CN102601203A - 一种提高板材成形极限的装置及利用该装置提高板材成形极限的方法 - Google Patents

Abstract

一种提高板材成形极限的装置及利用该装置提高板材成形极限的方法，它涉及一种提高板材成形极限的装置及方法，以解决现有的用板材成形零件的过程中由于凹模充液室内压力的增大，导致悬空区成形零件局部过渡减薄而反胀破裂，板材成形受到限制的问题，它包括凸模、压边圈、凹模、密封环、第一密封圈和第二密封圈，凸模的下端穿过压边圈的通孔并置于凹模的模腔内，压边圈的侧壁面的下端沿径向设置有与通孔相通的第一通道，成形方法主要步骤是：一、压边圈固定；二、模腔内充液；三、板材放置并压紧；四、板材的上表面施加正向压力；五、板材下表面施加反向压力，进行板材双向液压拉深成形；六、卸模，取出成形的零件。本发明用于板材的充液成形。

Description

一种提高板材成形极限的装置及利用该装置提高板材成形极限的方法

技术领域

本发明涉及一种提高板材成形极限的装置及方法。

背景技术

随着航空、航天、汽车和机械行业对薄壳构件的需求越来越高，近年来，板材液压成形技术在我国得到了迅速发展，逐渐成为工业生产中制造轻体构件的一种先进成形技术。

现有的板材充液拉深技术(Hydrodynamic Deep Drawing)作为一种先进的柔性成形技术，是采用液体作为传力介质代替刚性凹模在液体压力作用下贴靠凸模实现金属板材零件的成形，特别适合成形结构形状复杂的零件及低塑性材料，如铝合金、镁合金、高温合金以及复杂结构拼焊板等。对于使用条件有特殊性要求的零件具有较高的壁厚均匀性，以提高工作的安全系数的特点。充液拉深过程中的“摩擦保持”效应及流体润滑效果，使拉深工件的厚度分布相对传统拉深而言更加均匀，可以成形复杂的零件，

虽然利用现有的充液拉深技术可以将零件的拉深比从1.8提高到2.8，但是许多薄壁拉深件由于拉深比大，现有的充液拉深装置由于凸模和凹模之间存在悬空区，如何克服起皱和破裂的成形缺陷是零件成败的关键。采用充液拉深可以改善抛物线形件拉深成形的应力状态，在充液室压力作用下形成软拉深筋，使悬空区减小，但是如果充液室压力过大就会使坯料法兰部分变形造成悬空区内的拉深件的底部随成形的过程中因拉应力过大发生减薄而破裂，成形仍然受到限制。

发明内容

本发明的目的是为解决现有的用板材成形零件的过程中由于凹模充液室内压力的增大，导致悬空区成形零件局部过渡减薄而反胀破裂，板材成形受到限制的问题，进而提供一种提高板材成形极限的装置及利用该装置提高板材成形极限的方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

本发明的一种提高板材成形极限的装置包括凸模、压边圈和凹模，该装置还包括密封环、第一密封圈和第二密封圈，压边圈的中部设置有通孔，通孔的侧壁面上沿周向设置有一圈第一凹槽，第一凹槽内安装有第一密封圈，远离第一凹槽的压边圈的端面上沿周向设置有一圈第二凹槽，压边圈的侧壁面的下端沿径向设置有与通孔相通的第一通道，凹模的上端面的中部设置有模腔，位于模腔的开口端外侧的凹模的上端面上设置有一圈密封环，密封环和凹模一体制成，密封环的高度与第二凹槽的高度相同，密封环的外侧壁面上沿周向加工有一圈第四凹槽，第四凹槽内安装有第二密封圈，凹模的侧壁面上沿径向设置有与模腔相通的第二通道，压边圈置于凹模的上端面上，通孔与模腔同轴且孔径相同，密封环置于压边圈上的第二凹槽内，第二密封圈将压边圈的第二凹槽密封，凸模的下端穿过压边圈的通孔并置于凹模的模腔内，凸模与第一密封圈滑动接触。

