一種激光復(fù)合織構(gòu)薄壁管彎曲模具及其復(fù)合織構(gòu)形成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種激光復(fù)合織構(gòu)薄壁管彎曲模具及其復(fù)合織構(gòu)形成方法，屬于機(jī)械制造領(lǐng)域。它包括與管材的彎曲部分相對(duì)應(yīng)的管材彎曲模具主體，用于夾持在管材豎直段的夾塊以及用于壓緊在管材水平段的壓塊，還包括安裝在管材彎曲模具主體一側(cè)的防皺板，夾塊、壓塊、防皺板以及管材彎曲模具主體的弧形面形成管材彎曲模具的夾持面，所述管材彎曲模具的夾持面上設(shè)置有復(fù)合形貌。采用上述的結(jié)構(gòu)和方法后，使得成形件應(yīng)變分布、壁厚變化及橫截面變形更均勻；避免了大曲率側(cè)管壁失穩(wěn)起皺，小曲率側(cè)管壁厚度過(guò)薄、拉裂；緩解成形件回彈，提高彎管精度，成形質(zhì)量得到改善；最終獲得精確穩(wěn)定的彎曲成形。
【專利說(shuō)明】一種激光復(fù)合織構(gòu)薄壁管彎曲模具及其復(fù)合織構(gòu)形成方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種彎管成形模具，具體地說(shuō)是一種激光復(fù)合織構(gòu)薄壁管彎曲模具及其復(fù)合織構(gòu)形成方法，屬于機(jī)械制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]理論和工程研究表明:金屬塑性成形中的摩擦并不能一味的減少，模具與工件接觸界面的摩擦特性對(duì)工件成形質(zhì)量有著不同的影響，因而在不同接觸界面存在最合理的摩擦條件。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)如熱噴涂、等離子化學(xué)熱處理、氣相沉積、TD處理、離子注入、表面噴丸等，改變模具表層成分、幾何形貌、組織或在表面沉積鍍層，提高模具的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、耐熱性、耐蝕性、抗咬合性。但上述技術(shù)在應(yīng)用范圍、工藝可控性、可重復(fù)性、加工效率和成本、結(jié)合強(qiáng)度等方面具有或多或少的缺陷。
[0005]例如:中國(guó)專利200410039671.5公開(kāi)了一種模具表面強(qiáng)化處理方法，該方法是首先將模具完成品進(jìn)行應(yīng)力消除，再以陶瓷沙進(jìn)行噴砂操作程序，是模具表面更堅(jiān)硬及有效的增加其壓應(yīng)力以減少龜裂和其他缺陷，并進(jìn)而增加模具的抗疲勞性。但該方法獲得的模具表面，粗糙度分布不均勻，可控性不足。
[0006]再如:中國(guó)專利200410010847.4公開(kāi)了一種在模具表面激光淬火硬化處理方法。該方法僅僅對(duì)工件進(jìn)行表面改性處理，未涉及對(duì)工件表面進(jìn)行改形處理。
[0007]在實(shí)際生產(chǎn)中，有經(jīng)驗(yàn)的模具工常常有意將拉深凸模制的較粗糙，而凹模工作表面盡量光滑平整。期望利用粗糙的凸模表面和材料發(fā)生摩擦，使最大拉深力出現(xiàn)在危險(xiǎn)斷面上方，增大了材料的拉深能力。但是粗糙的表面易于磨損，上述效果很難持久。利用低粗糙度的凹模表面降低有害摩擦，但是光滑表面因無(wú)存油區(qū)域而處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，無(wú)法形成混合潤(rùn)滑或流體潤(rùn)滑，容易產(chǎn)生粘著磨損，易擦傷，模具壽命降低。另一方面，上述方法對(duì)表面粗糙度的改變是隨機(jī)、不可控的，難以保證表面處理的一致性，以致上述方法始終停留在經(jīng)驗(yàn)階段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠改善材料流動(dòng)和應(yīng)力應(yīng)變分布，從而獲得精確穩(wěn)定的彎曲成形的激光復(fù)合織構(gòu)薄壁管彎曲模具及其復(fù)合織構(gòu)形成方法。
