异形深腔复杂结构支架热挤压成形模具及成形方法

摘要

异形深腔复杂结构支架热挤压成形模具及成形方法，包括上模、下模、导柱、导套，上模的下表面及下模的上表面为水平面，在上模的下表面设置有凸模，在下模的上表面设置有与凸模对应的凹模，凹模整体为内凹结构，凹模周围设置有飞边槽，飞边槽四周各设置有一个导流槽，凸模与凹模配合后二者之间存在间隙，形成支架锻件的形状；在上模和下模对角线的两个角位置对应设置有导柱孔，在每个导柱孔内设置有导套，导套和导柱孔采用压配合紧固，通过分别将导柱插入在上模和下模对应的导套内，对上下模进行定位；本发明通过凸模、凹模、飞边槽、导流槽的设计，对坯料的流动进行控制从而控制支架锻件的尺寸精度，能将多余的坯料进行排出。

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工设备技术领域，尤其是一种异形深腔复杂结构支架热挤压成形模具。

背景技术

国防安全的大趋势要求武器装备更新换代的响应速度越来越快、技战术指标越来越高，武器装备逐渐显现出结构轻量化、复杂化、一体化的特点，构件质强比要求不断提高，结构轻量化和高强度需求矛盾越来越突出。为满足上述需求，航天武器构件大量采用了轻质合金异形复杂薄壁结构。其中，某型号航天武器用支架的横截面为长方形，呈深腔结构，底面为中空弧形面，四周侧壁为立筋条，其中一条侧壁上带两个“耳朵”，零件截面积较大，材料分布不均匀，也不是传统的轴对称零件。

目前该异形深腔复杂结构支架多采用铸件机加制造。该方法存在严重的弊端，比如材料利用率常低于30％，材料耗费严重；铸件机械加工及热处理过程中产生变形，报废风险大，制造成本高。而热挤压近净成形技术可以很好地解决以上问题，是材料利用率大幅提高，零件的变形易于控制，所需机械加工时间大幅缩短，同时热挤压过程可以降低材料变形抗力，提高材料塑性，材料性能也可以得到进一步改善，获得力学性能良好的热挤压产品，可确保产品性能满足指标要求。此外，热挤压成形模具可重复使用，且使用寿命长，大幅降低生产成本。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种结构简单、能有效提高异形深腔复杂结构支架热挤压成形精度且使用稳定性高的热挤压成形模具。

本发明的技术解决方案是：异形深腔复杂结构支架锻件热挤压成形模具包括上模、下模、导柱和导套，上模的下表面及下模的上表面为水平面，在上模的下表面设置有凸模，在下模的上表面设置有与凸模对应的凹模，凹模整体为内凹结构，凹模周围设置有飞边槽，飞边槽四周各设置有一个导流槽，凸模与凹模配合后二者之间存在间隙，形成支架锻件的形状；分别在上模和下模对角线的两个角位置对应设置有导柱孔，在每个导柱孔内设置有导套，导套和导柱孔采用压配合紧固，通过分别将导柱插入在上模和下模对应的导套内，对上下模进行定位,导柱与导套之间留有0.15mm～0.5mm的间隙；在上模和下模内分别设置有9个加热管孔和3个热电偶孔。

优选凸模的凸起面、凹模的内凹面弧面半径均为467mm，凸模、凹模的整体拔模斜度为1°～10°，圆角半径为3mm～6mm。

优选所述的上模、下模所选用的材料为耐热钢、硬质合金或钢结硬质合金材料，导柱和导套所选用的材料为轴承钢、热作模具钢或者碳素工具钢材料。

优选上模、下模、导柱和导套均需热处理，以提高强度、硬度及耐磨性能，延长模具使用寿命。

优选凸模、凹模、导柱孔、飞边槽、导流槽、导柱及导套的表面需打磨、抛光处理，以降低表面粗糙度，以利于脱模和提高锻件表面质量，凸模、凹模、飞边槽、导流槽的表面粗糙度Ra≤0.8，导柱Ra≤0.4，导套Ra≤0.8，导柱孔Ra≤1.6。

本发明的异形深腔复杂结构支架锻件热挤压成形方法，其使用技术方案1-5中任一项所述的异形深腔复杂结构支架锻件热挤压成形模具,该成型方法包括：步骤一，将轻质合金坯料放入下模的凹模内，步骤二，利用上模的凸模进行热挤压，挤压过程中坯料被挤压，同时将凸模与凹模配合后形成的型腔填充满，多余的坯料则从飞边槽内向外延伸，实现支架的热挤压精确成形，在热挤压成形过程中，通过导流槽可以将凸模与凹模配合后的封闭型腔内的空气排出，以提高支架锻件热挤压表面性能，步骤三，热挤压完成后，上模向上运动开模，取出锻件，支架热挤压工序完成。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明通过凸模、凹模、飞边槽、导流槽的设计，能对坯料的流动进行控制从而保证支架锻件的尺寸精度，且能将多余的坯料排出，同时可提高模具的使用性能、稳定性和使用寿命，得到的锻件内部晶粒细小、组织致密，金属流线合理，表面质量良好，从而使得锻件的机械性能提高30％以上，同时无需对现有热挤压设备进行改造，结构简单，成本较低。

