CN101524731A - 大高径比板材零件拉深成形的加工方法及其专用加工装置 - Google Patents
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Abstract
大高径比板材零件拉深成形的加工方法及其专用加工装置，它涉及一种板材加工方法及装置。解决现有工艺无法用一道工序完成高径比更大、成形极限更高的复杂零件的成形加工及现有模具无法用一道工序成形所需零件的问题。方法包括向流体介质容器内注入流体介质、放置坯料、施加压边力、控制正拉深凸模下行与坯料接触后进行加压及坯料正拉深拉入凹模及反拉深凸模带动坯料拉入正拉深凸模的过程。正拉深凸模的下端依次穿过压边圈和凹模，反拉深凸模设置在流体介质容器内，反拉深凸模的下端固定在流体介质容器的底端面上。本方法采用正反拉深与液压成形相结合实现大高径比板材零件加工。本装置将正、反拉深集中在一套成形装置内，实现零件一次成形，提高效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种板材零件拉深成形的加工方法及装置。
背景技术
板材成形加工中，对于成形与凸模形状尺寸一致的大高径比(由板材拉深制成杯状构件的高度H与其直径D的比值，H/D的值大于1时，一般称为大高径比)板材零件，目前通常采用流体作为传力介质的充液拉深成形技术，其原理是使板材在流体背压力作用下贴靠凸模，背压作用增强坯料与凸模的摩擦效果，形成有益摩擦力，可抵消凸模圆角处坯料的部分拉应力，提高变形坯料的承载能力，从而提高板材零件成形极限，实现大高径比板材零件的拉深成形。以流体为传力介质的板材充液拉深成形技术以其工艺柔性高、制模简单、成形零件质量好等优点日益得到广泛的重视，能够克服常规冲压成形方式的不足，尤其适合在一道工序内成形变形量大的复杂板材零件。自从其被提出以来，某些大高径比、型面复杂的零件在流体背压力作用下成形，被应用到航空、汽车、电子产品等制造业中。近年来，随着高压液压系统和相关控制技术的发展，以流体为传力介质的板材充液拉深成形技术在国内外得到广泛关注并得以迅猛发展。由于许多板材受成形性能以及成形技术本身的约束，高径比更大、成形极限更高的复杂零件仅仅依靠背向压力作用在一道工序仍无法实现零件的成形，多道工序需要多套模具、设备，造成加工成本增加，工序间的上料、取件造成周期延长，影响加工效率。
发明内容
本发明的目的是为了提高板材零件成形效率和实现在一套模具装置上通过一道工序成形高径比更大的复杂板材零件；以解决现有成形工艺无法实现用一道工序完成高径比更大、成形极限更高的复杂零件的成形加工，以及现有模具无法实现用一道工序成形所需零件的问题；进而提供了一种大高径比板材零件拉深成形的加工方法及其专用加工装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：本发明所述大高径比板材零件拉深成形的加工方法是按以下步骤实现的：
步骤一、向流体介质容器内注入流体介质，使流体介质的液面与设置在流体介质容器上的凹模的下表面持平；
步骤二、将坯料夹置在压边圈与凹模之间；
步骤三、在压力的作用下，压边圈下行，并在压边圈的上表面上施加压边力；
步骤四、设置在压边圈和凹模上的正拉深凸模在外力作用下开始下移，正拉深凸模与坯料接触后，通过液压系统使流体介质容器内的流体介质对坯料产生一定的下表面背压力，同时通过液压系统向正拉深凸模内充满液体介质并对坯料产生上表面背压力，并使坯料下表面背压力等于坯料上表面背压力；然后，正拉深凸模下行带动坯料进入凹模，直到坯料全部进入凹模内，将上表面背压力和下表面背压力卸压；
