钛合金方管一体化成型装置及方法

摘要

本发明提供一种钛合金方管一体化成型装置及方法。该钛合金方管一体化成型装置，包括底模具和分别与所述底模具压型适配的上模具、预成型模具、压型模具，所述上模具和所述预成型模具均设于所述底模具的上侧，并通过横移机构连接，所述压型模具的两端一一通过旋转机构安装于所述上模具的底侧。本发明通过横移机构实现压型模具和预成型模具之间的切换，旋转机构实现压型模具和上模具之间的切换，无需钛合金板材的反复脱模装模，一体成型，操作简单，提高钛合金管材成型的表面质量，提高工作效率和成型精度，并易于实现自动化大批量生产。

权利要求

1.一种钛合金方管一体化成型装置，其特征在于，包括底模具和分别与所述底模具压型适配的上模具、预成型模具、压型模具，所述上模具和所述预成型模具均设于所述底模具的上侧，并通过横移机构连接，所述压型模具的两端一一通过旋转机构安装于所述上模具的底侧；

所述底模具设有与所述预成型模具压型适配的预成型模槽和与所述压型模具压型适配的压型模槽，所述压型模槽设于所述预成型模槽内，所述压型模槽与所述预成型模槽的开口位于所述底模具的上侧；

所述预成型模槽的侧壁朝外倾斜，所述预成型模具的底侧两端与所述预成型模槽的侧壁贴合适配；

所述旋转机构包括第一侧梁、第二侧梁和底梁，所述底梁的两端分别与所述第一侧梁的第一端和所述第二侧梁的第一端可旋转连接，所述第一侧梁的第二端与所述上模具的第一侧连接，所述第二侧梁的第二端与所述上模具与其第一侧相背的第二侧连接，所述压型模具的端部与所述底梁搭接；

所述旋转机构还包括限位块，所述限位块设于所述压型模具的上侧与所述上模具的下侧之间，且卡设与所述第一侧梁与所述第二侧梁之间；

具体的，限位块设置于第一侧梁、第二侧梁、压型模具的上侧和上模具的底侧之间形成的限位空间，当压型模具完成压型后，抽出限位块，旋转底梁，使底梁由水平状态切换为竖直状态，使得压型模具的上侧与上模具的底侧贴合，竖直状态下底梁的高度与限位块的高度相同，形成高度补偿，能够保持压型模具的固定。

2.根据权利要求1所述的钛合金方管一体化成型装置，其特征在于，所述压型模槽的槽底与其两侧壁的连接处均设有第一倒圆角，所述压型模槽的两侧壁与所述预成型模槽的槽底的连接处均设有第二倒圆角。

3.根据权利要求1所述的钛合金方管一体化成型装置，其特征在于，所述压型模具与所述第一侧梁的贴合侧嵌设磁铁。

4.根据权利要求1所述的钛合金方管一体化成型装置，其特征在于，所述压型模具内设加热棒，所述加热棒沿所述压型模具的长度方向嵌入所述压型模具内。

5.根据权利要求1至4任一项所述的钛合金方管一体化成型装置，其特征在于，所述横移机构包括丝杠和穿设在所述丝杠上的第一螺母、第二螺母，所述第一螺母与所述上模具连接，所述第二螺母与所述预成型模具连接。

说明书

钛合金方管一体化成型装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及钛合金方管成型模具技术领域，尤其涉及一种钛合金方管一体化成型装置及方法。

背景技术

[0002] 钛合金由于密度低，比强度高，在结构轻量化方面发挥不可替代作用。对焊接结构件采取钛代钢减重方案，其减重可达40%以上，效果明显。

[0003] 钛合金的σp0.2/σb比值高，σb大，εj很小，所需变形抗力大，脆性增加很快，易开裂，而E/σp0.2比值低，回弹严重，手工修整极困难，很难成型，因此，钛合金的冷成型性能较一般常用金属要差，一般采用热成型方案。

