一种圆环件的预成形装置

技术领域

本发明涉及精密塑性加工技术领域，尤其涉及一种圆环件的预成形装置。

背景技术

钛合金中空圆环件以端框类为代表多为轻量化承力结构件。常规锻环机加的方案难以实现钛合金中空圆环件的加工，可采用厚板机加或铸造成圆环半腔，再轴向施力扩散连接的方法实现圆环空腔结构的成形。

以上加工方法虽能实现钛合金中空圆环件的加工，但厚板机加成圆环半腔时材料利用率很低；铸造成圆环半腔的生产周期长，加工效率低，以上两种制造方法均导致加工成本升高。

因此，急需一种圆环件的预成形模具、预成形装置及预成形方法，以解决上述材料利用率低，不便于大批量生产，生产周期长，加工效率低的问题。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种圆环件的预成形模具、预成形装置及预成形方法，用以解决现有预成形加工技术材料利用率低，不便于大批量生产，生产周期长，加工效率低的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种圆环件的预成形模具，包括凸模和凹模，凸模用于下压坯料，坯料在凹模内压制成为半成品坯料。

进一步地，凸模包括顶板和凸模本体，凸模本体设置在顶板的一端。

进一步地，凸模本体具有外型面和凸模轴线，外型面为半圆弧面。

进一步地，凸模还包括第一中空部，第一中空部设置在顶板和凸模本体上，第一中空部用于将凸模减重。

进一步地，凸模本体还包括多个凸模外壁，多个凸模外壁的厚度均相同。

进一步地，凹模包括第一凹模座和台阶，第一凹模座包括开口，凸模能够插入开口，台阶设置在开口的两端。

进一步地，第一凹模座包括内型面和凹模轴线，内型面为半圆弧面。

进一步地，台阶对称于凹模轴线设置，两个台阶的间距不小于坯料的长度。

一种圆环件的预成形装置，包括所述预成形模具，还包括热成形机，预成形模具设置在热成形机内。

一种圆环件的预成形方法，利用预成形装置，对圆环件进行预成形加工。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)本发明预成形模具的预成形模具的台阶为多级台阶，包括第一级台阶、第二级台阶和第三级台阶，在预成形加工时确保凸模本体外型面的顶点均能够与半圆环坯料、1/3圆环坯料或1/4圆环坯料的中点连接，从而将半圆环坯料、1/3圆环坯料或1/4圆环坯料压制成为左右对称的半圆环半成品坯料、1/3圆环半成品坯料或1/4圆环半成品坯料，确保预成形加工的质量；

(2)本发明预成形模具的补偿挡块用于填补第二级台阶或第三级台阶，将第一凹模座的内型面补偿为完整的半圆弧面，确保半圆环半成品坯料和1/3圆环半成品坯料的预成形加工质量；第一级台阶和第二级台阶的端面上均设有固定槽，固定条能够插入固定槽，能够将第一挡块与第一级台阶连接，将第二挡块与第二级台阶连接，对第一凹模座的内型面进行补偿；

(3)本发明预成形模具的固定槽为燕尾槽，固定条为梯形条，固定条无法向第一凹模座的内型面方向脱离固定槽，防止补偿挡块脱离台阶；

(4)本发明预成形模具的顶料单元包括顶料板和顶料支杆，在预成形结束后，热成形机能够支撑顶料支杆，顶料支杆带动顶料板，将半成品坯料顶出凹模，完成脱模；

(5)本发明预成形方法直接选用板料下料，材料不存在浪费，材料利用率高；多件坯料同时挤压成形，预成形加工效率高；在脱模时，半成品坯料能够自行脱模并被顶料板托举；如果半成品坯料抱紧凸模本体，在缺口内插入铁片并压向凸模本体和半成品坯料之间，将半成品坯料与凸模本体分离；因为第二架杆的长度小于第一架杆的长度，卸料滑道具有坡度，半成品坯料能够在倾斜的卸料滑道上自行划出下落，完成自动卸料。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为是实施例1预成形模具的整体结构示意图；

