CN102284588B - 一种提高板材成形极限的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高板材成形极限的装置，包括上模装置、下凹模、流体压力产生装置A、流体压力产生装置B、溢流阀A和溢流阀B；上模装置内部设有型腔，型腔侧面设置有注液孔B，注液孔B和型腔接通，注液孔B的外端口与流体压力产生装置B连接，流体压力产生装置B中的低压腔连接溢流阀B；上模装置内部还设有冷却水孔；下凹模内部空腔形成下凹模型腔，下凹模内设置有加热单元，下凹模底面设置有注液孔A，注液孔A和下凹模型腔接通，注液孔A的外端口与流体压力产生装置A连接，流体压力产生装置A中的低压腔连接溢流阀A。本发明可提高板材充液成形工艺中的成形极限，且其自动化程度高、应用范围广、使用安全，便于操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属板材热充液(热介质)成形工艺，具体涉及一种提高板材成形极限的装置。
背景技术
板材充液成形技术是采用液体作为传力介质来代替部分成形模，使板材在高压液体的作用下贴模，以实现金属板材零件成形的制造技术。作为一种先进的柔性成形技术，充液成形具有成形极限高、零件尺寸精度高、表面质量好等突出优点，特别适合成形加工航空领域的复杂结构薄壁件及低塑性材料，如铝合金、镁合金、铝镁合金、高温合金以及复杂结构拼焊板等。热介质成形技术是21世纪初期迅速发展起来的最具创新性的塑性成形技术。热介质成形是采用高温热流体介质作为传力介质，并以此代替部分模具成形零件的一种制造方法。热介质成形具有热成形与充液成形的双重优点，因此也有人将热介质成形称之为热充液成形。在流体压力诱导的厚向应力参与下，利用热介质成形，材料的塑性和延展性显著提高，屈服强度迅速下降，破裂倾向减小。
鉴于这些优点，越来越多的研究者对充液成形、热介质成形技术展开了更深入的研究工作。然而铝合金、镁合金等轻质材料的硬化指数和异性指数小、普通工艺成形性能差、塑性指标低等因素以成为其成形加工的瓶颈，为此，提高零件的成形极限是铝合金、镁合金等低塑性、难成形轻质板材零件成形的有效途径之一。而许多薄壁件由于拉深比大、坯料法兰部分变形而造成拉深件底部因拉应力过大而破裂，利用普通的充液成形技术成形仍然受到限制。为此，学术界提出了板材双向加压充液成形工艺以及板材双向加压热态充液成形工艺。板材双向加压充液成形工艺即在成形前，使板材的正反两面均充有具有一定初始压力的高压液体，然后增加正面的压力，反面的压力稍减小或保持不变，板材靠其正反两面的压力差完成成形。板材双向加压充液成形工艺与普通充液成形工艺相比，材料成形极限大大提高；板材双向加压热态充液成形工艺则是在成形前，使板材的正反两面均充有具有一定初始压力的高压液体，加热板材本身和板材正面的液体介质，使板材加热至一定的温度，然后增加板材正面的压力，反面的压力稍减小或保持不变；并且和板材直接贴紧的成形模在成形过程中用循环冷却水冷却，板材靠其正反两面的压力差完成成形工艺；而板材正反两面流体介质的温度差有助于实现板材成形极限的提高。
在公开号为CN 101274343A的发明专利中，公开了一种提高板材充液拉深成形极限的装置及方法。该装置由压边圈、凹模、凸模、传力杆和弹簧组成；压边圈置于凹模的上部，压边圈的型腔与凹模的凹模型腔同轴且孔径相同，凸模的一端置于型腔内，传力杆的一端置于压边圈和凹模之间，传力杆的另一端与弹簧固结。该发明属于另一种形式的能提高充液拉深成形极限的装置及方法，该装置只针对板材的充液拉深成形，没有考虑板材的充液胀形工艺；该装置在充液成形过程中也不能对板材进行加热，不能实现板材的热态充液成形。
