一种金属件底部增厚的板锻造成形方法及其模具与流程

本发明涉及金属材料板锻造(塑性)成形加工技术领域，特别是涉及一种金属件底部增厚的板锻造成形方法及其模具。

背景技术

近年来，随着制造业向着绿色制造和智能制造的方向发展，满足产品轻量化生产的要求，尤其是对航空航天、汽车、电子电器等领域的结构配件的生产极为重要。目前，对于壁薄底厚，且带有较小圆角的金属件加工采用棒坯反挤压成形、变薄拉深成形、旋压成形等传统成形工艺，然而这些成形工艺存在载荷大、工序多、零件结构尺寸受限等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种金属件底部增厚的板锻造成形方法及其模具，以解决上述现有技术存在的问题，能够有效地降低成形载荷，减少工序，克服复杂零件结构尺寸受限的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种金属件底部增厚的板锻造成形方法，包括以下步骤：

s1：将预制板坯放置到制坯凹模上，压力机上方输出机构带动与之连接的制坯模具上模向下运动，使安装在所述制坯模具上模的上波形凸模与所述预制板坯接触，同时安装在所述制坯模具上模的压边圈弹簧压缩，在所述压边圈弹簧的作用下，压边圈压紧所述预制板坯，随后所述上波形凸模继续下行，与所述压力机下方输出机构连接的制坯模具下模保持以所述制坯模具上模相同的速度带动所述制坯凹模下行，使所述预制板坯在上波形凸模与固定的下波形凸模之间成形所需要的带波形结构制件；

s2：保持所述制坯模具上模不动，所述制坯模具下模向上运动，压缩所述压边圈弹簧，进而对所述制坯凹模与所述压边圈之间的所述带波形结构制件边缘进行拉深或弯曲，获得底部带波形制坯；

s3：将所述带波形制坯转移放入鐓挤增厚模具凹模中，压力机带动鐓挤成形模具的上模向下运动，使所述带波形制坯的底部波形结构在鐓挤增厚模具凸模作用下压平，增加所述带波形制坯的底部厚度，成形所需的底部增厚金属件。

优选地，所述预制板坯为圆板或多边形板或异形板或长条形。

优选地，所述步骤s1中的所述预制板坯至少能够成形一个波形结构，所述波形结构的个数为1的整数倍。

优选地，所述步骤s2中的所述带波形制坯的横截面形状为方形或圆形或异形，同一所述带波形制坯的不同高度的横截面大小相同或不同；所述步骤s2中的所述带波形制坯为弯曲件时，两侧壁对称或不对称，且所述带波形制坯的两侧壁与所述带波形制坯的底部的夹角大小为任意角度。

优选地，所述步骤s2中的所述带波形制坯成形后开模，所述带波形制坯在所述压边圈弹簧的复位作用下脱离所述上波形凸模，所述下波形凸模固定不动，从而所述制坯凹模回程时将所述带波形制坯顶出凹模，完成脱模。

优选地，所述步骤s3若对所述步骤s1所成形的所述带波形结构制件直接进行鐓挤增厚时，跳过所述步骤s2，所述鐓挤增厚模具上模需设置压边工具，对增厚区域以外的所述带波形结构制件加压，所述鐓挤增厚模具凹模模口的形状和尺寸与所述带波形结构制件的形状和尺寸相符。

