一种异形件相变复合成型加热装置转让专利
申请号 : CN202110883400.1
文献号 : CN113319202B
文献日 : 2021-10-08
发明人 : 郑浩民 , 刘文 , 张池 , 林凯 , 黄迪 , 陆阳钧 , 王沛超 , 刘朋飞
申请人 : 宁波市沃瑞斯机械科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种异形件相变复合成型加热装置,其特征在于:包括复合冲头(1)和模具组件(2),所述复合冲头(1)设于模具组件(2)的上方,所述模具组件(2)内设有模型槽(2.4),所述模型槽(2.4)内设有直壁段(2.4.1)和难以进行刚性冲压加工的异形段(2.4.2),所述异形段(2.4.2)设于直壁段(2.4.1)的底端,所述复合冲头(1)包括刚性体(1.1)和低熔点合金(1.2),所述低熔点合金(1.2)设于复合冲头(1)的前端,所述模具组件(2)上设有板坯(3),所述低熔点合金(1.2)用于对板坯(3)进行异形段(2.4.2)冲压成型,所述异形段(2.4.2)包括第一异形部(2.4.3),所述第一异形部(2.4.3)设于直壁段(2.4.1)的底端,所述第一异形部(2.4.3)的外径大于直壁段(2.4.1)的直径,所述第一异形部(2.4.3)的边缘呈光滑的弧面,所述异形段(2.4.2)还包括第二异形部(2.4.4),所述第二异形部(2.4.4)设于直壁段(2.4.1)的底端,所述第二异形部(2.4.4)为锐角凹槽,所述模具组件(2)内还设有加热器(2.3),所述加热器(2.3)用于将低熔点合金(1.2)半液化便于低熔点合金(1.2)加工异形段(2.4.2),所述加热器(2.3)包括用于加热第一异形部(2.4.3)的第一加热部(2.3.1)和用于加热第二异形部(2.4.4)的第二加热部(2.3.2)。
2.根据权利要求1所述一种异形件相变复合成型加热装置,其特征在于:所述加热器(2.3)包覆异形段(2.4.2),所述第二加热部(2.3.2)呈有间隙的盘旋结构,所述第二加热部(2.3.2)的间隙上设有沿间隙设置的降温件(2.7)。
3.根据权利要求2所述一种异形件相变复合成型加热装置,其特征在于:所述降温件(2.7)为液体降温管,所述模具组件(2)的外部设有一个水冷箱(6),所述降温件(2.7)穿过水冷箱(6)形成降温循环。
4.根据权利要求2所述一种异形件相变复合成型加热装置,其特征在于:所述第二加热部(2.3.2)的上表面与第二异形部(2.4.4)的外表面相抵,所述降温件(2.7)的上表面与第二异形部(2.4.4)的外表面相抵,所述降温件(2.7)的下表面包覆第二加热部(2.3.2)的下表面。
5.根据权利要求1所述一种异形件相变复合成型加热装置,其特征在于:所述低熔点合金(1.2)采用70Sn‑30In制造而成,当加工第一异形部(2.4.3)时,所述模具组件(2)内温度为155≤t<175℃,当加工第二异形部(2.4.4)时,所述模具组件(2)内温度为135≤t<155℃。
6.根据权利要求1所述一种异形件相变复合成型加热装置,其特征在于:所述模具组件(2)还包括壳体(2.1)和成型模芯(2.2),所述壳体(2.1)内设有一个用于放置成型模芯(2.2)的放置槽(2.5),所述模型槽(2.4)设于成型模芯(2.2)上,所述成型模芯(2.2)可拆卸连接在放置槽(2.5)内,所述加热器(2.3)沿着放置槽(2.5)的周向放置,所述壳体(2.1)通过多个模块(2.1.1)叠加形成,所述加热器(2.3)设于相邻的两个模块(2.1.1)之间。
7.根据权利要求6所述一种异形件相变复合成型加热装置,其特征在于:所述放置槽(2.5)的侧面呈倾斜设置,所述放置槽(2.5)的底部设有用于将成型模芯(2.2)顶出放置槽(2.5)的顶出杆(4),所述顶出杆(4)与驱动器连接,所述成型模芯(2.2)通过多块模芯(2.2.1)沿周向拼接而成。
