CN113751588B - 一种异形件相变复合成型装置及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种异形件相变复合成型装置，包括复合冲头和模具组件，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，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；本发明还公开了一种异形件相变复合成型装置的加工方法，控制模具组件温度在120℃以下，复合冲头下压，使板坯在直壁段成型，控制模具组件的温度在135≤t＜175℃，对异形段进行整体成型。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装置及加工方法。

Description

一种异形件相变复合成型装置及加工方法

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装置及加工方法。

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。

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。

作为改进，所述低熔点合金采用70Sn-30In制造而成，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℃，便于控制固液相转变，且成本低。

作为改进，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，当加工第一异形部时，所述模具组件内温度为155≤t＜175℃，通过所述改进，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。

作为改进，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，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，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，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，不仅可以在待板坯加工完成后，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。

一种异形件相变复合成型装置的加工方法，包括一种异形件相变复合成型装置，其步骤如下，

S1：将板坯放置到坯料槽上，压板下移，盖在板坯上；

S2：控制模具组件温度在120℃以下，复合冲头下压，使板坯在直壁段成型；

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

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

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，控制模具组件温度在120℃以下，避免低熔点合金液化，同时可以提高板坯活性，使板坯更容易被冲压拉伸，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，先控制模具组件的温度在155≤t＜175℃，以低压对异形段进行低熔点合金的膨胀填充，再控制模具组的温度在135≤t＜155℃，以高压对异形段进行低熔点合金的二次膨胀填充，通过由低压到高压的过程，使低熔点合金的膨胀填充过程呈一个由易至难的过程，使低熔点合金的膨胀填充过程更稳定，更均匀，避免出现板坯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更容易进入到锐角凹槽中，而后高液相的低熔点合金转变为高固相来执行对锐角凹槽的冲压，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零件通过钣金进行冲压的加工方式来成型的目的。

作为改进，还包括步骤，

S5：待板坯定型后，退出复合冲头，压板上移，顶出杆从顶出成型模芯；

S6：所述成型模芯拆解成多个模芯，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分离并收集，用于再次制作复合冲头；通过所述改进，在板坯冲压成型后，可以从模具组件中取出成型后的板坯，并且可以将低熔点合金从板坯中分离并且收集，进行复合冲头的再次生产，不会对低熔点合金造成大量的浪费，也避免了异形件在生产过程中成本大大提高。

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，2.4、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，3、板坯，4、顶出杆，5、压板，5.1、冲压孔。

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，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℃，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，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，所述低熔点合金1.2采用70Sn-30In制造而成，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，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2-3所示，所述模具组件2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通过两块模芯2.2.1沿周向拼接而成。

一种异形件相变复合成型装置的加工方法，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；

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。

在成型过程中，就可以控制模具组件2的温度上升，并且使模具组件2的温度在120℃以下，此时，在避免低熔点合金1.2液化的情况下，使板坯3在可塑性更强，不易出现拉伤断裂的情况；当对第一异形部2.4.3进行整体成型时，控制模具组件2的温度在155≤t＜175℃，此时，随着复合冲头1的下压，高液相的低熔点合金1.2进行扩张，使板坯3沿着第一异形部2.4.3的结构成型，同时，低熔点合金也会流向第二异形部2.4.4，虽然不能对第二异形部2.4.4进行整体成型，也会对第二异形部2.4.4的大多数区域进行低熔点合金1.2的填充；而后，控制模具组件2的温度在135≤t＜155℃，此时低熔点合金1.2处于高固相状态，具有更高的硬度，在第二异形部2.4.4处的低熔点合金1.2的硬度变高，随着复合冲头1的继续加压下，完成对板坯3的全部冲压过程。

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 (8)

1.一种异形件相变复合成型装置，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；

所述模具组件(2)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)；

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，对板坯具备膨胀成型的能力，此时复合冲头继续冲压，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。

2.根据权利要求1所述一种异形件相变复合成型装置，其特征在于：所述低熔点合金(1.2)采用70Sn-30In制造而成。

3.根据权利要求2所述一种异形件相变复合成型装置，其特征在于：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)设于直壁部的底端，所述第一异形部(2.4.3)的外径大于直壁部的直径，所述第一异形部(2.4.3)的边缘呈光滑的弧面，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℃。

4.根据权利要求3所述一种异形件相变复合成型装置，其特征在于：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)设于直壁部的底端，所述第二异形部(2.4.4)为锐角凹槽，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℃。

5.根据权利要求4所述一种异形件相变复合成型装置，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。

6.根据权利要求1所述一种异形件相变复合成型装置，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)。

7.根据权利要求5所述一种异形件相变复合成型装置所使用的加工方法，其特征在于：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。

8.根据权利要求7所述一种异形件相变复合成型装置所使用的加工方法，其特征在于：

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)拆解成多个模芯(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)。

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