图2为坯料的整体结构示意图；

图3为半成品坯料的整体结构示意图；

图4为成品坯料的整体结构示意图；

图5为中空圆环件的整体结构示意图；

图6为凸模的侧视结构示意图；

图7为第一凸模座的整体结构示意图；

图8为台阶的整体结构示意图；

图9为补偿挡块的整体结构示意图；

图10为补偿挡块与台阶连接时第一凸模座的整体结构示意图；

图11为实施例2的预成形模具的整体结构示意图；

图12为预成形装置的整体结构示意图；

图13为热成形机的整体结构示意图；

图14为预成形方法的流程示意图。

附图标记：

1-凸模；2-凹模；3-拉框；4-顶料单元；5-卸料架；6-卸料杆；7-热成形机；11-顶板；12-凸模本体；13-缺口；21-第一凹模座；22-台阶；23-补偿挡块；24-固定条；25-固定槽；26-第二凹模座；27-定位组件；41-顶料板；42-顶料支杆；71-机体；72-压杆；73-顶杆；74-第一门；75-第二门；100-中空圆环件；101-坯料；102-半成品坯料；103-成品坯料；110-通孔；221-第一级台阶；222-第二级台阶；223-第三级台阶；231-第一挡块；232-第二挡块；261-第一定位块；262-第二定位块。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明的一个具体实施例，如图1所示，公开了一种中空圆环件的预成形模具(以下简称预成形模具)，包括凸模1和凹模2，凸模1用于下压坯料101，坯料101在凹模2内压制成为半成品坯料102。

如图2和图3所示，坯料101为条状钛合金坯料，坯料101由板料冲压制得，坯料101上设有通孔110，通孔110经预成形加工和主成形加工后形成中空圆环件100的中空部。由于材料成分不同，坯料101能够直接冲压的长度也不同，坯料101分别为半圆环坯料、1/3圆环坯料或1/4圆环坯料，半圆环坯料的长度大于1/3圆环坯料的长度，1/3圆环坯料的长度大于1/4圆环坯料的长度。

如图4和图5所示，中空圆环件100由多个成品坯料103扩散连接成形制成，成品坯料103由半成品坯料102经切削加工制得。成品坯料103为2-4个，成品坯料103分别为半圆环成品坯料、1/3圆环成品坯料或1/4圆环成品坯料。

优选地，如图6所示，凸模1包括顶板11和凸模本体12，凸模本体12设置在顶板11的一端。顶板11用于与热成形机7连接，凸模本体12具有外型面和凸模轴线，外型面为半圆弧面，凸模本体12用于将坯料101压制成半成品坯料102。

优选地，凸模1还包括缺口13，缺口13设置在外型面的一端，缺口13为与凸模轴线平行的凹槽。在半圆环成品坯料弯曲成形后，半圆环成品坯料可能抱紧凸模本体12的外型面，存在不易脱模的情况。在缺口13内插入铁片并压向凸模本体12和半圆环成品坯料之间，能够将半圆环成品坯料与凸模本体12分离，便于将半圆环成品坯料脱模。优选地，缺口13为两个，分别设置在凸模弧面的两端。便于在凸模1的两侧进行脱模。

优选地，凸模1还包括第一中空部，第一中空部设置在顶板11和凸模本体12上，凸模本体12还包括凸模外壁，凸模外壁围合形成第一中空部，第一中空部用于将凸模1减重。凸模外壁各处的厚度均相同，在热成形机7加热过程中凸模1能够均匀受热。

优选地，如图7所示，凹模2包括第一凹模座21和台阶22，第一凹模座21包括开口，凸模1能够插入开口，台阶22设置在开口的两端。第一凹模座21包括内型面和凹模轴线，内型面为半圆弧面；两个台阶22对称于凹模轴线设置，两个台阶22的间距不小于坯料101的长度，两个台阶22用于放置坯料101，便于第一凹模座21与凸模本体12一同将坯料101压制成半成品坯料102。

优选地，如图8所示，台阶22为多级台阶，包括第一级台阶221、第二级台阶222和第三级台阶223，第二级台阶222的两端分别连接第一级台阶221和第三级台阶223。两个第一级台阶221用于放置半圆环坯料，两个第二级台阶222用于放置1/3圆环坯料，两个第三级台阶223用于放置1/4圆环坯料，在预成形加工时确保凸模本体12外型面的顶点均能够与半圆环坯料、1/3圆环坯料或1/4圆环坯料的中点连接，从而将半圆环坯料、1/3圆环坯料或1/4圆环坯料压制成为左右对称的半圆环半成品坯料、1/3圆环半成品坯料或1/4圆环半成品坯料，确保预成形加工的质量。

