[发明专利]基于旋转模具的非等厚薄壳件渐进成形装置与方法

说明书

一种基于旋转模具的非等厚薄壳件渐进成形装置与方法，所述装置由机架、辊模组、导向系统、动力系统、传动系统、控制系统组成，辊模组包括上辊模和下辊模，且上、下辊模的环状模块外表面有型槽。成形时，首先确定轧件的加工余量、拔模斜度并增加工艺补充；将平板坯料的一端送入反向旋转的上、下辊模之间，利用型槽对板坯进行顺序碾压，使之产生逐渐的塑性变形并得到轧件，再对轧件进行分割和后处理得到最终零件。本发明可在较小载荷下对板坯进行成形，得到各种带凸起筋肋或凹陷沟槽、以及凸柱(台)等局部非等厚几何特征的薄壳件，生产效率、材料利用率和模具寿命高，制件力学性能好，且成形装置仅用电力即可运行，结构简单、可靠性高。

技术领域

本发明属于金属塑性成形领域，尤其涉及一种基于旋转模具的非等厚薄壳件渐进成形装置与方法。

背景技术

“轧制板+冲压”是当前最主要的金属薄壳件生产方式，由于生产效率和材料利用率高、大批量制造时成本低，因此在工业领域得到了广泛应用。但传统冲压使用的板料一般为光滑、等厚的平板，如果制件上需要附加一些结构或固定一些配件，通常只能采用点焊、铆接、螺纹连接(如焊接螺母)或者冲孔(以及翻孔)等方法，不仅工艺繁琐、生产效率低、可靠性差，而且不利于实现轻量化与紧凑化。这种局面严重制约了许多产品、特别是一些高端产品的生产。

以量大面广的计算机、通信和消费类电子产品(Computer、Communication、ConsumerElectronics，简称3C产品)为例。为提高档次和耐用度，近年来相关产品越来越多地采用了金属(如不锈钢、铝合金等)替代塑料来制造外壳；与此同时，随着轻量化、集成化等方面的要求越来越高，3C产品的结构设计日趋紧凑、复杂，特别是由于内部需装配各种电子元器件，因此壳体内侧常常设计了一些筋肋或凸柱、凸台等非等厚的局部几何特征。但传统冲压无法得到这类壳体件，为此，人们曾借助于精密铸造、粉末冶金等一些其他的材料成形方法。如2008年之前，日本厂商就依靠铝合金精铸外壳，加上小型化的多层电路和柔性PCB板、小尺寸硬盘与内存等技术，制造出了PR200、Q2010等一系列价格高昂的轻薄笔记本电脑，在相关市场一统天下。但利用精密铸造或粉末冶金制造金属薄壳件，不仅生产效率低、成本高，在制件强度以及表面质量等方面也难以满足要求。

为发挥塑性成形高效、省材的优势，人们针对非等厚薄壳件的成形也开发了“板料体积成形”或“冲锻成形”等方法【张士宏,周丽新,王忠堂.板材零件局部体积成形技术研究.塑性工程学报,2008,15(2):31-36；罗建成.不等壁厚板材零件冲锻成形增厚机理与试验研究,华中科技大学硕士论文,2011】。但这些方法主要基于压力机上模具往复运动的传统压制方式，由于成形载荷大、模具寿命低，相关应用受到很大限制。

2008年，美国苹果公司创造性地结合了现代CNC(计算机数控)技术的发展，率先采用了一种称为“Unibody”的壳体件生产工艺，即利用CNC机床将一整块的金属厚板直接切削加工为复杂的薄壁壳体，同时保留一些局部的凸起等非等厚的几何结构。Unibody摒弃了利用冲压、精密铸造、粉末冶金等方法生产薄壳件的思路，且相比传统工艺生产的壳体可大幅度减少零件与螺丝数量、简化组装过程，从而得到更轻、更薄的产品，因此迅速在3C产品中得到推广应用，并彻底改变了移动电子产品设计的传统规则【杨道陵.Unibody技术在产品设计中的应用.求知导刊,2015(1):66-67】。迄今为止，苹果著名的iPhone系列手机、MacBook Air笔记本电脑以及众多其他品牌的3C产品，就大量采用了Unibody工艺来生产外壳。但基于切削加工的Unibody对CNC设备要求很高，对于大批量的3C产品生产而言，在生产效率、材料利用率以及制造成本等方面也存在先天不足。

综上所述，现有技术无法满足实践中对非等厚轻量化薄壳件的生产需求，有必要开发新的成形工艺。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了一种基于旋转模具的非等厚薄壳件渐进成形装置与方法，可在较小的载荷下对平板坯料进行塑性成形，得到各种带凸起筋肋或凹陷沟槽，以及凸柱、凸台等局部非等厚几何特征的薄壳件。