CN101870152B - 一种变径零件近等壁厚软模室温成形方法 - Google Patents

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Abstract

一种变径零件近等壁厚软模室温成形方法，它涉及一种变径零件软模成形方法。以解决现有的变径零件成形中存在的一次性成形使壁厚减薄，壁厚分布不均匀的问题。本发明的主要步骤是：将筒坯放置在模具的型腔内，将芯轴放置在筒坯内；填充粘弹塑性材料；密封；合模；筒坯在内部粘弹塑性材料的压力作用以及模具压力下与模具的型腔紧密贴合成形；开模取出成形的变径零件；移除芯轴并清除变径零件内部残留的粘弹塑性材料。由本发明的方法制成的变径零件壁厚均匀，提高了变径零件成形极限，改善了变径零件壁厚分布，提高了变径零件表面质量，同时降低了变径零件的制造成本。本发明的方法用于成形变径零件。

Description

一种变径零件近等壁厚软模室温成形方法
技术领域
本发明涉及一种变径零件软模成形方法，属于板材成形技术领域。
背景技术
变径比较大的壳体零件广泛应用于航空、航天、汽车等领域，对于这类零件当前的主要成形方法是“分体成形，组合焊接”。尺寸精度受每一分体成形工序的影响，质量控制困难，增加了制造成本，无法满足对变径壳体零件尺寸精度、表面质量、制造效率等方面越来越高的要求。其他一次性成形技术如旋压成形、液压成形，很难获得良好的壁厚分布，限制了零件变径比的进一步提高。在保证较大变径比的前提下，降低减薄率，使壁厚分布均匀，是这类零件成形过程中存在的难题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的变径零件成形中存在的一次性成形使壁厚减薄，壁厚分布不均匀的问题，进而提供一种变径零件近等壁厚软模室温成形方法。
本发明的一种变径零件近等壁厚软模室温成形方法由以下步骤完成：
步骤一：模具由上模具和下模具构成，模具的型腔由上模具的型腔和下模具的型腔构成，将筒坯安装在上模具的型腔和下模具的型腔内，上模具与下模具之间设有间距，下柱塞的上端设有上凸台，将下柱塞的上端设置在下模具的型腔内，将下柱塞的上凸台肩与筒坯的下端面密封接触，将下柱塞的上凸台压入筒坯内；
步骤二：在筒坯的内部放置一根芯轴，且筒坯与芯轴同轴设置，芯轴的下端设置在下柱塞上端面设有的盲孔内，筒坯的下端通过下柱塞密封；
步骤三：在筒坯与芯轴之间形成的环腔内充满粘弹塑性材料；所述粘弹塑性材料为分子量为400000g/mol～600000g/mol和粘度为10000Pa·s～16000Pa·s的高分子聚合物材料，粘弹塑性材料的物态为半固态；
步骤四：上柱塞的下端设有下凸台，将上柱塞的下端设置在上模具的型腔内，且芯轴的上端设置在上柱塞的轴向中心通孔内，将上柱塞的下凸台肩与筒坯的上端面接触，筒坯的上端通过上柱塞密封，同时将上柱塞和芯轴之间密封，首先使上模具和下模具闭合，上模具与下模具之间的空腔为变径型腔，下压上柱塞，将上柱塞的下凸台压入筒坯内，在压实粘弹塑性材料的同时形成1～3MPa的预压力；
步骤五：将上模具安装定位在压力机上；
步骤六：上模具固定不动，将上柱塞以0.005m/s～0.015m/s的速度向下运动，使筒坯和内部的粘弹塑性材料整体充满模具的型腔成形；或者将上柱塞和上模具同时以0.005m/s～0.015m/s的速度向下运动，筒坯和其内的粘弹塑性材料整体加载，筒坯在其内部粘弹塑性材料及上模具和下模具的压力作用下与模具的型腔贴合制成变径零件，所制成的变径零件的壁厚为1～6mm；
步骤七：将上柱塞和上模具同时向上运动，取出芯轴和变径零件；
步骤八：移除芯轴并清除变径零件内部的粘弹塑性材料。
