一种金属阶梯件采用粘性介质成形的方法及成形模具组

技术领域

本申请涉及粘性介质压力成形技术领域，尤其涉及一种金属阶梯件采用粘性介质成形的方法及成形模具组。

背景技术

铝合金阶梯件形状复杂，而且铝合金材料塑性性能较低，给零件成形带来了困难，成形时局部变形较大区域容易出现过度减薄甚至破裂的缺陷。粘性介质成形作为一种软模成形方法可以通过调节压力分布有效地控制材料的流动，实现对板料变形顺序的控制，提高板料成形性，达到控制板料厚度变化和避免出现局部变薄的目的。而对于铝合金阶梯件这种材料塑性变形能力差、且形状复杂的零件仅依靠粘性介质成形还不能完全满足成形需求，需要更加符合这类零件变形特点的成形新方法。

发明内容

本申请的目的是提供一种操作简单、成形效果好的金属阶梯件采用粘性介质成形的方法及成形模具组。

为了实现上述至少之一的目的，本申请第一方面的实施例提供了一种金属阶梯件采用粘性介质成形的方法，包括如下步骤：

制备具有第一级台阶的预成形件；

将所述预成形件安装到终成形模具的第一介质仓与第一凹模之间，并向所述第一介质仓内填充粘性介质，所述第一级台阶与所述第一凹模上的浮动模的保护型腔相贴合；

以预设速度推动所述第一介质仓内的第一柱塞运动，并向所述浮动模施加外力，所述粘性介质使所述预成形件逐渐贴合所述第一凹模的第一型腔，同时所述浮动模相对于所述第一凹模运动，所述浮动模与所述第一凹模对齐后，所述预成形件与所述第一型腔相贴合，将所述预成形件制成具有第二级台阶的最终件，所述外力的方向与所述第一柱塞的运动方向相反；

对所述第一柱塞进行卸载，卸载完成后，打开所述终成形模具，取出所述最终件。

在其中的一些实施例中，所述第一预设速度为0.02mm/s～2mm/s。

在其中的一些实施例中，所述外力随着所述第一柱塞的行程增加而增大，所述外力的大小与所述第一柱塞的行程为增函数。

在其中的一些实施例中，所述粘性介质为分子量100kg/mol～900kg/mol的聚合物材料。

在其中的一些实施例中，所述制备具有第一级台阶的预成形件包括如下步骤：

将板材安装在预成形模具的第二介质仓与第二凹模之间，并向所述第二介质仓内填充粘性介质；

以第二预设速度推动所述第二介质仓内的第二柱塞运动，所述粘性介质使所述板材逐渐贴合所述第二凹模的第二型腔，所述板材与所述第二型腔相贴合后形成具有所述第一级台阶的所述预成形件；

对所述第二柱塞进行卸载运动，卸载完成后，打开所述预成形模具，取出所述预成形件。

在其中的一些实施例中，所述板材为硬铝合金件或防锈铝合金件。

本申请第二方面的实施例提供了一种成形模具组，包括：预成形模具，所述预成形模具用于制造具有第一级台阶的预成形件；以及终成形模具，所述终成形模具用于将所述预成形件制成具有第二级台阶的最终件；其中，所述终成形模具包括：第一凹模，所述第一凹模具有贯穿其的安装孔及第一型腔；浮动模，所述浮动模设置在所述安装孔内，并能够在所述安装孔内滑动，所述浮动模具有与所述第一级台阶对应的保护型腔；压力装置，所述压力装置与所述浮动模连接，用于向所述浮动模施加外力；第一介质仓，所述第一介质仓与所述第一凹模连接，所述第一介质仓具有用于容纳粘性介质的第一腔，所述第一腔与所述第一型腔对应设置；第一粘性介质压入装置，所述第一粘性介质压入装置与所述第一介质仓连通，用于向所述第一腔内注入粘性介质；以及第一柱塞，所述第一柱塞设置在所述第一腔内，并与所述第一腔的腔壁相密封连接，所述第一柱塞能够在所述第一腔内滑动。