如图9和图10所示，在加工半圆环坯料和1/3圆环坯料时，半圆环坯料和1/3圆环坯料会与第二级台阶222和第三级台阶223连接，从而破坏半圆环半成品坯料和1/3圆环半成品坯料的最终成形的形状，造成质量缺陷。优选地，凹模2还包括补偿挡块23，补偿挡块23能够与第二级台阶222或第三级台阶223连接，用于填补第二级台阶222或第三级台阶223，将第一凹模座21的内型面补偿为完整的半圆弧面，确保半圆环半成品坯料和1/3圆环半成品坯料的预成形加工质量。

优选地，补偿挡块23包括第一挡块231和第二挡块232，第一挡块231和第二挡块232的一端均设有固定条24，第一级台阶221和第二级台阶222的端面上均设有固定槽25，固定条24能够插入固定槽25，能够将第一挡块231与第一级台阶221连接，将第二挡块232与第二级台阶222连接，对第一凹模座21的内型面进行补偿。

优选地，固定槽25为燕尾槽，固定条24为梯形条，固定条24无法向第一凹模座21的内型面方向脱离固定槽25，防止补偿挡块23脱离台阶22。

优选地，凹模2还包括第二中空部，第二中空部设置在第一凹模座21内，第一凹模座21还包括凹模外壁，凹模外壁围合形成第二中空部，第二中空部用于将凹模2减重。凹模外壁各处的厚度均相同，在热成形机7加热过程中凹模2能够均匀受热。

优选地，如图1所示，本实施例的预成形模具还包括拉框3。拉框3为方形框架，凸模1能够穿过拉框3，拉框3设置在开口的两端，拉框3的两端能够与台阶22连接。拉框3用于牵拉两个台阶22，防止凹模2在预成形过程中受力变形，增加凹模2的强度。

优选地，本实施例的预成形模具还包括顶料单元4，顶料单元4设置在凹模2上。顶料单元4包括顶料板41和顶料支杆42，顶料板41设置在第一凹模座21的开口的底部，顶料支杆42穿过第一凹模座21，顶料支杆42的两端分别与顶料板41和热成形机7连接。在预成形结束后，热成形机7能够支撑顶料支杆42，顶料支杆42带动顶料板41，将半成品坯料102顶出凹模2，完成脱模。

优选地，顶料板41的端面为弧面，且与第一凹模座21内型面的弧度相同，保证半成品坯料102的弧度一致，确保半成品坯料102的的预成形质量。

优选地，为了方便卸料，本实施例的预成形模具还包括卸料单元，卸料单元设置在凸模1上。卸料单元包括卸料架5和卸料杆6，卸料架5成L形，卸料架5的一端与凸模本体12连接，卸料架5的另一端设有卸料杆孔，卸料杆6能够插入卸料杆孔并与卸料架5连接。

优选地，如图11所示，卸料架5包括第一架杆51和第二架杆52，第一架杆51设置在凸模本体12的一侧，第二架杆52设置在凸模本体12的另一侧；第一架杆51和第二架杆52均为两个，第二架杆52的长度小于第一架杆51的长度。卸料杆6的两端分别插入第一架杆51和第二架杆52的卸料杆孔，两个卸料杆6构成卸料滑道。因为第二架杆52的长度小于第一架杆51的长度，卸料滑道具有坡度。在卸料时，卸料滑道能托举半成品坯料102，而且半成品坯料102能够在倾斜的卸料滑道上滑动到第一架杆51一侧，便利本实施例的预成形模具的卸料操作。

