CN106311855B - 用于金属薄板的双面液压成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于金属薄板的双面液压成型装置，包括供油系统、第一高压针阀、第二高压针阀、上模、下模和油箱，上模和下模对称分布在待加工的金属薄板的两侧，供油系统通过高压油管分别与上模和下模连接；第一高压针阀分别与油箱和上模连接，第二高压针阀分别与下模和供油系统连接。本发明的优点在于结构简单、安装方便；使用软冲头和凹模成形使得薄板成形性能提高，针对厚度0.01‑0.1mm的薄板都可以进行双面液压成型。

Description

用于金属薄板的双面液压成型装置

技术领域

本发明属于液压成型技术，具体涉及一种用于金属薄板的双面液压成型装置。

背景技术

板材液压成型技术是用板料作为原材，通过对板料施加液体压力使其在给定模具型腔内发生塑性变形，使板材与模具内表面贴合，从而得到所需形状零件的成型技术。近年来，由于汽车和航空工业的快速发展，大量冷成形性能差的材料和结构复杂的零件得到了越来越多的应用，这为板材液压成形技术的发展提供了机遇。板材液压成形作为一种先进的加工工艺，具有模具成本低、 模具制造周期短、 成形极限高等特点，与传统工艺相比，液压成形既节约了能源，降低了成本，又适应了当今产品的小批量、多品种的柔性发展方向，受到世界各国学者的一致关注，其中薄板又由于其厚度方向尺寸微小，成形性能较差，所以提高薄板成形性能具有重要意义。

德国学者S.Novotny等研究了镁合金和铝合金液压热成形，基于材料性能测试，提高温度，不同镁、铝合金的材料性能行为不同，研究了相应材料的合理成形工艺，使之成形性能明显改善，得到更高的拉深率和延伸率。其成型采用液压对成型技术，但是温热成型（300℃）压力要达到350Mpa，对于密封要求高，否则存在安全隐患。哈尔滨工业大学蒋万彪等研制了板材温热背压拉深成形装置，该装置包括拉深系统、加热系统、冷却系统和背压系统等。除了传统拉深功能外，还可以实现对颗粒介质压力的主动控制以及对板材法兰区的均匀加热。背压主要是靠固体颗粒受压来实现，固体颗粒做背压比较适合温热成型，但是对薄板的成形意义不大，且不能径向加压。

中国号201110157894.1公开了《一种提高板材成形极限的方法》，即板材双向加压充液且温热成形方法，该方法能在很大程度上提高板材的成形极限，但没有径向加压功能。中国号201210080123.1公开了《一种提高板材成形极限的装置及利用该装置提高板材成形极限的方法》，解决了现有的用板材成形零件的过程中由于凹模充液室内压力增大，导致悬空区成形零件局部过度减薄而反胀破裂，板材成形受限制的问题，但凹模充液室内压力不可变，没有径向加压功能。中国号201410065771.9公开了《一种板材柔性多点成形装置》，成形作用力实时可调，但结构比较复杂，尺寸较大，对于大型板材可行，但是对薄板的成形意义不大。中国号200510047029.6公开了《一种板材液压或气压成形方法及装置》，根据要成形的零件底面尺寸加工垫板，调节放置在凹模腔中的可动单元群构成零件底面轮廓，将垫板放置在可动单元群上，坯料放置在构成凹模腔的凹模座上，凹模腔截面尺寸与零件截面相同，坯料上面采用压板压边，液压或气压从压板内导入，驱动坯料变形与凹模腔侧壁和可动单元群支撑的垫板贴合，成形所需形状的零件。但结构比较复杂，对于大型板材可行，但是对薄板的成形意义不大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于金属薄板的双面液压成型装置，能有效地改善金属薄板的塑性成形能力，尤其针对0.01-0.1mm金属薄板的成形。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于金属薄板的双面液压成型装置，包括供油系统、第一高压针阀、第二高压针阀、上模、下模和油箱，上模和下模对称分布在待加工的金属薄板的两侧，供油系统通过高压油管分别与上模和下模连接；第一高压针阀分别与油箱和上模连接，第二高压针阀分别与下模和供油系统连接。

