一種正擠壓均勻變形模具的制作方法

本發明涉及金屬塑性成形領域，具體涉及一種促進正擠壓均勻變形的模具。

背景技術：

傳統正擠壓各階段網格變化如圖1所示。圖1(a)表示正擠壓開始狀態，圖1(b)表示高度大于直徑的坯料進入穩定變形狀態時網格的變化情況。此時可將坯料內部的網格變化分為三個區域：i區為金屬死區，它緊貼凸模端面，呈錐形。錐形大小由凸模端面與坯料之間的摩擦力大小決定。這部分金屬基本上不變形。ii區為劇烈變形區。坯料在該區向外向上急劇流動，杯形件主要靠這部分金屬流動成形。該區的軸向高度約為0.1d～0.2d(d為凸模工作部分直徑)。當凸模下壓到坯料底部高度仍大于該軸向高度時，盡管變形區內的金屬產生劇烈的流動，但底部的一部分金屬仍保持原狀，此時仍處于穩定變形狀態，但當凸模繼續下壓，坯料殘余厚度小于改軸向高度時，殘余厚度內的全部金屬產生流動，成為如圖1(c)所示的非穩定變形狀態。iii區為剛性平移區，劇烈變形區的金屬流動形成杯壁后，就不再變形了，而是以剛體平移的形式向上運動，該運動一直進行到凸模停止下壓時為止。圖1(c)中d為死區，當底厚過薄時，塑性差的材料會產生環形脫落。

圖6為deform模擬的原始凸模擠壓過程中金屬流動狀況，從圖中可以看出，在原始凸模擠壓過程中，金屬流動方向始終保持直線向下，這顯然不利于金屬的流動，會在凹模出口轉角處會產生程度不同的金屬“死區”，導致成形件變形不均勻。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種正擠壓件變形過程中，保證材料利用率的同時，使鍛件均勻變形，獲得更好的鍛后組織與性能；對凸模結構進行微調，大大減小凸模與坯料間的摩擦力，促進金屬的均勻流動的正擠壓均勻變形模具及方法。

為了解決背景技術所存在的問題，本發明是采用以下技術方案：一種正擠壓均勻變形模具，它包含凸模主體，凸模主體的凸模頭部中間設置有溝槽，溝槽的中部設置有一拱形結構，該拱形結構的截面為弧形。

作為本發明的進一步改進，所述的溝槽的長度與凸模頭部的直徑相等。

采用上述技術方案后，本發明具有以下有益效果：

本發明就是在減小凸模與坯料間接觸摩擦即減小軸向應力的同時，減小杯形件擠壓過程中受到的徑向應力促進金屬均勻流動并改善金屬死區，改善了技術成形領域正擠壓實心件變形不均勻的問題，減小了凸模與坯料間的接觸摩擦，提高了材料的均勻性，大大改善了鍛件的性能，并且提高了材料利用率，在鍛壓行業推廣其經濟效益顯著。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1(a)為背景技術中正擠壓開始狀態的示意圖；

圖1(b)為背景技術中高度大于直徑的坯料進入穩定變形狀態時網格的變化情況示意圖；

圖1(c)為背景技術中非穩定變形狀態的示意圖；

圖2為本發明所提供的實施例中凸模的結構示意圖；

圖3為圖2的左視圖；

圖4為圖2的a向結構示意圖；

圖5為圖4的b向結構示意圖；

圖6為deform模擬原始凸模擠壓過程中金屬流動狀況示意圖；

圖7為deform模擬本發明改進凸模擠壓過程中金屬流動狀況示意圖；

附圖標記：

1-凸模本體；2-凸模頭部；3-溝槽；4-拱形結構。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及具體實施方式，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施方式僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

請參閱圖2-圖5，本具體實施方式采用以下技術方案：一種正擠壓均勻變形模具，它包含凸模本體1、凸模頭部2、溝槽3和拱形結構4，凸模主體1的凸模頭部2中間設置有溝槽3，溝槽3的長度與凸模頭部2的直徑相等，溝槽3的中部設置有一拱形結構4，該拱形結構4的截面為弧形。采用這樣的設計，當凸模頭部2與坯料表面接觸時，減小凸模主體1與坯料的接觸面積，避免接觸摩擦過大而使金屬流動不均勻。

一種正擠壓均勻變形方法，在工作行程中，力的變化可以分作三個階段。

在第i階段，毛坯在模具內鐓粗，直至毛坯與模具內表面接觸，即充滿凹模時為止；

第ii階段是擠壓的穩定階段，在這個階段，變形區的形狀、尺寸與位置保持不變；

第iii階段是最后的不穩定階段，在這個階段，塑性區的金屬體積逐漸減少，而變形力急劇增加，杯形件擠壓過程中受到切向應力，徑向應力以及軸向應力。在減小凸模與坯料間接觸摩擦即減小軸向應力的同時，減小杯形件擠壓過程中受到的徑向應力促進金屬均勻流動并改善金屬死區。

請參閱圖7，圖7為deform模擬的改進凸模擠壓過程中金屬流動狀況，從圖中可以看出，改進后的凸模本體1在擠壓過程中，能夠很好的促進金屬向兩邊分散流動，在保證材料利用率的同時，使成形件更加均勻，獲得更好的組織與性能。同時通過模擬拱形高度不同的改進效果來看，隨著拱形的加高，金屬流動效果沒有顯著提高的同時，卻因為拱形率先與坯料接觸而產生了較為明顯的應力集中現象。故拱形結構高度與溝槽深度相同為最佳方案。

對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。

技術特征：

技術總結
本發明公開了一種正擠壓均勻變形模具，涉及金屬塑性成形領域。凸模主體的凸模頭部中間設置有溝槽，溝槽的中部設置有一拱形結構，該拱形結構的截面為弧形；所述的溝槽的長度與凸模頭部的直徑相等；所述的拱形結構高度與溝槽深度相同.本發明大大減小凸模與坯料間的摩擦力，促進金屬的均勻流動。

技術研發人員：張治民;于建民;白冰;董貝貝;王強;郝紅元;程眉;孟模
受保護的技術使用者：中北大學
技術研發日：2017.06.27
技術公布日：2017.11.07