[0004] 现有异形钛合金方管的成型方案如下：

[0005] （1）采用模具一预成型；

[0006] （2）更换模具二，成型U型；

[0007] （3）横向退模，方管锤击出模；

[0008] （4）方管内部加入内模（三种不同形状的工装模具组合使用）；

[0009] （5）更换模具散三，成型方管；

[0010] （6）方管退内模；

[0011] （7）方管退出底模；

[0012] （8）方管重新加入内模，反向压制，定型；

[0013] （9）方管退内模，方管退出底模。

[0014] 现有方案存在以下缺点：

[0015] （1）效率低下：成型方案工序较多，且反复退模、方管成型时需要采用火焰加热，操作过程繁琐，方管出模是需要锤击等强力操作，工作效率低下，单台设备每天成型异形钛合金方管仅30米左右；

[0016] （2）成型精度差：由于钛合金回弹较大，在中间过程成型角度不能准确保证，在方管退模时需要强力操作，整体成型精度较差；

[0017] （3）不利于大批量生产：各个工序环节反更换模具，需多人同时操作，费时费力，不利于实现自动化生产，产能受到极大制约。

发明内容

[0018] 本发明提供一种钛合金方管一体化成型装置及方法，用以解决现有技术中异形钛合金方管的成型工序繁琐，效率低的缺陷，实现钛合金方管一体化成型，减少反复更换模具次数，提高工作效率。

[0019] 本发明提供一种钛合金方管一体化成型装置，包括底模具和分别与所述底模具压型适配的上模具、预成型模具、压型模具，所述上模具和所述预成型模具均设于所述底模具的上侧，并通过横移机构连接，所述压型模具的两端一一通过旋转机构安装于所述上模具的底侧。

[0020] 根据本发明提供的一种钛合金方管一体化成型装置，所述底模具设有与所述预成型模具压型适配的预成型模槽和与所述压型模具压型适配的压型模槽，所述压型模槽设于所述预成型模槽内，所述压型模槽与所述预成型模槽的开口位于所述底模具的上侧。

[0021] 根据本发明提供的一种钛合金方管一体化成型装置，所述预成型模槽的侧壁朝外倾斜，所述预成型模具的底侧两端与所述预成型模槽的侧壁贴合适配。

[0022] 根据本发明提供的一种钛合金方管一体化成型装置，所述压型模槽的槽底与其两侧壁的连接处均设有第一倒圆角，所述压型模槽的两侧壁与所述预成型模槽的槽底的连接处均设有第二倒圆角。

[0023] 根据本发明提供的一种钛合金方管一体化成型装置，所述旋转机构包括第一侧梁、第二侧梁和底梁，所述底梁的两端分别与所述第一侧梁的第一端和所述第二侧梁的第一端可旋转连接，所述第一侧梁的第二端与所述上模具的第一侧连接，所述第二侧梁的第二端与所述上模具与其第一侧相背的第二侧连接，所述压型模具的端部与所述底梁搭接。

[0024] 根据本发明提供的一种钛合金方管一体化成型装置，所述旋转机构还包括限位块，所述限位块设于所述压型模具的上侧与所述上模具的下侧之间，且卡设与所述第一侧梁与所述第二侧梁之间。

[0025] 根据本发明提供的一种钛合金方管一体化成型装置，所述压型模具与所述第一侧梁的贴合侧嵌设磁铁。

[0026] 根据本发明提供的一种钛合金方管一体化成型装置，所述压型模具内设加热棒，所述加热棒沿所述压型模具的长度方向嵌入所述压型模具内。

[0027] 根据本发明提供的一种钛合金方管一体化成型装置，所述横移机构包括丝杠和穿设在所述丝杠上的第一螺母、第二螺母，所述第一螺母与所述上模具连接，所述第二螺母与所述预成型模具连接。

[0028] 本发明还提供一种钛合金方管一体化成型方法，包括如下步骤：

[0029] 将钛合金板材放置于所述底模具上；

[0030] 通过所述横移机构调整所述预成型模具至所述底模具的上侧，并下压所述预成型模具与所述底模具压型配合，将所述钛合金板材预压成第一型态；

[0031] 通过所述横移机构调整所述上模具至所述底模具的上侧，且所述压型模具与所述底模具相对，下压所述上模具，使所述压型模具与所述底模具压型配合，将第一型态的所述钛合金板材压型成第二型态；