所述上模顶部中心开有一个变直径的第一通孔，第一通孔大直径端是上模腔，大直径端位于上模底部，小直径端通过高压油管与供油系统相连；以上模顶部的第一通孔为中心，N个第六通孔均匀分布在上模顶部，3≤N≤8，上模侧壁上开有一个与第一通孔垂直相通的第二通孔，第二通孔通过高压油管与油箱相连，高压油管与油箱之间设有第一高压针阀；上模内开有一个与第二通孔垂直相通的第三通孔，第三通孔的轴线与第一通孔的轴线相平行，第三通孔一端与第二通孔相通，另一端贯穿上模底部。

所述下模顶部中心开有一个变直径的第四通孔，第四通孔大直径端为下模腔，位于下模顶部，且与上模底部的上模腔重合，另一端通过高压油管与供油系统相连；以下模顶部的第四通孔为中心，M个第七通孔均匀分布在下模顶部，M=N，M个第七通孔的轴线与上模的N个第六通孔的轴线分别对应重合；下模侧壁上开有一个与第四通孔垂直相通的第五通孔，第五通孔通过高压油管与供油系统相连，高压油管与供油系统之间设有第二高压针阀，其中第五通孔不与第七通孔相通。

所述供油系统包括PLC触摸屏一体机、液压站、增压器、单向阀和电磁溢流阀，PLC触摸屏一体机与液压站通过电线相连，液压站、增压器、单向阀通过高压油管依次相连，电磁溢流阀与PLC触摸屏一体机通过电线相连，单向阀通过高压油管与上模的第一通孔相连，高压油管与第一通孔之间设有快速接头，给上模腔供油；第二高压针阀通过高压油管与下模的第五通孔相连，高压油管与下模的第五通孔之间设有快速接头，给下模腔供油；下模的第四通孔下端通过快接接头与高压油管一端相连，高压油管的另一端与电磁溢流阀相连，电磁溢流阀由PLC触摸屏一体机控制，电磁溢流阀出口接油箱；上模的第二通孔通过快接接头与第一高压针阀连接，第一高压针阀出口接油箱。

所述待加工的金属薄板位于上模底部的第一通孔和下模顶部的第四通孔之间，且不遮挡上模的第三通孔。

所述第一通孔与待加工的金属薄板接触处设有倒圆角，所述第四通孔与待加工的金属薄板接触处设有倒圆角。

待加工的金属薄板与上模底部和下模顶部的接触面上对称设有第一密封圈，形成动密封；上模和下模的合模面之间设有第二密封圈，形成静密封，且第二密封圈位于第三通孔与上模外壁之间。

所述下模的下模腔内设有成型模具。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

（1）实现厚度为0.01-0.1mm金属薄板的双面液压成型。

（2）软冲头、凹模成形大大提高金属薄板成形性能。

（3）在金属薄板成型过程中，能够对金属薄板径向施压，提高金属薄板的成型性能。

（4）通过PLC触摸屏一体机精确控制电磁溢流阀，使高压油管输出的压力可以按照要求变化，从而可以达到对板材成形过程中加载曲线的精确控制，同时使得径向加压压力可变、可控。

（5）在下模腔内放入不同形状的模具，成型不同形状的零件。

（6）因上模和下模对称性好，可以进行正反向超塑性成型。

附图说明

图1为本发明提出的用于金属薄板的双面液压成型装置的整体结构示意图。

图2为本发明提出的用于金属薄板的双面液压成型装置的俯视图。

图3为图2中C-C剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，一种用于金属薄板的双面液压成型装置，包括供油系统、第一高压针阀6-1、第二高压针阀6-2、上模7、下模8和油箱9，上模7和下模8对称分布在待加工的金属薄板19的两侧，供油系统通过高压油管分别与上模7和下模8连接。第一高压针阀6-1分别与油箱9和上模7连接，第二高压针阀6-2分别与下模8和供油系统连接。

结合图2和图3，沿上模7顶部中心开有一个变直径的第一通孔11，第一通孔11大直径端是上模腔，大直径端位于上模7底部，小直径端通过高压油管与供油系统相连；以上模7顶部的第一通孔11为中心，N个第六通孔12均匀分布在上模7顶部，3≤N≤8，上模7侧壁上开有一个与第一通孔11垂直相通的第二通孔13，第二通孔13通过高压油管与油箱9相连，高压油管与油箱9之间设有第一高压针阀6-1。第二通孔13不与第六通孔12相通。上模7内开有一个与第二通孔13垂直相通的第三通孔10，第三通孔10的轴线与第一通孔11的轴线相平行，第三通孔10一端与第二通孔13相通，另一端贯穿上模7底部。