目前，国内对于金属板材双向加压充液成形工艺以及金属板材双向加压热充液成形工艺的研究还仅仅停留在理论阶段，同时也缺乏相应的成形设备对这两种新型工艺的成形性能进行试验验证，这极大地限制了新型工艺的发展。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种提高板材成形极限的装置，该装置能很好的完成金属板材的双向加压充液成形加工及试验、板材的双向加压热充液成形加工以及试验功能。该板材双向加压热充液成形装置的自动化程度高、应用范围广，其高集成度能有效的降低加工成本；能有效地提高板材的成形极限；且该板材双向加压热充液成形装置使用安全，便于操作，使用过程噪音低、无污染。
一种提高板材成形极限的装置，包括上模装置、下凹模、流体压力产生装置A、流体压力产生装置B、溢流阀A和溢流阀B；
板材位于上模装置和下凹模之间；上模装置中的具体部件内部设有型腔，型腔侧面设置有注液孔B，注液孔B和型腔接通，注液孔B的外端口与流体压力产生装置B连接，流体压力产生装置B中的低压腔连接溢流阀B；上模装置中与板材接触的成形模内部还设有冷却水孔；下凹模内部空腔形成下凹模型腔，下凹模内设置有加热单元，下凹模底面设置有注液孔A，注液孔A和下凹模型腔接通，注液孔A的外端口与流体压力产生装置A连接，流体压力产生装置A中的低压腔连接溢流阀A。
本发明的优点在于：
(1)本发明提出一种提高板材成形极限的装置，自动化程度高、应用范围广；
(2)本发明提出一种提高板材成形极限的装置，其高集成度能有效的降低试验成本；
(3)本发明提出一种提高板材成形极限的装置，使用安全，便于操作，能很好的满足现代企事业单位的工作要求；
(4)本发明提出一种提高板材成形极限的装置，使用过程中噪音低、无污染。
(5)本发明提出一种提高板材成形极限的装置的加热单元对板材进行加热与恒温控制，升温效率高、误差小；
(6)本发明提出一种提高板材成形极限的装置的冷却水孔在板材热充液成形过程中注入冷却水，用于保持和板材接触的成形模是冷的，从而保证板材在热充液成形过程中为差温成形，以实现板材成形极限的提高，并且提高了装置的使用寿命及效率。
(7)本发明提出一种提高板材成形极限的装置的流体压力产生装置A与下凹模型腔连接，流体压力产生装置B与背压型腔、成形凹模型腔连接，流体压力产生装置A和流体压力产生装置B各自独立，在板材成形过程中两者提供的液体压力不相等，便于板材的成形，并且便于两者采用不同的流体介质。
(8)本发明提出一种提高板材成形极限的装置不仅适用于常温金属板材的充液成形工艺，也适用于高温金属板材的充液成形工艺。
附图说明
图1为本发明的具体实施方式一的结构示意图；
图2为本发明的具体实施方式二的结构示意图；
图中：1-下凹模，2-下凹模型腔，3-加热单元，4-板材，5-压边圈，6-背压型腔，7-密封圈，8-凸模，9-冷却水孔，10-注液孔B，11-流体压力产生装置B，12-溢流阀B，13-注液孔A，14-流体压力产生装置A，15-溢流阀A，16-成形凹模型腔；17-成形凹模。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种提高板材成形极限的装置，装置主要包括上模装置、下凹模1、流体压力产生装置A14、流体压力产生装置B11、溢流阀A15和溢流阀B12。
板材4位于上模装置和下凹模1之间。
