CN106180419A - 一种板坯差温拉深成形用凹模、模具、装置以及拉深方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属加工技术领域，公开了一种板坯差温拉深成形用凹模、模具、装置以及拉深方法，所述凹模上设有用于向所述凹模的凹槽内通入冷却气体的进气通道、以及用于将所述冷却气体排出至所述凹槽外的排气通道；所述模具包括竖直方向依次设置的凸模、压边装置和凹模；所述装置包括压机和所述模具；所述拉深方法包括步骤1：将板坯压紧于压边装置和凹模之间；步骤2：在凹模的凹槽内拉深所述板坯。本发明提供的技术方案可提高板坯的极限变形程度、进而提高板坯的拉深性能。

Description

一种板坯差温拉深成形用凹模、模具、装置以及拉深方法

技术领域

本发明涉及金属加工领域，具体地，涉及一种板坯差温拉深成形用凹模，进一步，本发明还涉及一种板坯差温拉深模具，一种板坯差温拉深装置以及一种板坯差温拉深成形方法。

背景技术

对于以薄壁和大表面积为特征的板类零件，为了将其加工成壁薄且力学性能良好的预定形状零件，拉深成形是切实可行的方法。以将平面板坯拉深成大尺寸薄壁半球为例，开始时平面板坯有位于压边圈下的平面变形区，位于凸、凹模间隙内的自由表面区，以及与凸模顶部接触的塑性变形区；随凸模下行，板坯自由表面区逐渐减小，平面变形区为拉深变形，而塑性变形区为胀形。

拉深件的质量主要取决于拉深件的材料成形性能、成形工艺和成形模具等关键要素，例如，对于低碳钢的板坯，由于其强度和硬度较低，在室温下即可拉深成形，但受限于板坯自身材料成形性能的限制，随着拉深深度的增加，板坯的变形能力会降低，因此，最大拉深深度有限；而对于硬铝合金的板坯来说，由于强度较高，室温塑性差，室温拉深成形非常困难。

为了降低强度较高的板坯的变形抗力，以使强度较高的板坯在较小的拉深力作用下能顺利成形，可以考虑使用温度较高的等温拉深工艺，然而，由于温度越高的等温拉深工艺，板坯的屈强比和均匀变形能力越低，极易使已变形区的金属发生局部流动，导致拉裂，而仅靠整体提高板坯拉深温度无法进一步提高板坯的温热变形能力。因此，需要提供一种新的技术方案，以提高板坯的拉深性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种板坯差温拉深成形用凹模、模具、装置以及拉深方法，以提高板坯的极限变形程度，提高板坯的拉深性能。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的第一方面提供一种板坯差温拉深成形用凹模，所述凹模上设有用于向所述凹模的凹槽内通入冷却气体的进气通道、以及用于将所述冷却气体排出至所述凹槽外的排气通道。

优选地，所述进气通道的出气口在所述凹槽的侧壁上沿环周方向均匀分布。

优选地，所述进气通道的出气口处的气流方向指向同一区域。

优选地，所述排气通道的进气口位于所述凹槽的底部中心。

优选地，所述凹模的凹槽为球面凹槽。

基于上述板坯差温拉深成形用凹模的技术方案，本发明的第二方面提供一种板坯差温拉深模具，包括竖直方向依次设置的凸模、压边装置和凹模，所述凹模为本发明第一方面提供的凹模。

优选地，所述板坯差温拉深模具还包括凹模平板、以及用于检测所述凹模平板和所述压边装置的温度检测元件，所述凹模平板安装在所述凹模的朝向所述压边装置的一面，所述压边装置和所述凹模平板内安装有加热元件；所述温度检测元件和所述加热元件均信号连接于温控器，从而所述温控器能够根据所述温度检测元件的检测结果控制所述加热元件的加热功率；

所述压边装置通过上模垫板与压机连接，所述上模垫板与所述压边装置之间设有隔热层，所述凹模平板与所述凹模之间设有隔热层。

基于上述板坯差温拉深模具的技术方案，本发明的第三方面提供一种板坯差温拉深装置，所述板坯差温拉深装置包括压机和本发明第二方面提供的板坯差温拉深模具，所述压机包括外滑块、内滑块和固定平台，所述压边装置与所述外滑块连接，所述凸模与所述内滑块连接，所述凹模安装在所述固定平台上。

另外，本发明还提供一种板坯差温拉深成形方法，所述方法包括：

步骤1，将板坯压紧于压边装置和凹模之间；

步骤2，控制凸模朝向所述凹模移动，以在所述凹模的凹槽内拉深所述板坯；

其中，在拉深所述板坯的过程中，向所述凹模的凹槽内通入冷却气体，以使所述板坯与所述凸模相接触的部分的温度低于所述压边装置与所述凹模之间的板坯部分的温度。

优选地，所述步骤1之前还包括：加热所述板坯至预定温度；

所述步骤2还包括：使所述压边装置与所述凹模之间的板坯部分的温度保持在所述预定温度。

在所述步骤2之后，所述坯差温拉深成形方法还包括：

步骤3，将所述板坯从所述压边装置和所述凹模之间取出；

步骤4，对所述板坯进行退火处理；

循环执行所述步骤1-所述步骤4，直至将所述板坯拉深至预定的深度。

优选地，在循环执行所述步骤1-所述步骤4的过程中，

所述步骤4与所述步骤1之间还包括：加热所述板坯至预定温度；

所述步骤2还包括：使所述压边装置与所述凹模之间的板坯部分的温度保持在所述预定温度。

优选地，所述板坯为硬铝合金，所述预定温度为310℃-340℃之间的任意一温度值。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

