用于薄壁管件胀形的蘑菇型刚性分块凸模制造技术

一种用于薄壁管件胀形的蘑菇型分块凸模，包括一体成型的伞状部和根部，伞状部和根部的轴向长度与管坯的轴向长度一致，伞状部是横截面为弧形的柱体结构，弧形的半径与薄壁管件半径R相等，且弧形对应的圆心角为α，根部是横截面为等腰梯形的柱体结构，根部抵靠伞状部的竖向平面设置，使用本发明专利技术所示分块凸模制造薄壁管件，在成形过程中可有效避免圆形分块凸模成形过程中零件在凸模间隙处容易破裂以及模具间隙在零件表面上产生压痕、棱角的问题，保证零件成形之后的尺寸精度；在成形终了状态时蘑菇型分块凸模之间的间隙远比圆形凸模之间的间隙小，能有效保证胀形零件的尺寸精度和加工质量。

【技术实现步骤摘要】
用于薄壁管件胀形的蘑菇型刚性分块凸模
本专利技术属于机械设计领域，涉及乘用车零部件设计方法和塑性加工领域的模具设计，尤其是薄壁管件加工模具的设计。
技术介绍
薄壁管件具有中空、轻质等特点，在航空航天、核工业、建筑及汽车行业的应用越来越广泛。此外，与钣金件相比，管件具有刚度高、强度高以及抗冲击性能良好的特性，有利于减振降噪，因此在工业领域得到了广泛应用。目前国内外的薄壁管件成形方法主要有液压胀形和刚性分块凸模胀形。液压胀形基本原理是：首先在管件内部引入液态介质如水或油，然后对液态介质施加压力，通过液态介质的压力传递使管坯成形为所需零件形状。液压胀形发展相对成熟，但是会涉及到高压的提供、高压下的密封以及高压下液体泄漏防范等问题，使液压成形设备及模具开发成本非常高，适合于大批量零件的制造。另一种成本相对较低的管件胀形方法是采用刚性分块凸模胀形，该方法基本原理是：模具由若干扇形块组成，在成形过程中各分块模具可在压机滑块作用下沿径向运动，带动管坯贴近凹模内壁使零件成形。由于初始状态模具直径小于胀形终了状态模具直径，因而在终了状态时分块模具间存在一定的间隙，这个间隙使零件内外壁产生一些压痕或棱边，严重影响零件的尺寸精度和使用功能。而且，胀形终了状态时模具间隙处管坯处于双向拉伸状态，导致此处易出现破裂等缺陷。为此，研究设计了一种呈蘑菇型的分块模具用于实现薄壁管件的高精度胀形。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新型的蘑菇型分块凸模，其避免了目前国内外采用液压胀形工艺中存在的零件尺寸精度不良和圆环形分块凸模胀形中模具间隙导致的零件尺寸精度不良及在间隙处易破裂等问题，可实现薄壁管件的高精度胀形。为达到上述目的，本专利技术的解决方案是：一种用于薄壁管件胀形的蘑菇型分块凸模，包括一体成型的伞状部和根部，所述伞状部和所述根部轴向平齐设置，且所述伞状部和所述根部的轴向长度与薄壁管件的轴向长度一致：所述伞状部是横截面为弧形的柱体结构，所述弧形的半径与所述薄壁管件半径R相等，且弧形对应的圆心角为α；所述根部是横截面为等腰梯形的柱体结构，所述根部抵靠所述伞状部的竖向平面设置.所述等腰梯形上底边一端点距离同侧所述弧形端点的距离l1的大小为：所述等腰梯形的下底边处两底角的角度与所述弧形对应的圆心角相同，均为α；所述等腰梯形下底边的长度l2的大小为：其中，n为分块凸模的块数，0<d<1/4R，h为分块凸模根部高度，d为分块凸模沿径向平移距离。优选的，所述分块凸模的块数n为偶数。优选的，所述凸模制作材料的硬度高于薄壁管件材料的硬度。本专利技术的有益效果是：采用本专利技术所示的分块凸模实现胀形，在成形过程中可有效避免圆形分块凸模成形过程中零件在模具间隙处容易破裂以及模具间隙在零件表面上产生压痕、棱角的问题，保证零件成形之后的尺寸精度；在成形终了状态时本专利技术所示分块凸模之间的间隙远比圆形凸模的间隙小，能有效保证胀形零件的尺寸精度和加工质量。且分块凸模的尺寸与数量可根据实际需要进行调整，可以适应不同几何尺寸的管件，具有良好的适应性。附图说明图1是本专利技术分块凸模一实施例的结构示意图；图2-1是目标管件轮廓分块示意图；图2-2每段圆弧平移示意图；图2-3最终几何外形确定示意图；图3-1本专利技术的凸模结构胀形过程示意图中胀形前分块凸模缩聚状态；图3-2胀形过程中分块凸模状态；图3-3胀形终了时分块凸模状态。