CN104907420A - 一种中厚板差热体积成形装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中厚板差热体积成形装置及工艺，它将板料上具有成形特征的地方进行局部感应加热，加热温度不超过其再结晶温度；再将局部加热后的板料级进到下一个工序，进行局部体积成形。本发明能有效降低板料体积成形载荷，从而提高模具寿命。
Description
技术领域
本发明属于复合精冲成形领域，具体涉及一种中厚板差热体积成形装置及工艺。
背景技术
精冲是在普通冲裁的基础上发展起来的一种精密冲裁方法，该技术通过独特的模具结构设计，当采用合理的结构参数设置时，便能得到尺寸精度高、断面质量好的零件直接用于生产，无需进行后续加工，极大地提高了产品的生产效率并降低了生产成本。目前，该技术广泛应用于航空航天及机械电子等领域。复合精冲是指在精冲机上借助连续复合模或者多工位级进模将零件的轮廓精冲与其他成形工艺(如弯曲、翻边、压扁、镦粗、挤压、沉孔等体积成形工艺)结合于一个或不同工位上的一种加工方法。此复合成形工艺一般步骤为通过体积成形获得零件形状特征，然后通过精冲落料获得高尺寸精度和良好表面质量的零件。然而，复合精冲一般是在冷态下进行的，因而在进行中厚板体积成形中局部变形剧烈、成形载荷巨大，导致模具的寿命普遍较低，如何降低复合精冲中中厚板体积成形载荷，从而提高模具寿命是目前复合精冲生产中仍需解决的一大难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中厚板差热体积成形装置及工艺，它可以有效降低板料局部变形和成形载荷，提高模具寿命。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种中厚板差热体积成形装置，该装置包括上模板、固定于所述上模板下的上模垫板、与所述上模板相对设置的下模板，该装置还包括从前至后依次设置的局部加热组件、局部特征成形组件和外形轮廓成形组件；其中：
所述局部加热组件包括固定于所述下模板上的加热工作台、位于所述加热工作台上方且固定于所述上模板下的电磁感应加热器，所述电磁感应加热器包括永磁体和电磁线圈，所述永磁体的尺寸大于零件局部特征的内圈尺寸；
所述局部特征成形组件包括第一压料板、第一传力杆、第一凸模和第一凹模，所述第一压料板设置在上模垫板的下方，所述第一传力杆依次穿过上模板、上模垫板与第一压料板固定连接，所述第一凸模的上端固定于所述上模板下，所述第一凸模的下端依次穿过上模垫板、第一压料板与第一凹模相对设置，所述第一凹模固定于所述下模板上，所述第一凸模的尺寸与零件局部特征的内圈尺寸相同，所述第一凹模的尺寸与零件局部特征的外圈尺寸相同；
所述外形轮廓成形组件包括第二压料板、第二传力杆、第二凸模、第二凹模和反顶杆，所述第二压料板设置在上模板的下方，所述第二传力杆依次穿过上模板、上模垫板与第二压料板固定连接，所述第二凸模的上端固定于所述上模板下，所述第二凸模的下端依次穿过上模垫板、第二压料板与第二凹模相对设置，所述第二凹模固定于所述下模板上，所述反顶杆设置于第二凹模内位于第二凸模的正下方，所述反顶杆的尺寸与第二凸模的尺寸、零件的外形尺寸相同。
按上述技术方案，所述永磁体的尺寸为零件局部特征的内圈尺寸的1.2～1.5倍。
相应的，本发明还提供一种中厚板差热体积成形工艺，包括以下步骤：
S1、安装上述的装置；
S2、零件局部特征加热：将待加工中厚板放在加热工作台上，使需要加热的零件局部特征处于永磁体的下方，接通电磁线圈，加热一定时间，使零件局部特征受热到再结晶温度以下；
S3、零件局部特征成形：将局部受热的中厚板移至第一凹模上，第一传力杆向下运动带动第一压料板下移压紧中厚板，上模板向下运动带动第一凸模下移，形成零件局部特征，直至零件局部特征成形高度时停止；
S4、零件外形轮廓成形：将步骤S3中的中厚板继续移至第二凹模上，第二传力杆向下运动带动第二压料板下移压紧中厚板，上模板向下运动带动第二凸模下移，对中厚板进行精冲，反顶杆随着第二凸模同时下行，落料得到零件外形轮廓。