本发明提供的凹模具有进气通道和排气通道，因此，在板坯拉深成形过程中，可以通过进气通道而向凹模的凹槽内通入冷却气体，以降低凹模的凹槽内的板坯部分的温度，使得凹槽内的板坯部分的流动应力降低，减小了板坯拉深时的径向拉应力，从而减轻了板坯的自由表面区的荷载，使得板坯的极限变形程度提高，因此，提高了板坯的拉深性能；

另外，由于本发明提供的技术方案可以使板坯的极限变形程度提高，因此可以大幅度降低板坯的极限拉深系数，从而减少多道次拉深成形时的拉深次数，提高拉深成形的效率；

另外，由于本发明采用冷却气体降低板坯的塑性变形区的温度，相对于冷却液体而言，冷却气体具有更高的扩散能力，更快的扩散速度，从而可以更加均匀快速地冷却板坯，实现板坯更好的温度控制，并且操作方便，易于实现。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例中板坯拉深成形开始时的结构示意图；

图2是本发明实施例中板坯拉深成形过程中某一时刻的结构示意图；

图3是本发明实施例中板坯拉深成形完成时的结构示意图。

附图标记说明

1-凹模平板；2-板坯；3-压边装置；4-凸模；5-加热元件；6-隔热层；7-进气通道；8-凹模；9-排气通道；10-上模垫板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右，“内、外”是指相对于部件本体的轮廓的内、外。

请参阅图1-图3，本发明实施例的第一方面提供一种板坯差温拉深成形用凹模8，所述凹模8上设有用于向所述凹模8的凹槽内通入冷却气体的进气通道7、以及用于将所述冷却气体排除至所述凹槽外的排气通道9。在板坯2拉深成形过程中，通过所述进气通道7向所述凹槽内通入冷却气体，可以降低凹模8的凹槽内的板坯2部分的温度，如此，可以使凹槽内的板坯2部分的流动应力降低，从而减小了板坯2拉深时的径向拉应力，减轻了板坯2的自由表面区的荷载，使得板坯2的极限变形程度提高，从而可以提高板坯2的拉深性能，增大板坯2的最大拉深深度，并大幅度降低板坯2的极限拉深系数，即，当为了使板坯2达到预定的深度而使用多道次拉深成形时，可以减少多道次拉深成形的拉深次数，提高拉深成形的效率。需要说明的是，所述板坯2的自由表面区指的是凸模4与凹模8之间的板坯2部分。

另外，由于本发明实施例采用冷却气体降低板坯2的塑性变形区的温度，相对于冷却液体而言，冷却气体具有更高的扩散能力，更快的扩散速度，从而可以更加均匀快速地冷却板坯2，实现板坯2更好的温度控制，并且操作方便，易于实现。

上述进气通道7在位置设置不恰当的情况下，会使得由进气通道7而进入凹模8的凹槽内的冷却气体在凹槽内分布不均匀，从而不利于凹槽内的板坯2部分的均匀降温，进一步，不利于板坯2的拉深成形，严重地，可能会导致板坯2拉裂，为了解决此类技术问题，本发明实施例设置所述进气通道7的出气口在所述凹槽的侧壁上沿环周方向均匀分布，如此，由所述进气通道7而进入所述凹槽内的冷却气体可以沿所述凹槽的整个环周方向而包围所述凹槽，从而有利于板坯2的均匀降温，使得凹槽内板坯2各部位的承载能力同步提高，进而有利于更好地提高所述板坯2的拉深性能。