上模装置中的具体部件内部设有型腔，用于储存高压液体；型腔侧面设置有注液孔B10，注液孔B10和型腔接通，注液孔B10的外端口通过管路与流体压力产生装置B11连接，流体压力产生装置B11中的低压腔连接溢流阀B12；上模装置内部还设有冷却水孔9，用于注入冷却水以保持上模装置中与板材紧贴的成形模在板材4的成形过程中是冷的。
下凹模1内部空腔形成下凹模型腔2，用于储存高压液体；下凹模1内设置有加热单元3，用于板材成形时对板材4和下凹模型腔2内的液体进行加热；下凹模1底面设置有注液孔A13，注液孔A13和下凹模型腔2接通，注液孔A13的外端口通过管路与流体压力产生装置A14连接，流体压力产生装置A14中的低压腔连接溢流阀A15；
型腔的内部形状根据板材需要的成形形状确定。流体压力产生装置A14、流体压力产生装置B11用于提供成形过程中所需的高压液体压力，流体压力产生装置A14产生高压液体压力的压力为P1，流体压力产生装置B11产生高压液体压力的压力为P2，流体压力产生装置A14将高压液体通过注液孔A13注入下凹模型腔2，流体压力产生装置B11将高压液体通过注液孔B10注入型腔，溢流阀A15、溢流阀B12分别与流体压力产生装置A14、流体压力产生装置B11中的低压腔连接，通过设定溢流阀A15、溢流阀B12的压力，可间接控制和平衡下凹模型腔2、型腔内的高压液体压力大小。
所述的上模装置具体可根据成形零件的需要而确定。
所述的加热单元3可为加热管、加热丝或者其他加热元件。
所述的流体压力产生装置A14、流体压力产生装置B11为增压器、倍加器、放大器、手动泵、电动泵、普通油缸、伺服油缸、普通气缸、伺服气缸、数字油缸或数字气缸。
所述的高压液体即为流体介质，流体介质为油、气体、玻璃胶或者陶瓷颗粒。
所述的上模装置适用于但不限于以下两种具体实施方式。
具体实施方式一：一种提高板材成形极限的装置，如图1所示，上模装置具体为：压边圈5、背压型腔6、密封圈7和凸模8。
压边圈5置于下凹模1的上部，压边圈5中间为中空结构，与下凹模1的下凹模型腔2同轴且孔径相同，凸模8的一端位于压边圈5中空结构内部，与压边圈5之间形成背压型腔6，压边圈5上设置有注液孔B10，注液孔B10和背压型腔6连接，注液孔B10外端口通过管路和流体压力产生装置B11连接，用于板材成形时将流体压力产生装置B11产生的高压液体引入背压型腔6内；背压型腔6用于储存从流体压力产生装置B11注入的高压液体；凸模8内设置有冷却水孔9，用于注入冷却水以保持凸模8在板材4的成形过程中是冷的；密封圈7安装在压边圈5上，凸模8下行时，密封圈7和凸模8一起将背压型腔6的上端密封，以防止背压型腔6内的高压液体外溢。
所述密封圈7为高温密封圈，以承受对板材进行高温成形时的温度。
板材4位于压边圈5和下凹模1之间，凸模8下行，进行板材成形。在板材4成形过程中，背压型腔6内的高压液体压力小于下凹模型腔2内的高压液体压力。
具体实施方式二：一种提高板材成形极限的装置，如图2所示，上模装置具体为：成形凹模17和成形凹模型腔16。
成形凹模17置于下凹模1的上部，成形凹模17内部设有凹形空腔，凹形空腔形成成形凹模型腔16，成形凹模17分别设置有冷却水孔9和注液孔B10，冷却水孔9用于注入冷却水以保持成形凹模17在板材4的成形过程中是冷的；注液孔B10和成形凹模型腔16接通，注液孔B10外端口通过管路与流体压力产生装置B11连接，用于板材成形时将流体压力产生装置B11产生的高压液体引入成形凹模型腔16内。成形凹模型腔16用于储存从流体压力产生装置B11注入的高压液体。
