CN102248057B

CN102248057B - 可减小充液拉深压边力的装置及方法

Info

Publication number: CN102248057B
Application number: CN 201110171454
Authority: CN
Inventors: 徐永超; 苑世剑
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Tianjin Hagong Yongxing Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: CN102248057A

Abstract

可减小充液拉深压边力的装置及方法，它涉及一种用于减小压边力的充液拉深装置及方法。本发明为了减少充液拉深过程中需要的压边力、提高成形极限的问题，本发明提供一种可以减小压边力的加工装置及加工方法，装置包括凸模(1)、压边圈(2)和充液室(3)，充液室(3)上端开口，充液室(3)端面上设有液体引流通道(3-1)，液体引流通道(3-1)与充液室(3)侧壁连通。加工方法依次包括向充液室(1)内注入流体介质、放置板材坯料、施加压边力、控制凸模(1)下行进行加压的过程。使用本发明所述装置及方法能减小压边力，降低坯料与压边圈之间的摩擦，可进一步提高板材零件成形极限；降低设备吨位，设备加工能力显著提高。

Description

可减小充液拉深压边力的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于减小压边力的充液拉深装置及方法。

背景技术

板材充液拉深是利用流体代替传统凹模传递载荷进行成形的新技术，适合铝、镁、高强钢等低塑性材料、具有复杂形状板材零件的成形。目前，在汽车、航天、厨房器具等多个领域有广泛应用。板材充液拉深工作过程为：首先，通过压边圈施加压边力将板材坯料压紧，随后向充液室充入流体介质，当流体压力满足要求后，凸模带动板材坯料一起运动，并在流体的共同作用下成形为预定形状的零件。由于拉深过程中的流体压力作用及摩擦保持效果，使得充液拉深技术可以提高零件的形状尺寸精度，提高板材成形极限。对于充液拉深技术，能否成形合格零件的关键为流体压力和压边力设置是否合适，较小的压边力和较大的流体压力可有效提高零件的高径比。由于拉深过程中，流体在坯料法兰区下表面形成压力分布，法兰区流体压力和压边力存在力学平衡关系，流体压力越高所需的压边力越大，较大的压边力导致法兰区上表面与压边圈之间摩擦阻力增加，不利于法兰的变形流动。另外，对于较大的成形件，流体作用于法兰区的面积较大，为平衡法兰区下表面的流体压力所需的压边力也较高，充液拉深的设备压边力往往不能满足大吨位的要求。为了提高成形极限，避免充液拉深成形对设备吨位的过分依赖，降低能耗，需要一种减小压边力的方法及装置。

发明内容

对于现有的充液拉深模具结构，成形时要得到较大的流体压力，必须提供足够大的压边力，这样对设备提出更高的要求；本发明为了解决充液拉深中压边力和流体压力之间存在的矛盾，减少充液拉深过程中需要的压边力、提高成形极限，提出通过改变模具结构实现同样流体压力下减小所需压边力的装置及方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明所述的可减小充液拉深压边力的装置包括凸模、压边圈和充液室，充液室的上端开口，凸模置于充液室的上方并与充液室的开口对应，压边圈位于充液室的上方用于固定板材坯料；充液室的上端面上设有液体引流通道，所述液体引流通道由充液室的上端面的入口直至贯穿充液室侧壁上的出口与大气连通(所述液体引流通道的入口在充液室的上端面上，所述液体引流通道的出口在充液室的外侧壁上，液体引流通道与充液室上的供凸模通过的内孔是相互独立的)，充液室侧壁上设有液体注入孔。

利用上述装置对板材零件进行充液拉深的加工方法是按照以下步骤实现的：

a、首先从液体注入孔向充液室内注入液体，流体介质的液面与充液室的上表面持平；

b、然后在充液室的上表面放置板材坯料；

c、控制压边圈下行至与板材坯料相接触，与板材坯料接触后施加一定压边力；

d、通过液压系统从液体注入孔对充液室内的流体介质加压使其对板材坯料产生流体压力，凸模向下运动，带动板材坯料向充液室内运动进行拉深，流体介质从充液室上端面和板材坯料之间的间隙向坯料法兰区外缘散射流出，到达液体引流通道的入口时，流体通过液体引流通道流出充液室外，压力降低至零，避免向坯料法兰区外缘继续流动，使液体引流通道到坏料外缘之间的区域没有压力分布；直到坯料全部拉入充液室内，加工过程结束；

e、将流体压力卸压，然后控制凸模和压边圈上移，取出成形件即可。

本发明的有益效果是：

1、采用本发明所述模具对板材进行充液拉深成形，通过引流孔和引流槽引出流体介质，减小或消除法兰区流体压力分布的区域，能以较小的压边力得到预定的流体压力，降低坯料与压边圈之间的摩擦，从而降低变形坯料的拉应力，避免出现破裂缺陷，提高成形极限，改善零件壁厚分布的均匀性。