相对于现有技术，本实施例预成形模具的台阶22为多级台阶，包括第一级台阶221、第二级台阶222和第三级台阶223，在预成形加工时确保凸模本体12外型面的顶点均能够与半圆环坯料、1/3圆环坯料或1/4圆环坯料的中点连接，从而将半圆环坯料、1/3圆环坯料或1/4圆环坯料压制成为左右对称的半圆环半成品坯料、1/3圆环半成品坯料或1/4圆环半成品坯料，确保预成形加工的质量；补偿挡块23用于填补第二级台阶222或第三级台阶223，将第一凹模座21的内型面补偿为完整的半圆弧面，确保半圆环半成品坯料和1/3圆环半成品坯料的预成形加工质量；补偿挡块23包括第一挡块231和第二挡块232，第一挡块231和第二挡块232的一端均设有固定条24，第一级台阶221和第二级台阶222的端面上均设有固定槽25，固定条24能够插入固定槽25，能够将第一挡块231与第一级台阶221连接，将第二挡块232与第二级台阶222连接，对第一凹模座21的内型面进行补偿；固定槽25为燕尾槽，固定条24为梯形条，固定条24无法向第一凹模座21的内型面方向脱离固定槽25，防止补偿挡块23脱离台阶22。

顶料单元4包括顶料板41和顶料支杆42，在预成形结束后，热成形机7能够支撑顶料支杆42，顶料支杆42带动顶料板41，将半成品坯料102顶出凹模2，完成脱模；卸料单元包括卸料架5和卸料杆6，两个卸料杆6构成卸料滑道；在卸料时，卸料滑道能托举半成品坯料102，而且半成品坯料102能够在倾斜的卸料滑道上滑动到第一架杆51一侧，便利本实施例的预成形模具的卸料操作。

实施例2

本发明的另一个具体实施例，如图11所示，公开了另一种预成形模具，对实施例1的凹模2进行了改进。

优选地，凹模2包括第二凹模座26和定位组件27，第二凹模座26包括开口，开口的两端为平台，平台用于放置1/4圆环坯料并压制成为1/4圆环半成品坯料。定位组件27能够设置在平台上，用于扩大第一凹模座21的内型面，并直至补偿为完整的半圆弧面。

优选地，定位组件27包括第一定位块271和第二定位块272，第二定位块272能够设置在平台上，第二定位块272用于放置1/3圆环坯料并压制成为1/3圆环半成品坯料；第一定位块271能够设置在第二定位块272上，第一定位块271用于放置半圆环坯料并压制成为半圆环半成品坯料。

优选地，第二凹模座26和定位组件27上均设有定位销孔(图中未示出)，定位销孔中插入定位销(图中未示出)，定位销能够将定位组件27和第二凹模座26固定连接，防止定位组件27脱离第二凹模座26。

相对于实施例1的凹模2，本实施例仅需按照加工要求将所需定位组件27安放在第二凹模座26的平台上，操作简单。节省加工时间。

实施例3

本发明的另一个具体实施例，如图12所示，公开了一种圆环件的预成形装置，包括实施例1和实施例2的预成形模具，还包括热成形机7，预成形模具设置在热成形机7内。

优选地，如图13所示，热成形机7包括机体71、压杆72、顶杆73、第一门74和第二门75，压杆72、顶杆73、第一门74和第二门75均设置在机体71上。

优选地，顶板11能够与压杆72固定连接，压杆72用于下压凸模1，第一凹模座21或第二凹模座26能够与机体71固定连接，顶料支杆42能够与顶杆73连接，顶杆73用于支撑顶料支杆42，顶料支杆42带动顶料板41，将半成品坯料102顶出凹模2，完成脱模。压杆72与第一压力机(图中未示出)连接，第一压力机用于驱动压杆72上下运动；顶杆73与第二压力机(图中未示出)连接，第二压力机用于驱动顶杆73上下运动。

优选地，热成形机7还包括加热单元(图中未示出)，加热单元用于为机体71内加热，并为预成形模具和坯料101保温；第一门74和第二门75分别设置在机体71的两端，第一门74和第二门75用于封堵机体71，防止机体71内的热量外泄。

钛合金热状态下变形抗力显著降低，且塑性较好，加热单元能够加热至700-750℃，热成形机7能够保持该温度范围，有利于对坯料101进行塑性预成形加工，确保预成形加工精度。

与现有技术相比，热成形机7的顶杆73能够支撑顶料支杆42，顶料支杆42带动顶料板41，将半成品坯料102顶出凹模2，完成脱模；加热单元能够加热至700-750℃并保持该温度范围，有利于对坯料101的预成形加工，确保预成形加工精度。