板材4位于成形凹模17和下凹模1之间。在板材4成形过程中，成形凹模型腔16内的高压液体压力小于下凹模型腔2内的高压液体压力。
应用本发明所述的具体实施方式一对板材进行常温下的充液成形加工，包括以下几个步骤：
(1)调节流体压力产生装置A14，使之产生持续的流体介质经注液孔A13注入到下凹模型腔2内，流体液面与下凹模1的上表面基本持平；
(2)在下凹模1的上表面放置板材4；
(3)控制压边圈5下行至与板材4接触；
(4)控制凸模8在压边圈5的中空结构内下移，与板材4接触后继续向下凹模型腔2下压，同时通过控制流体压力产生装置A14，使流体介质经注液孔A13注入到下凹模型腔2内，并通过对流体介质加压，对板材4施加正向压力P1；同时控制流体压力产生装置B11，使流体介质经注液孔B10注入到背压型腔6内并对背压型腔6内的流体介质加压，使流体介质对板材4施加与P1反向的压力P2，直到板材4全部压入下凹模1，并且在液压力P1的作用下板材4贴紧凸模8，加压过程结束；
(5)将反向压力P2、正向压力P1泄压，然后控制凸模8、压边圈5上移，取出成形零件，加工完成。
应用本发明所述的具体实施方式一对板材进行高温下的充液成形加工，包括以下几个步骤：
(1)调节流体压力产生装置A14，使之产生持续的流体介质经注液孔A13注入到下凹模型腔2内，流体液面与下凹模1的上表面基本持平；
(2)在下凹模1的上表面放置板材4；
(3)开启加热单元3，开始加热，直至板材4加热到所需的温度；
(4)控制压边圈5下行至与板材4接触；
(5)控制凸模8在压边圈5的中空结构内下移，同时将循环冷却水注入冷却水孔9，凸模8与板材4接触后继续向下凹模型腔2下压，同时通过控制流体压力产生装置A14，使流体介质经注液孔A13注入到下凹模型腔2内，并通过对流体介质加压，对板材4施加正向压力P1；同时控制流体压力产生装置B11，使流体介质经注液孔B10注入到背压型腔6内并对背压型腔6内的流体加压，使流体对板材4施加与P1反向的压力P2，直到板材4全部压入下凹模1，并且在液压力P1的作用下板材4贴紧凸模8，加压过程结束；
(6)关闭加热单元，将反向压力P2、正向压力P1泄压，然后控制凸模8、压边圈5上移，取出成形零件，加工完成。
应用本发明所述的具体实施方式二对板材进行常温下的充液成形加工，包括以下几个步骤：
(1)调节流体压力产生装置A14，使之产生持续的流体介质经注液孔A13注入到下凹模型腔2内，流体液面与下凹模1的上表面基本持平；
(2)在下凹模1的上表面放置板材4；
(3)控制成形凹模17下行至与板材4接触；
(4)控制流体压力产生装置A14，使流体介质经注液孔A13继续注入到下凹模型腔2内，并通过对流体加压，对板材4施加正向压力P1；同时控制流体压力产生装置B11，使流体介质经注液孔B10继续注入到背压型腔6内并对背压型腔6内的流体介质加压，使流体介质对板材4施加与P1反向的压力P2，板材4在液压力P1的作用下变形，并逐渐向成形凹模型腔16内贴靠，直至板材4完全贴紧到成形凹模型腔16上，加压过程结束；
(5)将反向压力P2、正向压力P1泄压，然后控制成形凹模17上移，取出成形零件，加工完成。
应用本发明所述的具体实施方式二对板材进行高温下的充液成形加工，包括以下几个步骤：
(1)调节流体压力产生装置A14，使之产生持续的流体介质经注液孔A13注入到下凹模型腔2内，流体液面与下凹模1的上表面基本持平；
(2)在下凹模1的上表面放置板材4；
(3)开启加热单元3，开始加热，直至板材4加热到所需的温度；
(4)控制成形凹模17下行至与板材4接触，并将循环冷却水注入冷却水孔9；
