一种小口径厚壁天圆地方管的成型模具及成型方法

摘要

本发明公开了一种小口径厚壁天圆地方管的成型模具，包括相互配合的上模和下模，上模包括上模本体，上模本体通过连接板与上支撑板固定连接，模包括下模本体，下模本体与下支撑板固定连接，且下模本体上开设有盛放坯料的成型腔，上模本体的外底面轮廓、下成型腔的内表面轮廓分别对应与小口径厚壁天圆地方管沿中心线横切的1/2管外轮廓和内轮廓一致；本发明还公开了一种成型方法，该方法将模具固定在压力机上后放入坯料冲压成型，得到天圆地方管沿中心线横切的1/2管，经组对、焊接得到目标产物。本发明通过限定上模本体的外底面和成型腔的内表面轮廓并配合作用，冲压一步成型且提高了天圆地方管的精度和质量；本发明的方法简单易行。

说明书

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种小口径厚壁天圆地方管的成型模具及成型方法。

背景技术

天圆地方管是一种能够实现方口与圆口对接的过渡连接件，在化工、建筑、船舶等行业中应用广泛。天圆地方管常用成型工艺以折弯、卷制及拼焊为主，该成型工艺主要应用于圆口直径较大和薄壁天圆地方管的成型。对于小口径厚壁天圆地方管，折弯成型工艺压痕较深且由于口径小而难以处理；卷制工艺中要求辊轴直径必须小于天圆地方管圆口直径，普通的卷床难以满足小口径厚壁天圆管的成型需求；拼焊结构引起的焊接变形难以控制，尤其是材料壁厚较厚时，焊接量进一步增大导致变形更难以控制。对于小口径厚壁天圆地方管的成型，采用传统成型工艺所需成本较高、且压痕深、焊接变形大、成型表面质量及形状尺寸控制差等质量问题难以解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种小口径厚壁天圆地方管的成型模具。该成型模具包括相互配合的上模和下模，通过分别限定上模本体的外底面轮廓、成型腔的内表面轮廓对应与小口径厚壁天圆地方管沿中心线横切的1/2管内轮廓、外轮廓一致，使得上模本体的外底面与成型腔的内表面配合并作用，实现对坯料的冲压一步成型得到小口径厚壁天圆地方管，有效提高了小口径厚壁天圆地方管的形状尺寸精度和表面质量，降低了成型成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种小口径厚壁天圆地方管的成型模具，其特征在于，包括相互配合的上模和下模，所述上模包括上模本体，所述上模本体通过连接板与上支撑板固定连接，且上模本体的外底面轮廓与小口径厚壁天圆地方管沿中心线横切的1/2管内轮廓一致，所述下模包括下模本体，所述下模本体与下支撑板固定连接，且下模本体上开设有盛放坯料的成型腔，所述成型腔的内表面轮廓与小口径厚壁天圆地方管沿中心线横切的1/2管外轮廓一致。

上述的一种小口径厚壁天圆地方管的成型模具，其特征在于，所述上支撑板的侧面上开设有多个上连接槽，所述下支撑板的侧面上对应开设有多个下连接槽。

上述的一种小口径厚壁天圆地方管的成型模具，其特征在于，所述上模本体与上支撑板通过焊接分别固定连接在连接板的上、下端面上。

上述的一种小口径厚壁天圆地方管的成型模具，其特征在于，所述连接板的侧壁上设置有多个上加固筋板，所述上加固筋板通过焊接固定连接在上支撑板的底面、上模本体的顶面与连接板的侧壁之间，且沿连接板对称设置。

上述的一种小口径厚壁天圆地方管的成型模具，其特征在于，所述下模本体通过焊接固定连接在下支撑板。

上述的一种小口径厚壁天圆地方管的成型模具，其特征在于，所述下模本体的侧壁上设置有多个下加固筋板，所述下加固筋板通过焊接固定连接在下支撑板的顶面与下模本体的侧壁之间，且沿下模本体对称设置。