上述技术方案通过使所述进气通道7的出气口在所述凹槽侧壁的环周方向均匀分布可以在一定程度上加强冷却气体在凹槽内的分布均匀性，然而，当所述进气通道7的轴线方向指向不同的区域时，例如在图1-图3中，若凹槽左侧的进气通道7的轴线方向指斜上方，而其右侧的进气通道7的轴线方向指向斜下方，则由所述进气通道7的出气口而进入凹槽内的冷却气体的气流方向也会指向不同的区域，不利于冷却气体在凹槽内的均匀分布，从而不利于凹槽内板坯2的均匀降温；为此，本发明实施例可以将所述凹模8内的进气通道7设计成轴线方向指向同一点的进气通道7，例如在图1-图3中，使所述凹模8内的进气通道7的轴线方向同时指向凹槽的轴线方向，即，使凹模8内所有进气通道7的轴线相交于一点，而该点位于所述凹槽的轴线上，如此，由所述进气通道7的出气口而排出至所述凹槽内的冷却气体的气流方向也可以指向同一区域，从而有利于凹槽内冷却气体的均匀分布。在一具体实施例中，为了使得所述冷却气体能够更加快速有效地对凹槽内的板坯2部分进行降温，所述进气通道7的轴线方向可以与所述凹槽的径向重合，从而所有进气通道7的轴线均垂直于凹槽的轴线并相较于凹槽的轴线上的一点。此外，与将所述进气通道7设计成弯曲通道，或者将所述进气通道7在所述凹模8内沿任意方向设置的技术方案相比较，将所述进气通道7设计成轴线与所述凹槽的轴线垂直并相交的进气通道7还可以最大程度上缩短所述冷却气体由进气通道7的进气口而进入至所述凹槽内的流动路径，使得凹模8外部的冷却气体可以更加快速地进入所述凹模8的凹槽内，从而可以提高使用冷却气体来冷却凹槽内的板坯2部分的冷却效率。

在另一实施例中，为了使由所述进气通道7的出气口而排出至所述凹槽内的冷却气体可以快速扩散至整个凹槽内，从而更进一步地实现凹槽内板坯2部分的均匀降温，所述进气通道7与所述凹槽的侧壁以圆弧过渡，即，所述进气通道7的出气口处的通道部分由内侧向外侧朝向所述凹槽延伸，并且内径逐渐变大，如此，由所述进气通道7而进入凹槽内的气体可以在所述进气通道7的出气口部位具有更快的扩散速度和更广的扩散区域，从而利于凹槽内的板坯2部分的均匀降温，进一步，有利于更好地提高所述板坯2的拉深性能。

通入至所述凹模8的凹槽内的冷却气体，在所述凹槽内对板坯2进行冷却后，再经由所述排气通道9而排出至所述凹槽外部，所述排气通道9的进气口的设置位置可以有多种，一般地，请参阅图1-图3，由于凸模4朝向凹模8而向下运动，在凸模4的推动下，气流方向向下，为了便于将所述冷却气体排出至所述凹槽外部，所述排气通道9的进气口例如可以设置在所述进气通道7的进气口下方的凹槽侧壁上的任意一位置，而考虑到在所述凸模4的运动方向上，气体流速最大，因此，优选地，所述排气通道9的进气口位于所述凹槽的底部，而为了使得冷却气体能够在凹槽内保持适当较长的时间，以在充分冷却板坯2的同时，达到节省冷却气体以降低成本的目的，可以设置数量较少的排气通道9，例如可以设置一个排气通道9，并且该排气通道9设于所述凹槽的底部中心，如此，所述凹模8内各进气通道7的出气口与排气通道9的进气口的距离大致相当，从而由不同进气通道7而进入至凹槽内的气体在凹槽内的停留时间也大致相当，从而，可使得凹槽内不同位置的冷却气体的温度更加均匀，进而，有利于板坯2的均匀降温。

由于板坯2贴合凸模4而在凹模8的凹槽内被拉深，因此，板坯2的拉深形状是由凸模4的形状所决定的，而板坯2的拉深深度受凹槽深度的限制，因此，所述凹模8的凹槽形状可以有多种，一般地，只要所述凹槽的深度大于板坯2的预定拉深深度，并配合具有适合外形的凸模4，即可以实现将所述板坯2拉深成预定深度和形状的零件；然而，考虑到板坯2在拉深到预定深度时，若板坯2未与凹模8的凹槽面相接触，即，凹槽的深度大于板坯2的预定拉深深度，则板坯2拉深到预定深度而停止拉深后，需要控制凸模4以远离凹模8的方向移动，以将拉深成形的板坯2取出，此时，拉深后的板坯2由于形状不稳定，容易产生回弹现象，从而导致成形后的板坯2与预定深度和形状不相匹配的问题，进而不利于板坯2尺寸的精确控制。基于此，可将所述凹模8的凹槽设计成与凸模4的外形相匹配的形状，例如在图1-图3中，为了将板坯2拉深成一个半球状的零件，所述凸模4的下表面为球面，而所述凹模8的凹槽为球面凹槽，按照所述板坯2的预定拉深深度而设计所述凹模8的凹槽深度，如此，可以将所述板坯2拉深至与所述凹槽的凹槽面相贴合的状态，通过凸模4的向下压力而使所述板坯2压紧于所述凸模4与所述凹模8之间，并保持一段时间后再控制凸模4上行，如此，可以对所述板坯2进行定形，而防止板坯2回弹，从而实现板坯2形状和尺寸的精确控制，以得到符合要求的半球形零件。

在一具体实施例中，所述冷却气体可以为惰性性能，由于惰性气体性质不活跃，稳定性较强，安全性较高，能够避免高温着火的可能，从而使得板坯差温拉深成形的实施更加安全，为了便于获取并降低冷却气体的成本，一般地，冷却气体可以选择氩气。