在其中的一些实施例中，所述预成形模具包括：第二凹模，所述第二凹模具有第二型腔；第二介质仓，所述第二介质仓具有用于容纳粘性介质的所述第二腔，所述第二腔与所述第二型腔对应设置；第二粘性介质压入装置，所述第二粘性介质压入装置与所述第二介质仓连通，用于向所述第二腔内注入粘性介质；以及第二柱塞，所述第二柱塞设置在所述第二腔内，并与所述第二腔的腔壁相密封连接，所述第二柱塞能够在所述第二腔内滑动。

在其中的一些实施例中，所述第一凹模上设置有限位件，所述限位件位于所述安装孔远离所述第一型腔的一端，所述限位件能够与所述浮动模相干涉。

在其中的一些实施例中，成形模具组还包括：顶板，所述顶板具有配合面，所述配合面与所述浮动模相贴合，所述压力装置与所述顶板连接。

本申请的上述技术方案具有如下优点：先在板材上制造出阶梯件的第一级台阶，然后采用浮动模通过粘性介质采用压力成形技术在第一级台阶的基础上制造第二级台阶，粘性介质在板材表面可以同时形成非均匀的压力和切向粘性附着应力，切向粘性附着应力提高了板材厚向剪切应力，避免了成形时壁厚局部减薄，保证了板材变形后壁厚的均匀性，达到控制板料厚度变化和避免出现局部变薄的目的。另外，通过两次成形方案，避免了一次成形带来的形状误差，增加了复杂截面特征产品的多样性。在航空航天、汽车和国防工业等领域中复杂构件的制造，尤其是具有小特征和难变形特征的复杂构件的成形和整形等方面具有广阔的应用前景。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，另外，本申请附图仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。其中：

图1是本申请所述终成形模具的结构示意图；

图2是图1所示终成形模具第一种实施例的局部剖视结构示意图；

图3和图4是第二级台阶成形过程的结构示意图；

图5是图1所示终成形模具第二种实施例的局部剖视结构示意图；

图6是外力的大小与所述第一柱塞的行程的函数关系图；

图7是本申请所述预成形模具的结构示意图；

图8是图7所示预成形模具的局部剖视结构示意图；

图9是本申请所述预成形件的结构示意图。

其中，图1至图9的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

终成形模具100，第一凹模11，安装孔111，第一型腔112，浮动模12，保护型腔121，压力装置13，第一介质仓14，第一粘性介质压入装置15，第一柱塞16，限位件17，顶板18，预成形模具200，第二凹模21，第二型腔211，第二介质仓22，第二粘性介质压入装置23，第二柱塞24，板材300，第一级台阶31，第二级台阶32，粘性介质30。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下述讨论提供了本申请的多个实施例。虽然每个实施例代表了申请的单一组合，但是本申请不同实施例可以替换，或者合并组合，因此本申请也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含A、B、C，另一个实施例包含B和D的组合，那么本申请也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本申请第一方面的实施例提供的金属阶梯件采用粘性介质成形的方法，包括如下步骤：

步骤S10，制备具有第一级台阶31的预成形件。可以采用任意方式在板材300上制造第一级台阶31。

步骤S20，如图1和图2所示，将预成形件安装到终成形模具100的第一介质仓14与第一凹模11之间，并向第一介质仓14内填充粘性介质30，第一级台阶31与第一凹模11上的浮动模12的保护型腔121相贴合。将第一级台阶31与保护型腔121相贴合，在制造第二级台阶32时，浮动模12对第一级台阶31起到了保护作用，避免了第一级台阶31的变形，从而保证了多级台阶的成形效果。

