一种薄壁杯形件的旋转拉深成形方法技术

本发明专利技术公开一种薄壁杯形件的旋转拉深成形方法，包括①下料，②均匀化热处理，③坯料和模具加热并保温，④坯料放入V形型腔中，冲头在上旋转液压机的带动下向下运动，先接触到坯料上表面，冲头匀速向下运动，使得接触面金属陆续流入冲头端面的型槽内，与冲头合为一体，冲头带动坯料开始扭转和下压，同时坯料外围部分金属陆续受挤压流入到多道次圆弧凸面台，首先外围金属的一侧接触到第一道次圆弧凸面台，与另一侧形成高度差，然后使得在接下来向下的扭挤变形过程中，两边形成速度差，最后挤入长方形型腔，直至运动到规定位置。本案能改善钢铁材料的成形性、提高成形构件的综合力学性能、克服传统变薄拉深成形的薄壁杯形构件各向强度差异大的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种薄壁杯形件的旋转拉深成形方法
本专利技术属于金属塑性加工工艺及成形
，具体说是一种用于钢铁材料拉深成形的技术，特别涉及一种薄壁杯形件的旋转拉深成形方法。
技术介绍
随着航空航天、国防军工、交通运输等领域的飞速发展，迫切需要采用高强韧轻质构件来实现轻量化，其中杯形构件为最具代表性的结构形式之一。拉深实质上就是将毛坯的凸缘部分材料逐渐转移到筒壁的过程,在转移的过程中,凸缘的材料由于受到拉深力的作用,在径向产生拉应力,由于凸缘部分直径逐渐变小,凸缘部分材料之间产生挤压作用,在切向产生压应力,在拉应力和压应力的共同作用下,凸缘部分的金属产生塑性变形,径向伸长,切向压缩,尺寸减小,且不断被拉入凹模洞口中变成筒形的空心件。变薄拉深是一种通过改变带有底壁的空心筒状杯形件的壁厚,来得到杯形件的工艺方法,现有的技术中，用半成品坯件进行变薄拉深的工艺方法有很多。变薄拉深工艺广泛应用于航空航天、交通运输、国防军工等领域。传统变薄拉深成形的杯形构件的各向强度差异更加明显，压扭变形工艺就是其中的一种。压扭变形工艺源于20世纪50年代末前苏联学者对平砧镦粗工艺缺陷的改造——对上平砧的轴向直线运动复合一个绕轴向的旋转运动，将有害摩擦变成有益剪切作用，解决了镦粗变形时摩擦带来的不利影响。目前实际生产应用的高压扭转是压扭变形工艺的一种特殊情况，其制备工艺为：变形体在平压头与凹模之间承受约几千兆帕的压力作用，同时平压头或凹模旋转，变形体还受到强烈的剪切力作用，从而获得很大塑性变形。这种高压与扭转的复合加载方式产生的剧烈塑性变形能有效地将材料晶粒细化至微纳米量级，获得无疏松孔洞的材料，避免了残留孔隙对材料产生的不良影响。目前，国内外成功开发了上/下工作台旋转的成形液压机，但是利用这些液压机的压扭成形工艺，通常用于制备尺寸较小的圆形扁薄工件，无法成形一定形状要求的零件，在工业生产中应用存在一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是针对薄壁杯形构件的成形，提出一种薄壁杯形构件的旋转拉深成形方法，能有效改善钢铁材料的成形性、提高成形构件的综合力学性能、克服传统变薄拉深成形的薄壁杯形构件各向强度差异大的缺点。为达成上述目的，本专利技术的解决方案为：一种薄壁杯形件的旋转拉深成形方法，包含如下步骤：(1)坯料下料；(2)均匀化热处理，制备锻压成形所用坯料；(3)成形前准备：将均匀化热处理好的坯料加热到成形温度并保温，并将旋转拉深成形模具预热至成形温度30℃以上，所述旋转拉深成形模具包括与上旋转液压机连接的冲头、成形凹模和下模板，所述的冲头同轴设在成形凹模的上方，所述的成形凹模连接在下模板上；所述的成形凹模同轴开设供坯料置入的复合型腔，所述冲头与坯料接触的端面为圆锥形凸台模面，所述圆锥形凸台模面开设型槽；所述的复合型腔由上部为V形型腔、下部为长方形型腔复合而成，所述的V形型腔与长方形型腔的连接处两侧各设有与坯料接触的多道次圆弧凸面台，