[0032] 通过所述旋转机构调整所述压型模具脱离第二型态的所述钛合金板材，继续下压所述上模具，使所述上模具与所述底模具压型配合，将第二形态的所述钛合金板材压型成方管。

[0033] 本发明提供的一种钛合金方管一体化成型装置及方法，通过设置底模具和分别与底模具压型适配的上模具、预成型模具、压型模具，上模具和预成型模具均设于底模具的上侧，并通过横移机构连接，压型模具的两端一一通过旋转机构安装于上模具的底侧，横移机构实现压型模具和预成型模具之间的切换，旋转机构实现压型模具和上模具之间的切换，无需钛合金板材的反复脱模装模，一体成型，操作简单，提高钛合金管材成型的表面质量，提高工作效率和成型精度，并易于实现自动化大批量生产。

附图说明

[0034] 为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0035] 图1是本发明提供的钛合金方管一体化成型装置的左视图；

[0036] 图2是本发明提供的钛合金方管一体化成型装置的剖视图；

[0037] 图3是本发明提供的钛合金方管一体化成型装置中底模具的结构示意图；

[0038] 图4是本发明提供的钛合金方管一体化成型装置中底模具的右视图；

[0039] 图5是本发明提供的钛合金方管一体化成型装置中预成型模具的结构示意图；

[0040] 图6是本发明提供的钛合金方管一体化成型装置中压型模具的主视图；

[0041] 图7是本发明提供的钛合金方管一体化成型装置中压型模具的左视图；

[0042] 图8是本发明提供的钛合金方管一体化成型装置中旋转机构的结构示意图；

[0043] 图9是本发明提供的钛合金方管一体化成型装置中限位块的主视图；

[0044] 图10是本发明提供的钛合金方管一体化成型装置中限位块的纵剖视图；

[0045] 图11是本发明提供的钛合金方管一体化成型方法中钛合金板材的成型结构顺序示意图；

[0046] 附图标记：

[0047] 100：底模具；110：预成型模槽；111：倾斜侧壁；120：压型模槽；121：第一倒圆角；122：第二倒圆角；200：上模具；300：预成型模具；310：倾斜端角；400：压型模具；410：加热棒；420：磁铁；500：横移机构；600：旋转机构；610：第一侧梁；611：第一销孔；612：穿孔；613：
第一滚珠；620：第二侧梁；621：第二销孔；622：第三销孔；630：底梁；631：第二滚珠；700：限位块；710：榫接头。

具体实施方式

[0048] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0049] 下面结合图1至图10描述本发明的一种钛合金方管一体化成型装置，包括底模具100和分别与所述底模具100压型适配的上模具200、预成型模具300、压型模具400，所述上模具200和所述预成型模具300均设于所述底模具100的上侧，并通过横移机构500连接，所述压型模具400的两端一一通过旋转机构600安装于所述上模具200的底侧。可以理解的是，底模具100用以支撑待压模成型的钛合金板材，且设置成型凹槽。上模具200和预成型模具
300位于底模具100的上侧，并通过横移机构500连接，也就是说，横移机构500驱动上模具
200和预成型模具300的横移，实现预成型模具300和上模具200分别与底模具100压型适配的替换，完成不同阶段的压型。压型模具400的两端分别通过旋转机构600安装于上模具200的底侧，通过旋转机构600的旋转，实现压型模具400和上模具200分别与底模具100压型适配的替换，实现对钛合金板材的压模成型。

[0050] 具体的，横移机构500驱动上模具200和预成型模具300横移，使预成型模具300与底模具100相对，进而完成钛合金板材的预成型；通过横移机构500调整上模具200的位置，使上模具200底侧的压型模具400与底模具100相对，进而完成压型成型；通过旋转机构600调整压型模具400的位置，使压型模具400脱离钛合金板材，上模具200和底模具100发生压型作用，进而完成钛合金方管的成型。也就是说，通过操作更换上模具200、预成型模具300和压型模具400的空间位置，省去钛合金板材退模装模的反复操作，节省人力物力，一体成型，操作简单，提高钛合金管材成型的表面质量，提高工作效率和成型精度，并易于实现自动化大批量生产。