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施作进一步的说明。如图1所示，本专利技术公开了一种用于薄壁管件胀形的蘑菇型分块凸模，其包括伞状部10和根部20，伞状部10与根部20上下面平齐设置，二者通过机械加工方式一体成型，且伞状部10和根部20的轴向长度与薄壁管件的轴向长度一致。其中，伞状部10是横截面为弧形的柱体结构，弧形的半径与薄壁管件半径R相等，且弧形对应的圆心角为α，根部20是横截面为等腰梯形的柱体结构，其毗邻伞状部的竖直平面设置，等腰梯形上底边一端点距离同侧弧形端点的距离所述等腰梯形的下底边处两底角的角度与所述弧形对应的圆心角相同，均为α；等腰梯形下底边的长度l2的大小为：其中，n为分块凸模的块数，0<d<1/4R，h为分块凸模根部高度，d为分块凸模沿径向平移距离。d和h是根据经验得出来的范围，可以灵活选取范围。d的取值范围依据凸模推送机构确定，本实施例中，0<d<1/4R，机构与凸模接触面宽度越大则d值越小，反之d值越大；h根据凸模推动机构确定，机构与凸模的接触面宽度大，则h取值相应越小，反之h取值越大，本实施例中，h的具体大小取值可根据梯形高度的计算公式推算。本专利技术所示的用于薄壁管件胀形的分块凸模的具体尺寸确定方法如图2-1至2-3所示。(1)如图2-1所示，首先根据目标管件(即薄壁管件)尺寸将其轮廓分割成偶数块n，对分割出来的每一块圆弧沿顺时针方向选取一个原点，然后将每个圆弧绕端点逆时针旋转角度β，其中β根据分块凸模的个数确定(2)如图2-2-所示，分别将每个旋转之后的圆弧沿径向平移距离d，所示其中d的取值范围是0<d<1/4R；(3)如图2-3所示，作出每个圆弧的弦，在将其沿径向向内平移距离h。删除几何干涉部分最终就能得到凸模的几何外形，如下图2-3所示。本专利技术所示的用于薄壁管件胀形的分块凸模的具体工作过程如图3-1至图3-3所示。(1)根据薄壁管件几何形状和管坯材料特性确定分块凸模的个数n和尺寸并进行加工，凸模材料根据管坯材料确定，确保硬度比管坯材料高，无其他特殊限制，本实施例中，如图3-1所示，分别包括6块蘑菇状分块凸模、整体式凹模，以及凸模与凹模之间的管坯(即薄壁管件)；(2)加工前凸模缩聚在一起，在胀形前，各分块凸模缩聚在一起，此时各分块凸模根部20相互接触形成一个与管坯同轴的圆弧面；(3)加工过程中凸模沿径向运动，管件胀形过程中，各分块凸模首先沿径向运动；(4)管坯接触后再做旋转运动直至凸模的外轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于薄壁管件胀形的蘑菇型分块凸模，其特征在于：包括一体成型的伞状部和根部，所述伞状部和所述根部轴向平齐设置，且所述伞状部和所述根部的轴向长度与薄壁管件的轴向长度一致：所述伞状部是横截面为弧形的柱体结构，所述弧形的半径与所述薄壁管件半径R相等，且弧形对应的圆心角为α；所述根部是横截面为等腰梯形的柱体结构，所述根部抵靠所述伞状部的竖向平面设置。

【技术特征摘要】
1.一种用于薄壁管件胀形的蘑菇型分块凸模，其特征在于：包括一体成型的伞状部和根部，所述伞状部和所述根部轴向平齐设置，且所述伞状部和所述根部的轴向长度与薄壁管件的轴向长度一致：所述伞状部是横截面为弧形的柱体结构，所述弧形的半径与所述薄壁管件半径R相等，且弧形对应的圆心角为α；所述根部是横截面为等腰梯形的柱体结构，所述根部抵靠所述伞状部的竖向平面设置；所述等腰梯形上底边一端点距离同侧所述弧形端点的距离l1的大小为：所述等腰梯形的下底边处两底角的角度与所述弧形对应的圆心角相同...

【专利技术属性】
技术研发人员：余海燕，王友，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31