优选地，利用所述步骤s3对所述步骤s1所成形的所述带波形结构制件或所述步骤s2所成形的所述带波形制坯进行鐓挤增厚时，采用室温鐓挤成形或加热鐓挤成形。

优选地，利用所述步骤s3中的所述鐓挤增厚模具能够同时对所述步骤s2所成形的所述带波形制坯进行底部波形压平和对侧壁进行整形。

本发明还提供了一种金属件底部增厚模具，包括制坯模具和鐓挤增厚模具，所述制坯模具包括制坯模具上模、制坯模具下模和下波形凸模，所述制坯模具上模包括第一上模座、第一垫板、上波形凸模固定板、上波形凸模、导向螺钉、压边圈和压边圈弹簧，所述第一垫板和所述上波形凸模固定板通过第一螺钉依次固定于所述第一上模座的下侧，所述上波形凸模固定板的中心沿轴向开设有一第一中心通孔，所述上波形凸模固定板设置于所述第一中心通孔内，所述上波形凸模的外径与所述第一中心通孔的内径相等，所述上波形凸模固定板的上侧沿周向开设有四个深沉孔以及与所述深沉孔相对应的通孔，所述导向螺钉的上端安装于所述深沉孔内，所述压边圈弹簧套装与所述导向螺钉上，所述导向螺钉的下端与所述压边圈通过螺纹连接；所述制坯模具下模包括第一下模座和制坯凹模，所述第一下模座和所述制坯凹模通过第一螺栓连接；所述第一下模座的中心和所述制坯凹模的中心沿轴向分别开设有一第二中心通孔和第三中心通孔，所述第一中心通孔和所述第二中心通孔的内径相等，所述第二中心通孔和所述第三中心通孔的内径均大于所述下波形凸模的外径，所述上波形凸模的外径大于所述下波形凸模的外径，所述上波形凸模的外径与所述带波形制坯的内径相等；所述上波形凸模的下侧设有第一波形结构，所述下波形凸模的上侧设有第二波形结构，所述第一波形结构和所述第二波形结构的形状均与所述带波形结构制件的波形结构的形状相符；

所述鐓挤增厚模具包括鐓挤增厚模具上模和鐓挤增厚模具下模，所述鐓挤增厚模具上模包括第二上模座、第二垫板、鐓挤凸模固定板和鐓挤凸模，所述第二垫板和所述鐓挤凸模固定板通过第二螺钉依次固定于所述第二上模座的下侧，所述鐓挤凸模固定板的中心沿轴向开设有一第四中心通孔，所述鐓挤凸模固定设置于所述第四中心通孔内，所述鐓挤凸模的外径与所述第四中心通孔的内径相等，所述鐓挤凸模的外径与所述带波形制坯的内径相等；所述鐓挤增厚模具下模包括第二下模座和鐓挤凹模，所述第二下模座和所述鐓挤凹模通过第二螺栓固定连接，所述鐓挤凹模的中心沿轴向开设有一圆形型腔，所述圆形型腔的内径与所述带波形制坯的外径相等。

优选地，所述制坯模具和所述鐓挤增厚模具均与同一压力机连接，或者所述制坯模具和所述鐓挤增厚模具分别与一压力机连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：在对底部增厚零件成形时，先预制板坯放置凹模上，控制压力机上方输出机构连接的制坯模具上模和下方连接的制坯模具下模不同时刻的下行运动状态，使预制板料在上波形凸模与固定的下波形凸模之间成形所需要的波形结构制件，从而实现波形结构聚集材料的目的；此时制坯模具上模保持不动，制坯模具下模向上运动，压缩压边圈弹簧，进而对凹模与压边圈之间的预制板坯边缘进行拉深或弯曲，获得底部带波形制坯；最后在加热或者室温条件下将底部带波形制坯转移至鐓挤凹模中，鐓挤凸模对波形结构进行压平重新分配材料增加厚度，也可对波形结构制件波形结构进行压平重新分配材料增加厚度，只需增设加压工具防止非增厚区域材料的流动和增厚，从而减小成形载荷，获得具有小圆角的壁薄底厚的拉深件和弯曲件，减少工序，克服复杂零件结构尺寸受限的问题，提高模具寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明金属件底部增厚模具的状态一的结构示意图；

图2为本发明金属件底部增厚模具的状态二的结构示意图；

图3为本发明金属件底部增厚模具的状态三的结构示意图；

图4为本发明的预制板坯的结构示意图；

图5为本发明带波形结构制件的结构示意图；

图6为本发明带波形制坯的结构示意图；

图7为本发明底部增厚金属件的结构示意图；

其中：1-下波形凸模，2-第一下模座，3-第一螺栓，4-制坯凹模，5-压边圈，6-压边圈弹簧，7-导向螺钉，8-上波形凸模固定板，9-第一垫板，10-第一螺钉，11-上波形凸模，12-第一上模座，13-第一中心通孔，14-第二中心通孔，15-第三中心通孔，16-第二下模座，17-第二螺栓，18-鐓挤凹模，19-鐓挤凸模，20-鐓挤凸模固定板，21-第二垫板，22-第二螺钉，23-第二上模座，24-第四中心通孔，25-圆形型腔，26-预制板坯，27-带波形结构制件，28-带波形制坯，29-底部增厚金属件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”和“右”指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位和位置关系，仅仅是为了方便描述的结构和操作方式，而不是指示或者暗示所指的部分必须具有特定的方位、以特定的方位操作，因而不能理解为对本发明的限制。