基于本发明实施例的第一方面提供的上述凹模8，本发明实施例的第二方面提供一种板坯差温拉深模具，请参阅图1-图3，所述板坯差温拉深模具包括竖直方向依次设置的凸模4、压边装置3和凹模8，所述凹模8为本发明实施例的第一方面提供的凹模8。在对板坯2进行拉深时，首先将所述板坯2压紧于压边装置3和凹模8之间；然后控制凸模4下行，以在凹模8内拉深所述板坯2；其中，所述压边装置3例如可以为压边圈3，用于防止板坯2拉深过程中，板坯2边缘部分失稳起皱；在拉深所述板坯2的过程中，为了提高所述板坯2的极限变形程度，增大所述板坯2的最大拉深深度，可以向所述凹模8的凹槽内通入冷却气体，以降低所述凹槽内的板坯2部分的温度，从而减小板坯2拉深时的径向拉应力，减轻板坯2的自由表面区的荷载，进而使得板坯2的极限变形程度提高，并提高板坯2的拉深性能。

利用上述板坯差温拉深模具对板坯2进行拉深时，由于板坯2的温度难以控制，因此，只适用于室温条件下进行差温拉深成形，进而，只适用于强度和硬度较低的板坯差温拉深成形，例如低碳钢板坯差温拉深成形，低碳钢差温拉深成形中，通入的冷却气体例如可以为-183℃--195℃的液态氮或液态空气。为了扩大所述板坯差温拉深模具的适用范围，提高所述板坯差温拉深模具的通用性，使板坯差温拉深模具能够同时适用于强度较低和强度较高的板坯差温拉深，进一步，本发明实施例提供的板坯差温拉深模具还包括凹模平板1，所述凹模平板1安装在所述凹模8的朝向所述压边装置3的一面，并且所述凹模平板1和所述压边装置3内安装有加热元件5；如此，板坯2可以压紧于所述凹模平板1和所述压边装置3之间，在拉深所述板坯2的过程中，通过加热元件5对所述凹模平板1和所述压边装置3进行加热，使得所述压边装置3与所述凹模平板1之间的板坯2部分保持在较高的温度下，并且通过进气通道7向凹模8的凹槽内通入冷却气体，以使凹槽内的板坯2部分的温度低于压边装置3与凹模平板1之间的板坯2部分的温度，如此，可以对强度和硬度较高的板坯2，例如硬铝合金，进行高温条件下的差温拉深成形，其中，高温条件指的是板坯2拉深成形过程中，压边装置3与凹模平板1之间的板坯2温度处于较高的条件，例如200℃-400℃，而进行高温条件下的差温拉深成形时，通入的冷却气体可以为常温惰性气体，例如20℃-30℃的氩气。高温条件下的差温拉深成形使得凹槽内已变形的板坯2部分的流动应力降低，减小了板坯2拉深时的径向拉应力，从而减轻了板坯2的自由表面区的荷载，使得板坯2的极限变形程度提高，大幅度降低了板坯2的极限拉深系数，例如，当板坯2为硬铝合金时，用本发明实施例提供的上述差温拉深成形模具进行拉深成形时，可将板坯2的极限拉深系数降低至大约0.3-0.35。

所述加热元件5的安装方式有多种，为了实现压边装置3和凹模平板1的均匀快速加热，下面结合压边装置3和凹模平板1的具体结构给出所述加热元件5的一种优选安装方式，当然，所述加热元件5的安装方式并不限于此。

所述压边装置3为环形，并且所述压边装置3具有与所述板坯2相接触的下表面和与所述下表面相对的上表面，所述上表面上沿所述压边装置3的环周方向凹设有环形加热槽，所述加热元件5为尺寸与所述环形加热槽相适应的环状加热棒，从而所述加热元件5可以镶嵌在所述环形加热槽内。

所述凹模平板1为环形，所述凹模平板1具有与板坯2相接触的上表面以及与该上表面相对的下表面，所述下表面上沿所述凹模平板1的环周方向凹设有环形加热槽，加热元件5为尺寸与该环形加热槽相适应的环状加热棒，从而所述加热元件5可以镶嵌在所述环形加热槽内。

为了更进一步地实现压边装置3和凹模平板1的快速均匀加热，在一具体实施例中，所述加热元件5可以设计为面积较大的加热板，例如，所述压边装置3中加热板覆盖所述压边装置3的整个外表面，而所述凹模平板1中加热板覆盖所述凹模平板1的整个外表面；而在其他实施例中，为了更进一步增大所述加热板与压边装置3之间的接触面积，和/或，所述加热板与所述凹模平板1的接触面积，以提高加热效率，所述加热板与所述压边装置3相接触的面，和/或，所述加热板与所述凹模平板1相接触的面例如可以设计为波浪形平面，或者所述加热板可以整体埋设于压边装置3和/或所述凹模平板1内部，从而使得所述加热板的所有表面均与所述压边装置3和/或所述凹模平板1接触，进而可以进一步增大所述加热板与所述压边装置3和/或所述凹模平板1的接触面积。