下模8顶部中心开有一个变直径的第四通孔15，第四通孔15大直径端为下模腔，位于下模8顶部，且与上模7底部的上模腔重合，另一端通过高压油管与供油系统相连。模具设置在下模腔内。以下模8顶部的第四通孔15为中心，M个第七通孔16均匀分布在下模8顶部，M=N，M个第七通孔16的轴线与上模7的N个第六通孔12的轴线分别对应重合。下模8侧壁上开有一个与第四通孔15垂直相通的第五通孔14，第五通孔14通过高压油管与供油系统相连，高压油管与供油系统之间设有第二高压针阀6-2，其中第五通孔14不与第七通孔16相通。

待加工的金属薄板19位于上模7底部的第一通孔11和下模8顶部的第四通孔15之间，且不遮挡上模7的第三通孔10。第一通孔11与待加工的金属薄板19接触处设有倒圆角，第四通孔15与待加工的金属薄板19接触处设有倒圆角。接触处设置倒圆角用于防止板材成型过程中的应力集中，第二通孔13用于排气。待加工的金属薄板19与上模7底部和下模8顶部的接触面上，对称设有第一密封圈18，形成动密封。上模7和下模8的合模面之间设有第二密封圈17，形成静密封。第二密封圈17位于第三通孔10与上模7外壁之间。

供油系统包括PLC触摸屏一体机1、液压站2、增压器3、单向阀4和电磁溢流阀5，PLC触摸屏一体机1与液压站2通过电线相连，液压站2、增压器3、单向阀4通过高压油管依次相连，电磁溢流阀5与PLC触摸屏一体机1通过电线相连，PLC触摸屏一体机1通过控制液压站2的输出压力，液压油从液压站2输出后，经过增压器3增压，再经三通，一路经单向阀4进入上模腔，即单向阀4通过高压油管与上模7的第一通孔11相连，高压油管与第一通孔11之间设有快速接头，给上模腔供油，上模腔中的液压油充当冲头，即为软冲头。另一路经第二高压针阀6-2进入下模腔，即第二高压针阀6-2通过高压油管与下模8的第五通孔14相连，高压油管与下模8的第五通孔14之间设有快速接头，给下模腔供油。

下模8的第四通孔15下端通过快接接头与高压油管一端相连，高压油管的另一端与电磁溢流阀5相连，电磁溢流阀5由PLC触摸屏一体机1控制，电磁溢流阀5出口接油箱9。上模7的第二通孔13通过快接接头与第一高压针阀6-1连接，第一高压针阀6-1出口接油箱9。

实施例1

以加工厚度为0.1mm的金属薄板为例。所采用的薄板材料为304不锈钢，薄板截面为圆形，直径为16mm，厚度为0.1mm。

结合图1，一种用于金属薄板的双面液压成型装置，包括供油系统、第一高压针阀6-1、第二高压针阀6-2、上模7、下模8和油箱9，上模7和下模8对称分布在待加工的金属薄板19的两侧，供油系统通过高压油管分别与上模7和下模8连接。第一高压针阀6-1分别与油箱9和上模7连接，第二高压针阀6-2分别与下模8和供油系统连接。

结合图2和图3，沿上模7顶部中心开有一个变直径的第一通孔11，第一通孔11大直径端是上模腔，大直径端位于上模7底部，小直径端通过高压油管与供油系统相连；以上模7顶部的第一通孔11为中心，四个第六通孔12呈十字对称均匀分布在上模7顶部，上模7侧壁上开有一个与第一通孔11垂直相通的第二通孔13，第二通孔13通过高压油管与油箱9相连，高压油管与油箱9之间设有第一高压针阀6-1。上模7内开有一个与第二通孔13垂直相通的第三通孔10，第三通孔10的轴线与第一通孔11的轴线相平行，第三通孔10一端与第二通孔13相通，另一端贯穿上模7底部。