上述的一种小口径厚壁天圆地方管的成型模具，其特征在于，所述上模本体的前端面上固定设置有定位销，所述下模本体的前端面上对应固定设置有与定位销配合的定位螺母。

上述的一种小口径厚壁天圆地方管的成型模具，其特征在于，所述下模本体中成型腔的顶面两侧上设置有定位块，所述定位块通过点焊连接在下模本体上。

另外，本发明还公开了一种采用上述的小口径厚壁天圆地方管的成型模具的成型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将螺栓穿过支撑板上的上连接槽与压力机上平台对应位置的螺栓连接孔相连接，拧紧螺栓使得上模与压力机上平台固定，然后将螺栓穿过下支撑板上的下连接槽与压力机下平台对应位置的螺栓连接孔相连接，拧紧螺栓使得下模与压力机下平台固定在与上支撑板对应的位置上；

步骤二、启动压力机，调节上模与下模的安装位置，使得上模本体的中垂面与下模本体的中垂面重合，然后在下模本体上成型腔的R弧区域涂抹润滑剂；

步骤三、将坯料放置于步骤二中经涂抹润滑剂后的下模本体顶面，然后启动压力机带动上模与下模合模，进行冲压成型，得到天圆地方管沿中心线横切的1/2管；

步骤四、重复步骤三中冲压成型工艺，得到另一个天圆地方管沿中心线横切的1/2管，然后根据目标产物天圆地方管的尺寸要求，去除步骤三与步骤四中得到的两个天圆地方管沿中心线横切的1/2管的拼接余量，然后经组对、焊接、去除两端余量，得到小口径厚壁天圆地方管。

本发明将坯料放置于下模本体顶面，然后通过压力机带动上模与下模合模，进行一步冲压成型，得到天圆地方管沿中心线横切的1/2管，再将两个天圆地方管沿中心线横切的1/2管经去除余量、组对、焊接、去除两端余量，得到小口径厚壁天圆地方管，该成型方法有效减少了折弯工艺造成的压痕过深，壁厚减薄等严重问题、还避免了拼焊工艺中焊接量大造成的变形等问题，在保证小口径厚壁天圆地方管成型尺寸和质量需求的同时，提高了加工成型的效率，具有工艺简单可靠、加工方便、生产成本低等特点，便于连续化生产。

上述的成型方法，其特征在于，步骤二中通过调节上模本体前端面上的定位销与下模本体前端面上的定位螺母位置对应，以保证上模本体的中垂面与下模本体的中垂面重合。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的成型模具包括相互配合的上模和下模，通过分别限定上模本体的外底面轮廓、成型腔的内表面轮廓对应与小口径厚壁天圆地方管沿中心线横切的1/2管内轮廓、外轮廓一致，使得上模本体的外底面与成型腔的内表面配合并作用，实现对坯料的冲压一步成型得到小口径厚壁天圆地方管，有效提高了小口径厚壁天圆地方管的形状尺寸精度和表面质量，降低了成型成本。

2、本发明的成型模具通过在连接板的侧壁上设置上加固筋板，充分分散压力并均匀传递到上模本体上，避免压力过大导致连接板变形，保证了小口径厚壁天圆地方管的质量。

3、本发明的成型模具通过在下模本体的侧壁上设置下加固筋板，使得压力充分分散并均匀传递作用在坯料上，实现均匀冲压，提高了小口径厚壁天圆地方管的形状尺寸精度和质量。

4、本发明的成型模具通过在上模本体的前端面上设置的定位销与下模本体的前端面上设置的定位螺母的配合连接关系，使得上模本体与下模本体之间对齐配合，实现快速精确定位。

5、本发明的成型模具通过设置定位块，实现冲压过程中对坯料的精确定位，同时避免冲压过程中坯料发生移位，进而保证了小口径厚壁天圆地方管的形状尺寸精度和质量。

6、与现有的制备方法仅适用于圆口口径小于168mm且壁厚为5mm～8mm的小口径薄壁天圆地方管，或是适用于壁厚大于16mm但口径为800mm～1000mm甚至更大的大口径厚度天圆地方管，本发明的成型模具适用于制作圆口口径小于168mm、方口口径小于190mm×190mm、壁厚超过16mm的天圆地方管，且制备效率和成品质量均得到提高。