此外，板坯2的预定拉深深度不同，对凹模平板1的圆角半径和模面粗糙度的要求也不同，如果直接将板坯2压紧于凹模8的上表面，而对板坯2进行拉深，则针对不同预定拉深深度的板坯2，需要加工具有不同上表面粗糙度和不同圆角半径的凹模8，由于凹模8的体积较大，耗材较多，加工成本较高；因此，可考虑使用体积小，耗材少的凹模平板1安装在凹模8的上表面，通过凹模平板1与压边装置3配合而压紧板坯2，当需要拉深不同预定深度的板坯2时，直接更换凹模平板1即可，由于凹模平板1的体积较小，耗材少，因此，加工更加便利，并且能够极大地节省成本。

在一具体实施例中，所述加热元件5例如可以为电加热元件，从而可通过给所述电加热元件断电而实现加热元件5的控制。

而为了实现所述板坯2温度的精确控制，在一优选实施例中，所述板坯差温拉深模具还包括用于检测所述凹模平板1和所述压边装置3的温度检测元件，所述温度检测元件和所述加热元件5均信号连接于温控器，从而所述温控器能够根据所述温度检测元件的检测结果控制所述加热元件5的加热功率。具体地，所述温度检测元件的结构和类型可以有多种，例如可以为温度传感器，而为了便于温度传感器的安装，所述温度传感器例如可以为热电偶，当然，还可以采用其他类型的温度检测元件，只要所述温度检测元件能实现温度检测即可，对于其具体结构和类型，本发明实施例对此不作限制；安装所述温度传感器时，可以分别在所述压边装置3周缘面上和所述凹模平板1的周缘面上设置一盲孔，从而可以将温度检测元件安装于盲孔内。通过温度检测元件实时反馈压边装置3和凹模平板1的温度，并通过温控器实时调整加热元件5的加热功率，本发明实施例可以将所述板坯2精确控制在预定的温度下，从而有利于板坯2的拉深成形。

板坯2拉深成形时，压边装置3与压机的外滑块相连，从而压边装置3可以在压机的控制下朝向凹模8移动，以将放置于凹模8上的板坯2压紧，一般情况下，由于压边装置3的厚度较薄，不易于实现与压机外滑块的连接，基于此，本发明实施例在压边装置3的外表面上设置了上模垫板10，上模垫板10与压边装置3通过连接件例如螺栓或螺丝可拆卸连接；从而压边装置3可以通过上模垫板10而与压机的外滑块连接；此外，由于外滑块的顶部位置固定，设置上模垫板10还可以补偿为了将压边装置3压紧板坯2时外滑块的下行位移，即外滑块可以向下移动更近的距离而使压边装置3压紧板坯2，从而使得压机压紧板坯2的动作更加易于实现。

在高温条件下对板坯2进行差温拉深成形时，由于凹模8和上模垫板10均与压机连接，并且上模垫板10和凹模8一般情况下导热性较强，因此，用加热元件5给所述压边装置3和凹模平板1加热时，压边装置3和凹模平板1上的热量会迅速通过上模垫板10和凹模8传导至压机上，一方面，高温热传导会损坏压机上的不耐高温的部件，而另一方面会造成压边装置3和凹模平板1的热量损失，导致资源浪费，并且不利于板坯2的温度控制；基于此，本发明实施例在凹模平板1与凹模8之间，以及压边装置3与上模垫板10之间均设置有隔热层6，以防止凹模平板1与压边装置3的热量损失，实现板坯2更好的温度控制，并节省热量资源，保护压机。所述隔热层6的类型可以有多种，例如，所述隔热层6可以为玻璃纤维隔热板、刚玉莫来石砖、石棉或气凝胶毡等，其中，气凝胶毡的隔热效果最好；而为了更进一步地提高所述隔热层6的隔热性能，所述隔热层6例如可以采用真空隔热层，具体地，所述隔热层6为圆环形，包括上隔热环板、下隔热环板、以及用于将所述上隔热环板和所述下隔热环板的内环边缘和外环边缘对应连接以形成封闭的气体屏蔽空间的内周环板和外周环板，其中形成气体屏蔽空间的上述各环板可以为玻璃纤维隔热板或刚玉莫来石砖等。

基于本发明实施例第二方面提供的上述板坯差温拉深模具，本发明实施例的第三方面提供一种板坯差温拉深装置，所述板坯差温拉深装置包括压机和本发明实施例第二方面提供的板坯差温拉深模具，所述压机包括外滑块、内滑块和固定平台，所述外滑块用于连接压边装置3，所述内滑块用于连接凸模4，而所述固定平台用于固定所述凹模8；拉深板坯2时，将所述凹模8安装在所述压机的固定平台上，将压边装置3与压机上的外滑块连接，控制外滑块向下移动，以将板坯2压紧于压边装置3和凹模8之间；再控制内滑块向下移动，以使凸模4在凹模8的凹槽内拉深板坯2。为了提高板坯2的拉深性能，可以在拉深所述板坯2的过程中，向所述凹模8内通入冷却气体，以降低凹槽内板坯2部分的温度。本发明实施例第三方面提供的板坯差温拉深装置的有益效果与本发明第一方面提供的板坯差温拉深成形用凹模8以及第二方面提供的板坯差温拉深模具的有益效果基本相同，此处不再赘述。