步骤S30，如图3和图4所示，以预设速度推动第一介质仓14内的第一柱塞16运动，并向浮动模12施加外力；粘性介质30使预成形件逐渐贴合第一凹模11的第一型腔112，同时浮动模12相对于第一凹模11运动；浮动模12与第一凹模11对齐后，预成形件与第一型腔112相贴合，将预成形件制成具有第二级台阶32的最终件，外力的方向与第一柱塞16的运动方向相反。在制造第二级台阶32的过程中，粘性介质30充满第一级台阶31内，如果第一级台阶31存在缺陷，粘性介质30会使第一级台阶31进一步成形，能够进一步对第一级台阶31起到保护作用。

步骤S40，对第一柱塞16进行卸载，卸载完成后，打开终成形模具100，取出最终件。

本申请提供的金属阶梯件采用粘性介质成形的方法，先在板材300上制造出阶梯件的第一级台阶31，然后采用浮动模12通过粘性介质30采用压力成形技术在第一级台阶31的基础上制造第二级台阶32，在制造第二级台阶32的过程中，外力通过浮动模12作用于板材300上，使板材300匀速地向第一型腔112运动，使粘性介质30充分作用于板材300，从而使板材300充分贴合第一型腔112，保证了第二级台阶32的成形效果；粘性介质30在板材300表面可以同时形成非均匀的压力和切向粘性附着应力，切向粘性附着应力提高了板材300厚向剪切应力，避免了成形时壁厚局部减薄，保证了板材300变形后壁厚的均匀性，达到控制板料厚度变化和避免出现局部变薄的目的。另外，通过两次成形方案，避免了一次成形带来的形状误差，增加了复杂截面特征产品的多样性。在航空航天、汽车和国防工业等领域中复杂构件的制造，尤其是具有小特征和难变形特征的复杂构件的成形和整形等方面具有广阔的应用前景。

在本申请的一个实施例中，第一预设速度为0.02mm/s～2mm/s。粘性介质是一种半固态高分子材料，在压力的作用下，粘性介质具有很好的流动性，且粘性介质对应变速率非常敏感，通过调整第一预设速度的大小，能够满足对不同类型阶梯件的制造。

在本申请的一个实施例中，如图4和图6所示，外力随着第一柱塞16的行程增加而增大，外力的大小与第一柱塞16的行程为增函数。第一柱塞16的行程越大，粘性介质30所受到的压力越大，因此需要增加外力，保证了第一柱塞16的匀速运动，从而使板材300匀速地向第一型腔112运动，使粘性介质30充分作用于板材300，进而使板材300充分贴合第一型腔112，保证了第二级台阶32的成形效果。

在本申请的一个实施例中，粘性介质为分子量100kg/mol～900kg/mol的聚合物材料。分子量越大粘性介质的粘性越大，不同粘性的粘性介质，具有不同的成形效果，通过选择不同分子量的粘性介质满足对不同类型阶梯件的制造。

在本申请的一个实施例中，步骤S10包括如下步骤：

步骤S11，如图7和图8所示，将板材300安装在预成形模具200的第二介质仓22与第二凹模21之间，并向第二介质仓22内填充粘性介质30。板材300为硬铝合金件或防锈铝合金件。

步骤S12，以第二预设速度推动第二介质仓22内的第二柱塞24运动，粘性介质30使板材300逐渐贴合第二凹模21的第二型腔211，板材300与第二型腔211相贴合后形成具有第一级台阶31的预成形件。

步骤S13，对第二柱塞24进行卸载运动，卸载完成后，打开预成形模具200，如图9所示，取出预成形件。

粘性介质30在板材300表面可以同时形成非均匀的压力和切向粘性附着应力，切向粘性附着应力提高了板材300厚向剪切应力，避免了成形时壁厚局部减薄，保证了板材300变形后壁厚的均匀性，达到控制板料厚度变化和避免出现局部变薄的目的，通过粘性介质30采用压力成形技术制造第一级台阶31能够产品的成形要求。