多道次圆弧凸面台为若干个从顶部到底部依次排列、并且圆弧半径依次变大的凸面台组成，使得多道次圆弧凸面台位置的型腔内径从顶部到底部依次变小；其中一侧的圆弧凸面台数量比另一侧的圆弧凸面台数量多一个，使所述的成形凹模为非对称环形回转体，多出的该圆弧凸面台设于该侧的最高处，成为第一道次圆弧凸面台，其余两侧的圆弧凸面台相互对称，将预热保温后的模具安装在液压机上；给冲头和成形凹模的复合型腔均匀喷抹水基石墨润滑剂，并将加热好的坯料放入复合型腔的V形型腔中，等待挤压变形；(4)成形中：冲头在上旋转液压机的带动下向下运动，此时上旋转液压机不旋转，只做向下运动；随着冲头向下运动，冲头先接触到V形型腔内的待挤压坯料上表面，冲头匀速向下运动，使得接触面金属陆续流入冲头端面的型槽内，与冲头合为一体，上旋转液压机带动冲头开始旋转，冲头带动坯料开始扭转；冲头一边匀速旋转，一边匀速下压，同时坯料外围部分金属陆续受挤压流入到多道次圆弧凸面台，首先外围金属的一侧接触到第一道次圆弧凸面台，与另一侧形成高度差，然后使得在接下来向下的扭挤变形过程中，两边形成速度差，最后挤入长方形型腔，直至上旋转液压机向下运动到规定位置；(5)成形结束：上旋转液压机停止旋转运动和向下运动后，上旋转液压机反向抬升，直至上旋转液压机行程复位，完成一个工作循环。优选地，所述模具还包括顶出机构，在步骤(5)之后将所述坯料向上顶出成形凹槽。采用上述方案后，本专利技术的有益效果在于：本专利技术的冲头与坯料接触的端面采用圆锥形凸台模面，有利于旋转挤压时金属流动，从而改善成形均匀性。上旋转液压机控制冲头旋转以及上下进给，旋转的冲头将被动摩擦变化为促进金属流动的主动摩擦，通过主动摩擦力给坯料施加扭矩作用，从而使坯料受到较大的扭矩力，压扭过程中迫使坯料产生高度方向的压缩变形和横截面上的剪切变形，消除挤压成形中摩擦的有害作用，降低成形力，并且有利于加大冲头下面的金属的静水压力，加上高温变形，提高金属的塑性。本专利技术的成形凹模为非对称环形回转体，第一道次圆弧凸面台以下为直径渐变的圆弧凸面台，并形成高度差，所以使得该种非对称变形回转体在变形过程中引入剪切变形，所以在成形过程中引入剪切变形，在变形过程中积累更大的应变，可以有效的实现晶粒细化，改善材料织构。单道次变形由于变形量大会导致变形过程中产生缺陷，本专利技术在之后二三道次变形过程中，得到快速的多道次连续变形，使得变形更加的均匀，改善钢铁材料的成形性，克服传统变薄拉深成形的薄壁杯形构件各向强度差异大的缺点。附图说明图1是本专利技术一实施例坯料在待挤压时的工作状态示意图；图2是本专利技术一实施例坯料在挤压成形中的工作状态示意图；图3是本专利技术一实施例坯料在挤压完成后的工作状态示意图；图4是本专利技术一实施例一字型槽结构凸台模面冲头的剖视图；图5是本专利技术一实施例一字型槽结构凸台模面冲头的仰视图；图6是本专利技术一实施例十字型槽结构凸台模面冲头的仰视图；图7是本专利技术一实施例外六角型槽结构凸台模面冲头的仰视图；图8是本专利技术一实施例成形凹模的仰视图；图9是本专利技术一实施例成形凹模的剖视图；图10是本专利技术一实施例坯料的剖视图；图11是图9中B处的放大图。标号说明：1、冲头；2、坯料；3、成形凹模；31、复合型腔；311、V形型腔；312、长方形型腔；4、定位销；5、紧固件；6、下模板；61、贯通孔；7、一字型槽；8、外六角型槽；9、十字型槽；10、多道次圆弧凸面台；101、第一道次圆弧凸面台；102、第二道次圆弧凸面台；103、第三道次圆弧凸面台；104、第四道次圆弧凸面台；105、凹槽。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本专利技术做详细的说明。