另外，本发明实施例还提供一种板坯差温拉深成形方法，所述方法包括：

步骤1，将板坯2压紧于压边装置3和凹模8之间；具体地，请参阅图1-图3，将凹模8固定在压机(图中未示出)的固定平台上，将板坯2定位于凹模8的上表面中心区域，将压边装置3与压机的外滑块(图中未示出)连接，并控制外滑块下移，以使得压边装置3朝向凹模8的上表面移动，直至将板坯2压紧于压边装置3和凹模8之间；

步骤2，控制凸模4朝向所述凹模8移动，以在所述凹模8的凹槽内拉深所述板坯2；具体地，将所述凸模4与压机的内滑块(图中未示出)连接，控制凸模4朝向凹模8的凹槽移动，在压机的控制下，凸模4的下表面接触板坯2，并在凹槽内拉深板坯2；

随着板坯2拉深深度的增加，凹槽内已变形的板坯2部分的变形能力降低，为了提高凹槽内已变形的板坯2部分的变形能力，在拉深板坯2的过程中，可以向凹模8的凹槽内通入冷却气体，例如氩气，从而使得板坯2与凸模4相接触的部分的温度低于压边装置3与凹模8之间的板坯2部分的温度，如此，可以有效减少拉裂的发生。使得板坯2具有更高的拉深性能。

上述板坯差温拉深成形方法中，由于板坯2未被加热，从而只适用于强度较低，硬度较小的板坯差温拉深成形，例如低碳钢板坯的差温拉深成形。为了对强度和硬度较高的板坯2进行拉深，可以在所述步骤1之前，先将板坯2整体加热至预定温度，再将加热后的板坯2压紧于压边装置3和凹模8之间，并且，在所述步骤2中，即，在对板坯2进行拉深的过程中，使得压边装置3和凹模8之间的板坯2部分保持在预定温度下，具体地，可以在凹模8上表面安装凹模平板1，而在凹模平板1内安装加热元件5，并在压边装置3内安装加热元件5，在对板坯2整体加热的同时，将凹模平板1和压边装置3加热至相同的预定的温度，然后再将加热后的板坯2安装于凹模平板1和压边装置3之间，与将加热后的板坯2压紧于压边装置3和凹模平板1之间以前，不加热压边装置3和凹模平板1、或者压边装置3和凹模平板1的加热温度不等于板坯2预定加热温度的技术方案相比，将压边装置3和凹模平板1加热至与板坯2相同的预定温度，可以避免板坯2压紧于压边装置3和凹模平板1之间时，因板坯2同压边装置3或凹模平板1之间的热传导而造成的热量损失，并且实现板坯2温度的精确控制；在对板坯2进行拉深的过程中，通过温度检测元件实时检测凹模平板1的温度和压边装置3的温度，通过温控器接收温度检测元件检测的温度，并且该温控器根据温度检测元件的检测温度实时调整加热元件5的加热功率，从而使得压边装置3和凹模平板1的温度精确保持在预定的温度下。

为了在保证板坯2耐热温度的前提下，充分发挥板坯2的温热成形性能，不同的板坯材料对应有不同的预定温度设置值，例如，对于硬质铝合金板坯的拉深，预定温度值可以设置在大约310℃-340℃之间，而对于镁合金板坯，预定温度可以设置在大约300℃-350℃之间，本领域技术人员可以根据本发明实施例的原理针对不同的材料确定合适的预定温度值。

上述板坯差温拉深形成方法虽然可以在一定程度上提高板坯2的拉深性能，但是当板坯2的表面积较大、板坯2的厚度较小，并且板坯2的预定拉深尺寸例如拉深深度较大时，即使采用上述板坯差温拉深成形方法，也难以一次拉深成形，可以考虑使用多道次拉深成形工序来解决这一问题，以防止板坯2拉裂。

在多道次拉深成形工序中，所述步骤2之后，所述板坯差温拉深成形方法还包括：

步骤3，将所述板坯2从所述压边装置3和所述凹模8之间取出；具体地，将所述压边装置3与压机的外滑块连接，通过压机控制外滑块带动压边装置3以远离凹模8的方向移动，再将所述板坯2从所述压边装置3和所述凹模8之间取出；

步骤4，对所述板坯2进行退火处理；具体地，将板坯2置于退火炉内，在退火炉内将板坯2缓慢加热到一定温度，并保持足够时间，然后以适宜速度冷却至预定的温度后，出炉空冷，以消除每道次拉深板坯2所引起的变形应力，并提高板坯2的延展性和韧性。