2、采用本发明所述模具进行充液拉深成形，在相同流体压力下，所需的压边力更小，因此可以降低对设备的要求，也就是采用相同设备，采用本发明所述模具能成形更大尺寸零件，流体压力可以更高。

3、采用本发明所述方法可对现有充液拉深模具进行改造，由于结构简单、机械加工量小，因此改造成本小、实现方便。

附图说明

图1本发明所述的可减小充液拉深压边力的装置的主视图(引流孔形)式，图2是图1中的充液室3的俯视图；图3本发明所述的可减小充液拉深压边力的装置的主视图(引流槽形式)式，图4是图3中的充液室3的俯视图；图5坯料法兰区流体压力分布示意图(图中Z表示坯料法兰区)。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～5所示，本实施方式所述的可减小充液拉深压边力的装置包括凸模1、压边圈2和充液室3，充液室3的上端开口，凸模1置于充液室3的上方并与充液室3的开口对应，压边圈2位于充液室3的上方用于固定板材坯料4；其特征在于：充液室3的上端面上设有液体引流通道3-1，所述液体引流通道3-1由充液室3的上端面的入口直至贯穿充液室3侧壁上的出口与大气连通(所述液体引流通道3-1的入口在充液室3的上端面上，所述液体引流通道3-1的出口在充液室3的外侧壁上，液体引流通道3-1与充液室3上的供凸模1通过的内孔是相互独立的)，充液室3侧壁上设有液体注入孔3-2。

在所述压边圈2与流体介质充液室3上都设有供凸模1通过的内孔，所述凸模1的外径同时小于压边圈3和流体介质充液室3的内孔径，这样可以方便凸模4的上下移动；凸模1外径与流体介质充液室3内孔径的尺寸差略大于欲成形板件的厚度，这样可以方便将板材坯料4压入到流体介质充液室3内。实际操作中，只需控制凸模1外径与流体介质充液室3内孔径的尺寸差是欲成形板件厚度的1.1倍即可，当然此数值也可以略大或略小。

具体实施方式二：如图1～2所示，本实施方式所述液体引流通道3-1由多个液体引流通孔3-1-1构成，多个液体引流通孔3-1-1沿圆周均布设置在充液室3的侧壁内，每个液体引流通孔3-1-1均倾斜设置；每个液体引流通孔3-1-1的入口在充液室3的上端面上，每个液体引流通孔3-1-1的出口在充液室3的外侧壁上。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图3～4所示，本实施方式所述液体引流通道3-1由环形引流槽3-1-2和位于引流槽3-1-2下部的多个液体引流孔3-1-3构成，环形引流槽3-1-2开在充液室3的上端面上，多个液体引流孔3-1-3沿圆周均面设置在充液室3的侧壁内，且每个液体引流孔3-1-3水平设置，每个液体引流孔3-1-3的内端与环形引流槽3-1-2的内腔相通。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：如图1～5所示，本实施方式所述的利用上述具体实施方式一、二或三所述装置对板材零件进行充液拉深的加工方法是按照以下步骤实现的：

a、首先从液体注入孔3-2向充液室3内注入液体，流体介质的液面与充液室3的上表面持平；

b、然后在充液室3的上表面放置板材坯料4；

c、控制压边圈2下行至与板材坯料4相接触，与板材坯料4接触后施加一定压边力；

压边圈2与压力机压边滑块连接、凸模1与压力机拉深滑块连接，在压力机压边滑块的带动下控制压边圈2下行至与板材坯料4相接触，并可以同时施加压边力，施加压边力的目的在于避免板材坯料法兰区的拉深起皱，因此在实际应用中，根据坯料尺寸的不同所述压边力的大小不定，但只要能实现避免板材坯料法兰区起皱的目的即可；

d、通过液压系统从液体注入孔3-2对充液室3内的流体介质加压使其对板材坯料4产生流体压力p，凸模1向下运动，带动板材坯料4向充液室3内运动进行拉深，流体介质从充液室3上端面和板材坯料4之间的间隙向坯料法兰区外缘散射流出，到达液体引流通道3-1的入口时，流体通过液体引流通道3-1流出充液室3外，压力降低至零，避免向坯料法兰区外缘继续流动，使液体引流通道3-1到坏料外缘之间的区域没有压力分布；直到坯料4全部拉入充液室3内，加工过程结束；