[0009]—種激光復(fù)合織構(gòu)薄壁管彎曲模具，包括與管材的彎曲部分相對(duì)應(yīng)的管材彎曲模具主體，用于夾持在管材豎直段的夾塊以及用于壓緊在管材水平段的壓塊，還包括安裝在管材彎曲模具主體一側(cè)的防皺板，夾塊、壓塊、防皺板以及管材彎曲模具主體的弧形面形成管材彎曲模具的夾持面，所述管材彎曲模具的夾持面上設(shè)置有復(fù)合形貌。
[0010]所述復(fù)合形貌包括凸臺(tái)形貌和凹坑形貌，所述凸臺(tái)形貌和凹坑形貌均在管材彎曲模具的夾持面上陣列分布，從而在管材彎曲模具的夾持表面的局部位置形成凸臺(tái)織構(gòu)區(qū)域和凹坑織構(gòu)區(qū)域。
[0011]所述凸臺(tái)織構(gòu)區(qū)域和凹坑織構(gòu)區(qū)域位于管材彎曲模具的夾持面與管材的接觸位置。
[0012]所述凸臺(tái)織構(gòu)區(qū)域位于夾塊、壓塊和管材彎曲模具的弧形面上;所述凹坑織構(gòu)區(qū)域位于防皺板的凹槽弧面上。
[0013]所述凸臺(tái)織構(gòu)區(qū)域中凸起的部分與凸臺(tái)織構(gòu)區(qū)域表面積的占有率為5%?50%，所述凹坑織構(gòu)區(qū)域中凹坑的部分與凹坑織構(gòu)區(qū)域表面積的占有率為5%?50%。
[0014]所述凸臺(tái)形貌的高度為I?20微米，直徑為20?500微米;所述凹坑形貌的深度為2?25微米，直徑為10?100微米。
[0015]—種薄壁管材彎曲模具的復(fù)合織構(gòu)形成方法，包括以下步驟:
(1)在管材彎曲模具的夾持面加工出各向尺寸均小于I毫米的復(fù)合形貌，所述復(fù)合形貌包括用于壓印在管材加工面的凸臺(tái)形貌(7)和凹坑形貌(8);
(2)在薄壁管材I彎曲成形過(guò)程中，管材彎曲模具的表面凸臺(tái)形貌(7)的局部或全部壓印進(jìn)入管材(I)表面;凹坑形貌(8)儲(chǔ)存潤(rùn)滑液；
(3)在管材彎曲成形加工過(guò)程中，當(dāng)所述凸臺(tái)形貌的高度降低40-60%，凹坑形貌深度降低50%-80%時(shí)，將管材彎曲模具的夾持面打磨至Ra0.1-0.3μπι，并在其上重新加工凸臺(tái)形貌和凹坑形貌。
[0016]所述管材彎曲成形過(guò)程中，管材彎曲模具夾持面的凸臺(tái)形貌(7)的局部或全部壓印進(jìn)入管材的加工表面。
[0017]所述凸臺(tái)形貌和凹坑形貌由高能激光束加工獲得;產(chǎn)生凸臺(tái)形貌的激光參數(shù)為:功率密度14 — 17W/cm2，離焦量土 2mm，脈沖寬度0.0I?500ms;產(chǎn)生凹坑形貌的激光參數(shù)為功率密度106~108W/cm2，脈沖寬度0.01118~5(^8，脈沖頻率1~501^，脈沖重復(fù)次數(shù)1~7次。
[0018]所述產(chǎn)生凸臺(tái)形貌的激光器為⑶2激光器、燈栗浦YAG激光器、二極管栗浦YAG激光器或光纖激光器，產(chǎn)生凹坑形貌的激光器為二極管栗浦YAG固體激光器或光纖激光器。
[0019]采用上述的結(jié)構(gòu)和方法后，在彎管成形模具表面設(shè)置的微觀幾何形貌，優(yōu)化管料和彎管模具接觸界面間的摩擦特性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)接觸界面摩擦特性的主動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)薄壁彎管模具表面進(jìn)行改形改性處理，精確控制模具局部區(qū)域與薄壁管材間的彈塑性變形和摩擦，進(jìn)而改善了成形過(guò)程中材料流動(dòng)情況，使得成形件應(yīng)變分布、壁厚變化及橫截面變形更均勻;避免了大曲率側(cè)管壁失穩(wěn)起皺，小曲率側(cè)管壁厚度過(guò)薄、拉裂;緩解成形件回彈，提高彎管精度，成形質(zhì)量得到改善;最終獲得精確穩(wěn)定的彎曲成形，較之原彎管成形模具，本發(fā)明降低最大減薄率6%左右，減小截面畸變率10%左右。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明中薄壁管材彎曲成形示意圖；