步骤五、正拉深凸模继续下行，当坯料与流体介质容器内的反拉深凸模接触后再施加上表面背压力，反拉深凸模带动坯料进入正拉深凸模内，直到坯料完全进入正拉深凸模内，加工过程结束；
步骤六、将上表面背压力卸压，然后使正拉深凸模上移，同时使压边圈上移，取出成形零件即可。
实现上述方法的专用加工装置包括流体介质容器、压边圈和凹模，所述加工装置还包括正拉深凸模和反拉深凸模，所述正拉深凸模内开有空腔，正拉深凸模的侧壁上开有与空腔连通的注液孔，流体介质容器的侧壁上开有与其内腔连通的流体介质注入孔，凹模设置在流体介质容器的上端面上，凹模与流体介质容器之间固定连接，压边圈位于凹模的上方，正拉深凸模的下端依次穿过压边圈和凹模装在流体介质容器的内腔中，反拉深凸模设置在流体介质容器内，反拉深凸模的下端固定在流体介质容器的底端面上。
本发明具有以下有益效果：使用本发明所述装置及方法能进一步提高板材零件成形极限，实现通过在一次行程内成形大高径比的板材零件(实现了在一套模具装置上通过一道工序成形高径比更大的复杂板材零件)，从而提高效率及零件质量，利于推广应用。本方法完全适合成形性能差、成形极限高的板材零件成形加工。本发明方法采用正反拉深与液压成形技术相结合，可实现成形大高径比(高径比≥1.5)的板材零件的成形加工，解决了深筒形零件难于成形的问题。具体优点为：一、将正、反拉深集中在一套成形装置内，在液压机一次行程内实现零件的拉深成形，提高效率，降低模具和设备成本。二、正反复合拉深相结合，与背压力联合作用，降低变形坯料的拉应力，可成形大高径比、低塑性材料的深筒形件，通过合理分配变形量改善零件壁厚分布的均匀性。
附图说明
图1为本发明所述专用加工装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1所示，本实施方式所述的大高径比板材零件拉深成形的加工方法是按以下步骤实现的：
步骤一、向流体介质容器6内注入流体介质12，使流体介质12的液面与设置在流体介质容器6上的凹模5的下表面持平；
步骤二、将坯料3(板材坯料)夹置在压边圈2与凹模5之间；
步骤三、在压力的作用下(在压力机压边滑块的带动下)，压边圈2下行，并在压边圈2的上表面上施加压边力(压边力是指在压边圈2的上表面所施加的力，如图1中F所示)；
步骤四、设置在压边圈2和凹模5上的正拉深凸模1在外力作用下(在压力机主滑块驱动下)开始下移(如图1中V所示)，正拉深凸模1与坯料3接触后，通过液压系统使流体介质容器6内的流体介质12对坯料3产生一定的下表面背压力P2，同时通过液压系统向正拉深凸模1内充满液体介质并对坯料3产生上表面背压力P1，并使坯料3下表面背压力P2等于坯料上表面背压力P1，防止正拉深凸模1下方口部坯料发生变形；然后，正拉深凸模1下行带动坯料3进入凹模5，直到坯料3全部进入凹模5内，将上表面背压力P1和下表面背压力P2卸压；
步骤五、正拉深凸模1继续下行，当坯料3与流体介质容器6内的反拉深凸模7接触后再施加上表面背压力P1，反拉深凸模7带动坯料3进入正拉深凸模1内，直到坯料3完全进入正拉深凸模1内，加工过程结束；
步骤六、将上表面背压力P1卸压，然后使(主滑块带动)正拉深凸模1上移，同时(压边滑块带动)使压边圈2上移，卸料板8通过连杆9及推板11在液压机顶出缸作用下将成形件从反拉深凸模7上卸下，取出成形零件即可。
