CN113319202B - 一种异形件相变复合成型加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种异形件相变复合成型加热装置，包括复合冲头和模具组件，复合冲头设于模具组件的上方，模具组件内设有模型槽，模型槽内设有直壁段和难以进行刚性冲压加工的异形段，复合冲头包括刚性体和低熔点合金，模具组件上设有板坯，低熔点合金用于对板坯进行异形段冲压成型，异形段包括第一异形部和第二异形部，模具组件内还设有加热器，加热器用于将低熔点合金半液化使低熔点合低便于加工异形段成型，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。本发明提供一种可以对带有异形结构的壳体零件通过用对钣金进行冲压的加工方式来成型的一种异形件相变复合成型加热装置。

Description

一种异形件相变复合成型加热装置

技术领域

本发明属于冲压加工设备领域，特别涉及一种异形件相变复合成型加热装置。

背景技术

一些壳体零件因为结构或者美观的需要，会在设计过程中进行异形结构的设计，而在传统加工工艺中，这些异形结构难以通过冲压成型，往往需要进行车床、切割机、折弯机、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

本发明针对上述不足，提出了一种可以对带有异形结构的壳体零件通过用对钣金进行冲压的加工方式来成型的一种异形件相变复合成型加热装置。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种异形件相变复合成型加热装置，包括复合冲头和模具组件，所述复合冲头设于模具组件的上方，所述模具组件内设有模型槽，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。

与现有技术相比，本发明的优点在于：传统的冲压加工工艺中，冲头多以高硬度、高强度的材料制作而成，因此冲头的冲压结构受到很大的局限性，当模型槽的底部宽度大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。

作为改进，所述加热器包覆异形段，所述第二加热部呈有间隙的盘旋结构，所述第二加热部的间隙上设有沿间隙设置的降温件，通过所述改进，在整体冲压过程中，需要经过从低压、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。

作为改进，所述降温件为液体降温管，所述模具组件的外部设有一个水冷箱，所述降温件穿过水冷箱形成降温循环，通过所述改进，可以利用较少的设备，加快第二异形部与第二加热部的降温速度。

作为改进，所述第二加热部的上表面与第二异形部的外表面相抵，所述降温件的上表面与第二异形部的外表面相抵，所述降温件的下表面包覆第二加热部的下表面，通过所述改进，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。

作为改进，所述低熔点合金采用70Sn-30In制造而成，当加工第一异形部时，所述模具组件内温度为155≤t＜175℃，当加工第二异形部时，所述模具组件内温度为135≤t＜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。

作为改进，所述模具组件还包括壳体和成型模芯，所述壳体内设有一个用于放置成型模芯的放置槽，所述模型槽设于成型模芯上，所述成型模芯可拆卸连接在放置槽内，所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。

作为改进，所述放置槽的侧面呈倾斜设置，所述放置槽的底部设有用于将成型模芯顶出放置槽的顶出杆，所述顶出杆与驱动器连接，所述成型模芯通过多块模芯沿周向拼接而成，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。

作为改进，所述刚性体与低熔点合金的连接处设有T形块，所述低熔点合金与刚性体的连接处设有与T形块相契合的T形槽，通过所述改进，可以将刚性体与低熔点合金进行固定连接，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。

作为改进，所述模具组件上设有用于放置板坯的坯料槽，所述坯料槽的上方可移动连接有压板，所述压板用于防止在冲压板坯时，板坯两侧翘起，所述压板上设有供复合冲头穿过的冲压孔，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

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明整体结构剖视结构示意图。

图3是本发明成型模芯剖视结构示意图。

图4是本发明第二加热部与降温件安装结构示意图。

图5是本发明第二加热部与降温件安装截面结构示意图。

图中所示：1、复合冲头，1.1、刚性体，1.1.1、T形块，1.2、低熔点合金，1.2.1、T形槽，2、模具组件，2.1、壳体，2.1.1、模块，2.2、成型模芯，2.2.1、模芯，2.3、加热器，2.3.1、第一加热部，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

下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。

如图1-2所示，一种异形件相变复合成型加热装置，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。

如图2、图4、图5所示，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，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，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。

如图2-3所示，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，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。

一种异形件相变复合成型加热装置的加工方法，其步骤如下：

S1：将板坯3放置到坯料槽2.6上，压板5下移，盖在板坯3上；

S2：控制模具组件2温度在120℃以下，复合冲头1下压，使板坯3在直壁段2.4.1成型；

S3：待低熔点合金1.2与模型槽2.4底部相抵时，控制模具组件2的温度在155≤t＜175℃，对第一异形部2.4.3进行整体成型；

S4：待第一异形部2.4.3整体成型完成后，控制模具组件2的温度在135≤t＜155℃，对第二异形部2.4.4进行整体成型；

S4.1：调节第一加热部2.3.1、第二加热部2.3.2的加热温度为135≤t＜155℃；

S4.2：降温件2.7通水，实现降温水循环，使第二异形部2.4.4的温度处于135≤t＜155℃状态；

S4.3：降温件2.7通风、排水，待第二异形部2.4.4的温度处于135≤t＜155℃状态后，对第二异形部2.4.4进行整体成型；

S5：待板坯3定型后，退出复合冲头1，压板5上移，顶出杆4从顶出成型模芯2.2；

S6：所述成型模芯2.2拆解成两个模芯2.2.1，取出成型板材；

S7：将板材置于175℃以上环境中，并且倒扣，将板材内的低熔点合金1.2分离并收集，用于再次制作复合冲头1。

复合冲头1在进行冲压加工过程中，控制模具组件2温度在120℃以下，避免低熔点合金1.2液化，同时可以提高板坯3活性，使板坯3更容易被冲压拉伸，复合冲头1先通过直壁段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。

以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (9)

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）。

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