圖2是本發(fā)明中薄壁管材彎曲表面形貌分布示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的激光復(fù)合織構(gòu)薄壁管彎曲模具及其復(fù)合織構(gòu)形成方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0022]如圖所示，本發(fā)明的激光復(fù)合織構(gòu)薄壁管彎曲模具，包括與管材I的彎曲部分相對(duì)應(yīng)的管材彎曲模具主體2，用于夾持在管材I豎直段的夾塊3以及用于壓緊在管材I水平段的壓塊5，還包括安裝在管材彎曲模具主體一側(cè)的防皺板，夾塊3、壓塊5、防皺板以及管材彎曲模具主體的弧形面形成管材彎曲模具的夾持面，管材彎曲模具的夾持面上設(shè)置有復(fù)合形貌，所說(shuō)的復(fù)合形貌包括凸臺(tái)形貌7和凹坑形貌8，凸臺(tái)形貌7和凹坑形貌8均在管材彎曲模具的夾持面上陣列分布，從而在管材彎曲模具的夾持表面的局部位置形成凸臺(tái)織構(gòu)區(qū)域和凹坑織構(gòu)區(qū)域;所說(shuō)的凸臺(tái)織構(gòu)區(qū)域和凹坑織構(gòu)區(qū)域位于管材彎曲模具的夾持面與管材的接觸位置，具體地說(shuō)凸臺(tái)織構(gòu)區(qū)域位于夾塊3、壓塊5和管材彎曲模具的弧形面4上；凹坑織構(gòu)區(qū)域位于防皺板的凹槽弧面6上，其中，凸臺(tái)織構(gòu)區(qū)域中凸起的部分與凸臺(tái)織構(gòu)區(qū)域表面積的占有率為5%?50%，凹坑織構(gòu)區(qū)域中凹坑的部分與凹坑織構(gòu)區(qū)域表面積的占有率為5%?50%，凸臺(tái)形貌7的高度為I?20微米，直徑為20?500微米;凹坑形貌8的深度為2?25微米，直徑為10?100微米。
[0023]—種薄壁管材彎曲模具的復(fù)合織構(gòu)形成方法，包括以下步驟:
(1)在管材彎曲模具的夾持面加工出各向尺寸(直徑、深度和高度)均小于I毫米的復(fù)合形貌，復(fù)合形貌包括用于壓印在管材加工面的凸臺(tái)形貌7和凹坑形貌8;
(2)薄壁管材I彎曲成形過(guò)程中，管材彎曲模具的表面凸臺(tái)形貌7的局部或全部壓印進(jìn)入薄壁管材I表面，提高模具與薄壁管材I的隨動(dòng)性，避免相對(duì)滑動(dòng)；凹坑形貌8儲(chǔ)存潤(rùn)滑液并降低模具與薄壁管材的接觸面積，避免薄壁管材I發(fā)生阻滯；
(3)在管材彎曲成形加工過(guò)程中，當(dāng)凸臺(tái)形貌7的高度降低40-60%，凹坑形貌8深度降低50%-80%時(shí)，將管材彎曲模具的夾持面打磨至Ra0.1-0.3μπι，并在其上重新加工凸臺(tái)形貌7和凹坑形貌8。
[0024]所述管材彎曲成形過(guò)程中，管材彎曲模具夾持面的凸臺(tái)形貌7的局部或全部壓印進(jìn)入管材I的加工表面。
[0025]其中，所說(shuō)的凸臺(tái)形貌7和凹坑形貌8由高能激光束加工獲得;產(chǎn)生凸臺(tái)形貌7的激光參數(shù)為:功率密度14—17W/cm2，離焦量土 2mm，脈沖寬度0.01?500ms;產(chǎn)生凹坑形貌8的激光參數(shù)為功率密度106~108W/cm2，脈沖寬度0.01118~5(^8，脈沖頻率1~501^^，脈沖重復(fù)次數(shù)I?7次;產(chǎn)生凸臺(tái)形貌7的激光器為CO2激光器、燈栗浦YAG激光器、二極管栗浦YAG激光器或光纖激光器，產(chǎn)生凹坑形貌8的激光器為二極管栗浦YAG固體激光器或光纖激光器。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種激光復(fù)合織構(gòu)薄壁管彎曲模具，其特征在于:包括與管材(I)的彎曲部分相對(duì)應(yīng)的管材彎曲模具主體(2)，用于夾持在管材(I)豎直段的夾塊(3)以及用于壓緊在管材(I)水平段的壓塊(5)，還包括安裝在管材彎曲模具主體一側(cè)的防皺板，所述夾塊(3)、壓塊(5)、防皺板以及管材彎曲模具主體的弧形面形成管材彎曲模具的夾持面，所述管材彎曲模具的夾持面上設(shè)置有復(fù)合形貌。