CN105414325B - 可适用于大型汽车覆盖件的冲压与局部液压复合成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可适用于大型汽车覆盖件的冲压与局部液压复合成形方法。该方法首先通过仿真计算选取需要进行液压成形的小特征区域并根据特征形状设置液压成形的方向，建立冲压与局部液压复合成形的模具型面。成形时将零件成形分解为冲压成形和局部液压成形两个连续的过程，冲压成形过程仍采用传统的冲压模式获得覆盖件整体形状，局部液压成形实现覆盖件上各种小特征的成形。该方法可以有效地提高局部小特征成形质量，相比传统的液压成形具有更高的成形效率。
Description
技术领域
本发明涉及在一次成形过程中将传统冲压成形与液压成形结合在一起的复合成形方法。
背景技术
随着航空、汽车等工业的快速发展，铝合金、高强度钢板等材料应用日趋广泛，极大的增加了精度要求高、尺寸大、拉延深度深及含有局部复杂特征的大型覆盖件的成形难度。冲压成形是目前大型覆盖件成形的主要方式，该方法通过安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生塑性变形，获得所需零件的形状。该方法加工过程效率高，但针对局部复杂特征成形时往往容易出现拉裂或起皱的现象。液压成形通过用液体作为传力介质来实现板料的成形，可以有效提高铝镁合金、钛合金等材料的成形性能，能成形出形状非常复杂的零件，但该方法面对拉延深度深、尺寸大的零件成形时，充液时间长，效率低，且所需液压力大，对合模密封性要求高。
大型覆盖件冲压成形时，往往由于零件局部形状复杂，冲压时材料流动性不足，因此在局部容易出现拉裂或起皱的现象。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明提出了一种将冲压成形与液压成形复合在一起的复合成形方法，该方法在一次成形过程中先通过冲压成形实现大型覆盖件整体形状及可适用于冲压成形的小特征的成形，然后对不适用于冲压成形的特征采用液压成形的，由于特征较小，液压成形所需压力小，充液量小，因此成形的速度快。这种方法充分利用了冲压成形和液压成形的特点，将二者在一次成形的过程中结合起来，可以有效的改善具有复杂特征的大型覆盖件的成形。
为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：
一种可适用于大型汽车覆盖件的冲压与局部液压复合成形方法，其特征在于在一次冲程中完成冲压和局部液压成形，含以下步骤：
步骤1：针对大型汽车覆盖件零件进行冲压成形仿真分析，获取需要进行局部液压成形的小特征部位及液压成形作用边界；
步骤2：对需要进行局部液压成形的小特征形状进行分析，确定局部液压成形时的方向；
步骤3：根据局部液压成形的方向，对零件设计模型进行去局部液压成形小特征处理；
步骤4：针对去除局部液压成形小特征后的零件模式设置新的凸模和凹模及相应的液压成形区域，建立冲压与局部液压复合成形仿真模型；
步骤5：通过冲压与局部液压复合成形仿真分析，获取冲压过程最大成形力；
步骤6：在机械式压力机上成形时，根据冲压过程中最大成形力设置可浮动支撑装置对模具进行支撑；在伺服压力机上成形时，增加保压时间，使保压时间大于液压成形的时间；
其中，在步骤1中，通过对冲压成形仿真分析的结果进行分析，获取冲压过程中开裂、起皱缺陷产生的特征区域，并根据缺陷区域边界设置液压成形作用边界；
进一步的，在步骤2中，通过分析小特征相对周边曲面是凸起还是凹陷，确定局部液压成形是向上成形还是向下成形，从而确定局部液压成形是布置在凸模还是凹模。
进一步的，在步骤3中，以液压成形作用边界曲线为界限，在零件设计模型上将需要局部液压成形的特征去除，以方便确定凸模或凹模型面。
进一步的，在步骤4中，建立冲压与局部液压符合成形仿真模型时，凸模或凹模设置成带需要局部液压成形小特征的型面，另一个采用去除局部液压成形特征后的型面，其中去除的部分用液压皮囊替代。
进一步的，在步骤5中，通过复合成形仿真计算出冲压过程的成形力，以确定在应用机械式压力机冲压时液压或弹簧支撑模具时所需要要的力。
进一步的，在步骤6中，可以选择机械式压力机或者伺服压力机进行成形。选择机械式压力机时将压力机滑块总的运动行程分为冲压行程和液压成形行程两个部分。在冲压过程中为了确保凸凹模固定不动采用液压或弹簧支撑模具，支撑力超过冲压最大成形力，但小于压力机产生的力。在液压成形过程中，压力机产生的力超过液压或弹簧支撑力，凸凹模及压边圈随滑块往下运动。选择伺服压力机或油压机时可以按机械式压力机同样的方式成形，也可以去除液压或弹簧支撑，采用外置液压设备提供液压成形力，在冲压行程结束后增加保压时间，保压时间大于液压成形的时间。
本发明充分利用了冲压成形和液压成形的特点，将二者在一次成形的过程中结合起来，可以有效的改善具有复杂特征的大型覆盖件的成形。
附图说明
图1为需要冲压的覆盖件；