[0051] 根据本发明提供的一种钛合金方管一体化成型装置，所述底模具100设有与所述预成型模具300压型适配的预成型模槽110和与所述压型模具400压型适配的压型模槽120，所述压型模槽120设于所述预成型模槽110内，所述压型模槽120与所述预成型模槽110的开口位于所述底模具100的上侧。可以理解的是，底模具100的上侧开设有预成型模槽110，预成型模槽110与预成型模具300压型适配，实现对钛合金板材的预成型压型。底模具100的上侧开设有压型模槽120，压型模槽120与压型模具400压型适配，实现对预压成型的钛合金板材进行压型。值得说明的是，预成型模槽110和压型模槽120均为凹型槽，预成型模槽110开设于底模具100的上表面，压型模槽120设置于预成型模槽110内，且位于预成型模槽110的中心位置，也就是说，预成型模槽110的中心和压型模槽120的中心位于底模具100的竖直中心线上，实现预成型和压型成型过程中，无需对钛合金板材进行退模操作即可完成。

[0052] 根据本发明提供的一种钛合金方管一体化成型装置，所述预成型模槽110的侧壁朝外倾斜，所述预成型模具300的底侧两端与所述预成型模槽110的侧壁贴合适配。可以理解的是，预成型模槽110设有朝外倾斜的倾斜侧壁111，预成型模具300的底侧两端分别设有倾斜端角310，倾斜端角310与倾斜侧壁111贴合适配，进而实现对钛合金板材的预压成型，将钛合金板材对应处压型出R角。

[0053] 根据本发明提供的一种钛合金方管一体化成型装置，所述压型模槽120的槽底与其两侧壁的连接处均设有第一倒圆角121，所述压型模槽120的两侧壁与所述预成型模槽110的槽底的连接处均设有第二倒圆角122。可以理解的是，压型模槽120的槽底与侧壁连接处设有第一倒圆角121，压型模槽120的开口侧，即压型模槽120的侧壁与预成型模槽110的槽底的连接处设有第二倒圆角122，通过设置第一倒圆角121和第二倒圆角122，用于提高压型模具400压制时，提供反变形，提高成型效果，同时第二倒圆角122起到过盈配合的效果，提高压制成型的钛合金方管的质量。

[0054] 根据本发明提供的一种钛合金方管一体化成型装置，所述旋转机构600包括第一侧梁610、第二侧梁620和底梁630，所述底梁630的两端分别与所述第一侧梁610的第一端和所述第二侧梁620的第一端可旋转连接，所述第一侧梁610的第二端与所述上模具200的第一侧连接，所述第二侧梁620的第二端与所述上模具200与其第一侧相背的第二侧连接，所述压型模具400的端部与所述底梁630搭接。可以理解的是，旋转机构600包括竖直设置的第一侧梁610和第二侧梁620，第一侧梁610和第二侧梁620相对设于上模具200的两相背侧。第一侧梁610的第二端即上端设有第一销孔611，上模具200的第一侧设有与第一销孔611对应的插孔，第一销孔611内插入销轴，实现第一侧梁610的第二端与上模具200的第一侧的可旋转连接。第二侧梁620的第二端即上端设有第二销孔621，上模具200与其第一侧相背的第二侧设有与第二销孔621对应的插孔，第二销孔621内插入销轴，实现第二侧梁620的第二端与上模具200的第二侧的可旋转连接。

[0055] 底梁630的两端分别与第一侧梁610的第一端即下端和第二侧梁620的第一端即下端可旋转连接，实现底梁630水平状态和竖直状态之间的旋转切换。具体的，第一侧梁610的第一端设有水平设置的第四销孔，第二侧梁620的第二端设有水平设置且与第四销孔相对的第三销孔622，底梁630设有与第三销孔622和第四销孔贯穿销轴适配的通孔，实现底梁630可绕销轴旋转。

