一种用于电流自阻加热粉末介质凸模辅助板材成形的模具的制作方法

本发明涉及一种成形模具。

背景技术：

金属板材的热成形是指板材在加热至再结晶温度之上时进行固态塑性加工的一种金属热加工工艺。通过热成形能充分发挥金属热塑性，成形出形状复杂的零件，同时降低了成形力。在热成形过程中引入电流，利用电流的焦耳热效应对板材进行加热能够迅速使板材达到成形所需的温度，提高零件成形的效率，大大降低成形能耗。利用粉末介质作为成形凸模，在板材成形过程中引入切向摩擦，提高了板材补料能力，从而提升了板材的成形极限。

电流自阻加热粉末介质凸模辅助板材成形的基本原理是：将脉冲电源的正负极由电极引出，电极夹持在板材两端，通电后实现对板材快速加热升温。同时压力机作用于冲头，冲头将力传递给粉末介质，板材在加热状态下通过粉末介质的作用实现贴模成形。现有电流辅助板材加热成形的成形模具通常是金属模，在成形前先进行通电加热使板材达到成形温度，当板材达到既定温度时，迅速断电，成形出所需的零件，即全部过程分为通电加热和成形两个阶段，成形时板材与模具接触导电易产生“打火”现象，从而损坏电源。诸如钛合金板材需在650℃～750℃温度区间进行成形，成形温度较高。因此现有电流自阻加热辅助板材成形时无法保证板材与模具的绝缘，即无法完成成形过程中的持续通电加热。同时无法保证在较高温度区间成形时模具的稳定性抗氧化与防止高温开裂。总而言之，目前电流自阻加热辅助板材成形模具不兼具绝缘性和耐高温性。现有粉末介质作凸模对板材进行热成形一般在加热炉内加热易于维持板材温度场的均匀。但是板材在电流辅助加热成形时，模具暴露在外界环境中，板材上热量容易通过粉末介质耗散，造成了成形时板材温度不均，影响成形件质量。由此可见，目前在电加热时作为凸模的粉末介质无法进行保温防止热量耗散。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决电流自阻加热粉末介质凸模辅助板材成形时模具与板材的绝缘性差，板材上热量容易通过粉末介质耗散，造成了板材成形时温度不均，导致成形件质量差的问题，而提供一种用于电流自阻加热粉末介质凸模辅助板材成形的模具。

一种用于电流自阻加热粉末介质凸模辅助板材成形的模具包括冲头、上支板、外套、6块保温陶瓷片、压边圈、2块第一陶瓷分瓣凹模、2块第二陶瓷分瓣凹模和下支板；

所述的上支板的四角处分别通过定位螺栓和定位螺母与下支板的四角处定位连接；上支板的下表面与外套固定连接，外套内设有6块保温陶瓷片，保温陶瓷片为中间具有孔洞的陶瓷片；6块保温陶瓷片堆叠在一起，孔洞处形成凸模腔，且凸模腔的中心轴与外套的中心轴重合；

所述的第一陶瓷分瓣凹模和第二陶瓷分瓣凹模呈镜像对称；2块第一陶瓷分瓣凹模和2块第二陶瓷分瓣凹模组装成凹模，2块第一陶瓷分瓣凹模和2块第二陶瓷分瓣凹模的外侧分别设有角钢，凹模和4个角钢设置在下支板上；

所述的冲头的下端穿过上支板进入到凸模腔中，凹模与保温陶瓷片之间设有压边圈，待成形板材设置在凹模与压边圈之间。

本发明的工作原理：

下支板为整个模具的载体，待成形板材于压边圈和凹模之间，其位置相对模具居中，待成形板材两端在由脉冲电源引出的电极夹持下进行通电自阻加热，粉末介质放置于保温陶瓷片堆叠组合成的凸模腔中，成形过程中的压边力通过与定位螺栓配合的定位螺母的松紧调节控制，成形时冲头通过连接压力机实现下压，将力传递给粉末介质，粉末介质作用于待成形板材，从而完成板材的贴模成形。

本发明与现有技术相比包含的有益效果是：

一、凹模的材质为zro陶瓷，保温陶瓷片的材质为zro陶瓷，压边圈的材质为云母，解决了待成形板材在通电加热成形过程中与模具的绝缘性问题及在高温下模具的稳定性抗氧化与防止高温开裂问题；6块保温陶瓷片堆叠在一起，孔洞处形成凸模腔，粉末介质置于凸模腔中，减少了成形时通过粉末介质的热量耗散；凹模通过可调节松紧的角钢完成组合固定；上支板和下支板通过定位螺栓定位导向，定位螺母调整作用在待成形板材上的压边力；待成形板材待成形板材设置在凹模与压边圈之间，待成形板材的两端连加热电极进行热成形。

本发明用于板材的热成形。

附图说明

图1是实施例一中用于电流自阻加热粉末介质凸模辅助板材成形的模具的整体结构示意图，水平箭头指示的是待成形板材被电极所夹持的通电加热端，竖直箭头指示的是待成形板材成形时冲头受到的压力方向；

