CN102172811B

CN102172811B - 管板复合充液成形方法

Info

Publication number: CN102172811B
Application number: CN 201010610103
Authority: CN
Inventors: 郎利辉; 程鹏志
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: CN102172811A

Abstract

一种管板复合充液成形方法。其包括在钢棒外部弯折板材形成带有翼边的筒状坯料；将翼边上多余部位裁切掉；将裁切后筒状坯料放置在充液成形模具内部，并利用高压成形液体介质进行管式充液成形；焊接、裁边制成零件坯件；将坯件进行激光切边、打孔、焊接后制成零件等步骤。本发明的管板复合充液成形方法是将管式和板式充液成形技术的优势结合在一起，其能在减少或不增加焊缝的基础上降低补料难度、增加补料量，从而避免局部壁厚过度减薄，具有零件整体性好、壁厚均匀、强度与刚度高、无周向焊缝等优点。另外，对需要局部加强的充液成形零件可采用同步进行充液整形和液力胀接的方法进行，因此可减少局部加强部位的焊接、铆接、螺栓连接等后续工序。

Description

管板复合充液成形方法

技术领域

本发明属于金属压力加工技术领域，特别是涉及一种管板复合充液成形方法。

背景技术

充液成形方法是一种利用高压成形液体介质使坏件按照预先设计的轮廓发生塑性变形而形成零件的软模成形方法，具有成形极限、质量和精度高，可以成形采用特种材料、结构复杂的零件等优点。充液成形工艺按照成形零件的结构主要分为板式充液成形和管式充液成形两种。其中板式充液成形是以板材作为原始坯料而进行充液成形的方法，由于板材坯料易于流动且补料容易，并且成品零件与坯料之间的相对变形量大，贴模度高，因此成形时所需的压力较低，一般仅为几十兆帕。管式充液成形是以管材作为原始坯料而进行充液成形的方法，主要用于成形长径比大、两端开口的空心结构件，由于该方法仅能沿轴向小范围补料，因此材料的流动困难，所以成形时所需的压力较大，一般为一、二百兆帕。一般来说，板式充液成形方法主要用于成形长径比小于5的零件，而管式充液成形方法则主要用于成形长径比大于5的空心结构件。近年来随着节能减排要求的日益迫切和轻量化技术的不断发展，汽车、飞机及发动机领域出现了越来越多的大膨胀率空心结构件。膨胀率是指从原始管材周长成为零件最大横截面周长的变化率，该参数是衡量管材充液成形难度的一个重要指标，当长径比大于5、膨胀率大于50％时，由于模具与管材外表面之间的摩擦作用，一般金属材料将难以成形。另外，如上所述，由于管式充液成形的补料主要通过轴向实现，这样极易造成成形后的零件壁厚分布非常不均匀，局部壁厚过度减薄、甚至破裂，而且长径比也难达到5。国外也有采用将双层板充液对胀成形，然后焊接，最后再整形的方法成形这类零件，国内一般采用先冲压、再对焊的方法实现，但这些方法均存在成形精度低、焊缝多、表面质量差等缺点。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够在不增加焊缝的基础上降低补料难度，避免壁厚过度减薄的管板复合充液成形方法。

为了达到上述目的，本发明提供的管板复合充液成形方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)以板材作为坯料，将板材的中部围绕在一个作为支撑件的钢棒外圆周面进行弯折，并将板材的两端重叠在一起而形成带有翼边的筒状坯料，之后抽出钢棒；

2)当所要成形的零件为弯曲件时，利用弯管机将上述带有翼边的筒状坯料在其轴向的相应处进行弯曲，之后根据所要成形的零件形状将翼边上多余的部位裁切掉；

3)将上述裁切后的筒状坯料放置在由上、下模组成的充液成形模具的腔体内部，并将翼边夹在上、下模之间的一侧接口处，而筒状坯料的两端则对准充液成形模具两端的开口；

4)将管式充液成形用侧推头推入充液成形模具两端的开口处，并合模、密封，然后通过侧推头注入高压成形液体介质，该高压成形液体介质先使筒状坯料胀形并逐渐贴模，待胀形到一定程度后需要补充材料时，夹存在上、下模之间一侧接口处的翼边将逐渐移至腔体的内部，直到零件完全成形后冷却、脱模；

5)将上述脱模后的零件进行焊接、裁边，即可制成零件坯件；

6)将上述零件坯件进行激光切边、打孔、焊接后即可制成所需的零件；

当零件外形复杂，成形精度要求高时，所述的管板复合充液成形方法还包括在步骤5)后进行的充液整形步骤。

当零件需要局部加强时，所述的管板复合充液成形方法还包括在步骤5)后将加强板与零件主体进行液力胀接，并与充液整形工艺同步进行的步骤。

所述的钢棒的直径与充液成形时侧推头的直径相近。

所述的翼边与零件上焊缝的位置一致。

本发明提供的管板复合充液成形方法是将管式和板式充液成形技术的优势结合在一起，其能够在减少或不增加焊缝的基础上降低补料难度、增加补料量，从而可避免局部壁厚过度减薄，具有零件整体性好、壁厚均匀、强度与刚度高、无周向焊缝等优点。另外，对需要局部加强的充液成形零件可采用同步进行充液整形和液力胀接的方法进行，因此可减少局部加强部位的焊接、铆接、螺栓连接等后续工序。

