CN102873165B - 一种复杂零件小特征部位的冲击液压复合成形工艺 - Google Patents
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Abstract
一种复杂零件小特征部位的冲击液压复合成形工艺是冲击成形技术与充液成形技术交叉、延伸与发展的一种新型成形工艺，兼具充液塑性成形与冲击能量成形的优点。定义为：在充液成形结束后进行冲击成形，利用冲击源高能量的瞬间释放对成形液室内高压液体进行压缩，获得骤增压力值，并以冲击波形式传递至成形坯料，进行零件弹塑性变形的新型制造工艺。其中一次安装减少了加工工序，方便实现了复杂大型曲面零件的整体成形，保证复杂零件各尺寸的位置精度。同时冲击时间作用很短，降低了对设备强度和密封性方面的要求。该技术在航空航天、汽车设等领域中具有小特征尺寸（小凸包、小压痕、孔等）的大型复杂构件成形、整形等方面具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于金属塑性成形技术领域，特别是涉及一种复杂零件小特征部位的冲击液压复合成形工艺，适合于板材、管材等零件成形。
背景技术
在航空航天、汽车和船舶等领域，对结构轻量化、功能性和整体性要求越来越高，因此复杂结构功能零件得到了广泛的应用，并对其尺寸特征、表面质量和精度提出一定要求。
充液成形是利用液体压力使零件成形的一种塑性加工工艺，所成形的零件具有成形极限高，尺寸精度好，零件表面质量好、厚度分布均匀等优点。但是在成形复杂零件时，由于充液成形介质压力的限制，虽然大部分特征完全贴模成形，但局部小特征(如小凸包、小压痕等)不能充分成形；另一方面对于孔特征，需再次装配。综上，充液成形对于复杂零件的成形有其局限性。
对于已充液成形大部分特征的复杂零件，为了成形局部特征，只是简单的提高充液成形压力，则必然会大大增加设备吨位，提高生产成本。同时，因为零件大部分特征在低压力阶段已成形，增加设备吨位对零件整体成形质量并不会显著改善。若是成形后辅助其他工艺，则增加工序，且会产生二次装配误差。这种方法无法保证小特征尺寸的位置精度从而影响了零件的整体性能，严重的话导致整个大型零件报废，造成资源浪费。
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小吨位设备上一次装配的条件下实现复杂零件小特征部位的冲击液压成形。
为了达到上述目的，本发明提供的一种复杂零件小特征部位的冲击液压复合成形工艺包括按顺序进行的下列步骤：
1)将坯料放入成形模具内，并合模密封，向成形液室内充满高压介质，并保压进行充液成形。坯料在高压液体压力的作用下，依据模具形状进行弹塑性变形，实现复杂零件大部分特征尺寸的成形以及小特征部位尺寸的部分成形；
2)对于如小凸包、小压痕等难成形小特征尺寸，利用冲击源向板材成形充液室内引入冲击成形能量，实现对成形充液室内高压液体的快速压缩。基于液体压缩率很小的特性，液体压力在极短时间内骤增，能量以冲击波形式作用，通过不同传输路径限定冲击波作用方向，针对性的将冲击能量应用到局部区域，使板材小特征尺寸贴膜。在复杂零件充液成形的基础上实现小凸包、小压痕等小特征尺寸成形；
3)对于如单个孔或多个孔特征，由于冲击液体的压力相当高，可以在无凸模的条件下进行冲孔，且通过不同传输路径的限定可以在同一凹模内冲出多个孔。在复杂零件充液成形的基础上实现单个孔或多个孔特征成形；
4)零件大部分特征在冲击成形阶段将进一步贴模成形，从而保证了零件整体成形质量与精度。
本发明提供的一种复杂零件小特征部位的冲击液压复合成形工艺是冲击成形技术与充液成形技术交叉、延伸与发展的一种新型成形技术，兼具充液塑性成形与冲击能量成形的优点，在航空航天、汽车、国防工业等领域中特种材料复杂构件的制造，尤其是具有小特征尺寸(小凸包、小压痕、孔等)的复杂构件的成形、整形等方面具有广阔应用前景。
冲击液压复合成形工艺定义为：交叉融合冲击成形和充液成形，在充液成形结束后进行冲击成形，利用高能量在极短时间内(低于数十微秒)释放对成形液室内高压液体进行压缩，获得骤增压力峰值，并以冲击波形式传递至成形坯料，进行零件弹塑性变形的新型制造工艺。
该技术以液体介质代替刚性模具传递载荷来实现零件成形，是一种软模成形技术，即毛坯表面不受伤。由于液体介质很容易充满模腔，即成形性好，变形更均匀。因此继承了充液成形提高成形极限，减少成形道次、尺寸精度高和模具费用低等优点；特别是对于形状复杂的构件，优越性就更明显。同时基于冲击成形技术中高压大能量短时间内冲击压缩波快速传递的优点，极大地拓宽了成形零件的复杂程度和功能要求范围，并降低了对设备强度、密封方面的要求。尤其对具有小特征尺寸的复杂构件，冲击液压复合成形工艺可以大大降低成形所需的设备吨位，实现低成本和高效的成形。另外，由于是在充液成形结束后进行冲击成形，一次安装减少了加工工序，方便实现了复杂大型曲面零件的整体成形，从而提高了零件小特征尺寸的位置精度以及零件的整体质量。