本专利技术提供一种薄壁杯形件的旋转拉深成形模具，如图1所示，包括与上旋转液压机(图中未示出)连接的冲头1、成形凹模3、下模板6和下垫板(图中未示出)，所述的冲头1同轴设在成形凹模3的上方，所述的下垫板设在成形凹模3和下模板6之间，起到缓冲的作用，成形凹模3、下垫板通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄壁杯形件的旋转拉深成形方法，其特征在于：包含如下步骤：/n(1)坯料下料；/n(2)均匀化热处理，制备锻压成形所用坯料；/n(3)成形前准备：将均匀化热处理好的坯料加热到成形温度并保温，并将旋转拉深成形模具预热至成形温度30℃以上，该模具包括与上旋转液压机连接的冲头、成形凹模和下模板，所述的冲头同轴设在成形凹模的上方，所述的成形凹模连接在下模板上；所述的成形凹模同轴开设供坯料置入的复合型腔，所述冲头与坯料接触的端面为圆锥形凸台模面，所述圆锥形凸台模面开设型槽；所述的复合型腔由上部为V形型腔、下部为长方形型腔复合而成，所述的V形型腔与长方形型腔的连接处两侧各设有与坯料接触的多道次圆弧凸面台，多道次圆弧凸面台为若干个从顶部到底部依次排列、并且圆弧半径依次变大的凸面台组成，使得多道次圆弧凸面台位置的型腔内径从顶部到底部依次变小；其中一侧的圆弧凸面台数量比另一侧的圆弧凸面台数量多一个，使所述的成形凹模为非对称环形回转体，多出的该圆弧凸面台设于该侧的最高处，成为第一道次圆弧凸面台，其余两侧的圆弧凸面台相互对称，将预热保温后的模具安装在液压机上；给冲头和成形凹模的复合型腔均匀喷抹水基石墨润滑剂，并将加热好的坯料放入复合型腔的V形型腔中，等待挤压变形；/n(4)成形中：冲头在上旋转液压机的带动下向下运动，此时上旋转液压机不旋转，只做向下运动；随着冲头向下运动，冲头先接触到V形型腔内的待挤压坯料上表面，冲头匀速向下运动，使得接触面金属陆续流入冲头端面的型槽内，与冲头合为一体，上旋转液压机带动冲头开始旋转，冲头带动坯料开始扭转；冲头一边匀速旋转，一边匀速下压，同时坯料外围部分金属陆续受挤压流入到多道次圆弧凸面台，首先外围金属的一侧接触到第一道次圆弧凸面台，与另一侧形成高度差，然后使得在接下来向下的扭挤变形过程中，两边形成速度差，最后挤入长方形型腔，直至上旋转液压机向下运动到规定位置；/n(5)成形结束：上旋转液压机停止旋转运动和向下运动后，上旋转液压机反向抬升，直至上旋转液压机行程复位，完成一个工作循环。/n...

【技术特征摘要】
1.一种薄壁杯形件的旋转拉深成形方法，其特征在于：包含如下步骤：
(1)坯料下料；
(2)均匀化热处理，制备锻压成形所用坯料；
(3)成形前准备：将均匀化热处理好的坯料加热到成形温度并保温，并将旋转拉深成形模具预热至成形温度30℃以上，该模具包括与上旋转液压机连接的冲头、成形凹模和下模板，所述的冲头同轴设在成形凹模的上方，所述的成形凹模连接在下模板上；所述的成形凹模同轴开设供坯料置入的复合型腔，所述冲头与坯料接触的端面为圆锥形凸台模面，所述圆锥形凸台模面开设型槽；所述的复合型腔由上部为V形型腔、下部为长方形型腔复合而成，所述的V形型腔与长方形型腔的连接处两侧各设有与坯料接触的多道次圆弧凸面台，多道次圆弧凸面台为若干个从顶部到底部依次排列、并且圆弧半径依次变大的凸面台组成，使得多道次圆弧凸面台位置的型腔内径从顶部到底部依次变小；其中一侧的圆弧凸面台数量比另一侧的圆弧凸面台数量多一个，使所述的成形凹模为非对称环形回转体，多出的该圆弧凸面台设于该侧的最高处，成为第一道次圆弧凸面台，其余两侧的圆弧凸面台相互对称，将预热保温后的模...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛勇，樊洪智，张治民，王强，徐健，李旭斌，赵熹，李国俊，方敏，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14