流量控制式一次成型多维度弯管件用的模具的制作方法

本实用新型涉及热加工领域，具体是一种通过控制分流孔内金属流量一次成型挤出多维度弯管件的模具。

背景技术：

由于弯管零件容易满足对产品轻量化、高强度和低消耗等方面的要求，在航空和航天等高技术领域中得到了广泛应用，除大量应用于气体、液体的输送管路外，也广泛用作金属结构件。随着航空和航天等高技术领域的发展，对弯管的需求越来越薄壁化、加工一体化，传统的弯管件加工主要有两种方法，一种是推弯，也叫挤压弯曲，还有一种是绕弯。不管是上述哪种方法，均需要两套设备，即（1）将金属坯料制成直管件的设备，可以是拉拔、挤压、轧制等设备；（2）将直管绕弯或者推弯的机器，一般为绕弯机和推弯机。

在公开号为CN203389973U的实用新型创造中公开了一种弯管挤压模具，其具体做法是首先将直管放置在凹槽内，然后通过驱动液压缸带动挤压导轮下压，这样就可以将直管变成弯管。这样使用方便，效率高，但是，其原料为已经加工成形的直管的。需要前期进行将固体坯料加工成直管。

在公开号为CN204583951U的实用新型创造中公开了金属弯管装置，通过挤压控制气缸及加热器的共同作用和弯管挤压推块的端面的弧形设置，完成对金属直管的弯曲作业。同样的，其特点是在现有直管的基础上进行推弯作业，仅动力方式与前述实用新型不同。

在公开号为CN103861912A的实用新型创造中公开了一种铝合金管材弯曲成形方法；其做法为将低熔点的合金金属小块放入需要弯制的直管中，然后通过加热使金属小块熔化，冷却凝固后在绕弯机上进行绕弯，最后再通过加热将填充金属熔化自动流出。其解决了铝合金管材弯曲成形后截面会出现严重畸变，如凹陷、凸起等难题。但其特点是采用成品直管，因此也必须先将金属固体坯料加工成直管。

在公开号为CN203389973U的实用新型创造中公开了一种等壁厚弯管的弯曲挤压成形方法；其将实心圆柱坯加热后放入模具；通过冲头对实心圆柱坯施加轴向挤压，使其发生穿孔及塑性变形；移开上模，去除等直径芯棒，获得等壁厚弯管。这种方法的到的等壁厚弯管有以下缺点：（1）因为有固定芯棒的装置阻挡使挤出弯管长度低，无法满足常见使用条件；（2）无法实现多维度弯管生产，其只能在同一个平面内进行挤压弯曲；（3）挤压完成后，等壁厚弯管牢牢的卡在芯棒上，较难去除，或在去除过程中划伤管壁。

综上所述，目前没有一种从固态金属坯料到多维度弯管件整体成形的方法；此外，在分流焊合挤压管材中，经常因为分流孔的直径误差而导致挤出的直管材具有一定的弯曲度，生产和设计人员千方百计避免这种缺陷，却未见将这种缺陷利用起来挤压弯管。

有鉴于此，本实用新型提供一种通过动态调整传统分流挤压模具中分流孔内金属流量的模具及使用方法，实现一台机器生产等壁厚高精度高强度细晶弯管件，不但彻底摆脱先用传统的挤压机、拉拔机或轧制机生产直管再将直管绕弯或推弯的加工方法，而且在加工过程中能实现无凹陷、凸起、褶皱等缺陷的等壁弯管件厚的加工。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的工序繁多、成形质量差，本实用新型提出了流量控制式一次成型多维度弯管件用的模具及其使用方法。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：流量控制式一次成型多维度弯管件用的模具，包括挤压筒内衬、凸模、凹模、主挤压杆和侧向挤压调节控制杆，凹模、凸模和挤压筒内衬依次贴合连接在一起；所述的凸模的一端设有定径带，定径带设置在凹模的定径孔内，定径带的外壁与定径孔的槽壁之间存有用于挤出弯管件的间隙，在凸模上均布有4个贯通凸模轴向大小一致的金属流动通道，各金属流动通道的中心线均与凸模的中心线平行，凸模的端面与主挤压杆的内壁围成用于放置坯料的坯料腔，坯料腔内设置有主挤压杆，主挤压杆的形状与坯料腔相匹配，并对坯料腔内的坯料进行挤压，在凸模的外圆面的横向和纵向上分别开设至少一个横向孔，每一个横向孔内均设有与横向孔内径相匹配的侧向挤压调节控制杆，侧向挤压调节控制杆穿过横向孔伸入金属流动通道内，调节每个侧向挤压调节控制杆的伸入量，以改变各个金属流动通道的流通截面积，使弯管件实现多维度成型。

