CN103846331A - 大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法 - Google Patents

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Abstract

一种大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法。其包括将薄壁板料单面涂抹润滑油进行润滑处理;将润滑后的板料在预成形模具中进行预胀形,成形出零件的大致形状;然后将预成形出的板料在整形模具中进行反向整形,成形出小的圆角特征;将零件的工艺补充面切除后制成最终零件等步骤。本发明提供的大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法能够充分发挥材料的塑性,有效的控制零件的壁厚减薄率,而且能够成形出带有任意复杂浅特征的板材零件。与传统的此类零件制造方法爆炸成形相比具有效率高、成本低、操作安全方便、成形的零件精度高、无需人工修复等优点。

Description

大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法
技术领域
本发明属于金属压力加工技术领域,特别是涉及大型薄壁带有复杂浅特征板材的充液成形方法。 
背景技术
随着航空技术的发展,新一代飞机对气动性能和外观要求越来高,飞机钣金零件朝着高强度,高精度、高表面质量和表面特征复杂的方向发展。高强铝合金材料由于质量轻,强度高、耐腐蚀性强、疲劳性能好等诸多优点,在飞机结构件上大量应用,但是铝合金塑性差,延伸率低,厚向异性指数小,硬化指数低,对于型面复杂变形较大的钣金零件在成形过程中容易出现起皱和开裂缺等陷。传统的铝合金类大型薄壁带有复杂特征的零件加工采用爆炸成形的方法,爆炸成形是压力加工专业中的一门特殊工艺,它受到场地,工作条件,工作环境等因素的限制。在实际生产过程中,对于形状复杂的零件欲通过计算给出准确的药量是十分困难的,因此往往是先对零件形状进行简化,然后通过计算估算药量,在爆炸过程中再适当加以调整,增加加工道次;复杂零件需要多炮爆炸成形,其能源利用率较低。在爆炸成形中真空度要求较高,否则零件会出现烧伤反鼓现象,表面质量很差,需要人工进行二次修复。 
板式充液成形方法是一种利用柔性的液体介质替代部分传统刚性模具,使坯料在高压液体的作用下按照预先设计的轮廓发生塑性变形从而成形出所需零件的先进成形方法,具有节省工序、简化模具结构、降低成本等优点。成形出的零件具有成形精度高,表面质量好,壁厚分布均匀,回弹小、成形极限高等优点。特别适合结构复杂的零件的成形。但是要成形带有小圆角特征的大型板材零件,需要较高的成形压力,设备的吨位需求 也相应的提高,因此设备的吨位成为制约此类零件成形的主要因素。 
发明内容
为了解决上述问题,本发明的目的在于提供一种在不增加设备合模吨位情况下,高效、高精度的大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法。 
为了达到上述目的,本发明提供的大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法包括按顺序进行的下列步骤。 
1)选择薄壁低塑性的的铝合金板材作为坯料,为了减小摩擦促进成形过程中的材料流动,将坯料的一面涂抹润滑油,另一面不做处理。 
2)将板料放入预成形模具中,涂有润滑油的一侧朝向凸模。预成形模具的凸模具有零件的型面特征,把零件上的较小圆角特征看做凸起,提取此时零件上表面的型面作为预成形模具凸模的型面。凹模为液室。凸模凹模之间设有密封圈以便容易的建立起液室压力。 
3)预成形模具凸模下行,通过限位垫块使预成形凸凹模之间留有适当的间隙,以便成形过程材料的流动。液室内根据要成形零件的厚度加载压力,预成形出零件的大致形状。由于此时零件凸起的圆角较小,不容易贴模,若继续增大压力,则由于压力作用使得模具和板料的摩擦保持效应增大,造成小圆角处过度减薄,出现破裂。 
4)整形模具的凸模带有型面,提取(2)中所述零件的下表面作为整形模具的凸模的型面,凹模为液室。凸模凹模之间设有密封圈以便容易的建立起液室压力。将预成形后的板料上的液体擦干并放入整形模具,未涂润滑油的一侧朝向整形模具的凸模。 
5)整形模具凸模下行,通过限位块使凸凹模之间留有适当的间隙,以便成形过程材料的流动。液室内加压,由于预成形后板料波峰处的较小圆角处减薄较大,而这些面在终成形模具中为波谷,在整形模具内加压后最先贴模成形出这些小圆角。由于没有润滑,加上铝合金和凸模之间的摩擦 系数较大,在压力作用下摩擦保持效应作用加强,使得这些面不再继续减薄。而另一端较大圆角处由于预成形后基本没有减薄现象,则适当的进行材料流动保证贴模度。 
6)切除工艺补充面,成形出完整的零件。 
所述的预成形模具由凸模、凹模、限位垫块和密封圈组成。其中预成形凸模为带有型面,其型面较小圆角特征在上,较大的圆角特征在下,凹模为液室,预成形胀形方向为从圆角较大的面向圆角较小的面。 
所述的整形模具由凸模、凹模、限位垫块和密封圈组成。其中整形凸模为带有型面,其型面较大圆角特征在上,较小圆角特征在下,凹模为液室,整形的胀形方向为从圆角较小的面向圆角较大的面。 
本发明提供的大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法,可以充分发挥材料的塑性,使成形的零件壁厚分布均匀,精度提高,表面质量好无需人工修复。同时本发明提供的方法工序简单,效率高,成本低,适合大批量生产。 
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 
图1是本发明提供的大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法所适于制作的一种零件结构示意图。 
图2是本发明一个实施例铝合金薄壁波纹板剖面示意图。 
图3是本发明提供的大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法典型零件预成形的压力加载方向示意图。 
图4是本发明提供的大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法典型零件预成形模具及实施过程示意图。 
图5是本发明提供的大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法典型零件整形的压力加载方向示意图。 
图6是本发明提供的大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法典型零件整形模具及实施过程示意图。 
图中:1典型零件波纹板截面小圆角;2典型零件波纹板截面大圆角;3典型零件波纹板预成形波纹截面的波峰;4典型零件波纹板预成形模具凸模;5板材坯料;6预成形模具限位垫块;7典型零件波纹板预成形模具凹模;8预成形模具密封圈;9典型零件波纹板整形模具凸模;10整形模具限位垫块;11典型零件整形模具凹模;12整形模具密封圈;13预成形后的板料。 
具体实施方式
如图1--图6所示,本发明提供的大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法包括按照顺序进行的下列步骤 
1)选择壁厚0.5mm的铝合金2024板材5作为坯料,将坯料5的一面涂抹润滑油以减小摩擦力,另一侧不做处理。 
2)将润滑过的板料放入预成形模具凹模5上,其中涂有润滑油的一侧朝向预成形的凸模4,未涂油的一侧朝向预成形凹模5。 
3)板料放置完毕后,预成形凸模4下行,依靠预成形模具上的限位垫块6来保证预成形凸模4与预成形凹模7之间约1.1倍的板料厚度的间隙。通过预成形模具凹模上的进液口向预成形凹模液室内加载8Mpa的压力,图3下方的箭头的指向即为板料预成形的胀形方向,使波纹顶端的波峰3贴靠预成形凸模4即可,成形出波纹的大致形状。 
4)取出预成形后的板料13放入整形模具中进行整形,其中未涂润滑油的一侧朝向整形模具的凸模9。将板料成形出的波纹与整形模具凸模9波纹的位置对齐. 
5)整形模具凸模9下行,依靠整形模具限位垫块10来保证整形模具凸模10和整形模具凹模11之间约1.1倍的板料厚度的间隙。通过整形模具 凹模上的进液口向整形凹模液室内加载5Mpa的压力,图5中下方的箭头指向即为板料整形的胀形方向,整形出小圆角1。 
6)切除多余的工艺补充面成形出图1所示的完整的零件。 