[0056] 在一个实施例中，底梁630的外侧即压型模具400与压型模槽120压制时，底梁630与钛合金板材接触的一侧设有第二滚珠631，第一侧梁610的第一端嵌设第一滚珠613，可以理解的是，第一侧梁610的第一端与钛合金板材产生接触的一侧嵌设第一滚珠613，通过设置第一滚珠613和第二滚珠631，方便脱模工艺中，底梁630和第一侧梁610与钛合金方管的接触侧发生相对滑动，方便脱模。

[0057] 根据本发明提供的一种钛合金方管一体化成型装置，所述旋转机构600还包括限位块700，所述限位块700设于所述压型模具400的上侧与所述上模具200的下侧之间，且卡设与所述第一侧梁610与所述第二侧梁620之间。可以理解的是，限位块700可抽拉的设于压型模具400和上模具200之间，限位块700可设置为与压型模具400整体适配的一个整体，也可设置为两个，分别设于压型模具400的两端，提高稳定性。具体的，限位块700设置于第一侧梁610、第二侧梁620、压型模具400的上侧和上模具200的底侧之间形成的限位空间。当压型模具400完成压型后，抽出限位块700，旋转底梁630，使底梁630由水平状态切换为竖直状态，使得压型模具400的上侧与上模具200的底侧贴合，竖直状态下底梁630的高度与限位块700的高度相同，形成高度补偿，始终保持压型模具400的固定。此时，压型模具400与钛合金板材脱离接触，下压上模具200，完成上模具200与底模具100的压型。

[0058] 在一个实施例中，限位块700的上侧设有榫接头710，上模具200的底侧设有与榫接头710榫接适配的榫接槽，保证限位块700的安装强度，同时方便抽出，操作简单，实现压型模具400与上模具200之间压型切换。

[0059] 根据本发明提供的一种钛合金方管一体化成型装置，所述压型模具400与所述第一侧梁610的贴合侧嵌设磁铁420。可以理解的是，压型模具400的两端分别嵌设磁铁420，第一侧梁610对应设置穿孔612，方便将磁铁420安装在压型模具400的端部，进而实现压型模具400与底模具100精确定位，提高钛合金方管成型的准确性。磁铁420沿垂直于压型模具400的长度方向设置。

[0060] 根据本发明提供的一种钛合金方管一体化成型装置，所述压型模具400内设加热棒410，所述加热棒410沿所述压型模具400的长度方向嵌入所述压型模具400内。可以理解的是，压型模具400沿其长度方向设有安装孔，加热棒410嵌设于安装孔内，用以对压型模具400进行加热以使钛合金方管在成型时减少回弹，提高成型准确性，保证成型效率。

[0061] 根据本发明提供的一种钛合金方管一体化成型装置，所述横移机构500包括丝杠和穿设在所述丝杠上的第一螺母、第二螺母，所述第一螺母与所述上模具200连接，所述第二螺母与所述预成型模具300连接。可以理解的是，通过转动丝杠实现第一螺母和第二螺母水平方向移动，进而带动相应的上模具200和预成型模具300的水平移动，实现模具的更换，完成不同的压型阶段。值得说明的是，横移机构500也可选用其他横移传动结构，例如，齿条和电机旋转驱动，或者液压驱动杆。

[0062] 根据本发明提供的一种钛合金方管一体化成型装置，还包括脱模机构，脱模机构包括脱模台，脱模台设有与压型模具400适配的U型槽，U型槽的深度为压型模槽120高度的三分之一，U型槽的槽底与压型模槽120的底侧贴合适配。脱模台的一端设有与旋转机构600避让适配的避让区域，脱模台的另一端与气动推杆连接，实现对脱模台的驱动，并将压制成的钛合金方管与压型模具400的脱离。

[0063] 下面对本发明提供的一种钛合金方管一体化成型方法进行描述，下文描述的一种钛合金方管一体化成型方法与上文描述的一种钛合金方管一体化成型装置可相互对应参照。