将退火处理后的板坯2压紧于压边装置3和凹模8之间，循环执行所述步骤1-所述步骤4，直至将所述板坯2拉深至预定的深度。

需要说明的是，由于板坯2在不同拉深道次中，拉深尺寸不同，而凹模8上表面的平面粗糙度以及凹模8圆角半径对不同拉深尺寸板坯2的拉深性能有着重要的影响，因此，在每道次拉深板坯2时，为了更进一步地提高板坯2的拉深性能，优选地，可以考虑每道次拉深板坯2时采用具有不同上表面粗糙度和凹模8圆角半径的凹模8，而为了防止每道次拉深结束后，板坯2发生回弹现象，优选地，凸模4和凹模8的尺寸相匹配，即，每道次拉深结束时，凸模4的下表面与板坯2的上表面贴合，而板坯2的下表面与凹模8的上表面贴合；每道次拉深结束后，使得板坯2压紧于凹模8与凸模4之间，并保持一段时间，然后控制凸模4上行；而进行下一道次的拉深工序时，则更换与上一道次相比具有不同尺寸的凸模4和凹模8。

上述多道次拉深成形工序中，由于每道次拉深均采用不同的凹模8和凸模4，因此，需要加工多套具有不同的凹模8和凸模4，成本较大，并且，为了更进一步地提高板坯2的拉深性能，每道次使用的凹模8的上表面和圆角部位需要进行精加工处理，但是由于凹模8的尺寸和体积较大，精加工处理凹模8的操作不太便利。因此，可以考虑使用尺寸较小的凹模平板1安装在凹模8的上表面，使凹模平板1与板坯2接触，并且使凹模8具有足够的尺寸，具体地，使凹模8的凹槽的深度大于板坯2的预定拉深深度，如此，每道次拉深结束时，板坯2并不与凹模8的凹槽面相接触，在这种方式下，虽然每道次拉深结束后，板坯2会存在一定程度的回弹现象，但是由于板坯2采用多道次拉深成形，每道次拉深时，板坯2的变形量较小，因此，整个拉深过程结束后，任然可以使板坯2达到预定的形状和尺寸，而存在几乎可忽略不计的微小误差。

进一步，为了使用多道次拉深成形工序来完成强度和硬度较高的板坯2拉深成形，在循环执行所述步骤1-所述步骤4的过程中，

所述步骤4与所述步骤1之间还包括：加热所述板坯2至预定温度，具体地，在第一次拉深板坯2前先将板坯2整体加热至预定温度，并且，在每道次间，板坯2进行退火处理后，先将板坯2整体加热至预定的温度，再将板坯2压紧于凹模8和压边装置3之间；

所述步骤2还包括：使所述压边装置3与所述凹模8之间的板坯2部分的温度保持在所述预定温度；实现该步骤的具体方式可以参照前文所述的方式，此处不再赘述。

为了便于理解本发明实施例提供的上述板坯差温拉深成形方法，下面给出板坯差温拉深模具的一种优选实施例，并结合该优选实施例对本发明实施例提供的上述板坯差温拉深成形方法中的其中一种方法进行详细说明。

请参阅图1-图3，在该优选实施中，所述板坯差温拉深模具包括由上至下依次设置的凸模4、上模垫板10、第一隔热层6、第一加热板5、压边圈3、凹模平板1、第二加热板5、第二隔热层6和凹模8；

其中，所述压边圈3和所述凹模平板1均为圆环形，并且所述压边圈3的上表面加工有同中心的圆环形加热槽，而所述凹模平板1的下表面加工有同中心的圆环形加热槽，所述第一加热板容纳于所述压边圈3的上表面的圆环形加热槽内，并且所述第一加热板的上表面与所述压边圈3的上表面处于同一平面上，而所述第二加热板的下表面与所述凹模平板1的下表面处于同一平面上；所述上模垫板10、所述第一隔热层6以及所述压边圈3的上下表面依次贴合并通过连接件可拆卸连接在一起；所述凹模平板1、所述第二隔热层6以及所述凹模8的上下表面依次贴合并通过连接件可拆卸连接在一起；

所述凸模4的上部为圆柱结构，而下部为半球结构；所述凹模8的凹槽为球面凹槽；并且所述凹模8上沿径向加工有8个冷却气体进气通道7，而所述凹模8的底部中心加工有1个排气通道9。

利用上述板坯差温拉深模具将毛坯直径为2000mm的圆形2219铝合金板坯2加工成半球尺寸为1340mm，壁厚为10mm的半球时，通过多道次拉深成形，整个拉深过程由小到大更换多套不同直径的凸模4和凹模8进行，即每道次拉深使用不同直径的凸模4和凹模8进行，第一套凸模4的下部半球结构的外径为800mm，凹模8深度为200mm；第二套凸模4的下部半球结构的外径为1000mm，凹模8深度为400mm；第三套凸模4的下部半球结构的外径为1200mm，凹模8深度为550mm；第四套凸模4的下部半球结构的外径为1340mm，凹模8深度为670mm。