8.根据权利要求1所述一种异形件相变复合成型加热装置,其特征在于:所述刚性体(1.1)与低熔点合金(1.2)的连接处设有T形块(1.1.1),所述低熔点合金(1.2)与刚性体(1.1)的连接处设有与T形块(1.1.1)相契合的T形槽(1.2.1)。
9.根据权利要求1所述一种异形件相变复合成型加热装置,其特征在于:所述模具组件(2)上设有用于放置板坯(3)的坯料槽(2.6),所述坯料槽(2.6)的上方可移动连接有压板(5),所述压板(5)用于防止在冲压板坯(3)时,板坯(3)两侧翘起,所述压板(5)上设有供复合冲头(1)穿过的冲压孔(5.1)。
说明书 :
一种异形件相变复合成型加热装置
技术领域
背景技术
机、焊接机等设备进行多次加工才能成型,或者通过模具浇注,再进行表面打磨抛光的方式
成型。而这两种加工方式中,前者在加工成型中,工艺复杂,步骤多,并且会造成大量原材料
的浪费,而后者则需要进行模具的制作,对于一些折弯较多的异形结构,其浇注口较多,造
成其生产成本较高,生产周期长,且在打磨抛光过程中,易对零件造成损伤。
发明内容
槽,所述模型槽内设有直壁段和难以进行刚性冲压加工的异形段,所述异形段设于直壁段
的底端,所述复合冲头包括刚性体和低熔点合金,所述低熔点合金设于复合冲头的前端,所
述模具组件上设有板坯,所述低熔点合金用于对板坯进行异形段冲压成型,所述异形段包
括第一异形部,所述第一异形部设于直壁段的底端,所述第一异形部的外径大于直壁段的
直径,所述第一异形部的边缘呈光滑的弧面,所述异形段还包括第二异形部,所述第二异形
部设于直壁段的底端,所述第二异形部为锐角凹槽,所述模具组件内还设有加热器,所述加
热器用于将低熔点合金半液化便于低熔点合金加工异形段,所述加热器包括用于加热第一
异形部的第一加热部和用于加热第二异形部的第二加热部。
于模型槽的插入端宽度时,冲头难以对模具的底部进行成型,同时当模型槽内设有尖角待
加工结构时,冲头也不能进行相应的尖角结构设计,否则在冲头进行冲压过程中会对冲头
造成破坏,从而造成尖角结构难以通过冲压加工的方式进行加工,而通过本发明的设计,复
合冲头在进行冲压加工过程中,复合冲头先通过直壁段,对板坯进行直壁段的成型,待复合
冲头顶着板坯移动到与模型槽的底部相抵时,此时复合冲头上的刚性体与直壁段相配合,
封闭刚性体与板坯之间的空间,即封闭低熔点合金所处空间,而后通过加热器加温,使低熔
点合金半液化,半液化的低熔点合金是固液混合状态,对板坯具备一定膨胀成型的能力,此
时复合冲头可以继续冲压,使半液化的低熔点合金进行高压膨胀,补足异形段的板坯冲压
成型,从而完成带有异形结构的壳体零件通过钣金进行冲压的加工方式来成型的目的,同
时,因为第一异形部与第二异形部的结构特点,两者的冲压要求也不一样,高液态的低熔点
合金可以在低压情况下完成对第一异形部的冲压以及第二异形部的局部填充,高液态的低
熔点合金的硬度不足以冲压第二异形部的尖端区域,高固态的低熔点合金可以在高压情况
下完成对第二异形部的冲压,在该过程中,若直接采用高固态的低熔点合金进行第一异形
部与第二异形部的冲压则会造成对第一异形部的膨胀过程不均匀及低熔点合金对第二异
形部的填充量少的情况,最终导致第一异形部的成型质量低、第二异形部的成型冲压压力
更大的情况,使得产品的报废率升高。
从低压、高温向高压、低温的冲压变化,其中低压向高压的状态变化是冲压模具在冲压过程
中的固定变化,易于操作,而高温向低温的状态变化若通过温度自然降低的方式来实现,则
会造成产品的成型周期长的问题,而通过降温件的设计,可以加快温度下降的速度,提高产
品的成型速度,同时在冲压过程中,需要将低熔点合金从高液态向高固态转化的区域只在
于第二异形部的位置,故而仅对第二加热部进行快速降温就可以达到完成冲压加工的目
的,即在第二异形部的低熔点合金为高固态,其它区域的低熔点合金为高液态的情况下就
可以完成第二异形部的冲压加工,不需要等待低熔点合金温度均匀的情况,大大降低的冲