下模8顶部中心开有一个变直径的第四通孔15，第四通孔15大直径端为下模腔，位于下模8顶部，且与上模7底部的上模腔重合，另一端通过高压油管与供油系统相连。以下模8顶部的第四通孔15为中心，四个第七通孔16呈十字对称均匀分布在下模8顶部，四个第七通孔16与上模7的第六通孔12重合。下模8侧壁上开有一个与第四通孔15垂直相通的第五通孔14，第五通孔14通过高压油管与供油系统相连，高压油管与供油系统之间设有第二高压针阀6-2。

待加工的金属薄板19位于上模7底部的第一通孔11和下模8顶部的第四通孔15之间，且不遮挡上模7的第三通孔10。第一通孔11与待加工的金属薄板19接触处设有倒圆角，第四通孔15与待加工的金属薄板19接触处设有倒圆角。接触处设置倒圆角用于防止板材成型过程中应力集中，第二通孔13用于排气。待加工的金属薄板19与上模7底部和下模8顶部的接触面上，对称设有第一密封圈18，形成动密封。上模7和下模8的合模面之间设有第二密封圈17，形成静密封。第二密封圈17位于第三通孔10与上模7外壁之间。

供油系统包括PLC触摸屏一体机1、液压站2、增压器3、单向阀4和电磁溢流阀5，PLC触摸屏一体机1与液压站2通过电线相连，液压站2、增压器3、单向阀4通过高压油管依次相连，电磁溢流阀5与PLC触摸屏一体机1通过电线相连，PLC触摸屏一体机1通过控制液压站2的输出压力，液压油从液压站2输出后，经过增压器3增压，再经三通，一路经单向阀4进入上模腔，即单向阀4通过高压油管与上模7的第一通孔11相连，高压油管与第一通孔11之间设有快速接头，给上模腔供油，上模腔中的液压油充当冲头，即为软冲头。另一路经第二高压针阀6-2进入下模腔，即第二高压针阀6-2通过高压油管与下模8的第五通孔14相连，高压油管与下模8的第五通孔14之间设有快速接头，给下模腔供油。

下模8的第四通孔15下端通过快接接头与高压油管一端相连，高压油管的另一端与电磁溢流阀5相连，电磁溢流阀5由PLC触摸屏一体机1控制，电磁溢流阀5出口接油箱9。上模7的第二通孔13通过快接接头与第一高压针阀6-1连接，第一高压针阀6-1出口接油箱9。

工作流程如下：

首先使上模7和下模8合模，为了上模7和下模8更好的合模，在上模7和下模8上分别开有导柱孔，在导柱的导向和定位作用下，再安装螺钉，这样上模7和下模8就能很好的合模，完成合模后，通过快接接头将供油系统和上模7、下模8都连接好，第一步供油系统通过上模7上的第一通孔11给上模腔初步供油，通过下模8的第五通孔14给下模腔初步供油，初步供油的过程也是让模腔中的空气排出的一个过程，上模腔和下模腔的充满液压油后压力均维持在2Mpa，液压油依次通过第一通孔11、第二通孔13、第三通孔10进入第一密封圈18、第二密封圈17之间的环形空腔，对板材形成径向推力。上、下模腔初步供油后，关闭第一高压针阀6-1，供油系统通过调节液压站来调节上模腔的压力，板材所受的径向推力也随着上模腔的压力变化而变化，而下模腔的压力通过控制电磁溢流阀5压力来调节。这样板材两面的压力都是可以变化的，只要保持一定压差，就能使板材成型，并可以通过实验得出该种板材最好的成型条件。

采用这种用于金属薄板的双面液压成型装置能显著的提高板材的塑性成形能力，与传统的单面液压成型工艺相比，金属薄板的成形能力能提高15%左右。

本发明可以实现厚度0.01-0.1mm金属薄板的液压成型；采用PLC触摸屏一体机对供油过程及板材双面压力进行控制，与传统的手动操作控制相比，PLC控制更加精准、可靠，响应速度更快。并且，该用于金属薄板的双面液压成型装置采用高压传感器来测量高压油管内的压力，比传统的读数式仪表的测量精度更高，更准确。

由于上模7和下模8对称性好，故本发明可以进行正反向超塑性成型。

Claims (6)

