CN105710181A - 一种大变形小圆角薄壁空心构件的成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大变形小圆角薄壁空心构件的成形方法，属于薄壁管材成形技术领域。所用成形模具主要由上下模具、左右冲头、左右推头组成。该方法结合了液压成形和液压辅助锻造的优势为一体，提出了低压胀形、中压挤锻、高压整形的成形方法，可以用于成形大变形小圆角薄壁空心构件，可以避免直接采用液压成形技术所产生的过度减薄、破裂、小圆角贴模困难等缺陷。该装置结构简单，易于制造，成本低廉，所生产的零件变形量大，减薄率低、贴模效果好。

Description

一种大变形小圆角薄壁空心构件的成形方法

技术领域

本发明涉及薄壁管材成形技术领域，具体涉及一种大变形小圆角薄壁空心构件的成形方法。

背景技术

以往的管材成形多采用分体成形的方法，先使用板料分别成形最终零件的一部分，然后使用焊接方法结合成一体，这样的方法效率低，零件可靠性差。

而液压成形技术可以对管件进行整体成形，通过施加内压和与之匹配的冲头位移完成管状零件的整体成形。

但是对于变形比率大、圆角小、薄壁的管状零件，使用液压成形技术会出现起皱、屈曲、破裂和圆角部位没有完全贴模等缺陷。起皱和屈曲是因为内压力和轴向进给不匹配产生的；破裂是因为过度减薄或者变形量要求已经超过了材料的成形极限导致；而小圆角的填充又需要很高的内压，对于增压器的要求也提高了。因此，对于大变形小圆角薄壁空心件的成形单独使用液压成形技术无法满足实际生产需求。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种大变形小圆角薄壁空心构件的成形方法，该方法结合了液压成形技术和挤锻技术的优势，实现了在液压辅助下的大变形量管材的柔性成形。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种大变形小圆角薄壁空心构件的成形方法，该方法是使用液压成形与液压辅助锻造相结合的技术对空心管件进行分步成形，最终获得所需规格的空心构件。

该方法所用成形模具包括上模具、下模具、左冲头、右冲头、左推头和右推头，其中：所述上模具和下模具合模后所形成的内腔用于放置空心管件，空心管件的两端分别设置左冲头和右冲头，左冲头和右冲头能够密封空心管件的两端；同时对左、右冲头施加轴向力，在低压胀形阶段能够实现轴向补料；所述上模具和下模具合模后形成空心柱状结构，所述左推头和右推头与模具内壁以及管材外壁均紧密贴合，中压阶段在左冲头和右冲头的配合下，左推头和右推头能够对预制鼓包件产生挤锻的作用。

该方法首先将空心管件装配到所述成形模具中，然后对空心管件进行分步成形，分步成形包括按顺序进行的如下三个阶段：

(1)第一阶段为低压胀形，过程为：其成形过程和传统的液压成形过程相同。上模具、下模具、左推头和右推头保持不动，四者的组合作用与传统液压胀形的外模相同。液压系统逐渐提高液体压力P，左冲头和右冲头在轴向力F₁作用下产生轴向位移，此时管件完全处于液压胀形状态，其目的是为了形成预制鼓包，为后续成形聚集更多的材料，当冲头进给结束时，管件第一阶段成形完成；

(2)第二阶段为中压锻造，过程为：上模具和下模具保持不动，液压系统继续增加内压P，左推头和右推头在轴向力F2作用下，左冲头和右冲头在轴向力F1作用下，同时产生轴向进给，此时在内压辅助下，通过模具、冲头和推头对预制鼓包所产生的变形作用，与实体零件制造中的锻造技术相同，此过程中管材的胀形部分(即预制鼓包)受到了挤锻作用，因此被称为液压辅助下的锻造，其优势在于可以避免成形过程中的过度减薄，并且可以实现很大的变形量，如果采用传统液压成形方法直接胀形，是无法达到本发明所述第二阶段所示这么大的变形量，会产生破裂和过度减薄等缺陷。当左冲头和右冲头以及左推头、右推头轴向进给结束时，管件第二阶段成形完成，形成了非常接近于最终零件的过渡形，此时除小圆角部位外，其他部分已经全部贴模成形；在该阶段过程中，管件内部液体介质的压力始终保压或继续增长，以防止管件在挤锻过程中产生起皱或折叠等缺陷。

(3)第三阶段为高压整形，过程为：此时除小圆角部位外，其他部分已经全部贴模成形，因此该过程称为整形阶段。上模具、下模具、左推头、右推头、左冲头、右冲头都保持不动，但是需要施加轴向力F₁和F₂，此时模具和推头的组合构成了终成形的模具，继续提高系统内压P，小圆角处产生变形并贴模，此时零件完全成形，管件第三阶段成形完成。如果直接采用传统液压成形方法，即使其能够成形到本专利所述第二阶段成形后的形状，但是因为减薄过于严重，直接胀形形成小圆角会导致破裂缺陷的产生。而经过本发明前两个阶段的准备工作，最后一个阶段圆角处的减薄率是完全能够控制在要求范围之内。