e、将流体压力p卸压，然后控制凸模1和压边圈2上移，取出成形件即可。

针对本实施方式所述的方法，当采用具体实施方式二所述的装置时，流体介质从充液室3上端面和板材坯料之间的间隙向坯料法兰外缘散射流出，当到达各个液体引流通孔3-1-1时，部分流体通过各个液体引流通孔3-1-1流出充液室3外。当采用具体实施方式三所述的装置时，流体介质从充液室3上端面和板材坯料之间的间隙向坯料法兰外缘散射流出，当到达各个液体引流通孔3-1-1时，流体先到达引流槽3-1-2，然后再通过与引流槽3-1-2相通的各个液体引流孔3-1-3流出充液室3外。

实施例：

采用上述方法及所述装置对板材进行成形。凸模半径为20mm，坯料半径为48mm，充液室压力为10MP。坯料法兰区下表面与充液室之间缝隙内流体压力分布近似为线性分布(参见图3)，假设在充液室圆角R5处压力与充液室压力相同，则其压力随半径的变化规律为

(25＝＜r＜＝48)，对压力所作用的法兰区域积分获得液压作用力的大小为23593KN。根据力平衡原理，作用于压边圈的压边力F_Q也必须达到23593N。如果采用本发明所述方法，将流体通过引流槽或引流孔引出，法兰区下表面无流体压力作用，拉深过程中只需施加避免法兰起皱的压边力F_Q为15816N(假设避免起皱的单位压边力为3MPa)，压边力可以减小30％。

Claims

1.一种可减小充液拉深压边力的装置，所述装置包括凸模（1）、压边圈（2）和充液室（3），充液室（3）的上端开口，凸模（1）置于充液室（3）的上方并与充液室（3）的开口对应，压边圈（2）位于充液室（3）的上方用于固定板材坯料（4），充液室（3）侧壁上设有液体注入孔（3-2）；其特征在于：充液室（3）的上端面上设有液体引流通道（3-1），所述液体引流通道（3-1）由充液室（3）的上端面的入口直至贯穿充液室（3）侧壁上的出口与大气连通；液体引流通道（3-1）的入口位于板材坯料（4）下表面与充液室（3）上端面之间的环形缝隙内，且液体引流通道（3-1）的入口设置在充液室（3）的开口附近。

2.根据权利要求1所述的一种可减小充液拉深压边力的装置，其特征在于：所述液体引流通道（3-1）由多个液体引流通孔（3-1-1）构成，多个液体引流通孔（3-1-1）沿圆周均布设置在充液室（3）的侧壁内，每个液体引流通孔（3-1-1）均倾斜设置；每个液体引流通孔（3-1-1）的入口在充液室（3）的上端面上，每个液体引流通孔（3-1-1）的出口在充液室（3）的外侧壁上。

3.根据权利要求1所述的一种可减小充液拉深压边力的装置，其特征在于：所述液体引流通道（3-1）由环形引流槽（3-1-2）和位于引流槽（3-1-2）下部的多个液体引流孔（3-1-3）构成，环形引流槽（3-1-2）开在充液室（3）的上端面上，多个液体引流孔（3-1-3）沿圆周均面设置在充液室（3）的侧壁内，且每个液体引流孔（3-1-3）水平设置，每个液体引流孔（3-1-3）的内端与环形引流槽（3-1-2）的内腔相通。

4.一种利用上述权利要求1、2或3所述装置对板材零件进行充液拉深的加工方法，其特征在于：所述方法是按照以下步骤实现的：

a、首先从液体注入孔（3-2）向充液室（3）内注入液体，流体介质的液面与充液室（3）的上表面持平；

b、然后在充液室（3）的上表面放置板材坯料（4）；

c、控制压边圈（2）下行至与板材坯料（4）相接触，与板材坯料（4）接触后施加一定压边力；

d、通过液压系统从液体注入孔（3-2）对充液室（3）内的流体介质加压使其对板材坯料（4）产生流体压力（p），凸模（1）向下运动，带动板材坯料（4）向充液室（3）内运动进行拉深，流体介质从充液室（3）上端面和板材坯料（4）之间的间隙向坯料法兰区外缘散射流出，到达液体引流通道（3-1）的入口时，流体通过液体引流通道（3-1）流出充液室（3）外，压力降低至零，避免向坯料法兰区外缘继续流动，使液体引流通道（3-1）到坯料外缘之间的区域没有压力分布；直到坯料（4）全部拉入充液室（3）内，加工过程结束；

e、将流体压力（p）卸压，然后控制凸模（1）和压边圈（2）上移，取出成形件即可。