Claims (5)

1.一种大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法,其特征在于:所述的大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法包括按顺序进行的下列步骤:
1)选择薄壁铝合金板材5作为坯料,将坯料5的一面涂抹润滑油以减小摩擦力,另一面不做处理;
2)将润滑过的板料放入预成形模具凹模5上,其中涂有润滑油的一侧朝向预成形模具的凸模4,未涂油的一侧朝向预成形凹模5;
3)板料放置完毕后,预成形模具凸模4下行,依靠预成形模具上的限位垫块6来保证预成形凸模4与预成形凹模7之间留有适当的间隙,通过预成形模具凹模上的进液口向预成形凹模液室内加载压力,使波纹顶端的波峰3贴靠预成形凸模4即可,成形出波纹的形状;
4)取出预成形后的板料13放入整形模具中进行整形,其中未涂润滑油的一侧朝向整形模具的凸模9;将板料成形出的波纹与整形模具凸模9波纹的位置对齐;
5)整形模具凸模9下行,依靠整形模具垫块10来保证整形模具凸模10和整形模具凹模11之间约1.1倍的板料厚度的间隙,通过整形模具凹模上的进液口向整形凹模液室内加载压力,整形出小圆角1;
6)切除多余的工艺补充面成形出类似图1所示的完整的零件。
2.根据权利要求1所述的大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法,其特征在于:对薄壁板材的两面进行分别胀形。
3.根据权利要求1所述的大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法,其特征在于:只对薄壁板料的一面进行润滑处理。
4.根据权利要求1所述的大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法,其特征在于:预成形的胀形方向是从较大圆角特征所在的面向较小圆角特征所在的面。
5.根据权利要求1所述的大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法,其特征在于:整形的胀形方向是从较小圆角特征所在的面向较大圆角特征所在的面。
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