步骤1，将凹模8安装在压机的固定平台上，将凸模4与压机的内滑块连接，将上模垫板10与压机中的外滑块连接；

步骤2，将板坯2整体加热至310℃-340℃之间，同时将压边圈3和凹模平板1加热至相同的温度；

步骤3，将板坯2定位于凹模8中心；

步骤4，压机控制外滑块下行，使压边圈3压紧板坯2；

步骤5，如图1所示，压机控制内滑块下行，使凸模4下移接触板坯2，并在凹槽内拉深板坯2；其中，在拉深板坯2的过程中，加热压边圈3和凹模平板1，使压边圈3和凹模平板1之间的板坯2部分始终保持在310℃-340℃之间；由于拉深速率过快时，板坯2容易产生拉裂现象，而拉深速率过慢时，板坯2拉深效率无法保证，本实施例中，拉深速率设为20mm/min左右；如图2所示，板坯2在凹模8和凸模4的共同作用下，由原来的平板状逐渐成形为近球状拉深件，在拉深过程中，由进气通道7向凹槽内通入氩气，对板坯2的已变形区进行冷却，而凸模4下行与板坯2已变形区同步冷却，如图3所示，直至拉深成形完成，停止通入冷却气体，并且停止加热压边圈3和凹模平板1；

步骤6，控制凸模4上行，控制压边圈3上行，以将板坯2从压边圈3和凹模平板1之间取出；

步骤7，将板坯2置于退火炉内，按照国标对板坯2进行退火处理，退火规范为：使板坯2随退火炉升温至400℃，升温速率为5℃/min，保温90min后，使板坯2随退火炉冷却至260℃，出炉空冷；

更换下一套凸模4和凹模8，并跳转至步骤1，循环执行步骤1-步骤7，直至将板坯2拉深成内径为1340mm的半球形。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (13)

1.一种板坯差温拉深成形用凹模，其特征在于，所述凹模上设有用于向所述凹模的凹槽内通入冷却气体的进气通道、以及用于将所述冷却气体排出至所述凹槽外的排气通道。

2.根据权利要求1所述的板坯差温拉深成形用凹模，其特征在于，所述进气通道的出气口在所述凹槽的侧壁上沿环周方向均匀分布。

3.根据权利要求2所述的板坯差温拉深成形用凹模，其特征在于，

所述进气通道的出气口处的气流方向指向同一区域。

4.根据权利要求1所述的板坯差温拉深成形用凹模，其特征在于，

所述排气通道的进气口位于所述凹槽的底部中心。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的板坯差温拉深成形用凹模，其特征在于，所述凹模的凹槽为球面凹槽。

6.一种板坯差温拉深模具，包括竖直方向依次设置的凸模、压边装置和凹模，其特征在于，所述凹模为权利要求1-5中任意一项所述的凹模。

7.根据权利要求6所述的板坯差温拉深模具，其特征在于，

所述板坯差温拉深模具还包括凹模平板、以及用于检测所述凹模平板和所述压边装置的温度检测元件，所述凹模平板安装在所述凹模的朝向所述压边装置的一面，所述压边装置和所述凹模平板内安装有加热元件；所述温度检测元件和所述加热元件均信号连接于温控器，从而所述温控器能够根据所述温度检测元件的检测结果控制所述加热元件的加热功率；

所述压边装置通过上模垫板与压机连接，所述上模垫板与所述压边装置之间设有隔热层，所述凹模平板与所述凹模之间设有隔热层。

8.一种板坯差温拉深装置，其特征在于，所述板坯差温拉深装置包括压机和权利要求6-7中任意一项所述的板坯差温拉深模具，所述压机包括外滑块、内滑块和固定平台，所述压边装置与所述外滑块连接，所述凸模与所述内滑块连接，所述凹模安装在所述固定平台上。

9.一种板坯差温拉深成形方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，将板坯压紧于压边装置和凹模之间；

步骤2，控制凸模朝向所述凹模移动，以在所述凹模的凹槽内拉深所述板坯；

其中，在拉深所述板坯的过程中，向所述凹模的凹槽内通入冷却气体，以使所述板坯与所述凸模相接触的部分的温度低于所述压边装置与所述凹模之间的板坯部分的温度。

10.根据权利要求9所述的板坯差温拉深成形方法，其特征在于，

所述步骤1之前还包括：加热所述板坯至预定温度；

所述步骤2还包括：使所述压边装置与所述凹模之间的板坯部分的温度保持在所述预定温度。

11.根据权利要求9所述的板坯差温拉深成形方法，其特征在于，

在所述步骤2之后，所述坯差温拉深成形方法还包括：

步骤3，将所述板坯从所述压边装置和所述凹模之间取出；

步骤4，对所述板坯进行退火处理；

循环执行所述步骤1-所述步骤4，直至将所述板坯拉深至预定的深度。

12.根据权利要求11所述的板坯差温拉深成形方法，其特征在于，在循环执行所述步骤1-所述步骤4的过程中，

所述步骤4与所述步骤1之间还包括：加热所述板坯至预定温度；

所述步骤2还包括：使所述压边装置与所述凹模之间的板坯部分的温度保持在所述预定温度。

13.根据权利要求10或12所述的板坯差温拉深成形方法，其特征在于，

所述板坯为硬铝合金，所述预定温度为310℃-340℃之间的任意一温度值。