实施例4

本发明的另一个具体实施例，如图14所示，公开了一种中空圆环件的预成形方法(以下简称预成形方法)，利用实施例3的预成形装置，以实现成品坯料103的制作。

本实施例中空圆环件的材料为TA15钛合金，轴向厚度50mm，外直径Φ360mm，内直径Φ300mm。中空圆环件的中空截面形状为Φ20mm的圆。坯料101为半圆环坯料，成品坯料103为半圆环成品坯料。

本实施例的预成形方法包括如下步骤：

步骤1：准备坯料101，包括如下分步骤：

分步骤11：下料

对板料准备裁切下料；

板料选用35mm厚、805mm宽的TA15钛合金板，留取轴向厚度余量4mm。

分步骤12：裁切

液压剪裁切钛合金板，坯料101裁切尺寸为54mm×35mm×805mm。

分步骤13：钻孔

深孔钻在坯料101长度方向上钻长为805mm，孔径Φ5mm的通孔。

直接选用板料下料，材料不存在浪费，材料利用率高。

步骤2：弯曲成形，包括如下分步骤：

分步骤21：组合热成形设备

开启第一门74，将凸模1与压杆72的一端固定连接；

分为两种情况：

情况1：将实施例1的第一凹模座21与机体71固定连接，顶料支杆42与顶杆73连接；

情况2：将实施例2的第二凹模座26与机体71固定连接，顶料支杆42与顶杆73连接。

分步骤22：加热预成形模具

关闭第一门74，开启加热单元，将机体71内升温至700℃-750℃并保温10分钟。

分步骤23：装入坯料101

开启第一门74：

情况1：将多件坯料101放置在第一级台阶221上，并将第一挡块231与第一级台阶221连接，将第二挡块232与第二级台阶222连接，对第一凹模座21的内型面进行补偿；

情况2：第二凹模座26的平台上放置第一定位块271和第二定位块272，在定位销孔中插入定位销，定位销将定位组件27和第二凹模座26固定连接；将多件坯料101放置在第一定位块271上；

关闭第一门74；

保温15分钟。

分步骤24：挤压合模

下压压杆72，凸模1向凹模2方向挤压坯料101，直至凸模轴线与凹模轴线重合，将坯料101挤压成为半成品坯料102。

多件坯料101同时挤压成形，预成形加工效率高。

步骤3：脱模

第一压力机驱动压杆72拉起凸模1，第二压力机驱动顶杆73并推动顶料单元上行；

优选地，顶杆73上行35mm-60mm，压杆72上行60mm-85mm；由于自身重力，半成品坯料102此时能够自行脱模并被顶料板41托举；

开启第一门74和第二门75，冷却预成形模具和半成品坯料102；

优选地，如果半成品坯料102抱紧凸模本体12，在缺口13内插入铁片并压向凸模本体12和半成品坯料102之间，将半成品坯料102与凸模本体12分离。

步骤4：卸料

将卸料杆6依序插入第二架杆52和第一架杆51的卸料杆孔，两个卸料杆6构成卸料滑道；

因为第二架杆52的长度小于第一架杆51的长度，卸料滑道具有坡度；

第二压力机驱动顶杆73并将顶料单元降下，半成品坯料102被卸料滑道托举，并在倾斜的卸料滑道上滑动到第一架杆51一侧；

将卸料杆6抽离第二架杆52，在重力作用下，半成品坯料102自行划出下落，完成自动卸料。

步骤5：化铣扩孔

对通孔进行化铣，将Φ5mm的孔扩张到Φ20mm。

步骤6：机加工修整并完成预成形加工

对半成品坯料102进行机加工去除两端余量，机加工出扩散连接界面，完成成品坯料103的制作。

与现有技术相比，直接选用板料下料，材料不存在浪费，材料利用率高；多件坯料101同时挤压成形，预成形加工效率高；加热单元能够加热至700-750℃，热成形机7能够保持该温度范围，有利于对坯料101进行塑性预成形加工，确保预成形加工精度；脱模时，由于自身存在重力，半成品坯料102此时能够自行脱模并被顶料板41托举；如果半成品坯料102抱紧凸模本体12，在缺口13内插入铁片并压向凸模本体12和半成品坯料102之间，将半成品坯料102与凸模本体12分离；因为第二架杆52的长度小于第一架杆51的长度，卸料滑道具有坡度，半成品坯料102能够在倾斜的卸料滑道上自行划出下落，完成自动卸料。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。