附图说明

图1为采用本发明提供的管板复合充液成形方法时将板材卷绕成筒状坯料过程示意图。

图2为采用本发明提供的管板复合充液成形方法时将卷绕后的筒状坯料弯曲裁边后结构示意图。

图3为采用本发明提供的管板复合充液成形方法时充液成形模具部分结构示意图。

图4为采用本发明提供的管板复合充液成形方法时充液成形前后零件横向截面示意图。

图5为采用本发明提供的管板复合充液成形方法制成的预成形零件结构示意图。

图6为本发明提供的管板复合充液成形方法所适于制作的零件结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的管板复合充液成形方法进行详细说明。

如图1-图6所示，本发明提供的管板复合充液成形方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)以板材2作为坯料，将板材2的中部围绕在一个作为支撑件的钢棒1外圆周面进行弯折，并将板材2的两端重叠在一起而形成带有翼边3的筒状坯料，之后抽出钢棒1；

2)当所要成形的零件为弯曲件时，利用弯管机将上述带有翼边3的筒状坯料在其轴向的相应处进行弯曲，之后根据所要成形的零件形状将翼边3上多余的部位裁切掉；

3)将上述裁切后的筒状坯料放置在由上、下模组成的充液成形模具4的腔体内部，并将翼边3夹在上、下模之间的一侧接口处，而筒状坯料的两端则对准充液成形模具4两端的开口5；

4)将管式充液成形用侧推头推入充液成形模具4两端的开口5处，然后合模、密封，然后通过侧推头注入高压成形液体介质6，该高压成形液体介质6先使筒状坯料胀形并逐渐贴模，待胀形到一定程度后需要补充材料时，夹存在上、下模之间一侧接口处的翼边3将逐渐移至腔体的内部，直到零件完全成形后冷却、脱模；

6)将上述零件坯件进行激光切边、打孔、焊接后即可制成所需的零件7。

所述的钢棒1的直径与充液成形时侧推头的直径相近。

所述的翼边3与零件7上焊缝8的位置一致。

在上述操作过程中，板材2弯折时不要使弯折区域出现死折，即应保留较大的过渡圆角，以防止后续胀形后零件7的表面出现弯曲皱纹。另外，弯折时不要将翼边3严重扭曲，否则将会影响后续的成形工艺。裁边尺寸应根据零件的横截面周长确定，并应预留一定的余量。图4中左、右两图示出了充液成形过程中零件最大横截面处的材料变形过程，开始胀形时主要是以管式充液成形为主，在此过程中，零件的变形空间大，材料充足而无需补料，此时类似于自由胀形，当材料逐渐贴模后而需要补充材料时，模具4一侧接口中夹存的翼边3将向变形区内流动，此时是以板式充液成形为主，从而可以避免局部壁厚过度减薄。此外，为了提高材料的塑性和成形极限，可将充液成形液体介质6适当加热。当零件的形状复杂或成形精度要求较高时，可将上述零件7进一步充液整形，即以零件7作为坯料，重新使用更精确的模具和更高的压力对其进行充液成形，以消除焊接导致的变形与回弹等，并提高零件的贴模度。当零件7的局部结构需要加强时，可在零件7的外表面套一层加强层，在充液整形时同步进行液力胀接，这样可以减少焊接、铆接、螺栓连接等后续工艺。本发明提供的管板复合充液成形方法能够制作如图6所示的复杂结构的零件。

Claims

1.一种管板复合充液成形方法，其特征在于：所述的管板复合充液成形方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)以板材(2)作为坯料，将板材(2)的中部围绕在一个作为支撑件的钢棒(1)外圆周面进行弯折，并将板材(2)的两端重叠在一起而形成带有翼边(3)的筒状坯料，之后抽出钢棒(1)；

2)当所要成形的零件为弯曲件时，利用弯管机将上述带有翼边(3)的筒状坯料在其轴向的相应处进行弯曲，之后根据所要成形的零件形状将翼边(3)上多余的部位裁切掉；

3)将上述裁切后的筒状坯料放置在由上、下模组成的充液成形模具(4)的腔体内部，并将翼边(3)夹在上、下模之间的一侧接口处，而筒状坯料的两端则对准充液成形模具(4)两端的开口(5)；

4)将管式充液成形用侧推头推入充液成形模具(4)两端的开口(5)处，然后合模、密封，然后通过侧推头注入高压成形液体介质(6)，该高压成形液体介质(6)先使筒状坯料胀形并逐渐贴模，待胀形到一定程度后需要补充材料时，夹存在上、下模之间一侧接口处的翼边(3)将逐渐移至腔体的内部，直到零件完全成形后冷却、脱模；

6)将上述零件坯件进行激光切边、打孔、焊接后即可制成所需的零件(7)。

2.根据权利要求1所述的管板复合充液成形方法，其特征在于：当零件外形复杂，成形精度要求高时，所述的管板复合充液成形方法还包括在步骤5)后进行的充液整形步骤。

3.根据权利要求1所述的管板复合充液成形方法，其特征在于：当零件需要局部加强时，所述的管板复合充液成形方法还包括在步骤5)后将加强板与零件主体进行液力胀接，并与充液整形工艺同步进行的步骤。

4.根据权利要求1所述的管板复合充液成形方法，其特征在于：所述的钢棒(1)的直径与充液成形时侧推头的直径相近。

5.根据权利要求1所述的管板复合充液成形方法，其特征在于：所述的翼边(3)与零件(7)上焊缝(8)的位置一致。