本实用新型所述的凸模的一端设有圆柱形凸台，凸台、凸模的端面与主挤压杆的内壁围成环形坯料腔，环形坯料挂设在凸台上。

本实用新型所述的凸台根部的外缘与金属流动通道的内壁相切。

本实用新型所述的坯料的外径小于所述挤压筒内衬的内径2-3mm，其内径大于凸台的外径2-3mm。

本实用新型所述的侧向挤压调节控制杆为台阶式圆轴形结构，其细端的外径与凸模上的横向孔的内径相同。

本实用新型所述的定径孔轴向长度为挤出管壁厚的0.8~1.2倍。

本实用新型所述的定径孔的出口端设有空刀槽，空刀槽的出口口径大于该空刀槽（23）的入口口径。

本实用新型所述的定径带、凸模的端面和凹模的内壁围成焊合腔，焊合腔与定径孔连通。

本实用新型所述的焊合腔的孔径大于凸模端面上的各金属流动通道外缘的距离。

本实用新型所述的定径带的轴向长度为挤出管管壁厚度的0.8-1.2倍。

本实用新型的有益效果是：

1、通过改变侧向挤压调节控制杆伸入金属流动通道的多少，改变某一方向的金属流量大小，从而使所制的弯管件可随时在弯曲成型与直线成型进行切换，结构合理，减少成型工艺，一种模具可制成多种弯管件。

2、将凸模的一端设置成凸台，并采用挂设有凸台上的环形坯料与坯料腔完全匹配的主挤压杆完成挤压，该种结构，使坯料在挤压过程中各个方向受力均匀，不会发生挤压错位，力度变改等情况，使成管更为均匀，即使改变某一个金属流动通道内金属流量，也不会使其它金属流动通道内的流量发生变化。

3、在定径孔的一侧设置空刀槽，成型的弯管件从空刀槽成型挤出，使空刀槽的出口口径大于该空刀槽的入口口径，即对成型的弯管件起到导向作用，又不会影响管件的成型，防止对管件的成型干扰。

4、凸台根部的外缘与金属流动通道的内壁相切，使环形的坯料能完全无阻碍的被挤入金属流动，使坯料能够被充分利用。

附图说明

图1是本实用新型的模具系统装配图；

图2是图1的主剖视图；

图3是图1的A-A剖视图；

图4是本实用新型挤压筒内衬的结构示意图；

图5是图4的B-B剖视图；

图6是本实用新型凸模的结构示意图；

图7是图6的主剖视图；

图8是本实用新型凹摸的结构示意图；

图9是图8的主剖视图；

图10是本实用新型侧向挤压调节控制杆的结构示意图；

图11是图10的主剖视图；

图12是坯料的结构示意图；

图13是图12的主剖视图；

图14是本实用新型主挤压杆的结构示意图；

图15是图14的主剖视图；

图16是成形过程示意图；

图17是实施例中的产品尺寸结构图；

图中：1.、挤压筒内衬，2、凸模，3、凹模，4.、起吊螺孔，5.、定位销，6、侧向挤压调节控制杆，7、侧向挤压调节控制杆，8、连接销，9、螺栓，10、坯料腔，11、金属流动通道，12、焊合腔，13、定径带，14、定位孔，15、主挤压杆，16、坯料，17、分流孔内金属，18、焊合腔内金属，19、成形位置，20. 挤出弯管件，21.、凸台，22.、横向孔，23、空刀槽，24、定径孔。

具体实施方式

流量控制式一次成型多维度弯管件用的模具包括挤压筒内衬、凸模、凹模、主挤压杆、侧向挤压调节控制杆和坯料；凹模一端的端面通过连接螺栓和销与凸模的一个端面连接、凸模另一端的端面通过螺栓和连接销与挤压筒内衬一端的端面连接；连接后，凸模的型芯部分伸入挤压筒内衬圆柱形内腔内，并与内腔一起形成环形坯料腔，用于盛放筒形坯料；主挤压杆安装在坯料腔的一端，与坯料的相应的一端接触配合；侧向挤压调节控制杆的细端安装在凸模外缘上的横向孔中，粗端安装在挤压机上。