本发明方法用于上述板材零件拉深成形时，正拉深时来自流体介质容器6内的下表面背压力P2使坯料3紧紧贴在正拉深凸模1上，在正拉深凸模1与坯料3之间建立起有益摩擦，在坯料3与凹模5之间的法兰区建立起流体润滑；反拉深时，来自正拉深凸模1内的上表面背压力P1使坯料3紧紧贴在反拉深凸模7上，在反拉深凸模7与坯料3之间建立起有益摩擦，在坯料3与正拉深凸模1之间形成流体润滑。以上过程中流体润滑、有益摩擦及与正反拉深的结合，综合作用可缓解坯料的径向拉应力，提高板材零件的成形极限，对于需要多道次成形的大高径比零件来讲，显著节省工序，降低模具、设备成本，提高效率。同时，合理分配正反拉深变形量，可改善零件壁厚分布的均匀性。
采用上述方法及所述装置对1mm厚SUS304不锈钢板材进行成形，在正拉深背压力为20MPa、反拉深背压力10MPa条件下，使零件成形极限由现有的拉深比2.95提高到了3.6，壁厚均匀性提高8％。
具体实施方式二：如图1所示，本实施方式所述的专用加工装置包括流体介质容器6、压边圈2和凹模5，所述加工装置还包括正拉深凸模1和反拉深凸模7，所述正拉深凸模1内开有空腔1-1，正拉深凸模1的侧壁上开有与空腔1-1连通的注液孔1-2，流体介质容器6的侧壁上开有与其内腔连通的流体介质注入孔6-1，凹模5设置在流体介质容器6的上端面上，凹模5与流体介质容器6之间固定连接，压边圈2位于凹模5的上方，正拉深凸模1的下端依次穿过压边圈2和凹模5装在流体介质容器6的内腔中，反拉深凸模7设置在流体介质容器6内，反拉深凸模7的下端固定在流体介质容器6的底端面上。在工作状态时，空腔1-1内充满液体介质且液体介质与坯料3接触，流体介质容器6内充满流体介质12。坯料3夹置在压边圈2与凹模5之间。注液孔1-2与液压系统连接，流体介质注入孔6-1也与液压系统连接。所述专用加工装置应用于成形与凸模尺寸形状一致的零件。
凹模放置在流体介质容腔上面，并进行固定连接，坯料放置在压边圈与凹模之间；反拉深凸模安装在流体介质容腔内；卸料板通过连杆穿过流体介质容腔与推板连接，连杆与流体介质容腔之间设置密封。所述专用加工装置安装在液压机上，液压机主滑块连接装置中的正拉深凸模，驱动其运动，进行正拉深；压边滑块与压边圈连接，以施加压边力；卸料板通过连杆及推板与液压机顶出缸连接。正拉深凸模和流体介质容腔分别开孔，与液压系统连接进行正拉深背压力和反拉深背压力的控制。
板材零件拉深成形时，在凹模内充满流体介质，压边圈上施加压边力合模，在压力机主滑块作用下正拉深凸模带动板料在流体介质容腔内的正拉深背压力作用下进入凹模实现正拉深。正拉深结束后液压机主滑块继续下行，反拉深凸模进入正拉深凸模内，在反拉深背压力作用下实现反拉深。反拉深结束后，卸料板在顶出缸作用下向上将最终成形件从反拉深凸模下卸下。
具体实施方式三：如图1所示，本实施方式所述加工装置还包括卸料板8、至少两个连杆9和推板11，卸料板8设置在流体介质容器6的内腔中并套装在反拉深凸模7上，所述至少两个连杆9穿过流体介质容器6的底端壁，位于流体介质容器6内的至少两个连杆9的端部与卸料板8的下端面连接，位于流体介质容器6外部的至少两个连杆9的端部与推板11的上端面连接。由卸料板8、至少两个连杆9和推板11构成卸料装置，在工作时，推板11与液压机顶出缸13连接，在液压机顶出缸作用下将成形件从反拉深凸模7上卸下，易于操作。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：如图1所示，本实施方式所述加工装置还包括密封圈4，所述密封圈4安装在凹模5的下端面与流体介质容器6的上端面之间。密封圈4可防止流体介质泄漏。其它组成及连接关系与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：如图1所示，本实施方式所述加工装置还包括至少两个卸料密封圈10，所述至少两个卸料密封圈10的数量与至少两个连杆9的数量一致，每个连杆9在与流体介质容器6的底端壁连接的部位套装一个卸料密封圈10。如此设计，可防止流体介质泄漏。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