(5)控制流体压力产生装置A14，使流体介质经注液孔A13继续注入到下凹模型腔2内，并通过流体加压，对板材4施加正向压力P1；同时控制流体压力产生装置B11，使流体介质经注液孔B10继续注入到背压型腔6内并对背压型腔6内的流体介质加压，使流体介质对板材4施加与P1反向的压力P2，板材4在液压力P1的作用下变形，并逐渐向成形凹模型腔16内贴靠，直至板材4完全贴紧到成形凹模型腔16上，加压过程结束；
(6)关闭加热单元，将反向压力P2、正向压力P1泄压，然后控制成形凹模17上移，取出成形零件，加工完成。
Claims (9)
1.一种提高板材成形极限的装置，其特征在于，包括上模装置、下凹模、流体压力产生装置A、流体压力产生装置B、溢流阀A和溢流阀B；
板材位于上模装置和下凹模之间；上模装置中的具体部件内部设有型腔，型腔侧面设置有注液孔B，注液孔B和型腔接通，注液孔B的外端口与流体压力产生装置B连接，流体压力产生装置B中的低压腔连接溢流阀B；上模装置中与板材接触的成形模内部还设有冷却水孔；下凹模内部空腔形成下凹模型腔，下凹模内设置有加热单元，下凹模底面设置有注液孔A，注液孔A和下凹模型腔接通，注液孔A的外端口与流体压力产生装置A连接，流体压力产生装置A中的低压腔连接溢流阀A；
所述的上模装置具体为：压边圈、背压型腔、密封圈和凸模；压边圈置于下凹模的上部，压边圈中间为中空结构，与下凹模的下凹模型腔同轴且孔径相同，凸模的一端位于压边圈中空结构内部，与压边圈之间形成背压型腔，压边圈上设置有注液孔B，注液孔B和背压型腔连接，注液孔B外端口和流体压力产生装置B连接，凸模内设置有冷却水孔，密封圈安装在压边圈上，防止背压型腔内的高压液体外溢。
2.根据权利要求1所述的一种提高板材成形极限的装置，其特征在于，所述的型腔的内部形状根据板材零件所需的成形形状确定。
3.根据权利要求1所述的一种提高板材成形极限的装置，其特征在于，所述的加热单元为加热管、加热丝或者其他加热元件。
4.根据权利要求1所述的一种提高板材成形极限的装置，其特征在于，所述的流体压力产生装置A、流体压力产生装置B为增压器、倍加器、放大器、手动泵、电动泵、普通油缸、伺服油缸、普通气缸、伺服气缸、数字油缸或数字气缸。
5.根据权利要求1所述的一种提高板材成形极限的装置，其特征在于，所述的流体压力产生装置A、流体压力产生装置B向下凹模型腔、型腔提供的流体介质为油、气体、玻璃胶或者陶瓷颗粒。
6.根据权利要求1所述的一种提高板材成形极限的装置，其特征在于，所述的密封圈为高温密封圈。
7.根据权利要求1所述的一种提高板材成形极限的装置，其特征在于，所述的背压型腔内的高压液体压力小于下凹模型腔内的高压液体压力。
8.根据权利要求1、3、4、5任意一项所述的一种提高板材成形极限的装置，其特征在于，所述的上模装置具体为：成形凹模和成形凹模型腔；
成形凹模置于下凹模的上部，成形凹模内部设有凹形空腔，凹形空腔形成成形凹模型腔，成形凹模分别设置有冷却水孔和注液孔B，注液孔B和成形凹模型腔接通，注液孔B外端口与流体压力产生装置B连接。
9.根据权利要求8所述的一种提高板材成形极限的装置，其特征在于，所述的成形凹模型腔内的高压液体压力小于下凹模型腔内的高压液体压力。
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| CN102284588A (zh) | 2011-12-21 |
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