挤压筒内衬内腔为筒形件，与凸模、凹模装配后装入挤压机的挤压筒，其外径与挤压筒配合，所述挤压筒内衬的内径比坯料的外径大2-3mm，形成间隙配合。

凸模的一端有凸出端面的定径带，所述的定径带位于凸模上与凹模配合一端的端面中心，该定径带的轴向长度为挤出管壁厚的0.8~1.2倍；该定径带端头处有径向凸出的凸台，该凸台的直径等于待成形管材的内径；在凸模上均布有4个贯通该凸模轴向的金属流动通道，各金属流动通道的中心线均与凸模的中心线平行；所述凸模的金属流动通道在该凸模与凹模配合一端端面上的出口，与位于凸模4该端面的定径带的根部相切。在凸模的外缘上有两个横向孔，所述的两个横向孔分别与相邻的两个金属流动通道相贯通，所述的两个横向孔的中心线与凸模的中心线垂直且相交。凸模背离定径带的一端有一个圆柱形凸台，所述凸台根部的外缘与所述金属流动通道的内壁相切，与挤压筒内衬装配后，该凸台伸入挤压筒内衬形成圆环状空间，用于安装坯料。

所述凹模一端设有空刀槽，该空刀槽的出口大于该空刀槽的入口；凹模与凸模配合一端端面中心有焊合腔，该焊合腔的孔径略大于凸模端面上的各金属流动通道外缘的距离；在凹模的焊合腔与凹模的空刀槽之间有定径孔，定径孔轴向长度为挤出管壁厚的0.8~1.2倍；并且所述定径孔与凸模上定径带的外缘之间有间隙；所述间隙的尺寸与所成形管材的壁厚相同。

所述侧向挤压调节控制杆具有台阶圆轴形结构形态。细端的外径与凸模上的横向孔的内径相同。细端的长度应足以保证能伸进金属流动通道，并达到最大可堵塞通道一半截面。

所述坯料的截面与所述主挤压杆的截面均为环形；所述主挤压杆的外径与所述挤压筒内衬内腔的内径相等，内径与所述凸模上离定径带的一端有一个圆柱形凸台的外径相同；所述坯料的外径小于所述挤压筒内衬的内径2-3mm，内径大于所述凸模上背离定径带的一端有一个圆柱形凸台的外径2-3mm。

使用中，挤压筒内衬中的筒形金属坯料在主挤压杆的推动下，向凸模流动，在凸模与挤压筒内衬的交界处分流，进入凸模中的金属流动通道并流动到焊合腔区域焊合，通过定径带和定径孔处确定管材截面形状挤出。在此过程中，通过两个侧向挤压调节控制杆控制相应的金属流动通道内的截面积，进而控制相应金属流动通道内金属流量。

具体使用方法：

（1）在四个金属流动通道内的流量完全相等的情况下，挤出管材为直管；挤压调节控制杆的初始位置应不插入金属流动通道，与金属流动通道的内壁相切；

（2）当挤出到需要弯曲的位置时启动侧向挤压调节控制杆，使其向凸模的轴线运动，在此过程中，由于减少了相应的金属流动通道内的截面积，所以减少了相应的金属流动通道内的流量，则产生由于周向金属供给量不均匀，迫使使管材周向不同部位获取的金属量不同，产生相应的弯曲，以到达挤出多维度弯曲管的目的；

（3）当一个侧向挤压调节控制杆向凸模的轴线工进时，管材瞬时向相应的挤压调节控制杆方向弯曲；

（4）当弯曲角达到设计需要时，挤压调节控制杆瞬间退回到初始位置，开始挤出直管；

（5）如此反复通过控制两个挤压调节控制杆进退，达到生产多维度、高性能、无褶皱的高精度弯管件。

本实施例是一种通过控制分流孔内金属流量来挤出多维度弯管件的模具，用于挤压图17所示的弯管件。所挤压管材产品的直径为100mm厚度3mm圆截面弯管件，产品的材料为6061铝合金，其余具体尺寸如图17所示。成形过程采用的挤压机主挤压缸吨位为3000t，侧缸挤压力大于等于60t，可利用模具顶出机构和挤压机剪刀控制机构的液压缸改装成两侧缸用于传动侧向挤压调节控制杆，也可另装两个相应的侧向液压缸用于传动侧向挤压调节控制杆。采用H13热作模具钢制作模具和其余挤压工具。

本实用新型包括挤压筒内衬1、凸模2、凹模3、主挤压杆15、侧向挤压调节控制杆6、侧向挤压调节控制杆7和坯料16；凹模3一端的端面通过连接销8和内六角紧固螺栓9与凸模2的一个端面连接、凸模2另一端的端面通过连接销8和内六角紧固螺栓9与挤压筒内衬1一端的端面连接；连接后，凸模2的凸台部分伸入挤压筒内衬1圆柱形内腔，并与内腔一起形成环形内腔，用于盛放筒形坯料16；主挤压杆15安装在所述环形内腔的一端，与坯料16的相应的一端接触配合；侧向挤压调节控制杆6和侧向挤压调节控制杆7的细端安装在凸模2外缘上的横向孔中，并置于初始位置，不伸进金属流动通道11，保持与金属流动通道11的内壁相切，粗端安装在挤压机上的侧缸上。