本发明将空心管件装配到所述成形模具中的过程为：将管件置于下模具中，上模具向下运动合模，左冲头和右冲头轴向移动并密封管件两端，同时对左、右冲头施加轴向力，在低压胀形阶段能够实现轴向补料；所述上模具和下模具合模后形成空心柱状结构，所述左推头和右推头与模具内壁以及管材外壁均紧密贴合，中压阶段在左冲头和右冲头的配合下，左推头和右推头能够对预制鼓包件产生挤锻的作用；液压系统对管件内部进行充液。

本发明方法成形过程中，上模具和下模具始终保持不动，整个成形过程始终以液体作为提供内压力的介质。

经本发明方法成形后，可以获得变形量大、最小圆角小的管材零件，其径厚比小于85，变形量能达到100％，最小圆角达到1mm。

本发明方法具有以下优点和有益效果：

1、通常来讲，锻造一般用于实体零件加工，可以实现很大的变形量，本申请考虑到锻造的这一优势，创新性的将锻造技术用于管材成形领域，实现了在液压辅助下的大变形量管材的挤锻成形。

2、本发明方法结合了液压成形和液压辅助锻造的优势为一体，提出了低压胀形、中压挤锻、高压整形的成形方法，可以用于成形大变形小圆角薄壁空心构件，可以避免直接采用液压成形技术所产生的过度减薄、破裂、小圆角贴模困难等缺陷。

3、本发明方法中所用装置结构简单，易于制造，成本低廉，所生产的零件变形量高，减薄率低、贴模效果好。

附图说明

图1为本发明方法所用模具结构示意图；图中：1-上模具，2-下模具，3-左冲头，4-右冲头，5-左推头，6-右推头，7-管材(空心管件)，8-充液孔。

图2为本发明准备阶段和第一阶段对比示意图。

图3为本发明第一阶段和第二阶段示对比意图。

图4为本发明第二阶段和第三阶段示对比意图。

图5位本发明成形过程中使用的加载路径示意图。

具体实施方式

以下以某一Ω型零件为例，结合附图详述本发明。

本发明方法所用成形模具如图1所示，包括上模具1、下模具2、左冲头3、右冲头4、左推头5和右推头6，所述上模具1和下模具2合模后所形成的内腔用于放置空心管件7，空心管件7的两端分别设置左冲头3和右冲头4，左冲头3和右冲头4能够密封空心管件7的两端，同时对左、右冲头施加轴向力，在低压胀形阶段能够实现轴向补料；所述上模具1和下模具2合模后形成空心柱状结构，所述左推头5和右推头6与模具内壁以及管材7外壁均紧密贴合，中压阶段在左冲头3和右冲头4的配合下，左推头5和右推头6能够对预制鼓包件产生挤锻的作用。

利用上述模具并使用液压成形与液压辅助锻造相结合的技术对空心管件进行分步成形，最终获得所需规格的Ω形空心构件。初始管件进行成形的过程如下：

1、图2至图4中F₁表示作用于冲头3和冲头4的轴向力，F₂表示作用于推头5和推头6的轴向力。在成形过程中，上模具1和下模具2始终保持合模状态。图5所示加载路径是提供液体压力与冲头位移数据的曲线。

2、准备阶段，如图1及图2上半部分所示。将管材7置于下模具2中，上模具1向下运动合模，左冲头3和右冲头4轴向移动，密封管材端部，同时左推头5和右推头6进入工作位置。液压系统对管件内部进行充液。

3、第一阶段，低压胀形，如图2下半部分和图3的下半部分所示。第一阶段的成形过程和传统的液压成形过程相同，加载路径如图5的I阶段所示。上模具1和下模具2保持不动，左推头5和右推头6也保持不动，4者的组合作用与传统液压胀形的外模相同。液压系统逐渐提高液体压力P，左冲头3和右冲头4在轴向力F₁作用下产生轴向位移，此时管件完全处于液压胀形状态，其目的是为了形成预制鼓包，为后续成形聚集更多的材料，当冲头进给结束时，管件第一阶段成形完成。