利用本发明的提高板材成形极限的装置实现提高板材成形极限的方法，是通过以下步骤实现的：一、压边圈上的第一凹槽内安装第一密封圈，凸模的下端穿过压边圈的通孔内并与第一密封圈滑动接触，并将压边圈固定；二、将液体介质经第二通道压入已固定好的凹模上的模腔内并充满；三、将制作好的板材放置在位于密封环内侧面的凹模的上端面上，将第二密封圈安装于密封环上的第四凹槽内，压边圈在压力作用下向板材运行，密封环置于压边圈的第二凹槽内，压边圈压紧板材；四、在压力机的作用下凸模向板材运行，当凸模的下端至板材的上表面1mm～2mm时，通过压边圈上的第一通道向通孔内施加正向液体压力，板材的上表面产生正向压力；五、凸模继续向板材运行，当凸模的下端接触板材的上表面时，通过凹模的第二通道向模腔内施加反向液体压力，板材的下表面产生反向压力，将板材紧紧压贴在凸模上，进行板材双向液压拉深成形，制作零件，在板材双向液压拉深成形过程中始终保持正向液体压力小于反向液体压力；六、当凸模运行到一定行程时，板材成形结束，成形的零件制作完成，依次停止施加的正向液体压力和反向液体压力，然后压边圈上行，凸模上行，取出成形的零件。

本发明的有益效果是：本发明的提高板材成形极限的装置是在压边圈的侧壁上设置能充液的第一通道，液压拉深成形时，通过第一通道向板材的上表面施加液压力来配合板材下表面的充液拉深，这样可以部分甚至全部抵消板材下表面由于原有拉深技术中凹模的充液室中只有单向液压力而导致的悬空区过渡减薄而反胀破裂，由于板材上表面产生的正向压力的存在，改善了板材变形区的受力状态，增大了允许的变形程度，提高了板材成形极限。

在拉深成形过程中，在板材与凸模之间产生很大的单位面积摩擦力，即板材与凸模之间建立起有益的“摩擦保持效果”，这个摩擦力将负担一部分或全部成形应力直至成形结束，从而减小了板材所受的径向拉应力；在成形法兰区，由于凹模的模腔(充液室)内的反向液体压力的作用，流体强行从凹模面与板材之间溢出，形成流体润滑状态，降低了板材成形法兰部分与凹模之间的摩擦，使法兰区的板料容易流入到凹模中，采用本发明的装置进行板材成形，板材在双向压力(正向压力和反向压力)、摩擦保持效果及流体润滑效果联合作用下，降低了悬空区的板材径向拉应力，有效地避免了零件成形初期在悬空区过渡减薄而反胀破裂，有效地提高了板材的成形极限，适应性好，成形的零件范围广，适合大高径比、曲面零件的形成。采用本发明的装置提高板材成形极限的方法可成形出拉深比为3以上的薄壁零件，形成的零件表面质量好，精度高，尤其适合成形过程中具有较大悬空区的锥形件等的成形，允许施加更大的液体反向压力，能有效抑制减薄，避免反胀破裂。

附图说明

图1是本发明的整体结构主剖视图，图2是具体实施方式五进行板材成形状态的整体结构主剖视图，图3是具体实施方式九成形制得的一种锥底圆筒形零件的整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种用于提高板材成形极限的装置包括凸模1、压边圈2和凹模3，该装置还包括密封环4、第一密封圈5和第二密封圈6，压边圈2的中部设置有通孔2-1，通孔2-1的侧壁面上沿周向设置有一圈第一凹槽2-2，第一凹槽2-2内安装有第一密封圈5，远离第一凹槽2-2的压边圈2的端面上沿周向设置有一圈第二凹槽2-3，压边圈2的侧壁面的下端沿径向设置有与通孔2-1相通的第一通道2-4，凹模3的上端面的中部设置有模腔3-1，位于模腔3-1的开口端外侧的凹模3的上端面上设置有一圈密封环4，密封环4和凹模3一体制成，密封环4的高度与第二凹槽2-3的高度相同，密封环4的外侧壁面上沿周向加工有一圈第四凹槽4-1，第四凹槽4-1内安装有第二密封圈6，凹模3的侧壁面上沿径向设置有与模腔3-1相通的第二通道3-2，压边圈2置于凹模3的上端面上，通孔2-1与模腔3-1同轴且孔径相同，密封环4置于压边圈2上的第二凹槽2-3内，第二密封圈6将压边圈2的第二凹槽2-3密封，凸模1的下端穿过压边圈2的通孔2-1并置于凹模3的模腔3-1内，凸模1与第一密封圈5滑动接触。