7、本发明对坯料进行一步冲压成型得到天圆地方管沿中心线横切的1/2管，再经组对焊接得到小口径厚壁天圆地方管，有效减少了折弯工艺造成的压痕过深，壁厚减薄等严重问题，还避免了拼焊工艺中焊接量大造成的变形等问题，保证了小口径厚壁天圆地方管成型尺寸和质量需求。

8、本发明的方法提高了加工成型的效率，具有工艺简单可靠、加工方便、生产成本低等特点，便于连续化生产。

下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明成型模具的装配结构示意图。

图2为本发明成型模具上模的结构示意图。

图3为本发明成型模具上模的前视图。

图4为本发明成型模具上模的后视图。

图5为本发明成型模具下模的结构示意图。

图6a为本发明成型模具下模的前视图。

图6b为图6a中的A处放大图。

图7a为本发明成型模具下模的后视图。

图7b为图7a中的B处放大图。

图8为本发明成型方法采用的坯料结构示意图。

图9为本发明得到的天圆地方管沿中心线横切的1/2管的结构示意图。

图10为本发明得到的天圆地方管的结构示意图。

附图标记说明:

1—上模； 1-1—上连接槽； 1-2—上支撑板；

1-3—连接板； 1-4—上模本体； 1-5—定位销；

1-6—上加固筋板； 2—下模； 2-1—定位块；

2-2—下模本体； 2-3—下支撑板； 2-4—成型腔；

2-4-1—第一圆弧段； 2-4-2—第二圆弧段； 2-4-3—过渡圆弧段；

2-4-4—第三圆弧段； 2-4-5—第一直线段； 2-4-6—第四圆弧段；

2-4-7—第二直线段； 2-4-8—第五圆弧段； 2-4-9—第三直线段；

2-4-10—第六圆弧段； 2-5—定位螺母； 2-6—下加固筋板；

2-7—下连接槽。

具体实施方式

本发明的成型模具通过实施例1进行详细描述。

实施例1

如图1～图5、图6a～图6b和图7a～图7b所示，本实施例小口径厚壁天圆地方管的成型模具包括相互配合的上模1和下模2，所述上模1包括上模本体1-4，所述上模本体1-4通过连接板1-3与上支撑板1-2固定连接，且上模本体1-4的外底面轮廓与小口径厚壁天圆地方管沿中心线横切的1/2管内轮廓一致，所述下模2包括下模本体2-2，所述下模本体2-2与下支撑板2-3固定连接，且下模本体2-2上开设有盛放坯料的成型腔2-4，所述成型腔2-4的内表面轮廓与小口径厚壁天圆地方管沿中心线横切的1/2管外轮廓一致。

如图6a～图6b和图7a～图7b所示，本实施例成型腔2-4的前端面由第一圆弧段2-4-1、过渡圆弧段2-4-3和第二圆弧段2-4-2依次连接而成；本实施例成型腔2-4的后端面由第三圆弧段2-4-4、第一直线段2-4-5、第四圆弧段2-4-6、第二直线段2-4-7、第五圆弧段2-4-8、第三直线段2-4-9和第六圆弧段2-4-10依次连接而成。其中，成型腔2-4内由前端面上的第一圆弧段2-4-1过渡到后端面上的第三圆弧段2-4-4之间的区域，以及由前端面上的第二圆弧段2-4-2过渡到后端面上的第六圆弧段2-4-10之间的区域，共同组成了成型腔2-4的R弧区域。