在冲击液压成形过程中，冲击成形阶段是高能量冲击波压缩作用的高压和高应变率过程，与传统的静高压成形有很大的不同。冲击液压成形技术对加工样件所做的功是以压缩冲击波的形式传递到坯料，波所到之处的样品内能增高，受到的压强也随之增高，属于动高压技术或动态加载技术。而且波传播速度比热传导速度快的多，因此，对于坯料来说属于绝热压缩过程。从另一角度看，坯料在短时间内受到巨大能量的同时，物质便被迫获得了一种不同寻常的加载条件，在惯性约束下的固体内部形成了高压冲击波。这种应力非常高，作用时间非常短的冲击波，将迫使物质不可逆地进入那些在静压下都不曾遇到的状态。坯料以极高的速度贴膜，这不仅有利于提高零件的贴膜性，而且可以有效地减小零件弹复现象，在提高精度和表面质量方面有很好的效果。
附图说明
图1为采用本发明提供的复杂零件小特征部位的冲击液压复合成形工艺进行板材成形的原理示意图。
图2为采用本发明提供的复杂零件小特征部位的冲击液压复合成形工艺进行板材成形的充液阶段示意图。
图3为采用本发明提供的复杂零件小特征部位的冲击液压复合成形工艺进行板材成形的冲击阶段示意图。
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复杂零件小特征部位的冲击液压复合成形工艺进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的复杂零件小特征部位的冲击液压复合成形工艺包括按顺序进行的下列步骤：
1)若成形件为板材时，以板材5作为坯料，压边圈3施力将板料5压紧在板式成形模具6上，板式成形液室4下行合模、密封。利用高压液压源2向板式成形液室4内充满高压介质，并保压2-5min进行充液成形。板材5在高压液体压力的作用下，依据板式模具形状6进行弹塑性变形，实现复杂零件大部分特征尺寸的成形以及小特征部位尺寸的部分成形；
2)对于小凸包9、小压痕7难成形小特征尺寸，利用冲击源1向板材成形充液室4内引入冲击成形能量，实现对液室内高压液体快速压缩。基于液体压缩率很小的特性，液体压力在极短时间内骤增，能量以冲击波形式作用，通过不同传输路径限定冲击波作用方向，针对性的将冲击能量应用到局部区域，使板材小特征尺寸贴膜。冲击压力大于充液压力，作用时间小于十微妙。在复杂零件充液成形的基础上实现小凸包9、小压痕7等小特征尺寸成形；
3)对于单个孔或多个孔特征，由于冲击液体的压力相当高，可以在无凸模的条件下进行冲孔，且通过不同传输路径的限定在同一凹模内冲出多个孔。在复杂零件充液成形的基础上实现单个孔或多个孔特征成形；
4)零件大部分特征在冲击成形阶段将进一步贴模成形，从而保证了零件整体成形质量与精度。
5)若成形件为管材时，管两端密封形成液室，先利用高压液压源2向管式成形液室内充满高压介质，进行充液成形。再利用冲击源1完成小特征部位的冲击成形。最终实现复杂管材零件的冲击液压成形。
Claims (4)
1.一种针对复杂零件小特征部位的冲击液压复合成形工艺，其特征在于：所述的复杂零件小特征部位的冲击液压复合成形工艺包括按顺序进行的下列步骤：
1)若成形件为板材时，以板材(5)作为坯料，压边圈(3)施力将板材(5)压紧在板式模具(6)上，板式成形充液室(4)下行合模、密封，利用高压液压源(2)向板式成形充液室(4)内充满高压介质，并保压进行充液成形；板材(5)在高压液体压力的作用下，依据板式模具(6)的形状进行弹塑性变形，实现复杂零件大部分特征尺寸的成形以及小特征部位尺寸的部分成形；
2)对于小凸包(9)、小压痕(7)难成形小特征尺寸，利用冲击源(1)向板式成形充液室(4)内引入冲击成形能量，实现对板式成形充液室(4)内高压液体的快速压缩；基于液体压缩率很小的特性，液体压力在极短时间内骤增，能量以冲击波形式作用，通过不同传输路径限定冲击波作用方向，针对性的将冲击能量应用到局部区域，使板材小特征尺寸贴模；冲击成形压力大于充液成形压力，在复杂零件充液成形的基础上实现小凸包(9)、小压痕(7)小特征尺寸成形；
3)对于单个孔或多个孔特征，由于冲击成形的液体压力相当高，可以在无凸模的条件下进行冲孔，且通过不同传输路径的限定在同一凹模内冲出多个孔；在复杂零件充液成形的基础上实现单个孔或多个孔特征成形；
4)零件大部分特征在冲击成形阶段将进一步贴模成形，从而保证了零件整体成形质量与精度；
5)若成形件为管材时，管两端密封形成液室，先利用高压液压源(2)向管式成形液室内充满高压介质，进行充液成形；再利用冲击源(1)完成小特征部位的冲击成形；最终实现复杂管材零件的冲击液压成形。
2.根据权利要求1所述的复杂零件小特征部位的冲击液压复合成形工艺，其特征在于：冲击液压成形中冲击阶段是以液体作为传力介质，高能量在低于数十微秒内释放，以高压冲击波形式作用于坯料，使其在很高的速度下变形和贴模。
3.根据权利要求1所述的复杂零件小特征部位的冲击液压复合成形工艺，其特征在于：模具一次安装，通过不同传输路径的限定可以实现多个特征的同时成形，从而减少了加工工序，保证了整体成形质量与精度。
4.根据权利要求1所述的复杂零件小特征部位的冲击液压复合成形工艺，其特征在于：冲击液压成形作用时间短，降低了对设备强度和密封方面的要求；并在设备吨位较小的情况下，可实现复杂零件难变形小特征部位的快速成形。
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