一种不等壁厚壳体热挤压近净成形工艺及其成形工装模具的制作方法

本发明涉及不等壁厚壳体加工，具体涉及一种不等壁厚壳体热挤压近净成形工艺及其成形工装模具。

背景技术：

1、不等壁厚壳体多为薄壁中空轴类零件，由于轻量化和节材节能要求，产品壁厚较小，为保证零件强度和使用要求，产品各部位设计有加强筋和过渡台阶，各部分过渡直径差很大，生产制造难度较大。实际生产制造时，单件生产多采用棒料直接加工的方式，原材料利用率很低；批量生产时根据产品材料、机械性能等要求，一般采用铸造或锻造成形。由于锻造成形对设备行程、吨位要求高，并且由于该类产品内外直径变化剧烈，给毛坯近净成形加工带来很大困难，口小里大，成形时无法脱模出料，粗锻成形毛坯严重影响后续加工的效率，产品制造成本居高不下。铸造毛坯机械性能差，容易出现砂眼、气孔等缺陷，且耗能很大。总而言之，目前的生产制造方式存在着以下严重不足：

2、（1）原材料利用率低：棒料加工在10%左右，传统锻造成形在50%左右，由于壳体类产品原材料价格高昂，实际损失极大。

3、（2）对设备要求高：锻造设备由于需要成形内孔，一般设备行程要达到零件总长的2.5倍以上，且随着毛坯结构复杂程度，直径、长度加大，对设备参数要求呈指数级上升。

4、（3）单位产品耗能高：传统锻造工艺需要整体加热至1100-1200℃左右，电能消耗巨大，占锻造工序成本1/3以上；铸造工序同样属于高耗能工艺，且产生污染。

5、（4）工装模具消耗大：传统锻造工艺下，成形所需压力较大，毛坯对模具的挤压、剪切、摩擦力较大，需要经过较长时间内部复杂金属流动成形，模具消耗快、易损坏，工装模具成本占挤压成形工序成本约20%。

6、（5）毛坯后续切削余量大：传统锻造工艺由于产品结构和工艺限制，毛坯预留加工余量较大，给后续机加工带来很大困难，机加工效率低。

7、（6）机械性能差：传统铸造工艺由于工艺限制，容易产生气孔、砂眼、局部内部缺陷等问题，造成产品机械性能差，无法满足使用。

8、公开号为cn114535486a的专利文献公开了一种用板材来成形不等厚筒形壳体件板锻造成形方法及模具，其具体步骤为：首先凸模下行挤压坯料，迫使金属材料不断流向模具的内侧，从而成形出厚底圆筒形件，最后再对其进行挤压，从而获得有中心凸起结构的不等厚筒形壳体件。该不等厚筒形壳体件板锻造成形模具，包括压缩凸模、内侧凸模、反顶凸模、外侧凹模、成形凹模，成形凹模套装于外侧凹模的外部且二者同轴设置，内侧凸模与反顶凸模滑动相连，反顶凸模可滑动地与外侧凸模相连，压缩凸模可滑动地与外侧凸模相连，且压缩凸模的外壁与外侧凹模的内壁之间具有间隙，成形凹模的底部与外侧凹模的底部在同一水平面。该方法实现了在两个工序内成形出不等厚筒形壳体件，但是，不便于加工多个不同壁厚的壳体，且在挤压过程中，无法对壳体进行支撑，易变性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种不等壁厚壳体热挤压近净成形工艺及其成形工装模具，旨在解决现有的不等壁厚壳体生产加工过程中，原材料利用率低、对设备压力要求高、能耗高、工装模具消耗大、毛坯后续加工余量大、机械性能差及不易脱模的技术问题。