本实施方式中第一密封圈5用来实现板材7的上表面加压时对充入的液体介质的密封。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的凸模1由上至下依次由同轴设置并制成一体的第一圆柱体1-1、第二圆柱体1-2和圆锥体1-3构成，第二圆柱体1-2的外径小于第一圆柱体1-1的外径。如此设置，圆锥体为构件的成形部分，配合液压冲压成形；第二圆柱体为与压边圈上的第一密封圈配合部分，此部分主要用来实现板材加压时上表面液体的密封；第一圆柱体为凸模与液压机连接过度部分，连接可靠稳定。其它具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的第一密封圈5为丁氰橡胶密封圈。如此设置，密封可靠，价廉易得，满足室温条件下的密封。其它具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的第二密封圈6为橡胶密封圈。如此设置，密封可靠，价廉易得，满足室温条件下的密封。其它具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式利用具体实施方式一至四中任意一个实施方式所述的提高板材成形极限的装置实现提高板材成形极限的方法，是通过以下步骤实现的：一、压边圈2上的第一凹槽2-2内安装第一密封圈5，凸模1的下端穿过压边圈2的通孔内并与第一密封圈5滑动接触，并将压边圈2固定；二、将液体介质经第二通道3-2压入已固定好的凹模3上的模腔3-1内并充满；三、将制作好的板材7放置在位于密封环4内侧面的凹模3的上端面上，将第二密封圈6安装于密封环4上的第四凹槽4-1内，压边圈2在压力作用下向板材运行，密封环4置于压边圈2的第二凹槽2-3内，压边圈2压紧板材7；四、在压力机的作用下凸模1向板材7运行，当凸模1的下端至板材7的上表面1mm～2mm时，通过压边圈2上的第一通道2-4向通孔2-1内施加正向液体压力P1，板材7的上表面产生正向压力；五、凸模1继续向板材7运行，当凸模1的下端接触板材7的上表面时，通过凹模3的第二通道3-2向模腔3-1内施加反向液体压力P2，板材7的下表面产生反向压力，将板材7紧紧压贴在凸模1上，进行板材双向液压拉深成形，制作零件，在板材双向液压拉深成形过程中始终保持正向液体压力P1小于反向液体压力P2；六、当凸模1运行到一定行程时，板材7成形结束，成形的零件制作完成，依次停止施加的正向液体压力P1和反向液体压力P2，然后压边圈2上行，凸模1上行，取出成形的零件。

本实施方式的提高板材成形极限的方法，适应性好，成形的零件范围广，操作简单，设备要求较低，适合大高径比、曲面零件的形成，成形极限高，形成的零件表面质量好，精度高，尤其适合成形过程中具有较大悬空区的锥形件等的成形。

本实施方式进行板材成形状态的整体结构主剖视图如图2所示。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是所述的板材7为低碳钢板材、铝合金板材、纯铝板材或者不锈钢板材。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或不同的是所述的板材7的厚度为0.5mm～2.5mm。其它与具体实施方式五或六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五或六不同的是步骤四中通过压边圈2上的第一通道2-4向通孔2-1内施加正向液体压力P1，使正向液体压力P1达3MPa～50MPa。其它与具体实施方式五或六相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五或六不同的是步骤五中通过凹模3的第二通道3-2向模腔3-1内施加反向液体压力P2，使反向液体压力P2达3MPa～50MPa。其它与具体实施方式五或六相同。

本实施方式板材成形后制得的一种锥底圆筒形零件的整体结构示意图如图3所示。本实施方式中板材为铝合金板材，板材的厚度为1mm，板材成形后得到筒形件的总高度H为60mm，板材成形过程中正向液体压力P1达10MPa，反向液体压力P2达15MPa，从图3中可以看出成形后制得的锥底圆筒形件的表面质量很好，无破裂现象。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式五或六不同的是所述的液体介质为矿物油或水。如此设置，使用方便，满足实际需要。其它与具体实施方式五或六相同。

Claims (10)