2.按照權(quán)利要求1所述的激光復(fù)合織構(gòu)薄壁管彎曲模具，其特征在于:所述復(fù)合形貌包括凸臺(tái)形貌(7)和凹坑形貌(8)，所述凸臺(tái)形貌(7)和凹坑形貌(8)均在管材彎曲模具的夾持面上陣列分布，從而在管材彎曲模具的夾持表面的局部位置形成凸臺(tái)織構(gòu)區(qū)域和凹坑織構(gòu)區(qū)域。3.按照權(quán)利要求2所述的激光復(fù)合織構(gòu)薄壁管彎曲模具，其特征在于:所述凸臺(tái)織構(gòu)區(qū)域和凹坑織構(gòu)區(qū)域位于管材彎曲模具的夾持面與管材的接觸位置。4.按照權(quán)利要求3所述的激光復(fù)合織構(gòu)薄壁管彎曲模具，其特征在于:所述凸臺(tái)織構(gòu)區(qū)域位于夾塊(3)、壓塊(5)和管材彎曲模具的弧形面(4)上;所述凹坑織構(gòu)區(qū)域位于防皺板的凹槽弧面(6)上。5.按照權(quán)利要求4所述的激光復(fù)合織構(gòu)薄壁管彎曲模具，其特征在于:所述凸臺(tái)織構(gòu)區(qū)域中凸起的部分與凸臺(tái)織構(gòu)區(qū)域表面積的占有率為5%?50%，所述凹坑織構(gòu)區(qū)域中凹坑的部分與凹坑織構(gòu)區(qū)域表面積的占有率為5%?50%。6.按照權(quán)利要求5所述的激光復(fù)合織構(gòu)薄壁管彎曲模具，其特征在于:所述凸臺(tái)形貌(7)的高度為I?20微米，直徑為20?500微米;所述凹坑形貌(8)的深度為2?25微米，直徑為10?100微米。7.一種薄壁管材彎曲模具的復(fù)合織構(gòu)形成方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)在管材彎曲模具的夾持面加工出各向尺寸均小于I毫米的復(fù)合形貌，所述復(fù)合形貌包括用于壓印在管材加工面的凸臺(tái)形貌(7)和凹坑形貌(8); (2)在薄壁管材I彎曲成形過(guò)程中，管材彎曲模具的表面凸臺(tái)形貌(7)的局部或全部壓印進(jìn)入管材(I)表面;凹坑形貌(8)儲(chǔ)存潤(rùn)滑液； (3)在管材彎曲成形加工過(guò)程中，當(dāng)所述凸臺(tái)形貌(7)的高度降低40-60%，凹坑形貌(8)深度降低50% -80 %時(shí)，將管材彎曲模具的夾持面打磨至Ra0.1-0.3μπι，并在其上重新加工凸臺(tái)形貌(7)和凹坑形貌(8)。8.按照權(quán)利要求7所述的薄壁管彎曲模具的復(fù)合織構(gòu)形成方法，其特征在于:所述管材彎曲成形過(guò)程中，管材彎曲模具夾持面的凸臺(tái)形貌(7)的局部或全部壓印進(jìn)入管材(I)的加工表面。9.按照權(quán)利要求8所述的薄壁管彎曲模具的復(fù)合織構(gòu)形成方法，其特征在于:所述凸臺(tái)形貌(7)和凹坑形貌(8)由高能激光束加工獲得;產(chǎn)生凸臺(tái)形貌(7)的激光參數(shù)為:功率密度14-1O7W/cm2，離焦量土 2mm，脈沖寬度0.01?500ms;產(chǎn)生凹坑形貌(8)的激光參數(shù)為功率密度16?108W/cm2，脈沖寬度0.0lns?50ys，脈沖頻率I?50kHz，脈沖重復(fù)次數(shù)I?7次。10.按照權(quán)利要求1所述的薄壁管彎曲模具的復(fù)合織構(gòu)形成方法，其特征在于:所述產(chǎn)生凸臺(tái)形貌(7)的激光器為CO2激光器、燈栗浦YAG激光器、二極管栗浦YAG激光器或光纖激光器，產(chǎn)生凹坑形貌(8)的激光器為二極管栗浦YAG固體激光器或光纖激光器。
【文檔編號(hào)】B21D37/10GK105945147SQ201610297839
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】戴金躍
【申請(qǐng)人】鎮(zhèn)江市高等?？茖W(xué)校