图2是实施例一中用于电流自阻加热粉末介质凸模辅助板材成形的模具的整体结构爆炸图；

图3是图1的半剖主视图；

图4是图1的左视图；

图5是图1的俯视图；

图6是保温陶瓷片的结构示意图；

图7是压边圈的结构示意图；

图8是凹模的结构示意图；

图9是角钢固定到下支板的结构示意图；

图10是本发明中角钢的结构示意图；

图11是下支板的结构示意图；

图12为第一陶瓷分瓣凹模的结构示意图；

图13为第二陶瓷分瓣凹模的结构示意图；

图14为利用用于电流自阻加热粉末介质凸模辅助板材成形的模具成形出的ta15钛合金零件的数码照片图；

图15为利用用于电流自阻加热粉末介质凸模辅助板材成形的模具成形出的ta15钛合金零件的截面数码照片图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种用于电流自阻加热粉末介质凸模辅助板材成形的模具包括冲头1、上支板2、外套5、6块保温陶瓷片6、压边圈7、2块第一陶瓷分瓣凹模9-1、2块第二陶瓷分瓣凹模9-2和下支板11；

所述的上支板2的四角处分别通过定位螺栓4和定位螺母3与下支板11的四角处定位连接；上支板2的下表面与外套5固定连接，外套5内设有6块保温陶瓷片6，保温陶瓷片6为中间具有孔洞的陶瓷片；6块保温陶瓷片6堆叠在一起，孔洞处形成凸模腔，且凸模腔的中心轴与外套5的中心轴重合；

所述的第一陶瓷分瓣凹模9-1和第二陶瓷分瓣凹模9-2呈镜像对称；2块第一陶瓷分瓣凹模9-1和2块第二陶瓷分瓣凹模9-2组装成凹模9，2块第一陶瓷分瓣凹模9-1和2块第二陶瓷分瓣凹模9-2的外侧分别设有角钢10，凹模9和4个角钢10设置在下支板11上；

所述的冲头1的下端穿过上支板2进入到凸模腔中，凹模9与保温陶瓷片6之间设有压边圈7，待成形板材8设置在凹模9与压边圈7之间。

本实施方式中下支板11和上支板2是整个模具的载体，确保了模具在工作过程中放置平稳。6块保温陶瓷片6堆叠在一起，孔洞处形成凸模腔，粉末介质置于凸模腔中，上支板2与外套5组合对粉末介质进行密封，减少了热量耗散；压边圈7的材质为耐高温云母材料，凹模9的材质为zro陶瓷，实现待成形板材8在通电加热成形时与接触模具的绝缘，在成形过程中实现持续通电加热，同时如此选用模具材料，保证待成形板材8在高达900℃温度下成形时成形模具稳定，无氧化。

本实施方式中上支板2、外套5、角钢10、下支板11、螺栓4、螺母及螺钉均采用耐高温耐氧化的304不锈钢材料，避免模具整体在高温下氧化及热畸变，从而确保其机械性能的稳定。

本实施方式与现有技术相比包含的有益效果是：

一、凹模9的材质为zro陶瓷，保温陶瓷片6的材质为zro陶瓷，压边圈7的材质为云母，解决了待成形板材8在通电加热成形过程中与模具的绝缘性问题及在高温下模具的稳定性抗氧化与防止高温开裂问题；6块保温陶瓷片6堆叠在一起，孔洞处形成凸模腔，粉末介质置于凸模腔中，减少了成形时通过粉末介质的热量耗散；凹模9通过可调节松紧的角钢10完成组合固定；上支板2和下支板11通过定位螺栓4定位导向，定位螺母3调整作用在待成形板材8上的压边力；待成形板材8待成形板材8设置在凹模9与压边圈7之间，待成形板材8的两端连加热电极进行热成形。

本实施方式用于板材的热成形。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述的外套5的材质为不锈钢。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述的冲头1的底部和棱角处为圆角，且冲头1的横截面的尺寸小于凹模9型腔的横截面积。其它步骤与具体实施方式一或二相同。

冲头1的底部和四周进行倒圆角处理，有助于冲头1下压时与之接触的粉末介质的充分流动；冲头1横截面尺寸小于凹模9型腔横截面尺寸，以确保粉末介质向模壁流动，使板材能贴模成形；若冲头1尺寸太大易造成粉末介质在凸模腔内塞积，流动困难，从而造成待成形板材8无法贴模成形。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述的外套5与上支板2通过4个螺钉15连接。其它步骤与具体实施方式一至三相同。

螺钉对外套5和上支板2进行固定，方便模具拆装。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述的保温陶瓷片6的材质为zro陶瓷。其它步骤与具体实施方式一至四相同。