压周期。
第二加热部的降温速度。
所述改进,所述第二加热部的上表面与第二异形部的外表面相抵,可以保证第二加热部在
加热过程中对第二异形部的加热效率;所述降温件的上表面与第二异形部的外表面相抵,
可以加快降温件对第二异形部的降温效率;所述降温件的下表面包覆第二加热部的下表
面,可以增加降温件与第二加热部的接触面积,加快降温件对第二加热部的降温效率。
155℃,通过所述改进,70Sn‑30In材料为含有70%的锡与含有30%的铟,它的固相线为120℃,
液相线为175℃。该合金凝固区间为55℃,区间适中,便于控制固液相转变,且成本低。当模
具组件内温度为155≤t<175℃时,此时低熔点合金处于高液相状态,使低熔点合金具备较
好的流动性,同时相较于纯液态的流体,分子之间的吸引力更强,更容易被密封,不容易从
刚性体与板坯之间流出,在复合冲头的高压作用下,低熔点合金可以向外膨胀,带动板坯膨
胀,完成板坯进行第一异形部的冲压加工成型,该过程适用于结构变化平缓的第一异形部,
即第一异形部的边缘为光滑的弧面;当模具组件内温度为135≤t<155℃时,此时低熔点合
金处于高固相状态,该状态下的低熔点合金不仅具有一定的流动性,其分子间的吸引力仅
次于纯固态,可承受较大的压力,半液化的低熔点合金依旧不容易流出,对板坯可以进行更
好的膨胀变形,但膨胀的均匀性不强,而在155≤t<175℃时已经完成了绝大多数区域的膨
胀,则不需要担心膨胀均匀性差的问题,从而对于一些锐角凹槽也能进行很好的成型,避免
了传统的那种对锐角凹槽的冲压工艺会破坏冲头的情况。
述加热器沿着放置槽的周向放置,所述壳体通过多个模块叠加形成,所述加热器设于相邻
的两个模块之间,通过所述改进,实现了成型模芯、加热器的安装,保证了加热器对成型模
芯内的加热效果,同时加热器也易于拆卸、更换。
接而成,通过所述改进,放置槽的侧面呈倾斜设置,不仅可以在板坯加工完成后,顶出杆顶
出成型模芯更方便,还可以使多块模芯置入放置槽时,沿着斜面自动拼接,合模更精准,不
易产生飞边。
固定连接,避免低熔点合金从刚性体上脱落,同时也可以避免在冲压过程中刚性体与低熔
点合金发生偏移的情况。
头穿过的冲压孔,通过所述改进,可以避免在冲压时板坯两侧翘起,还可以增加板坯两侧的
摩擦力,使板坯的被冲压过程中,板坯两侧的牢固性更高,被冲压的板坯仅通过拉伸变形的
方式来完成冲压成型,使成型后的零件厚度更统一、均匀。
附图说明
一加热部,2.3.2、第二加热部,2.4、模型槽,2.4.1、直壁段,2.4.2、异形段,2.4.3、第一异形
部,2.4.4、第二异形部,2.5、放置槽,2.6、坯料槽,2.7、降温件,3、板坯,4、顶出杆,5、压板,
5.1、冲压孔,6、水冷箱,7、水泵。
具体实施方式
设有直壁段2.4.1和难以进行刚性冲压加工的异形段2.4.2,所述异形段2.4.2设于直壁段
2.4.1的底端,所述复合冲头1包括刚性体1.1和低熔点合金1.2,所述低熔点合金1.2设于复
合冲头1的前端,所述刚性体1.1与低熔点合金1.2的连接处设有T形块1.1.1,所述低熔点合
金1.2与刚性体1.1的连接处设有与T形块1.1.1相契合的T形槽1.2.1,复合冲头1固定连接
在一液压缸上,通过液压缸的驱动实现复合冲头1的冲压加工,所述模具组件2上设有板坯
3,所述低熔点合金1.2用于对板坯3进行异形段2.4.2冲压成型,所述异形段2.4.2包括第一
异形部2.4.3,所述第一异形部2.4.3设于直壁段2.4.1的底端,所述第一异形部2.4.3的外
径大于直壁段2.4.1的直径,所述第一异形部2.4.3的边缘呈光滑的弧面,所述异形段2.4.2
还包括第二异形部2.4.4,所述第二异形部2.4.4设于直壁段2.4.1的底端,所述第二异形部
2.4.4为锐角凹槽,所述模具组件2内还设有加热器2.3,所述加热器2.3用于将低熔点合金
