-下模芯；11-下冷水板；12-模具导向座；13-压边圈垫块；14-下隔热层；15-下模座；16-压边圈导向座；17-中心定位孔；18-四周定位键槽；19-加热孔；20-温度监测点。

具体实施方式

下面根据附图对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，上水冷板、上隔热层通过中心定位孔及四周定位键与上模芯固定好位置，上模芯上的法兰凸缘有开口槽，通过T型螺栓与上模座连接，同时压紧上水冷板和上隔热层。上模绝热外围安装在上模芯外部，隔绝上模芯与外部空气的传热。下水冷板、下隔热层通过中心定位孔及四周定位键与下模芯 固定好位置，下模芯上的法兰凸缘有开口槽，通过T型螺栓与下模座连接，同时压紧下水冷板和下隔热层。下模绝热外围安装在下模芯外部，隔绝下模芯与外部空气的传热。压边圈放置在压边圈垫块上，压边圈上面安装坯料定位板，对坯料进行定位。

如图2所示，模芯加热后会膨胀变形，为了解决这个难题，在模芯中心设置中心定位孔，通过圆销完成中心定位，此中心也作为模芯膨胀原点；并在模芯四边设置四周定位键槽，对模芯前后左右方向进行限制。模芯上的法兰凸缘有开口槽，通过T型螺栓与模座连接。

如图2所示，模芯端面随形设置一系列加热孔，加热孔内放置加热棒对模芯进行加热，并且在模芯上设置若干温度监测点，对模芯温度进行监测，每个温度监测点监测相应区域内的模芯温度，对该区域的加热棒进行控制，当该区模芯温度达到设定的温度值，加热棒进入保温工作状态，若该区模芯温度低于设定的温度值，加热棒进入加热工作状态。

轻合金板材高效热冲压成形模具动作顺序如下：模座工作前先对模芯进行加热，当上下模芯的温度达到设定的温度值后，压边圈在氮气弹簧的作用下顶起，随后，用机械手将加热好的坯料放置到压边圈上，通过坯料定位板进行对中定位，机械手撤出，压机下行，上模芯下压与压边圈接触，压紧坯料，随后，上模芯与压边圈及坯料一起下行，合模，完成成形；保压一段时间后，开模，取出成形好的冲压件，放置到半成品区进行空冷，完成整个成形过程。随后压边圈在氮气弹簧的作用下顶起，准备下一个成形过程。