Claims (5)
1、一种大高径比板材零件拉深成形的加工方法，其特征在于：所述加工方法是按以下步骤实现的：
步骤一、向流体介质容器(6)内注入流体介质(12)，使流体介质(12)的液面与设置在流体介质容器(6)上的凹模(5)的下表面持平；
步骤二、将坯料(3)夹置在压边圈(2)与凹模(5)之间；
步骤三、在压力的作用下，压边圈(2)下行，并在压边圈(2)的上表面上施加压边力；
步骤四、设置在压边圈(2)和凹模(5)上的正拉深凸模(1)在外力作用下开始下移，正拉深凸模(1)与坯料(3)接触后，通过液压系统使流体介质容器(6)内的流体介质(12)对坯料(3)产生一定的下表面背压力(P2)，同时通过液压系统向正拉深凸模(1)内充满液体介质并对坯料(3)产生上表面背压力(P1)，并使坯料(3)下表面背压力(P2)等于坯料上表面背压力(P1)；然后，正拉深凸模(1)下行带动坯料(3)进入凹模(5)，直到坯料(3)全部进入凹模(5)内，将上表面背压力(P1)和下表面背压力(P2)卸压；
步骤五、正拉深凸模(1)继续下行，当坯料(3)与流体介质容器(6)内的反拉深凸模(7)接触后再施加上表面背压力(P1)，反拉深凸模(7)带动坯料(3)进入正拉深凸模(1)内，直到坯料(3)完全进入正拉深凸模(1)内，加工过程结束；
步骤六、将上表面背压力(P1)卸压，然后使正拉深凸模(1)上移，同时使压边圈(2)上移，取出成形零件即可。
2、一种实现权利要求1所述方法的专用加工装置，所述加工装置包括流体介质容器(6)、压边圈(2)和凹模(5)，其特征在于：所述加工装置还包括正拉深凸模(1)和反拉深凸模(7)，所述正拉深凸模(1)内开有空腔(1-1)，正拉深凸模(1)的侧壁上开有与空腔(1-1)连通的注液孔(1-2)，流体介质容器(6)的侧壁上开有与其内腔连通的流体介质注入孔(6-1)，凹模(5)设置在流体介质容器(6)的上端面上，凹模(5)与流体介质容器(6)之间固定连接，压边圈(2)位于凹模(5)的上方，正拉深凸模(1)的下端依次穿过压边圈(2)和凹模(5)装在流体介质容器(6)的内腔中，反拉深凸模(7)设置在流体介质容器(6)内，反拉深凸模(7)的下端固定在流体介质容器(6)的底端面上。
3、根据权利要求2所述的专用加工装置，其特征在于：所述加工装置还包括卸料板(8)、至少两个连杆(9)和推板(11)，卸料板(8)设置在流体介质容器(6)的内腔中并套装在反拉深凸模(7)上，所述至少两个连杆(9)穿过流体介质容器(6)的底端壁，位于流体介质容器(6)内的至少两个连杆(9)的端部与卸料板(8)的下端面连接，位于流体介质容器(6)外部的至少两个连杆(9)的端部与推板(11)的上端面连接。
4、根据权利要求2或3所述的专用加工装置，其特征在于：所述加工装置还包括密封圈(4)，所述密封圈(4)安装在凹模(5)的下端面与流体介质容器(6)的上端面之间。
5、根据权利要求3所述的专用加工装置，其特征在于：所述加工装置还包括至少两个卸料密封圈(10)，所述至少两个卸料密封圈(10)的数量与至少两个连杆(9)的数量一致，每个连杆(9)在与流体介质容器(6)的底端壁连接的部位套装一个卸料密封圈(10)。
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