2、为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种不等壁厚壳体热挤压近净成形工装模具，包括：

3、机台，其上部设有对工件进行挤压的压头，其下部设有带动工件升降的丝杠升降机；

4、凸模，其设置在所述机台上方；

5、凹模组件，其设置在所述凸模内，所述凸模和所述凹模组件之间留有用于安放工件的模腔；

6、导热线圈，其设置在所述凸模上方，对工件进行加热；

7、其中，所述凹模组件包括丝杠、设置在所述丝杠上的限位套筒一、凹模、限位套筒二，所述凹模位于所述限位套筒一和所述限位套筒二之间，所述丝杠升降机带动所述丝杠转动。

8、通过采用上述技术方案，成形时，将工件放入模腔内，丝杠升降机带动工件移动到所需位置，导热线圈对工件进行局部加热，压头进行局部挤压成形。本发明可实现复杂不等壁厚壳体局部热挤压近净成形，提高原材料利用率，降低了对压力机的吨位要求，降低模具消耗。另外，限位套筒一可对工件的局部进行支撑，减少工件的形变，增加工件的机械性能，提高良品率。

9、具体的，所述机台的上方设有压板，所述压板和所述机台之间通过连接杆连接，所述导热线圈连接在所述压板上，所述机台上位于所述压板的下方设有固定件，所述凸模连接在所述固定件上。

10、通过设置压板，对导热线圈进行固定和支撑，凸模连接在固定件上，可以调整凸模的高度。

11、具体的，所述凹模包括：

12、限位块一，其设置在所述丝杠上；

13、扩展轴一，其连接在所述限位块一上，所述扩展轴一的一端设有锥螺纹台，所述锥螺纹台伸入所述限位块一内，与所述丝杠接触；

14、支撑块一，其螺纹连接在所述扩展轴一上，所述支撑块一的下方设有挡块，所述丝杠的转动通过所述扩展轴一带动所述支撑块一张开和闭合；

15、限位块二，其设置在所述丝杠上，位于所述限位块一的下方，所述丝杠的转动带动所述限位块一和所述限位块二的升降；

16、扩展轴二，其连接在所述限位块二上，所述扩展轴二的一端设有锥台，所述锥台伸入所述限位块二内，所述扩展轴二上设有弹簧；

17、支撑块二，其连接在所述扩展轴二上，所述弹簧的一端连接在所述扩展轴二上，所述弹簧的另一端连接在所述支撑块二上。

18、通过采用上述技术方案，丝杠通过丝杠升降机带动转动，进而带动限位块一和限位块二升降，也带动扩转轴一转动，进而使支撑块一张开或闭合，支撑块一张开的同时，挡块推动支撑块二张开，扩展轴二上的弹簧拉伸，当支撑块一闭合时，支撑块二在弹簧的作用下也闭合，方便安放工件和脱模。

19、另外，所述限位块一内设置有扩展台，所述锥螺纹台位于所述扩展台上，所述限位块一上设有导杆一，所述导杆一穿过所述限位块二连接在所述限位套筒二上，所述限位块一与所述支撑块一之间、所述限位块二与所述支撑块二之间均设有导杆二。

20、通过设置扩展台，可以对锥螺纹台进行支撑，导杆一对限位块一和限位块二的升降起到导向作用，导杆二对支撑块一和支撑块二的移动起到导向作用。

21、另外，所述丝杠上的螺纹的设置为间隙性，所述扩展轴一连接在靠近所述支撑块一上端面的部位，所述扩展轴二连接在靠近所述支撑块二下端面的部位。

22、通过在丝杠上间隙性设置螺纹，可使限位块一和限位块二不同时升降，当限位块一和限位块二相互靠近，接触时，支撑块二移动到与支撑块一同样的高度，使位于上层的支撑块一和位于下层的支撑块二合并为一层，扩展轴一连接在支撑块一上靠上的位置，扩展轴二连接在支撑块二上靠下的位置，便于支撑块一和支撑块二的合并。

23、优选的，所述支撑块一和所述支撑块二均设置多个，所述丝杠上对称设有两个所述限位套筒一、两个所述凹模、两个所述限位套筒二。

24、通过设置多个支撑块一和支撑块二，可以对工件的支撑更加稳定，同时，限位套筒一、凹模和限位套筒二均设置两个，两个限位套筒一位于中间的部位，这样设计的好处是，支撑块一和支撑块二张开且合并到一层时，便于对工件进行成形，限位套筒一对工件上已成形段进行支撑，降低了工件在进行下一个成形段成形过程中发生的形变的概率。支撑块一和支撑块二可闭合，方便脱模。