本发明的目的是提供一种金属件底部增厚的板锻造成形方法及其加工装置，以解决现有技术存在的问题，能够有效地降低成形载荷，减少工序，克服复杂零件结构尺寸受限的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图7所示：本实施例提供了一种金属件底部增厚的板锻造成形方法，应用于带有极小圆角直壁筒形金属件的成形。在成形前，从厚度为t0的板料上切割预制板坯26，预制板坯26优选为圆板或多边形板或异形板或长条状，更优选为圆板预制板坯26，如图4所示，圆板预制板坯26的直径为d0，厚度为t0。

金属件底部增厚的板锻造成形方法包括以下步骤：

s1：如图1所示，将圆板预制板坯26放置到制坯凹模4上不动，压力机上方输出机构带动与之连接的制坯模具上模向下运动，使安装在制坯模具上模的上波形凸模11与预制板坯26接触，同时安装在制坯模具上模的压边圈弹簧6压缩，在压边圈弹簧6的作用下，压边圈5压紧预制板坯26，随后上波形凸模11继续下行，与压力机下方输出机构连接的制坯模具下模保持以制坯模具上模相同的速度带动制坯凹模4下行，使预制板坯26在上波形凸模11与固定的下波形凸模1之间成形所需要的带波形结构制件27，如图5所示，带波形结构制件27的法兰直径为d1，波形最大高度为h1。

s2：如图2所示，带波形结构制件27成形后，保持制坯模具上模不动，制坯模具下模向上运动，压缩压边圈弹簧6，进而对制坯凹模4与压边圈5之间的带波形结构制件27边缘或法兰进行拉深或弯曲，获得底部带波形制坯28，如图6所示，带波形制坯28的圆筒直径为d2，圆筒最大高度为h2。

s3：如图3所示，完成底部带波形制坯28成形后，将带波形制坯28转移放入鐓挤增厚模具凹模中，压力机带动鐓挤成形模具的上模向下运动，使带波形制坯28的底部波形结构在鐓挤增厚模具凸模作用下压平，增加带波形制坯28的底部厚度，填充极小圆角，获得壁薄底厚、带有极小圆角的底部增厚金属件29，如图7所示，底部增厚金属件29的壁厚为t0，底部增厚到t1，内圆角和外圆角分别为r1和r2，高度为h3。

具体地，步骤s1中的预制板坯26至少能够成形一个波形结构，波形结构的个数为1的整数倍。更具体地，本实施例中的上波形凸模11和下波形凸模1优选为均具有三个波形结构，成形的波形结构的高度由底部增厚金属件29的底部增厚的大小确定，但最大高度应以不出现折叠缺陷为前提。

具体地，步骤s2中的带波形制坯28的横截面形状为方形或圆形或异形，带波形制坯28的横截面形状优选为圆形；同一带波形制坯28的不同高度的横截面大小相同或不同，同一带波形制坯28的不同高度的横截面大小优选为相同；步骤s2中的带波形制坯28为弯曲件时，两侧壁对称或不对称，带波形制坯28的两侧壁优选为对称，且带波形制坯28的两侧壁与带波形制坯28的底部的夹角大小为任意角度，具体地，带波形制坯28的两侧壁与带波形制坯28的底部的夹角大小根据加工件的具体形状具体选择。步骤s2中的带波形制坯28成形后开模，带波形制坯28在压边圈弹簧6的复位作用下脱离上波形凸模11，下波形凸模1固定不动，从而制坯凹模4回程将带波形制坯28顶出制坯凹模4，完成脱模。

步骤s3若对步骤s1所成形的带波形结构制件27直接进行鐓挤增厚时，跳过步骤s2，鐓挤增厚模具上模需设置压边工具，对增厚区域以外的带波形结构制件27加压，鐓挤增厚模具凹模模口的形状和尺寸与带波形结构制件27的形状和尺寸相符。