4、第二阶段，中压挤锻，如图3上半部分和图4的上半部分所示。上模具1和下模具2保持不动，加载路径如图5的II阶段所示，液压系统继续增加内压P，左推头5和右推头6在轴向力F₂，左冲头3和右冲头4在轴向力F₁作用下，同时产生轴向进给，此时在内压辅助下，通过模具、冲头和推头对预制鼓包所产生的变形作用，与实体零件制造中的锻造技术相同，此过程中管材的胀形部分受到了挤锻作用，因此被称为液压辅助下的锻造，其优势在于可以避免成形过程中的过度减薄，并且可以实现很大的变形量，如果采用传统液压成形方法直接胀形，是无法达到图3、图4第二阶段所示这么大的变形量，会产生破裂和过度减薄等缺陷。当左冲头3和右冲头4以及左推头5、右推头6轴向进给结束时，管件第二阶段成形完成，形成了非常接近于最终零件的过渡形，此时除小圆角部位外，其他部分已经全部贴模成形。

5、第三阶段，高压整形，此时除小圆角部位外，其他部分已经全部贴模成形，因此该过程称为整形阶段，如图4的下半部分所示，其加载路径如图5中III所示。上模具1和下模具2保持不动，左推头5和右推头6以及左冲头3、右冲头4也保持不动，但是需要施加轴向力F₁和F₂，此时模具和推头的组合构成了终成形的模具，继续提高系统内压P，小圆角处产生变形并贴模，此时零件完全成形，管件第三阶段成形完成。如果直接采用传统液压成形方法，即使其能够成形到本专利所述第二阶段成形后的形状，但是因为减薄过于严重，直接胀形形成小圆角会导致破裂缺陷的产生。而经过本发明前两个阶段的准备工作，最后一个阶段圆角处的减薄率是完全能够控制在要求范围之内。

6、成形结束，开模，取出零件。

该成形后的Ω形空心构件其变形量达到100％，最小圆角达到1mm，且该Ω形空心构件未出现起皱、屈曲、破裂和圆角部位没有完全贴模等缺陷。

Claims (7)

1.一种大变形小圆角薄壁空心构件的成形方法，其特征在于：该方法是使用液压成形与液压辅助锻造相结合的技术对空心管件进行分步成形，最终获得所需规格的空心构件。

2.根据权利要求1所述的大变形小圆角薄壁空心构件的成形方法，其特征在于：整个成形过程始终以液体作为提供内压力的介质。

3.根据权利要求1所述的大变形小圆角薄壁空心构件的成形方法，其特征在于：该方法所用成形模具包括上模具、下模具、左冲头、右冲头、左推头和右推头，其中：所述上模具和下模具合模后所形成的内腔用于放置空心管件，空心管件的两端分别设置左冲头和右冲头，左冲头和右冲头能够密封空心管件的两端；同时对左、右冲头施加轴向力，在低压胀形阶段能够实现轴向补料；所述上模具和下模具合模后形成空心柱状结构，所述左推头和右推头与模具内壁以及管材外壁均紧密贴合，中压阶段在左冲头和右冲头的配合下，左推头和右推头能够对预制鼓包件产生挤锻的作用。

4.根据权利要求3所述的大变形小圆角薄壁空心构件的成形方法，其特征在于：该方法首先将空心管件装配到所述成形模具中，然后对空心管件进行分步成形，分步成形包括按顺序进行的如下三个阶段：

(1)第一阶段为低压胀形，过程为：上模具、下模具、左推头和右推头保持不动，液压系统逐渐提高液体压力P，左冲头和右冲头在轴向力F₁作用下产生轴向位移，此时管件完全处于液压胀形状态，形成预制鼓包后，冲头进给结束，管件第一阶段成形完成；

(2)第二阶段为中压挤锻，过程为：上模具和下模具保持不动，液压系统继续增加内压P，左推头和右推头在轴向力F2作用下，左冲头和右冲头在轴向力F1作用下，同时产生轴向进给，此时在内压辅助下，通过模具、冲头和推头对预制鼓包所产生的变形作用，使管材的胀形部分受到了挤锻作用，当左冲头和右冲头以及左推头、右推头轴向进给结束时，管件第二阶段成形完成，此时除管材胀形部分的小圆角部位外，其他部分均已经全部贴模成形；

(3)第三阶段为高压整形，过程为：上模具、下模具、左推头、右推头、左冲头和右冲头都保持不动，但是需要施加轴向力F₁和F₂，，继续提高系统内压P，使小圆角处产生变形并贴模，此时零件完全成形，管件第三阶段成形完成。

5.根据权利要求4所述的大变形小圆角薄壁空心构件的成形方法，其特征在于：将空心管件装配到所述成形模具中的过程为：将管件置于下模具中，上模具向下运动合模，左冲头和右冲头轴向移动并密封管件两端，液压系统对管件内部进行充液。

6.根据权利要求4所述的大变形小圆角薄壁空心构件的成形方法，其特征在于：该方法成形过程中，上模具和下模具始终保持不动。

7.根据权利要求4所述的大变形小圆角薄壁空心构件的成形方法，其特征在于：经该方法成形后，空心管件的其径厚比小于85，变形量能达到100％，最小圆角达到1mm。