本发明产生的有益效果是：本发明将电磁感应加热运用于板料体积成形领域，在体积成形前，对板料上具有成形特征的地方进行零件局部特征加热，加热温度不超过其再结晶温度，再将局部加热后的板料级进到下一个工序，进行局部特征体积成形，在此过程中，因为零件局部特征处于高塑性、低变形抗力的软化状态，使得成形载荷降低，从而可以有效提高模具寿命，最后利用精冲成形零件外形轮廓。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是零件的结构示意图。
图中：1-电磁线圈，2-中厚板，3-加热工作台，4-永磁体，5-第一凸模，6-第一凹模，7-第一压料板，8-第二凸模，9-第二压料板，10-下模板，11-反顶板，12-第二凹模，13-上模垫板，14-上模板，15-第一传力杆，16-第二传力杆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种中厚板差热体积成形装置，该装置包括上模板14、固定于上模板14下的上模垫板13、与上模板14相对设置的下模板10，还包括从前至后依次设置的局部加热组件、局部特征成形组件和外形轮廓成形组件；其中：
局部加热组件包括固定于下模板10上的加热工作台3、位于加热工作台3上方且固定于上模板14下的电磁感应加热器，电磁感应加热器包括永磁体4和电磁线圈1，永磁体4的尺寸大于零件局部特征的内圈尺寸；
局部特征成形组件包括第一压料板7、第一传力杆15、第一凸模5和第一凹模6，第一压料板7设置在上模垫板13的下方，第一传力杆15依次穿过上模板14、上模垫板13与第一压料板7固定连接，第一凸模5的上端固定于上模板14下，第一凸模5的下端依次穿过上模垫板13、第一压料板7与第一凹模6相对设置，第一凹模6固定于下模板10上，第一凸模5的尺寸与零件局部特征的内圈尺寸相同，第一凹模6的尺寸与零件局部特征的外圈尺寸相同；
外形轮廓成形组件包括第二压料板9、第二传力杆16、第二凸模8、第二凹模12和反顶杆，第二压料板9设置在上模板14的下方，第二传力杆16依次穿过上模板14、上模垫板13与第二压料板9固定连接，第二凸模8的上端固定于上模板14下，第二凸模8的下端依次穿过上模垫板13、第二压料板9与第二凹模12相对设置，第二凹模12固定于下模板10上，反顶杆设置于第二凹模12内位于第二凸模8的正下方，反顶杆的尺寸与第二凸模8的尺寸、零件的外形尺寸相同。
在本发明的优选实施例中，永磁体4的尺寸为零件局部特征的内圈尺寸的1.2～1.5倍。
相应的，本发明还提供一种中厚板差热体积成形工艺，如图1所示，包括以下步骤：
S1、安装上述的装置；
S2、零件局部特征加热：将待加工中厚板2放在加热工作台3上，使需要加热的零件局部特征处于永磁体4的下方，接通电磁线圈1，加热一定时间，使零件局部特征受热到再结晶温度以下；
S3、零件局部特征成形：将局部受热的中厚板2移至第一凹模6上，第一传力杆15向下运动带动第一压料板7下移压紧中厚板2，上模板14向下运动带动第一凸模5下移，形成零件局部特征，直至零件局部特征成形高度时停止；
S4、零件外形轮廓成形：将步骤S3中的中厚板2继续移至第二凹模12上，第二传力杆16向下运动带动第二压料板9下移压紧中厚板2，上模板14向下运动带动第二凸模8下移，对中厚板2进行精冲，反顶杆随着第二凸模8同时下行，落料得到零件外形轮廓。
本发明可以加工具有一定局部特征的中厚板零件，以复合精冲过程中挤压凸台为例，如图2所示，零件的材料为45#钢，零件厚度为5mm，外径为20mm，凸台截面为圆形，内径(即内圈尺寸)为7mm，挤压深度为2mm。
如图1所示，其成形过程包括三个工步——电磁感应加热工步、局部特征成形工步和外形轮廓精冲成形工步，具体包括以下步骤：
1)根据凸台的形状和尺寸，确定需要加热的区域为直径为10.5mm的圆域，并以此设计出相应大小的永磁体4，加热区域理论上应该和该局部特征区域相同，但为了方便操作，以及减少加工时周围金属的阻力，实际生产过程中取取比该特征面积略大的一块区域，本例中为凸台内径1.5倍的圆域；
2)将待加工金属板料放在加热工作台3上，使需要加热的部位处于电磁感应加热器的永磁体下方；
3)接通电磁感应加热器，加热一定合适的时间，加热温度不超过板料再结晶温度，本实施例中，加热到再结晶温度以下50℃，即350℃；