利用步骤s3对步骤s1所成形的带波形结构制件27或步骤s2所成形的带波形制坯28进行鐓挤增厚时，采用室温鐓挤成形或加热鐓挤成形。利用步骤s3中的鐓挤增厚模具能够同时对步骤s2所成形的带波形制坯28进行底部波形压平和对侧壁进行整形。

如图1-3所示：本实施例还提供了一种用于实施如上述金属件底部增厚板的锻造成形方法的金属件底部增厚模具，包括制坯模具和鐓挤增厚模具。

制坯模具包括制坯模具上模、制坯模具下模和下波形凸模1。制坯模具上模包括第一上模座12、第一垫板9、上波形凸模固定板8、上波形凸模11、导向螺钉7、压边圈5和压边圈弹簧6，第一垫板9和上波形凸模固定板8通过第一螺钉10依次固定于第一上模座12的下侧，上波形凸模固定板8的中心沿轴向开设有一第一中心通孔13，上波形凸模11固定于第一中心通孔13内，上波形凸模11的外径与第一中心通孔13的内径相等，所述上波形凸模固定板的上侧沿周向开设有四个深沉孔以及与所述深沉孔相对应的通孔，导向螺钉7的上端安装于深沉孔内，压边圈弹簧6套装与导向螺钉7上，导向螺钉7的下端与压边圈5通过螺纹连接。制坯模具下模包括第一下模座2和制坯凹模4，第一下模座2和制坯凹模4通过第一螺栓3连接。第一下模座2的中心沿轴向开设有一第二中心通孔14，制坯凹模4的中心沿轴向开设有一第三中心通孔15，第一中心通孔13和第二中心通孔14的内径相等，第二中心通孔14和第三中心通孔15的内径均大于下波形凸模1的外径，上波形凸模11的外径大于下波形凸模1的外径，上波形凸模11的外径与带波形制坯28的内径相等。上波形凸模11的下侧设有第一波形结构，下波形凸模1的上侧设有第二波形结构，第一波形结构和第二波形结构的形状均与带波形结构制件27的波形结构的形状相符。

鐓挤增厚模具包括鐓挤增厚模具上模和鐓挤增厚模具下模。鐓挤增厚模具上模包括第二上模座23、第二垫板21、鐓挤凸模固定板20和鐓挤凸模19，第二垫板21和鐓挤凸模固定板20通过第二螺钉22依次固定于第二上模座23的下侧，鐓挤凸模固定板20的中心沿轴向开设有一第四中心通孔24，鐓挤凸模19固定于第四中心通孔24内，鐓挤凸模19的外径与第四中心通孔24的内径相等，鐓挤凸模19的外径与带波形制坯28的内径相等。鐓挤增厚模具下模包括第二下模座16和鐓挤凹模18，第二下模座16和鐓挤凹模18通过第二螺栓17固定连接，鐓挤凹模18的中心沿轴向开设有一圆形型腔29，圆形型腔29的内径与带波形制坯28的外径相等。

制坯模具和所述鐓挤增厚模具均与同一压力机连接，或者制坯模具和鐓挤增厚模具分别与一压力机连接。具体地，制坯模具和鐓挤增厚模具优选为均与同一压力机连接。

利用本实施例中的金属件底部增厚的板锻造成形方法及其模具对底部增厚零件成形时，先预制板坯26放置在制坯凹模4上，控制压力机上方输出机构连接的制坯模具上模和下方连接的制坯模具下模不同时刻的下行运动状态，使预制板坯26在上波形凸模11与固定的下波形凸模1之间成形所需要的带波形结构制件27，从而实现波形结构聚集材料的目的；此时制坯模具上模保持不动，制坯模具下模向上运动，压缩压边圈弹簧6，进而对制坯凹模4与压边圈5之间的带波形结构制件27边缘或法兰进行拉深或弯曲，获得底部带波形制坯28；最后在加热或者室温条件下将底部带波形制坯28转移至鐓挤凹模中，鐓挤凸模对带波形制坯28的波形结构进行压平重新分配材料增加厚度，也可对带波形结构制件27的波形结构进行压平重新分配材料增加厚度，只需增设加压工具防止非增厚区域材料的流动和增厚，从而减小成形载荷，获得具有小圆角的壁薄底厚的拉深件和弯曲件，减少工序，克服复杂零件结构尺寸受限的问题，提高模具寿命。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。