本实施例的成型模具包括相互配合的上模1和下模2，其中，上模1中的上模本体1-4通过连接板1-3与上支撑板1-2固定连接，而下模2中的下模本体2-2与下支撑板2-3固定连接，通过限定上模本体1-4的外底面轮廓与小口径厚壁天圆地方管沿中心线横切的1/2管内轮廓一致，成型腔2-4的内表面轮廓与小口径厚壁天圆地方管沿中心线横切的1/2管外轮廓一致，使得上模本体1-4的外底面与成型腔2-4的内表面之间形成容纳小口径厚壁天圆地方管沿中心线横切的1/2管的空间，实际操作中，将上支撑板1-2与压力机的上平台连接，将下支撑板2-3与压力机的下平台连接，通过压力机的上平台带动上模本体1-4的外底面与成型腔2-4的内表面配合并作用，对坯料3进行冲压，从而直接通过冲压一步成型得到小口径厚壁天圆地方管沿中心线横切的1/2管，再通过后续工艺如装配、组焊将两根小口径厚壁天圆地方管沿中心线横切的1/2管对称固定连接，得到小口径厚壁天圆地方管。本实施例采用模具冲压成型，解决了折弯成型工艺压痕过深、壁厚减薄困难以及卷制工艺难以成型小口径管的难题，同时避免拼焊工艺焊接量大造成厚壁管易变形的难题，有效提高了天圆地方管的形状尺寸精度，改善了天圆地方管表面质量，降低了成型成本。

进一步地，如图1、图2和图5所示，本实施例中所述上支撑板1-2的侧面上开设有多个上连接槽1-1，所述下支撑板2-3的侧面上对应开设有多个下连接槽2-7。通过在上支撑板1-2、下支撑板2-3的侧面上分别开设上连接槽1-1与下连接槽2-7，以与压力机的上平台、下平台上连接螺栓孔的位置对应匹配，然后通过螺栓连接使得上模1与压力机的上平台固定，使得下模2与压力机的下平台固定，从而保证后续成型过程的顺利进行。

进一步地，本实施例中所述上模本体1-4与上支撑板1-2通过焊接分别固定连接在连接板1-3的上、下端面上。该设置有效保证了上模本体1-4、上支撑板1-2与连接板1-3之间的连接稳固性，增强了成型模具的使用性，有利于保证小口径厚壁天圆地方管的顺利成型。

进一步地，如图1～图4所示，本实施例中所述连接板1-3的侧壁上设置有多个上加固筋板1-6，所述上加固筋板1-6通过焊接固定连接在上支撑板1-2的底面、上模本体1-4的顶面与连接板1-3的侧壁之间，且沿连接板1-3对称设置。本实施例通过在连接板1-3上对称设置多个上加固筋板1-6，使得冲压成型过程中压力机的压头作用在支撑板1-2上的压力充分分散在连接板1-3和上加固筋板1-6上，并均匀传递到上模本体1-4上，避免压力过大导致连接板1-3发生变形，从而影响小口径厚壁天圆地方管的质量。

更一步地，本实施例中上加固筋板1-6的数量为8件，且每边4件对称设置在连接板1-3的两侧。针对实际操作中使用的压力机以及对应模具的尺寸，该优选数量及结构设置的上加固筋板1-6既有效地分散压头作用压力，又简化了结构，节约了材料。

进一步地，本实施例中所述下模本体2-2通过焊接固定连接在下支撑板2-3。该设置有效保证了下模本体2-2与下支撑板2-3之间的连接稳固性，增强了下模具整体结构的稳定性，有利于保证小口径厚壁天圆地方管的顺利成型。

进一步地，如图1和图6a～图6b和图7a～图7b所示，本实施例中所述下模本体2-2的侧壁上设置有多个下加固筋板2-6，所述下加固筋板2-6通过焊接固定连接在下支撑板2-3的顶面与下模本体2-2的侧壁之间，且沿下模本体2-2对称设置。本实施例通过在下模本体2-2的侧壁上对称设置多个下加固筋板2-6，使得冲压成型过程中，下支撑板2-3受到的压力充分分散在下加固筋板2-6上，并均匀传递到下模本体2-2上，作用于成型腔2-4中盛放的坯料3上，实现均匀冲压，提高了小口径厚壁天圆地方管的形状尺寸精度和质量。