1.2半液化便于低熔点合金1.2加工异形段2.4.2,所述加热器2.3包括用于加热第一异形部
2.4.3的第一加热部2.3.1和用于加热第二异形部2.4.4的第二加热部2.3.2,所述低熔点合
金1.2采用70Sn‑30In制造而成,当加工第一异形部2.4.3时,所述模具组件2内温度为155≤
t<175℃,当加工第二异形部2.4.4时,所述模具组件2内温度为135≤t<155℃,所述模具
组件2上设有用于放置板坯3的坯料槽2.6,所述坯料槽2.6的上方可移动连接有压板5,所述
压板5用于防止在冲压板坯3时,板坯3两侧翘起,所述压板5上设有供复合冲头1穿过的冲压
孔5.1,压板5的四个角分别固定在气缸上,通过气缸驱动,实现压板5的上、下移动,同时保
证压板5压住板坯3时的用力均匀性。
温件2.7为液体降温管,所述模具组件2的外部设有一个水冷箱6,所述降温件2.7穿过水冷
箱6形成降温循环,所述第二加热部2.3.2的上表面与第二异形部2.4.4的外表面相抵,所述
降温件2.7的上表面与第二异形部2.4.4的外表面相抵,所述降温件2.7的下表面包覆第二
加热部2.3.2的下表面。在进行异形段2.4.2升温时,降温件2.7里没有水,只有空气,从而在
升温过程中可以快速完成升温,升温能耗较小,而在对异形段2.4.2进行降温时,降温件2.7
里进行循环通水,使水快速带走热量,其中水会以多段折弯的形式经过水冷箱6,实现水的
快速散热,使水再次进入到降温件2.7上时,已经处于低温状态,实现快速降温的目的,而在
完成降温后,将水抽离降温件2.7,以保证下一次冲压加工的快速升温,为实现该目的,降温
件2.7的管道上设有一个三通阀的水泵7以满足对降温件2.7进行通入水或者通往空气的目
的。
芯2.2可拆卸连接在放置槽2.5内,所述加热器2.3沿着放置槽2.5的周向放置,所述壳体2.1
通过多个模块2.1.1叠加形成,所述加热器2.3设于相邻的两个模块2.1.1之间,所述放置槽
2.5的侧面呈倾斜设置,所述放置槽2.5的底部设有用于将成型模芯2.2顶出放置槽2.5的顶
出杆4,所述顶出杆4与驱动器连接,所述成型模芯2.2通过多块模芯2.2.1沿周向拼接而成。
段2.4.1,对板坯3进行直壁段2.4.1的成型,待复合冲头1顶着板坯3移动到与模型槽2.4的
底部相抵时,此时复合冲头1上的刚性体1.1与直壁段2.4.1相配合,封闭刚性体1.1与板坯3
之间的空间,即封闭低熔点合金1.2所处空间,而后通过加热器2.3加温,使低熔点合金1.2
半液化,半液化的低熔点合金1.2是固液混合状态,对板坯3具备一定膨胀成型的能力,此时
复合冲头1可以继续冲压,使半液化的低熔点合金1.2进行高压膨胀,补足异形段2.4.2的板
坯3冲压成型,先控制模具组件2的温度在155≤t<175℃,以低压对异形段2.4.2进行低熔
点合金1.2的膨胀填充,再控制模具组的温度在135≤t<155℃,以高压对异形段2.4.2进行
低熔点合金1.2的二次膨胀填充,通过由低压到高压的过程,使低熔点合金1.2的膨胀填充
过程呈一个由易至难的过程,使低熔点合金1.2的膨胀填充过程更稳定,更均匀,避免出现
板坯3的膨胀厚度不匀的情况,并且在由高液相向高固相转变过程中,高液相的低熔点合金
1.2更容易进入到锐角凹槽中,而后高液相的低熔点合金1.2向高固相转变,可以大大降低
对锐角凹槽的冲压难度,同时也降低了复合冲头1的输出功率,减少了高压冲压的时间,使
设备具有更长的使用寿命,最终完成带有异形结构的壳体2.1零件通过钣金进行冲压的加
工方式来成型的目的,在板坯3冲压成型后,可以从模具组件2中取出成型后的板坯3,并且
可以将低熔点合金1.2从板坯3中分离并且收集,进行复合冲头1的再次生产,不会对低熔点
合金1.2造成大量的浪费,也避免了异形件在生产过程中成本大大提高。
围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。