4)将局部受热的金属板料移至第一凹模6上，第一凸模5向下运动，冲下距离为2mm，完成凸台的成形，在此过程中，第一压料板7将板料压紧；
5)将上述板料继续移至第二凹模上，第二凸模8向下运动，精冲落料得到零件的外形轮廓，在此过程中，第二压料板9将板料压紧，与此同时，反顶板10也给予板料一定的反顶力。
本发明中应用的电磁感应加热，作为一种为国家所提倡的环保型加热方案，是现今工业领域和民用设备中最广泛的加热方式，它利用电流通过感应线圈后所产生的磁场，在被加热工件表面形成涡流，以此将电能转换为热能，实现工件的加热，且能根据工件要求的加热深度选择相应的频率。除此以外，它的另一显著优点是加热面可按要求自主调节，无需整体加热。若采用这种加热方式来完成零件局部特征的体积成形，将极大可能地利用能源、减少生产流程和周期、提高模具寿命。若采用传统的热加工(即整体加热)的方式成形，则会造成效率降低及能源浪费的情况，不满足现代生产所提出的节约资源的要求。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (3)
1.一种中厚板差热体积成形装置，该装置包括上模板(14)、固定于所述上模板(14)下的上模垫板(13)、与所述上模板(14)相对设置的下模板(10)，其特征在于，该装置还包括从前至后依次设置的局部加热组件、局部特征成形组件和外形轮廓成形组件；其中：
所述局部加热组件包括固定于所述下模板(10)上的加热工作台(3)、位于所述加热工作台(3)上方且固定于所述上模板(14)下的电磁感应加热器，所述电磁感应加热器包括永磁体(4)和电磁线圈(1)，所述永磁体(4)的尺寸大于零件局部特征的内圈尺寸；
所述局部特征成形组件包括第一压料板(7)、第一传力杆(15)、第一凸模(5)和第一凹模(6)，所述第一压料板(7)设置在上模垫板(13)的下方，所述第一传力杆(15)依次穿过上模板(14)、上模垫板(13)与第一压料板(7)固定连接，所述第一凸模(5)的上端固定于所述上模板(14)下，所述第一凸模(5)的下端依次穿过上模垫板(13)、第一压料板(7)与第一凹模(6)相对设置，所述第一凹模(6)固定于所述下模板(10)上，所述第一凸模(5)的尺寸与零件局部特征的内圈尺寸相同，所述第一凹模(6)的尺寸与零件局部特征的外圈尺寸相同；
所述外形轮廓成形组件包括第二压料板(9)、第二传力杆(16)、第二凸模(8)、第二凹模(12)和反顶杆，所述第二压料板(9)设置在上模板(14)的下方，所述第二传力杆(16)依次穿过上模板(14)、上模垫板(13)与第二压料板(9)固定连接，所述第二凸模(8)的上端固定于所述上模板(14)下，所述第二凸模(8)的下端依次穿过上模垫板(13)、第二压料板(9)与第二凹模(12)相对设置，所述第二凹模(12)固定于所述下模板(10)上，所述反顶杆设置于第二凹模(12)内位于第二凸模(8)的正下方，所述反顶杆的尺寸与第二凸模(8)的尺寸、零件的外形尺寸相同。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述永磁体(4)的尺寸为零件局部特征的内圈尺寸的1.2～1.5倍。
3.一种中厚板差热体积成形工艺，包括以下步骤：
S1、安装如权利要求1所述的装置；
S2、零件局部特征加热：将待加工中厚板(2)放在加热工作台(3)上，使需要加热的零件局部特征处于永磁体(4)的下方，接通电磁线圈(1)，加热一定时间，使零件局部特征受热到再结晶温度以下；
S3、零件局部特征成形：将局部受热的中厚板(2)移至第一凹模(6)上，第一传力杆(15)向下运动带动第一压料板(7)下移压紧中厚板(2)，上模板(14)向下运动带动第一凸模(5)下移，形成零件局部特征，直至零件局部特征成形高度时停止；
S4、零件外形轮廓成形：将步骤S3中的中厚板(2)继续移至第二凹模(12)上，第二传力杆(16)向下运动带动第二压料板(9)下移压紧中厚板(2)，上模板(14)向下运动带动第二凸模(8)下移，对中厚板(2)进行精冲，反顶杆随着第二凸模(8)同时下行，落料得到零件外形轮廓。
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