[0064] 下面结合图11描述本发明还提供一种钛合金方管一体化成型方法，包括如下步骤：

[0065] 将钛合金板材放置于所述底模具100上；

[0066] 通过所述横移机构500调整所述预成型模具300至所述底模具100的上侧，并下压所述预成型模具300与所述底模具100压型配合，将所述钛合金板材预压成第一型态；

[0067] 通过所述横移机构500调整所述上模具200至所述底模具100的上侧，且所述压型模具400与所述底模具100相对，下压所述上模具200，使所述压型模具400与所述底模具100压型配合，将第一型态的所述钛合金板材压型成第二型态；

[0068] 通过所述旋转机构600调整所述压型模具400脱离第二型态的所述钛合金板材，继续下压所述上模具200，使所述上模具200与所述底模具100压型配合，将第二形态的所述钛合金板材压型成方管。

[0069] 本发明提供的一种钛合金方管一体化成型方法，具体步骤如下：

[0070] 需要将钛合金板材压型为厚度0.8mm，长度520mm，大头端规格52mm×30mm；小头端规格35mm×30mm的异形钛合金方管。

[0071] 将钛合金板材A放置于底模具100的预成型模槽110上，并将钛合金板材A的大头端和小头端与预成型模槽110的大小端对应；

[0072] 通过横移机构500将预成型模具300调整至底模具100的正上方，并与预成型模槽110相对，下压预成型模具300，在预成型模具300和预成型模槽110之间的钛合金板材A被压型为第一型态的钛合金板材B，钛合金板材的两长边侧形成R角；

[0073] 无需调整第一型态的钛合金板材，通过横移机构500将上模具200调整至底模具100的正上方，并使压型模具400与压型模槽120相对，其中，压型模具400和压型模槽120均为一端宽，另一端窄的结构，实现压型为异形方管；

[0074] 开启加热棒410，优选地，加热棒410设置在压型模具400的宽头端，将压型模具400加热至300℃，下压上模具200，压型模具400的宽头端下压第一型态的钛合金板材的大头端进入压型模槽120的宽头端，压型模具400的窄头端下压第一型态的钛合金板材的小头端进入压型模槽120的窄头端；

[0075] 上模具200的长度大于底模具100的长度，所以下压上模具200时，旋转机构600不会与底模具100发生干涉；

[0076] 压型模具400下压第一型态的钛合金板材在压型模槽120内持续10秒 20秒，降低~钛合金板材的变形抗力，增加钛合金板材在成型中变形程度，减少弹性回弹，提高方管的成型准确度，增加成型的精确度；

[0077] 其中，压型模具400两端的磁铁420，实现压型模具400与压型模槽120的定位精度，避免反复调整模具的位置；

[0078] 至此，将第一型态的钛合金板材B压制成第二型态的钛合金板材C；

[0079] 将限位块700抽出，旋转底梁630，使底梁630由水平状态调整为竖直状态，此时，竖直状态下底梁630补偿限位块700的高度缺失，使压型模具400的上侧与上模具200的底侧贴合，且压型模具400与第二型态的钛合金板材的内底侧脱离；

[0080] 下压上模具200，上模具200的底侧与第二型态的钛合金板材的上侧接触，并将预成型模具300压制的R角压平，压制成最终型态的异形钛合金方管D；

[0081] 气动推杆推动脱模台靠近压型模具400，脱模台的避让区域避开旋转机构600后，压型模具400的底侧与脱模台的U型槽的槽底贴合，脱模台的侧壁与最终型态的钛合金方管相抵，并与脱模台一起移动，进而实现最终型态的钛合金方管完全脱离压型模具400，完成一体化成型。

[0082] 本发明提供的一种钛合金方管一体化成型装置及方法，通过设置底模具和分别与底模具压型适配的上模具、预成型模具、压型模具，上模具和预成型模具均设于底模具的上侧，并通过横移机构连接，压型模具的两端一一通过旋转机构安装于上模具的底侧，横移机构实现压型模具和预成型模具之间的切换，旋转机构实现压型模具和上模具之间的切换，无需钛合金板材的反复脱模装模，一体成型，操作简单，提高钛合金管材成型的表面质量，提高工作效率和成型精度，并易于实现自动化大批量生产。

[0083] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。