附图说明

图1为上模俯视图，

图2为上模立体图，

图3为下模俯视图，

图4为下模立体图，

图5为导柱示意图，

图6为导套示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1～6所示，本实施例所描述的的一种异形深腔复杂结构支架锻件热挤压成形模具，包括上模1、下模9、导柱13、导套14，上模1的下表面及下模9的上表面为水平面，在上模1的下表面设置有凸模2，在下模9的上表面设置有与凸模2对应的凹模10，凹模10整体为内凹结构，凹模10周围设置有飞边槽11，飞边槽11四周各设置有一个导流槽12，凸模2与凹模10配合后二者之间存在间隙，形成支架锻件的形状；采用双导柱，分别在上模1和下模9对角线的两个角位置设置有导柱孔3，导套14放在导柱孔3内，二者之间采用压配合紧固，导柱13放在导套14内，二者之间留有0.15mm的间隙；在上模1和下模9内分别设置有9个加热管孔7和3个热电偶孔6。凸模2的凸起面、凹模10的内凹面弧面半径均为467mm，凸模2、凹模10的整体拔模斜度为1°，圆角半径为5mm。上模1、下模9所选用的材料为低耐热高韧性钢5CrMnMo，导柱13和导套14所选用的材料为轴承钢SUJ12；上模1、下模9、导柱13和导套14经过热处理，具有足够的强度、硬度及耐磨性能；凸模2、凹模10、飞边槽11、导柱13及导套14的表面经过打磨、抛光处理，凸模、凹模、飞边槽、导流槽的表面粗糙度Ra0.8，导柱Ra0.4，导套Ra0.8，导柱孔Ra1.6。

在使用过程中，将5A06铝合金坯料放入下模9的凹模10内，利用上模1的凸模2进行热挤压，挤压过程中坯料被挤压，同时将凹模10与凸模2配合后的型腔填充满，而多余的坯料则从飞边槽11内向外延伸，最终实现热挤压精确成形，而且能避免坯料对凸模2和凹模10边缘的挤压而造成的损坏，能有效提高模具的使用寿命，稳定性得到提升。在热挤压成形过程中，导流槽12的设计可以将凸模2与凹模10配合后的封闭型腔内的空气排出，提高支架锻件热挤压表面性能。热挤压完成后，上模1向上运动开模，取出锻件，支架热挤压工序完成。将热挤压成形后的支架锻件转入后续工序，经热处理、机械加工等工序，最终加工为支架成品。

实施例2：

如图1～6所示，本实施例所描述的的一种异形深腔复杂结构支架锻件热挤压成形模具，包括上模1、下模9、导柱13、导套14，上模1的下表面及下模9的上表面为水平面，在上模1的下表面设置有凸模2，在下模9的上表面设置有与凸模2对应的凹模10，凹模10整体为内凹结构，凹模10周围设置有飞边槽11，飞边槽11四周各设置有一个导流槽12，凸模2与凹模10配合后二者之间存在间隙，形成支架锻件的形状；采用双导柱，分别在上模1和下模9对角线的两个角位置设置有导柱孔3，导套14放在导柱孔3内，二者之间采用压配合紧固，导柱13放在导套14内，二者之间留有0.3mm的间隙；在上模1和下模9内分别设置有9个加热管孔7和3个热电偶孔6。凸模2的凸起面、凹模10的内凹面弧面半径均为467mm，凸模2、凹模10的整体拔模斜度为10°，圆角半径为6mm。上模1、下模9所选用的材料为中耐热韧性钢4Cr5MoSiV，导柱13和导套14所选用的材料为碳素工具钢T7；上模1、下模9、导柱13和导套14经过热处理，具有足够的强度、硬度及耐磨性能；凸模2、凹模10、飞边槽11、导柱13及导套14的表面经过打磨、抛光处理，凸模、凹模、飞边槽、导流槽的表面粗糙度Ra0.4，导柱Ra0.4，导套Ra0.8，导柱孔Ra1.6。

在使用过程中，将VW63Z耐高温镁合金坯料放入下模9的凹模10内，利用上模1的凸模2进行热挤压，挤压过程中坯料被挤压，同时将凹模10与凸模2配合后的型腔填充满，而多余的坯料则从飞边槽11内向外延伸，最终实现热挤压精确成形，而且能避免坯料对凸模2和凹模10边缘的挤压而造成的损坏，能有效提高模具的使用寿命，稳定性得到提升。在热挤压成形过程中，导流槽12的设计可以将凸模2与凹模10配合后的封闭型腔内的空气排出，提高支架锻件热挤压表面性能。热挤压完成后，上模1向上运动开模，支架锻件卡在凹模10内部，利用撬棍通过导流槽12将锻件撬出，工件取下简单方便，效率高。将热挤压成形后的支架锻件转入后续工序，经热处理、机械加工等工序，最终加工为支架成品。

经本发明人多次研究验证,上述导柱与导套之间的间隙可以在0.15mm～0.5mm之间进行选择，整体拔模斜度选择1°～10°圆角半径选择3mm～6mm，比较利于脱模。

如上所述即为本发明的实施例。本发明不局限于上述实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。