1.一种提高板材成形极限的装置，所述的装置包括凸模(1)、压边圈(2)和凹模(3)，其特征在于：该装置还包括密封环(4)、第一密封圈(5)和第二密封圈(6)，压边圈(2)的中部设置有通孔(2-1)，通孔(2-1)的侧壁面上沿周向设置有一圈第一凹槽(2-2)，第一凹槽(2-2)内安装有第一密封圈(5)，远离第一凹槽(2-2)的压边圈(2)的端面上沿周向设置有一圈第二凹槽(2-3)，压边圈(2)的侧壁面的下端沿径向设置有与通孔(2-1)相通的第一通道(2-4)，凹模(3)的上端面的中部设置有模腔(3-1)，位于模腔(3-1)的开口端外侧的凹模(3)的上端面上设置有一圈密封环(4)，密封环(4)和凹模(3)一体制成，密封环(4)的高度与第二凹槽(2-3)的高度相同，密封环(4)的外侧壁面上沿周向加工有一圈第四凹槽(4-1)，第四凹槽(4-1)内安装有第二密封圈(6)，凹模(3)的侧壁面上沿径向设置有与模腔(3-1)相通的第二通道(3-2)，压边圈(2)置于凹模(3)的上端面上，通孔(2-1)与模腔(3-1)同轴且孔径相同，密封环(4)置于压边圈(2)上的第二凹槽(2-3)内，第二密封圈(6)将压边圈(2)的第二凹槽(2-3)密封，凸模(1)的下端穿过压边圈(2)的通孔(2-1)并置于凹模(3)的模腔(3-1)内，凸模(1)与第一密封圈(5)滑动接触。

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：所述的凸模(1)由上至下依次由同轴设置并制成一体的第一圆柱体(1-1)、第二圆柱体(1-2)和圆锥体(1-3)构成，第二圆柱体(1-2)的外径小于第一圆柱体(1-1)的外径。

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：所述的第一密封圈(5)为丁氰橡胶密封圈。

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：所述的第二密封圈(6)为橡胶密封圈。

5.利用如权利要求1至4中任意一个权利要求所述的提高板材成形极限的装置实现提高板材成形极限的方法，其特征在于：提高板材成形极限的方法是通过以下步骤实现的：一、压边圈(2)上的第一凹槽(2-2)内安装第一密封圈(5)，凸模(1)的下端穿过压边圈(2)的通孔内并与第一密封圈(5)滑动接触，并将压边圈(2)固定；二、将液体介质经第二通道(3-2)压入已固定好的凹模(3)上的模腔(3-1)内并充满；三、将制作好的板材(7)放置在位于密封环(4)内侧面的凹模(3)的上端面上，将第二密封圈(6)安装于密封环(4)上的第四凹槽(4-1)内，压边圈(2)在压力作用下向板材运行，密封环(4)置于压边圈(2)的第二凹槽(2-3)内，压边圈(2)压紧板材(7)；四、在压力机的作用下凸模(1)向板材(7)运行，当凸模(1)的下端至板材(7)的上表面1mm～2mm时，通过压边圈(2)上的第一通道(2-4)向通孔(2-1)内施加正向液体压力(P1)，板材(7)的上表面产生正向压力；五、凸模(1)继续向板材(7)运行，当凸模(1)的下端接触板材(7)的上表面时，通过凹模(3)的第二通道(3-2)向模腔(3-1)内施加反向液体压力(P2)，板材(7)的下表面产生反向压力，将板材(7)紧紧压贴在凸模(1)上，进行板材双向液压拉深成形，制作零件，在板材双向液压拉深成形过程中始终保持正向液体压力(P1)小于反向液体压力(P2)；六、当凸模(1)运行到一定行程时，板材(7)成形结束，成形的零件制作完成，依次停止施加的正向液体压力(P1)和反向液体压力(P2)，然后压边圈(2)上行，凸模(1)上行，取出成形的零件。

6.根据权利要求5所述的利用提高板材成形极限的装置实现提高板材成形极限的方法，其特征在于：所述的板材(7)为低碳钢板材、铝合金板材、纯铝板材或者不锈钢板材。

7.根据权利要求5或6所述的利用提高板材成形极限的装置实现提高板材成形极限的方法，其特征在于：所述的板材(7)的厚度为0.5mm～2.5mm。

8.根据权利要求5或6所述的利用提高板材成形极限的装置实现提高板材成形极限的方法，其特征在于：步骤四中通过压边圈(2)上的第一通道(2-4)向通孔(2-1)内施加正向液体压力(P1)，使正向液体压力(P1)达3MPa～50MPa。

9.根据权利要求5或6所述的利用提高板材成形极限的装置实现提高板材成形极限的方法，其特征在于：步骤五中通过凹模(3)的第二通道(3-2)向模腔(3-1)内施加反向液体压力(P2)，使反向液体压力(P2)达3MPa～50MPa。

10.根据权利要求5或6所述的利用提高板材成形极限的装置实现提高板材成形极限的方法，其特征在于：所述的液体介质为矿物油或水。

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