本申请第二方面的实施例提供的成形模具组，包括：预成形模具200以及终成形模具100。

如图8所示，预成形模具200用于制造具有第一级台阶31的预成形件。

如图1所示，终成形模具100用于将预成形件制成具有第二级台阶32的最终件。

如图1至图5所示，终成形模具100包括：第一凹模11、浮动模12、压力装置13、第一介质仓14、第一粘性介质压入装置15以及第一柱塞16。

第一凹模11具有贯穿其的安装孔111及第一型腔112。

浮动模12设置在安装孔111内，并能够在安装孔111内滑动，浮动模12具有与第一级台阶31对应的保护型腔121。

压力装置13与浮动模12连接，用于向浮动模12施加外力。

第一介质仓14与第一凹模11连接，第一介质仓14具有用于容纳粘性介质30的第一腔，第一腔与第一型腔112对应设置。

第一粘性介质压入装置15与第一介质仓14连通，用于向第一腔内注入粘性介质30。

第一柱塞16设置在第一腔内，并与第一腔的腔壁相密封连接，第一柱塞16能够在第一腔内滑动。

本申请提供的成形模具组，先通过预成形模具200在板材300上制造出阶梯件的第一级台阶31，然后采用终成形模具100通过粘性介质30采用压力成形技术在第一级台阶31的基础上制造第二级台阶32，在制造第二级台阶32的过程中，外力通过浮动模12作用于板材300上，同时第一柱塞16使板材300匀速地向第一型腔112运动，使粘性介质30充分作用于板材300，从而使板材300充分贴合第一型腔112，保证了第二级台阶32的成形效果；粘性介质30在板材300表面可以同时形成非均匀的压力和切向粘性附着应力，切向粘性附着应力提高了板材300厚向剪切应力，避免了成形时壁厚局部减薄，保证了板材300变形后壁厚的均匀性，达到控制板料厚度变化和避免出现局部变薄的目的。另外，通过两次成形方案，避免了一次成形带来的形状误差，增加了复杂截面特征产品的多样性。在航空航天、汽车和国防工业等领域中复杂构件的制造，尤其是具有小特征和难变形特征的复杂构件的成形和整形等方面具有广阔的应用前景。

如图5所示，在本申请的一个实施例中，第一凹模11上设置有限位件17，限位件17位于安装孔111远离第一型腔112的一端，限位件17能够与浮动模12相干涉。

限位件17的设置对浮动模12起到了限位作用，从而有效地防止浮动模12从第一凹模11上脱出的情况发生，从而保证了产品的使用可靠性。

如图1至图5所示，在本申请的一个实施例中，成形模具组还包括：顶板18。

顶板18具有配合面，配合面与浮动模12相贴合，压力装置13与顶板18连接。

压力装置13通过顶板18向浮动模12施加外力，从而使浮动模12均匀受力，进而保证了阶梯件的成形效果。

如图7和图8所示，在本申请的一个实施例中，预成形模具200包括：第二凹模21、第二介质仓22、第二粘性介质压入装置23以及第二柱塞24。

第二凹模21具有第二型腔211。

第二介质仓22具有用于容纳粘性介质30的第二腔，第二腔与第二型腔211对应设置。

第二粘性介质压入装置23与第二介质仓22连通，用于向第二腔内注入粘性介质30。

第二柱塞24设置在第二腔内，并与第二腔的腔壁相密封连接，第二柱塞24能够在第二腔内滑动。

第二柱塞24向粘性介质30运动，粘性介质30作用于板材300，在板材300上制造出第一台阶，粘性介质30在板材300表面可以同时形成非均匀的压力和切向粘性附着应力，切向粘性附着应力提高了板材300厚向剪切应力，避免了成形时壁厚局部减薄，保证了板材300变形后壁厚的均匀性，达到控制板料厚度变化和避免出现局部变薄的目的，通过粘性介质30采用压力成形技术制造第一级台阶31能够产品的成形要求。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。在本申请中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。在本申请中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对于重要性。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。