25、优选的，所述凸模设置为两个，所述压板和所述机台之间设有模壳。

26、通过设置两个凸模，可在工件上成形两个成形段，模壳对凸模进行防护。

27、优选的，不等壁厚壳体热挤压近净成形工装模具还包括端模，所述端模安放在工件的端部，通过所述压头对工件的端部进行挤压成形。

28、通过设置端模，可对工件的端部进行成形，方便更换。

29、上述的不等壁厚壳体热挤压近净成形工装模具在不等壁厚壳体加工制造过程中的应用。

30、另一方面，本发明提供一种不等壁厚壳体热挤压近净成形工艺，使用上述的不等壁厚壳体热挤压近净成形工装模具，包含以下步骤：

31、s1：成形台阶二：将工件放入模腔中，通过调节丝杠升降机，把工件调整到合适位置；开启导热线圈，对工件台阶二成形区域进行局部加热；加热到所需温度后，再次调整工件高度，压头下压进行局部挤压成形，成形后对台阶二成形部位进行冷却；

32、s2：成形台阶三：调节工件高度，把工件调整到合适位置；开启导热线圈，对工件台阶三成形区域进行局部加热；加热到所需温度后，再次调整工件高度，压头下压进行局部挤压成形，成形后对台阶三成形部位进行冷却；

33、s3：成形台阶一：把工件翻转掉头，调整到合适位置；开启导热线圈，对工件台阶一成形区域进行加热；加热到所需温度后，再次调整工件高度，安装端模，压头下压进行局部挤压成形，成形后对台阶一成形部位进行冷却；

34、s4：成形台阶四：把工件翻转掉头，调整到合适位置；开启导热线圈，对工件台阶四成形区域进行局部加热；加热到所需温度后，再次调整工件高度，安装端模，压头下压进行局部挤压成形，成形后对台阶四成形部位进行冷却。

35、本发明的上述技术方案的有益效果如下：

36、（1）本发明的工艺及模具可实现复杂不等壁厚壳体局部热挤压近净成形，通过合理设计大小不一的内外圆各处台阶的成形先后顺序，可以克服复杂外圆、内腔口小里大、难以出料的难题，原材料利用率可达90%以上，此工艺可推广应用到更复杂零件产品的成形；

37、（2）本发明的工艺成形压力可降低至传统锻造成形30%左右，局部加热后根据产品结构进行增、缩径，以达到产品要求，大大降低了产品对压力机的吨位要求；

38、（3）本发明只需对变形区域进行加热，且加热线圈长度短、结构相对简单，线圈直接设置在模腔上方，可大幅度降低加热后转移至模腔的时间，减少工件转移过程温度降低，从而降低加热温度，耗能大幅度降低50%以上；另外随时可方便的进行温度不足工件的补温，可大幅度提高工件的良品率；

39、（4）本发明的热挤压过程中管料内孔、外圆大部分时间属自由变形，挤压力大幅度降低，模具只起到限制径向流动作用，轴向流动由控制加热区长度控制，相应模具消耗大幅度降低，单位模具消耗量降低80%以上；

40、（5）本发明的毛坯几乎实现随形单边均匀留量约2-3mm，大幅度提高了后续机加工的效率，实测机加工效率提高60%以上，实现了大幅度节能降耗的目的；

41、（6）本发明设计了快换型端模，用于对端面处进行壁厚增厚、增缩径，可简单高效的进行不同结构部位的成形，更换速度快、制作成本低，脱模方便，可重复使用；

42、（7）本发明的凹模可实现张开和闭合，便于脱模，限位套筒一对工件上已成形段进行支撑，降低了工件在进行下一个成形段成形过程中发生的形变的概率。