图2为冲压仿真模型；
图3为仿真分析获得的成形极限图；
图4为小特征部分的厚度云图；
图5为冲压模具模型；
图6为复合成形中冲压过程的仿真模型；
图7为冲压与局部液压复合成形仿真计算获得的成形极限图；
图8为冲压与局部液压复合成形仿真计算获得的厚度云图。
具体实施方式
以下结合附图对具体实施方式进行说明：
图1为需要冲压的覆盖件，该零件的顶部有一个小特征，为带十字筋的凸包。依据该零件建立冲压仿真模型如图2所示，其中压边圈为零件的法兰面延伸获得，坯料尺寸为370×298mm，厚度为1.0mm，单元大小为1mm，材料为DP600高强度钢板，压边力为10吨。冲压方式采用凹模在上，凸模在下的单动成形方式。
图3为仿真分析获得的成形极限图，可以看出零件顶部的小特征在冲压时边缘会出现拉裂，成形力为12吨。
小特征部分的厚度云图如图4所示，可以看出整个特征的厚度分布不均匀，在边缘处的厚度明显小于其他部分。
因此对该特征采用局部液压成形。小特征相对周边曲面向外凸起，因此液压成形方向朝上，凸模对应的小特征部分掏空，将装有液体的皮囊放置在掏空的部位，形成的冲压模具模型如图5所示，在机械式压力机上进行冲压与局部液压复合成形。
建立复合成形中冲压过程的仿真模型进行计算以获得最大成形力，冲压仿真模型如图6所示，最显著的改变是凸模不在有小特征。通过仿真计算获得成形力为10吨，按1.3的安全系数放大为13吨。
复合成形按照图5成形的方式，首先设置底座支撑弹簧(6)的支撑力超过冲压最大成形力13吨，液体(10)由皮囊(9)包含，设置在掏空的凸模(4)之内，通过预先确定液压的量使得冲压时液压皮囊与小特征周边曲面高度一致。由于支撑弹簧(6)的支撑力超过了最大成形力13吨，因此冲压时凸模(4)保持不动。当凸模(4)与凹模(1)处于合模状态后冲压过程结束，随压力机继续往下运动压缩支撑弹簧(6)，凸模(4)、凹模(1)、压边圈(2)及板料(3)往下运动，液压顶杆(5)固定在模具底座(7)之上，挤压皮囊(9)，由于液体(10)不可压缩，因此小特征通过液体(10)挤压皮囊(9)得到成形。
图7为冲压与局部液压复合成形仿真计算获得的成形极限图，成形极限图表明采用冲压和局部液压复合成形后没有出现拉裂现象。图8为冲压与局部液压复合成形仿真计算获得的厚度云图，可以看出小特征处的厚度分布更均匀，减薄量更小。
Claims (6)
1.一种可适用于大型汽车覆盖件的冲压与局部液压复合成形方法，其特征在于在一次冲程中完成冲压和局部液压成形，具体采用以下步骤：
步骤1：针对大型汽车覆盖件零件进行冲压成形仿真分析，获取需要进行局部液压成形的小特征部位及液压成形作用边界；
步骤2：对需要进行局部液压成形的小特征形状进行分析，确定局部液压成形时的方向；
步骤3：根据局部液压成形的方向，对零件设计模型进行去局部液压成形小特征处理，以液压成形作用边界曲线为界限，在零件设计模型上将需要局部液压成形的特征去除，以方便确定凸模或凹模型面；
步骤4：针对去除局部液压成形小特征后的零件模式设置新的凸模和凹模及相应的液压成形区域，建立冲压与局部液压复合成形仿真模型；
步骤5：通过冲压与局部液压复合成形仿真分析，获取冲压过程最大成形力；
步骤6：在机械式压力机上成形时，根据冲压过程中最大成形力设置可浮动支撑装置对模具进行支撑；在伺服压力机上成形时，增加保压时间，使保压时间大于液压成形的时间。
2.如权利要求1所述的方法，在步骤1中，通过对冲压成形仿真分析的结果进行分析，获取冲压过程中开裂、起皱缺陷产生的缺陷特征区域，并根据该缺陷特征区域边界设置液压成形作用边界。
3.如权利要求1或2所述的方法，在步骤2中，通过分析小特征相对周边曲面是凸起还是凹陷，确定局部液压成形是向上成形还是向下成形，从而确定局部液压成形是布置在上模型面还是下模型面。
4.如权利要求1或2所述的方法，在步骤4中，建立冲压与局部液压复合成形仿真模型时，凸模或凹模设置成带需要局部液压成形小特征的型面，凸模和凹模中的另一个采用去除局部液压成形特征后的型面，其中去除的局部液压成形特征用液压皮囊填充。
5.如权利要求1或2所述的方法，在步骤5中，通过复合成形仿真计算出冲压过程的成形力，以确定在应用机械式压力机冲压时液压或弹簧支撑模具所需要的支撑力。
6.如权利要求1或2所述的方法，在步骤6中，可以选择机械式压力机或者伺服压力机进行成形，选择机械式压力机时将压力机滑块总的运动行程分为冲压成形行程和液压成形行程两个部分，在冲压过程中为了确保凸凹模固定不动采用液压或弹簧支撑模具，支撑力超过冲压最大成形力，小于压力机产生的力，在液压成形过程中，压力机产生的力超过液压或弹簧支撑力，凸凹模及压边圈随滑块往下运动；选择伺服压力机时可以按机械式压力机同样的方式成形，也可以去除液压或弹簧支撑，在冲压行程结束后增加保压时间，保压时间大于液压成形的时间。
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