本发明具有以下有益效果：本发明采用了软模成形方法，在室温下成形。通过调节芯轴的直径来改变筒坯轴向进给，使筒坯保持近等表面积成形，降低减薄率、实现近等壁厚成形。芯轴的设置使得成形所需压力减小，进一步降低了对设备吨位的要求。通过粘弹塑性材料作为传力介质，粘弹塑性材料对筒坯存在切向摩擦力，有效地促进了材料向变形较大区域流动，提高了变径零件壁厚分布均匀性，可以充分利用其高压下流动性好的特点，且半固态介质（粘弹塑性材料）容易密封，容易在模具的型腔内建立成形所需要的压力。粘弹塑性材料具有较高的应变速率敏感性，可以在筒坯表面建立非均匀的压力分布，自适应于筒坯变形过程应力的变化，抑制成形过程中有可能出现的起皱。成形过程简单，需要控制的参数较少，降低了成形变径零件的制造成本。在单位长度变径比以内成形变径零件可接近无减薄（单位长度变径比是指单位成形长度L上变化的半径比值（R-r）/L，其中r为筒坯原始半径，R为变径之后的筒坯半径，L为变形长度，如图6所示）。
附图说明
图1是利用本发明的一种变径零件近等壁厚软模室温成形方法对变径零件成形的初始状态及模具结构的剖视图，图2是上模具和上柱塞下压加载时的结构剖视图，图3是筒坯完全贴合模具型腔的结构剖视图，图4是开启模具取出变径零件后的主剖视图，图5是移除芯轴并卸载粘弹塑性材料后的变径零件的主剖视图，图6是变径零件单位长度的变径比尺寸标示图，图7是上模具和下模具闭合的主剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图5和图7说明，本实施方式的一种变径零件近等壁厚软模室温成形方法由以下步骤完成：
步骤一：模具由上模具3和下模具1构成，模具的型腔由上模具3的型腔和下模具1的型腔构成，将筒坯2安装在上模具3的型腔和下模具1的型腔内，上模具3与下模具1之间设有间距，下柱塞7的上端设有上凸台7-1，将下柱塞7的上端设置在下模具1的型腔内，将下柱塞7的上凸台肩与筒坯2的下端面密封接触，将下柱塞7的上凸台7-1压入筒坯2内；
步骤二：在筒坯2的内部放置一根芯轴6（芯轴的直径根据变径零件的表面积直径确定），且筒坯2与芯轴6同轴设置，芯轴6的下端设置在下柱塞7上端面设有的盲孔内，筒坯2的下端通过下柱塞7密封；
步骤三：在筒坯2与芯轴6之间形成的环腔内充满粘弹塑性材料5；
步骤四：上柱塞4的下端设有下凸台4-1，将上柱塞4的下端设置在上模具3的型腔内，且芯轴6的上端设置在上柱塞4的轴向中心通孔内，将上柱塞4的下凸台肩与筒坯2的上端面接触，筒坯2的上端通过上柱塞4密封，同时将上柱塞4和芯轴6之间密封，首先使上模具3和下模具1闭合，上模具3与下模具1之间的空腔为变径型腔，下压上柱塞4，将上柱塞4的下凸台4-1压入筒坯2内，在压实粘弹塑性材料5的同时形成1～3MPa的预压力；
步骤五：将上模具3安装定位在压力机上（压力机可提供的最大压力根据变径零件材料和尺寸确定，根据行程需要确定上模具3与下模具1之间的间隙）；
步骤六：上模具3固定不动，将上柱塞4以0.005m/s～0.015m/s的速度向下运动，使筒坯2和内部的粘弹塑性材料5整体充满模具的型腔成形（可以避免筒坯加载过程中出现失稳，适合变径区长度与筒坯直径相近的变径零件成形（见图7）；或者将上柱塞4和上模具3同时以0.005m/s～0.015m/s的速度向下运动，筒坯2和其内的粘弹塑性材料5整体加载，筒坯2在其内部粘弹塑性材料5及上模具3和下模具1的压力作用下与模具的型腔贴合制成变径零件；
步骤七：将上柱塞4和上模具3同时向上运动，取出芯轴6和变径零件；
步骤八：移除芯轴6并清除变径零件内部的粘弹塑性材料5。
具体实施方式二：本实施方式的步骤三中的粘弹塑性材料5为分子量为400000g/mol～600000g/mol和粘度为10000Pa·s～16000Pa·s的高分子聚合物材料，粘弹塑性材料5的物态为半固态。粘弹塑性材料的应变速率敏感性更好，更适应于筒坯变形过程应力的变化，更好的抑制了成形过程中可能出现的起皱。其它方法步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式的步骤六中，所制成的变径零件的壁厚为1-6mm。其它方法步骤与具体实施方式一或二相同。