1.一种用于金属薄板的双面液压成型装置，其特征在于：包括供油系统、第一高压针阀（6-1）、第二高压针阀（6-2）、上模（7）、下模（8）和油箱（9），上模（7）和下模（8）对称分布在待加工的金属薄板（19）的两侧，供油系统通过高压油管分别与上模（7）和下模（8）连接；第一高压针阀（6-1）分别与油箱（9）和上模（7）连接，第二高压针阀（6-2）分别与下模（8）和供油系统连接；

所述上模（7）顶部中心开有一个变直径的第一通孔（11），第一通孔（11）大直径端是上模腔，大直径端位于上模（7）底部，小直径端通过高压油管与供油系统相连；以上模（7）顶部的第一通孔（11）为中心，N个第六通孔（12）均匀分布在上模（7）顶部，3≤N≤8，上模（7）侧壁上开有一个与第一通孔（11）垂直相通的第二通孔（13），第二通孔（13）通过高压油管与油箱（9）相连，高压油管与油箱（9）之间设有第一高压针阀（6-1）；上模（7）内开有一个与第二通孔（13）垂直相通的第三通孔（10），第三通孔（10）的轴线与第一通孔（11）的轴线相平行，第三通孔（10）一端与第二通孔（13）相通，另一端贯穿上模（7）底部；

所述下模（8）顶部中心开有一个变直径的第四通孔（15），第四通孔（15）大直径端为下模腔，位于下模（8）顶部，且与上模（7）底部的上模腔重合，另一端通过高压油管与供油系统相连；以下模（8）顶部的第四通孔（15）为中心，M个第七通孔（16）均匀分布在下模（8）顶部，M=N，M个第七通孔（16）的轴线与上模（7）的N个第六通孔（12）的轴线分别对应重合；下模（8）侧壁上开有一个与第四通孔（15）垂直相通的第五通孔（14），第五通孔（14）通过高压油管与供油系统相连，高压油管与供油系统之间设有第二高压针阀（6-2），其中第五通孔（14）不与第七通孔（16）相通。

2.根据权利要求1所述的用于金属薄板的双面液压成型装置，其特征在于：所述供油系统包括PLC触摸屏一体机（1）、液压站（2）、增压器（3）、单向阀（4）和电磁溢流阀（5），PLC触摸屏一体机（1）与液压站（2）通过电线相连，液压站（2）、增压器（3）、单向阀（4）通过高压油管依次相连，电磁溢流阀（5）与PLC触摸屏一体机（1）通过电线相连，单向阀（4）通过高压油管与上模（7）的第一通孔（11）相连，高压油管与第一通孔（11）之间设有快速接头，给上模腔供油；第二高压针阀（6-2）通过高压油管与下模（8）的第五通孔（14）相连，高压油管与下模（8）的第五通孔（14）之间设有快速接头，给下模腔供油；下模（8）的第四通孔（15）下端通过快接接头与高压油管一端相连，高压油管的另一端与电磁溢流阀（5）相连，电磁溢流阀（5）由PLC触摸屏一体机（1）控制，电磁溢流阀（5）出口接油箱（9）；上模（7）的第二通孔（13）通过快接接头与第一高压针阀（6-1）连接，第一高压针阀（6-1）出口接油箱（9）。

3.根据权利要求1所述的用于金属薄板的双面液压成型装置，其特征在于：所述待加工的金属薄板（19）位于上模（7）底部的第一通孔（11）和下模（8）顶部的第四通孔（15）之间，且不遮挡上模（7）的第三通孔（10）。

4.根据权利要求3所述的用于金属薄板的双面液压成型装置，其特征在于：所述第一通孔（11）与待加工的金属薄板（19）接触处设有倒圆角，所述第四通孔（15）与待加工的金属薄板（19）接触处设有倒圆角。

5.根据权利要求1所述的用于金属薄板的双面液压成型装置，其特征在于：待加工的金属薄板（19）与上模（7）底部和下模（8）顶部的接触面上对称设有第一密封圈（18），形成动密封；上模（7）和下模（8）的合模面之间设有第二密封圈（17），形成静密封，且第二密封圈（17）位于第三通孔（10）与上模（7）外壁之间。

6.根据权利要求1所述的用于金属薄板的双面液压成型装置，其特征在于：所述下模（8）的下模腔内设有成型模具。