保温陶瓷片6的材质为zro陶瓷，实现对粉末介质的保温作用，6块保温陶瓷片6的各侧面相互平齐堆叠放置，保温陶瓷片6为中间具有孔洞的陶瓷片；6块保温陶瓷片6堆叠在一起，孔洞处形成凸模腔，用于放置粉末介质，避免了凸模腔在较高温度下使用时材料内部产生热应力开裂。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：所述的外套5与保温陶瓷片6相平行的两侧面距离为1mm。其它步骤与具体实施方式一至五相同。

靠近上支板2的保温陶瓷片6与上支板2的距离为1mm，外套5与保温陶瓷片6相平行的两侧面距离为1mm，是为避免在高温成形时上述两部分热膨胀形成接触，产生接触应力，造成保温陶瓷片6开裂；另一方面，保温陶瓷片6和外套5之间有间隙，避免了二者直接接触导热，有利于减少待成形板材8通过粉末介质的热量耗散。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：所述的压边圈7的材质为云母，压边圈7通过4个压边圈定位螺栓14与下支板11进行定位连接。其它步骤与具体实施方式一至六相同。

压边圈7通过4个压边圈定位螺栓14与下支板11进行定位连接避免了压边圈7前后左右的窜动，实现了压边圈7的定位，保证了其与模具整体的位置相对居中。

压边圈7使用hp-8耐高温云母板，确保其与待成形板材8在通电加热成形时绝缘。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：所述的第一陶瓷分瓣凹模9-1和第二陶瓷分瓣凹模9-2的材质均为zro陶瓷。其它步骤与具体实施方式一至七相同。

所述的第一陶瓷分瓣凹模9-1和第二陶瓷分瓣凹模9-2的材质均为zro陶瓷，确保成形时与待成形板材8接触绝缘以及耐高温。2块第一陶瓷分瓣凹模9-1和2块第二陶瓷分瓣凹模9-2各面对齐拼装成整体凹模9，如此，避免了一体陶瓷模具在高温下使用热应力集中造成开裂破坏；通过4个角钢10和下支板11进行调节固定，如此，能调节松紧。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：每个角钢10与下支板11相平行的一面设有两个长型孔，且通过2个角钢螺栓12和2个角钢螺母13与下支板11相连接。其它步骤与具体实施方式一至八相同。

本实施方式中通过调整长型孔的位置调节卡紧的程度。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：角钢10与下支板11相垂直的一面高度小于凹模9的高度。其它步骤与具体实施方式一至九相同。

角钢10竖直一侧高度小于凹模9的高度，避免待成形板材8两端在电极夹持下通电加热时，电极和成形板材8端部接触角钢10上部，产生“打火”。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：结合图1～图15说明本实施例，本实施例一种用于电流自阻加热粉末介质凸模辅助板材成形的模具包括冲头1、上支板2、外套5、6块保温陶瓷片6、压边圈7、2块第一陶瓷分瓣凹模9-1、2块第二陶瓷分瓣凹模9-2和下支板11；

所述的上支板2的四角处分别通过定位螺栓4和定位螺母3与下支板11的四角处定位连接；上支板2的下表面与外套5固定连接，外套5内设有6块保温陶瓷片6，保温陶瓷片6为中间具有孔洞的陶瓷片；6块保温陶瓷片6堆叠在一起，孔洞处形成凸模腔，且凸模腔的中心轴与外套5的中心轴重合；

所述的第一陶瓷分瓣凹模9-1和第二陶瓷分瓣凹模9-2呈镜像对称；2块第一陶瓷分瓣凹模9-1和2块第二陶瓷分瓣凹模9-2组装成凹模9，2块第一陶瓷分瓣凹模9-1和2块第二陶瓷分瓣凹模9-2的外侧分别设有角钢10，凹模9和4个角钢10设置在下支板11上；

所述的冲头1的下端穿过上支板2进入到凸模腔中，凹模9与保温陶瓷片6之间设有压边圈7，待成形板材8设置在凹模9与压边圈7之间；

所述的外套5的材质为不锈钢；

所述的冲头1的底部和棱角处为圆角，且冲头1的横截面的尺寸小于凹模9型腔的横截面积；

所述的外套5与上支板2通过4个螺钉15连接；

所述的保温陶瓷片6的材质为zro陶瓷；

所述的外套5与保温陶瓷片6相平行的两侧面距离为1mm；

所述的压边圈7的材质为云母，压边圈7通过4个压边圈定位螺栓14与下支板11进行定位连接；

所述的第一陶瓷分瓣凹模9-1和第二陶瓷分瓣凹模9-2的材质均为zro陶瓷；

每个角钢10与下支板11相平行的一面设有两个长型孔，且通过2个角钢螺栓12和2个角钢螺母13与下支板11相连接；

角钢10与下支板11相垂直的一面高度小于凹模9的高度；

上支板2、角钢10、下支板11、定位螺栓4、定位螺母3和螺钉15均采用耐高温耐氧化的304不锈钢材料。

从图14～图15可知，利用实施例一中用于电流自阻加热粉末介质凸模辅助板材成形的模具成形出的ta15钛合金零件与模具贴模效果良好，形状精度高。