專利名稱：大長寬比鋁合金矩形盒形件的擠壓成形模具及其成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種金屬塑性成形技術(shù)領(lǐng)域的裝置及方法，具體是一種長寬比在
3.5以上的鋁合金矩形盒形件的擠壓成形模具及其成形方法。
背景技術(shù)：
鑒于拉深成形所需成形力較小的優(yōu)點，矩形盒形件的成形制造常采用拉深方法。矩形盒形件壁部由長邊、短邊和圓角部分構(gòu)成，拉深成形時各部分相互作用與制約，易發(fā)生不均勻變形，特別是大長寬比的零件。與筒形件拉深相似，不均勻變形 易導(dǎo)致起皺、壁厚不均和底部開裂等成形缺陷；當(dāng)無壓邊拉深時，容易形成明顯的制耳缺陷。當(dāng)零件深度較深時，考慮到金屬板料的拉深極限，通常需要經(jīng)過多道次拉深，多道次拉深會增加模具并延長工時；某些情況下，為消除多次拉深形成的工藝接痕，需進行中間熱處理和表面處理，導(dǎo)致加工工序增加、生產(chǎn)成本提高。拉深成形的材料利用率在50% 70%，多道次拉深成形則更低。通過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利申請?zhí)?00710092843. 9提供了一種薄板材深拉深盒形件或異形件防起皺和破裂的方法，在待拉深板料上涂拉深油，并根據(jù)加工件精度要求選擇厚度合適的聚乙烯塑料薄膜，然后貼在板料涂油的一面，以提高板料的許用拉深變形量，解決了盒形件的起皺和破裂問題。但是，該方法僅使板料的許用拉深變形量增加了 10% 15%，改善效果有限。進一步檢索發(fā)現(xiàn)，為替代大長寬比薄壁矩形盒形件的多道次拉深成形工藝，KIM等在論文 “ Investigation of lubrication effect on the backward extrusion ofthin-walled rectangular aluminum case with large aspect ratio” (Journal ofMaterials Processing Technology, 2006,180 (1-3) :185-192)(潤滑對大長寬比薄壁矩形鋁質(zhì)盒形件反擠壓成形的影響)中提到采用反擠壓工藝成形大長寬比矩形盒形件，但是由于使用了常規(guī)的平底擠壓凸模，盒形件端部出現(xiàn)了明顯的凸耳現(xiàn)象，而且這種凸耳缺陷無法通過改善潤滑狀況直接消除。顯然，凸耳現(xiàn)象會降低材料利用率，提高單件成本。而且拉深成形無法成形底部帶裝配用的小凸柱特征的矩形盒形件，常規(guī)的平底凸模擠壓后凸耳缺陷控制困難，擠壓后可能需要增加一套專用的凸耳切除模具來提高生產(chǎn)效率，因此迫切需要一種大長寬比矩形盒形件的精密成形新方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種大長寬比鋁合金矩形盒形件的擠壓成形模具及其成形方法，避免矩形盒形件成形中的起皺、破裂和凸耳等缺陷，提高產(chǎn)品合格率；同時，有效減少加工工序，提高材料利用率，節(jié)省模具費用，降低單件生產(chǎn)成本。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種大長寬比鋁合金矩形盒形件的擠壓成形模具，所述模具是指針對盒形件的用于擠壓毛坯的帶阻尼筋的凸模，其中若干條阻尼筋位于凸模底部且阻尼筋的設(shè)置方向與矩形盒形件的長邊平行。所述的阻尼筋的長度為從矩形盒形件中心至邊緣由小至大呈階梯式垂直等間距鏡像對稱分布，其中最長的阻尼筋長度L為矩形盒形件長度的O. 5-0. 7倍，相對兩側(cè)的阻尼筋的末端連線所呈夾角α為60° -100°。所述的若干條是指6、8、10或12條，條數(shù)過多增加凸模制造的難度，條數(shù)過少難以發(fā)揮對金屬流動的阻尼作用。所述的阻尼筋的寬度b為矩形盒形件寬度O. 05-0. 10倍；所述的阻尼筋的厚度t為矩形盒形件底層厚度的O. 15-0. 2倍，阻尼筋厚度太小則不能發(fā)揮對金屬流動的阻尼作用，阻尼筋厚度過大則會影響盒形件底部的強度。所述的矩形盒形件為扁盒形結(jié)構(gòu)；該矩形盒形件的底部優(yōu)選設(shè)有兩個凸柱，通過該盒形件制備得到的毛坯與常規(guī)平底凸模擠壓所得矩形盒形件的凸耳缺陷高度11. 