更一步地，本实施例中的下加固筋板2-6的数量为8件，且每边4件对称设置在下模本体2-2的两侧。针对实际操作中使用的压力机以及对应模具的尺寸，该优选数量及结构设置的下加固筋板2-6既有效地分散下支撑板2-3受到的压力，又简化了结构，节约了材料。

进一步地，如图1、图2～图3和图5、图6a所示，本实施例中所述上模本体1-4的前端面上固定设置有定位销1-5，所述下模本体2-2的前端面上对应固定设置有与定位销1-5配合的定位螺母2-5。本实施例在上模本体1-4的前端面上、下模本体2-2的前端面上分别设置定位销1-5及配合的定位螺母2-5，通过定位销1-5与定位螺母2-5上开设的定位孔的配合连接关系，使得上模本体1-4与下模本体2-2之间对齐配合，实现快速精确定位，有利于成型的顺利进行。

进一步地，如图1、图5、图6a和图7a所示，本实施例中所述下模本体2-2中成型腔2-4的顶面两侧上设置有定位块2-1，所述定位块2-1通过点焊连接在下模本体2-2上。通过设置定位块2-1，实现冲压过程中对坯料的精确定位，同时避免冲压过程中坯料发生移位，进而保证了小口径厚壁天圆地方管的形状尺寸精度和质量。

更一步地，本实施例中定位块2-1的数量为6个，且每边3个对称设置在成型腔2-4的顶面两侧上。通过该定位块2-1数量及分布的设置，提高定位精度和速度。

本发明的成型方法通过实施例2进行详细描述。

实施例2

本实施例包括以下步骤：

步骤一、将螺栓穿过支撑板1-2上的上连接槽1-1与压力机上平台对应位置的螺栓连接孔相连接，拧紧螺栓使得上模1与压力机上平台固定，并可随压力机上平台一同进行上下往复运动；然后将螺栓穿过下支撑板2-3上的下连接槽2-7与压力机下平台对应位置的螺栓连接孔相连接，拧紧螺栓使得下模2与压力机下平台固定在与上支撑板1-2对应的位置上；

步骤二、启动压力机，调节上模1与下模2的安装位置，通过调节上模本体1-4前端面上的定位销1-5与下模本体2-2前端面上的定位螺母2-5位置对应，使得上模本体1-4的中垂面与下模本体2-2的中垂面重合，然后在下模本体2-2上成型腔2-4的R弧区域涂抹润滑剂；

步骤三、将坯料放置于步骤二中经涂抹润滑剂后的下模本体2-2顶面，然后启动压力机带动上模1与下模2合模，进行冲压成型，得到天圆地方管沿中心线横切的1/2管；

所述坯料的结构如图8所示，图8中坯料的前端长度为a，后端长度为b，两侧长度均为c，且坯料的前端长度、后端长度与两侧长度均留有8mm余量；所述天圆地方管沿中心线横切的1/2管的结构如图9所示，图9中的管前端面C面的周长与步骤三中坯料的前端长度a相等，管后端面D面的周长与步骤三中坯料的后端长度b相等，两侧上端面E面的长度、F面的长度即天圆地方管沿中心线横切的1/2管的高度h均与步骤三中坯料3的两侧长度c相等。

步骤四、重复步骤三中冲压成型工艺，得到另一个天圆地方管沿中心线横切的1/2管，然后根据目标产物天圆地方管的尺寸要求，去除步骤三与步骤四中得到的两个天圆地方管沿中心线横切的1/2管的E面、F面的拼接余量，然后经组对、焊接、去除两端即管前端面C面和管后端面D面的余量，得到天圆地方管，如图10所示，图10中A面和B面分别为天圆地方管的前端面和后端面，且天圆地方管的高度h与天圆地方管沿中心线横切的1/2管的高度h相等。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。