Claims (1)

1.一种变径零件近等壁厚软模室温成形方法，其特征在于：所述方法在室温下成形，所述方法由以下步骤完成：
步骤一：模具由上模具（3）和下模具（1）构成，模具的型腔由上模具（3）的型腔和下模具（1）的型腔构成，将筒坯（2）安装在上模具（3）的型腔和下模具（1）的型腔内，上模具（3）与下模具（1）之间设有间距，下柱塞（7）的上端设有上凸台（7-1），将下柱塞（7）的上端设置在下模具（1）的型腔内，将下柱塞（7）的上凸台肩与筒坯（2）的下端面密封接触，将下柱塞（7）的上凸台（7-1）压入筒坯（2）内；
步骤二：在筒坯（2）的内部放置一根芯轴（6），且筒坯（2）与芯轴（6）同轴设置，芯轴（6）的下端设置在下柱塞（7）上端面设有的盲孔内，筒坯（2）的下端通过下柱塞（7）密封；
步骤三：在筒坯（2）与芯轴（6）之间形成的环腔内充满粘弹塑性材料（5）；所述粘弹塑性材料（5）为分子量为400000g/mol~600000g/mol和粘度为10000Pa·s～16000Pa·s的高分子聚合物材料，粘弹塑性材料（5）的物态为半固态；
步骤四：上柱塞（4）的下端设有下凸台（4-1），将上柱塞（4）的下端设置在上模具（3）的型腔内，且芯轴（6）的上端设置在上柱塞（4）的轴向中心通孔内，将上柱塞（4）的下凸台肩与筒坯（2）的上端面接触，筒坯（2）的上端通过上柱塞（4）密封，同时将上柱塞（4）和芯轴（6）之间密封，首先使上模具（3）和下模具（1）闭合，上模具（3）与下模具（1）之间的空腔为变径型腔，下压上柱塞（4），将上柱塞（4）的下凸台（4-1）压入筒坯（2）内，在压实粘弹塑性材料（5）的同时形成1~3MPa的预压力；
步骤五：将上模具（3）安装定位在压力机上；
步骤六：上模具（3）固定不动，将上柱塞（4）以0.005m/s～0.015m/s的速度向下运动，使筒坯（2）和内部的粘弹塑性材料（5）整体充满模具的型腔成形，筒坯（2）和其内的粘弹塑性材料（5）整体加载，筒坯（2）在其内部粘弹塑性材料（5）及上模具（3）和下模具（1）的压力作用下与模具的型腔贴合制成变径零件，所制成的变径零件的壁厚为1～6mm；
步骤七：将上柱塞（4）和上模具（3）同时向上运动，取出芯轴（6）和变径零件；
步骤八：移除芯轴（6）并清除变径零件内部的粘弹塑性材料（5）。
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