35mm相比，其端面較為平整無凸耳缺陷，端部高度差較小且進一步提高了材料利用率。本發(fā)明涉及一種大長寬比鋁合金矩形盒形件的擠壓成形方法，包括以下步驟第一步、采用退火態(tài)的鋁合金原材料進行毛坯制備，其中矩形結(jié)構(gòu)的毛坯的長寬尺寸較矩形盒形件的長寬尺寸小O. I O. 2mm，矩形毛坯的高度根據(jù)毛坯體積確定；第二步、采用NaOH溶液腐蝕毛坯，腐蝕時間8分鐘 15分鐘；第三步、在腐蝕后的毛坯上均勻涂覆硬脂酸鋅粉末，為后續(xù)擠壓成形提供潤滑；第四步、利用帶阻尼筋的凸模進行矩形盒形件的擠壓成形；第五步、根據(jù)盒形件高度，鋸切擠壓后盒形件的端面滿足設(shè)計與使用要求。本發(fā)明與現(xiàn)有拉深成形相比具有如下優(yōu)點①避免了大長寬比矩形盒形件拉深中的起皺、底部開裂等成形缺陷；②一次精密擠壓成形，無需中間熱處理或表面處理，加工工序少，工藝流程短材料利用率高，單件成本低可同步成形盒形件底部的小凸柱特征，便于零件的后續(xù)裝配。本發(fā)明與常規(guī)平底凸模擠壓相比具有如下優(yōu)點①成形過程中金屬流動均勻，可以顯著改善凸耳缺陷，使盒形件壁厚均勻成形工藝穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率高；③可以省去專用的凸耳切除模具，提高材料利用率，降低生產(chǎn)成本。


圖I是凸模阻尼筋的設(shè)計參數(shù)示意圖；圖中(a)為仰視圖；(b)為主視圖；(C)為側(cè)視圖。圖2是底部帶凸柱的矩形盒形件零件圖；圖中(a)為主視圖；(b)為俯視圖。圖3是底部無凸柱的矩形盒形件零件圖；圖中(a)為主視圖；(b)為俯視圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例I第一步、采用退火態(tài)的1060鋁合金鋁材進行毛坯準(zhǔn)備，根據(jù)如圖2所示的所需成形的矩形盒形件(帶凸柱)的零件圖，矩形毛還尺寸確定為167. 9mmX43. 9mmX 13. 9mm ;第二步、采用10% wt.的NaOH溶液腐蝕毛坯，腐蝕10分鐘；第三步、在腐蝕后的毛坯上均勻涂覆硬脂酸鋅粉末，為后續(xù)擠壓成形提供潤滑；第四步、利用如圖I所示的帶阻尼筋的凸模進行矩形盒形件的擠壓成形，擠壓速度lOmm/s。凸模底部共有6條對稱等距分布的阻尼筋，其具體參數(shù)為最長阻尼筋長度L =90. Omm,角度 α =60。，寬度 d = 3. 7mm，厚度 t = I. Omm。第五步、根據(jù)盒形件高度，鋸切擠壓后盒形件的端面滿足設(shè)計與使用要求。由于底部帶凸柱特征，該矩形盒形件無法直接拉深成形；與常規(guī)平底凸模擠壓所 得矩形盒形件的凸耳缺陷高度11. 35mm相比，本實施例成形的矩形盒形件，端面較為平整無凸耳缺陷，端部高度差僅為3. 82_，材料利用率達(dá)到96%。實施例2第一步、采用退火態(tài)的1060鋁合金鋁材進行毛坯準(zhǔn)備，根據(jù)如圖2所示的所需成形的矩形盒形件(帶凸柱)的零件圖，矩形毛還尺寸確定為167. 9mmX 43. 9mmX 14. 7mm第二步、采用10% wt.的NaOH溶液腐蝕毛坯，腐蝕時間10分鐘；第三步、在腐蝕后的毛坯上均勻涂覆硬脂酸鋅粉末，為后續(xù)擠壓成形提供潤滑；第四步、利用如圖I所示的帶阻尼筋的凸模進行矩形盒形件的擠壓成形，擠壓速度lOmm/s。凸模底部共有6條對稱等距分布的阻尼筋，其具體參數(shù)為最長阻尼筋長度L =110. Omm,角度 α = 100。，寬度 d = 2. 2mm,厚度 t = O. 8mm。第五步、根據(jù)盒形件高度，鋸切擠壓后盒形件的端面滿足設(shè)計與使用要求。由于底部帶凸柱特征，該矩形盒形件無法直接拉深成形；與常規(guī)平底凸模擠壓所得矩形盒形件的凸耳缺陷高度11. 35mm相比，本實施例成形的矩形盒形件，端面較為平整無凸耳缺陷，端部高度差僅為4. 43mm，材料利用率超過90%。實施例3第一步、采用退火態(tài)的1060鋁合金鋁材進行毛坯準(zhǔn)備，根據(jù)如圖3所示的所需成形的矩形盒形件(無凸柱)的零件圖，矩形毛還尺寸確定為167. 9mmX 43. 9mmX 14. Omm ;第二步、采用10% wt.