挤压筒内衬1为圆环柱体。挤压筒内衬1的外径与挤压筒的内径配合。挤压筒内衬1内有圆柱形型腔。在挤压筒内衬1与凸模2配合的的端面上对称分布有2个连接销孔和2个螺栓孔，用于将挤压筒内衬1与凸模2固连。挤压筒内衬1与凸模2、凹模3装配后装入挤压机的挤压筒，其外径与挤压筒配合。

凸模2的一端有凸出端面的定径带13，所述的定径带位于凸模2上与凹模3配合一端的端面中心，定径带13的有效工作轴向长度在本实施例中为2.5mm，定径带13的端部直径等于待成形管材的内径100mm；在凸模2上均布有4个直径为38mm的贯通凸模2轴向的金属流动通道11，金属流动通道11的中心线均与凸模2的中心线平行；所述凸模2的金属流动通道11在该凸模2与凹模3配合一端端面上的出口，与位于凸模2该端面的定径带13的根部相切。在凸模的外缘上有两个直径为38mm的横向孔22，所述的两个横向孔22分别与对应的两个金属流动通道11垂直贯通。凸模2背离定径带13的一端有一个圆柱形凸台21，所述凸台21根部的外缘与所述金属流动通道11的内壁相切，与挤压筒内衬1装配后，该凸台伸入挤压筒内衬1形成圆环状空间，用于安装坯料16。

凹模3一端设有空刀槽23，该空刀槽的出口大于该空刀槽的入口；凹模与凸模配合一端端面中心有焊合腔12，焊合腔12的孔径大于凸模2端面上的金属流动通道11外缘的距离2mm；在凹模3的焊合腔12与凹模3的空刀槽23之间有定径孔24，定径孔24轴向长度为2.5mm；并且所述定径孔24与凸模2上定径带13的外缘之间有间隙为3mm。

侧向挤压调节控制杆6和侧向挤压调节控制杆7具有台阶圆轴形结构形态。细端的外径为38mm与凸模2上的横向孔22的内径相同。细端的长度为110mm。粗端安装在挤压机侧缸的工装上。

本实施例中坯料外径为177mm，内径为83mm，长度为450mm，安装在凸模2和挤压筒内衬1形成的环形腔内；本实施例中主挤压杆外径为180mm，内径为80mm，长度为750mm，一端安装在挤压机上的主缸活塞上。

本实施例中挤压机动作控制的方法：

（1）挤压筒内衬1中的坯料16在主挤压杆15以3~4mm/s的速度的轴向推动下，向凸模2流动，在凸模2与挤压筒内衬1的交界处分流，进入凸模中的金属流动通道11并流动到焊合腔12区域形成焊合腔内的金属18，通过定径带13和定径孔24处缝隙形成的成形位置19确定管材截面形状挤出。此时侧向挤压调节控制杆6和侧向挤压调节控制杆7在初始位置，未伸进凸模2的金属流动通道11，其端面与金属流动通道11内壁相切。

（2）在挤出的初始过程中，会有一定量的裂纹和褶皱区，称为料头，除去料头后当挤出的直管长度超过200mm时，即可开始进行第一个弯曲半径为R50的弯曲管段挤压，R50为管材弯角的内圆弧的半径，此时将挤压调节控制杆6启动，并以大于30mm/s的速度向凸模2的轴线方向工进17.45mm停下。同时将主挤压杆15的工进速度降低至1~1.5mm/s；该段弯曲部分的金属体积为147894mm³，结合本实施例中挤压筒内衬型腔的截面尺寸，并根据体积不变原理计算可知，主挤压杆再运行6.76mm即可完成该R50的弯曲管段。

（3）然后将挤压调节控制杆6以大于30mm/s的速度向凸模2的轴线的反方向后退17.45mm停下至初始位置，将主挤压杆速度调整为3~4mm/s的速度，挤出该段长度为245mm的直管需要230790 mm³的金属，同样根据体积不变原理计算可知，需要主挤压杆运行11.30mm即可完成该长度为245mm的直管段。

（4）然后将主挤压杆速度降低至1~1.5mm/s；并将此时将挤压调节控制杆7启动，并以大于30mm/s的速度向凸模2的轴线方向工进10.41mm停止，开始内圆弧为R100弯曲管段的挤出，按照上述体积不变原理，该弯曲段体积为443682 mm³，主挤压杆运行21.73mm即可完成该R100的弯曲管段。

（5）然后将挤压调节控制杆7以大于30mm/s的速度向凸模2的轴线的反方向后退10.41mm并停至初始位置，将主挤压杆速度调整为3~4mm/s的速度，挤出该段长度为130mm的直管。