的NaOH溶液腐蝕毛坯，腐蝕10分鐘；第三步、在腐蝕后的毛坯上均勻涂覆硬脂酸鋅粉末，為后續(xù)擠壓成形提供潤滑；第四步、利用如圖I所示的帶阻尼筋的凸模進行矩形盒形件的擠壓成形，擠壓速度lOmm/s。凸模底部共有6條對稱等距分布的阻尼筋，其具體參數(shù)為最長阻尼筋長度L =90. Omm,角度 α =60。，寬度 d = 3. 7mm，厚度 t = I. Omm。第五步、根據(jù)盒形件高度，鋸切擠壓后盒形件的端面滿足設(shè)計與使用要求。采用本實施例成形的矩形盒形件壁厚均勻，無起皺破裂等缺陷；端面較為平整無凸耳缺陷，端部高度差僅為4. 56mm，材料利用率為98% ;與拉深成形相比，矩形盒形件經(jīng)過大塑性變形整體強度增加，生產(chǎn)流程短，工藝穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種大長寬比鋁合金矩形盒形件的擠壓成形模具，其特征在于，該模具為針對盒形件的用于擠壓毛坯的帶阻尼筋的凸模，其中若干條阻尼筋位于凸模底部且阻尼筋的設(shè)置方向與矩形盒形件的長邊平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的擠壓成形模具，其特征是，所述的阻尼筋的長度為從矩形盒形件中心至邊緣由小至大呈階梯式垂直等間距鏡像對稱分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的擠壓成形模具，其特征是，最長的阻尼筋長度為矩形盒形件長度的0.5-0. 7倍，相對兩側(cè)的阻尼筋的末端連線所呈夾角為60° -100°。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的擠壓成形模具，其特征是，所述的若干條是指6、8、10或12條。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的擠壓成形模具，其特征是，所述的阻尼筋的寬度為矩形盒形件寬度0. 05-0. 10倍，所述的阻尼筋的厚度為矩形盒形件底層厚度的0. 15-0. 2倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的擠壓成形模具，其特征是，所述的矩形盒形件為扁盒形結(jié)構(gòu)；該矩形盒形件的底部設(shè)有兩個凸柱。
7.一種大長寬比鋁合金矩形盒形件的擠壓成形方法，其特征在于，包括以下步驟 第一歩、采用退火態(tài)的鋁合金原材料進行毛坯制備，其中矩形結(jié)構(gòu)的毛坯的長寬尺寸較權(quán)利要求1-6中任一所述的矩形盒形件的長寬尺寸小0. I 0. 2_ ; 第二步、采用NaOH溶液腐蝕毛坯，腐蝕時間8分鐘 15分鐘； 第三步、在腐蝕后的毛坯上均勻涂覆硬脂酸鋅粉末，為后續(xù)擠壓成形提供潤滑； 第四步、利用權(quán)利要求1-6中任一所述的帶阻尼筋的凸模進行矩形盒形件的擠壓成形； 第五步、根據(jù)盒形件高度，鋸切擠壓后盒形件的端面滿足設(shè)計與使用要求。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的擠壓成形方法，其特征是，所述的NaOH溶液的濃度為10%Wt.
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的擠壓成形方法，其特征是，所述的擠壓速度為lOmm/s。
全文摘要
一種金屬塑性成形技術(shù)領(lǐng)域的大長寬比的鋁合金矩形盒形件的擠壓成形模具及其成形方法，該方法包括1.采用退火態(tài)的鋁合金原材料進行毛坯制備；2.采用NaOH溶液腐蝕毛坯，腐蝕時間8分鐘～15分鐘；3.在腐蝕后的毛坯上均勻涂覆硬脂酸鋅粉末，為后續(xù)擠壓成形提供潤滑；4.利用帶阻尼筋的凸模進行矩形盒形件的擠壓成形；5.根據(jù)盒形件高度，鋸切擠壓后盒形件的端面滿足設(shè)計與使用要求。本發(fā)明避免矩形盒形件成形中的起皺、破裂和凸耳等缺陷，提高產(chǎn)品合格率；同時，有效減少加工工序，提高材料利用率，節(jié)省模具費用，降低單件生產(chǎn)成本。
文檔編號B21C25/02GK102728645SQ20121023992
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者孟麗芬, 胡成亮, 趙震 申請人:上海交通大學(xué)