CN106862396B - 精密冲压件成形模具及方法 - Google Patents
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Abstract
一种精密冲压件成形模具及方法，该模具包括：凸模机构、凹模机构、设置于凸模机构和凹模机构之间的毛坯以及位于毛坯厚薄易变区域与凹模和凸模机构之间的弹性元件，在成形过程中，精密区域的内表面与凸模机构相接触，外表面与弹性元件相接触。本发明能够获得零件厚度具有足够高的几何尺寸精度IT6～7级，表面粗糙度由Ra＝12.5～25提高到Ra＝0.8～0.4。完全满足飞行器发动机所必需的厚度尺寸精度。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种航天航空发动机制造领域的技术，具体是一种创新的精密冲压件成形模具及方法。
背景技术
常规冲压成形模具所制薄壁壳体冲压件壁厚不均匀，有的局部增厚，有的局部变薄，使其不同截面力学性能相差较大；尺寸精度不高；冲件表面粗糙度一般只能达到Ra25～12.5。不能满足高性能发动机及重要零件需求。为此，要增加整形工序，不仅严重降低生产率，而且也大幅度增加生产成本。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种精密冲压件成形模具及方法，能够获得零件厚度具有足够高的几何尺寸精度IT6～7级，表面粗糙度由Ra＝12.5～25提高到Ra＝0.8～0.4。完全满足飞行器发动机所必需的厚度尺寸精度。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种精密冲压件成形方法，通过在凹模支撑侧与毛坯锥形薄壁壳体局部区域之间放置一弹性元件，在变形过程中通过弹性元件的弹性变形实现毛坯的精确成形，从而得到精密薄壁凸肚零件。
所述的锥形薄壁壳体局部区域具体是指：锥体小端面向上5mm处，即最大增厚区域。
本发明涉及一种实现上述方法的模具，包括：凸模机构、凹模机构、设置于凸模机构和凹模机构之间的毛坯以及位于毛坯厚薄易变区域与凹模与凸模机构之间的弹性元件。在成形过程中，增厚区域的内表面与凸模机构相接触，外表面与弹性组件相接触，弹性组件不仅能将板坯均匀密实压向凸模，消除毛坯在不均匀压缩条件下窟起，而且通过弹性组件直径微量增大阻止近锥形壳体小端局部区域变厚。
所述的凹模机构采用但不限于带有顶杆的支撑体、下压板与凹模的组合。
所述的毛坯，用冲压得到薄壁锥形结构，该结构成形后的壁厚几何尺寸厚度差1～2％。
所述的弹性元件的形状采用但不限于锥环，该锥环可以在弹性范围内变形，在极限变形时其直径可增加0.2～0.8％。
所述的弹性元件采用但不限于已淬火钢65Mn、60Si2Mn、铍青铜QBe2型。
所述的弹性元件已淬火钢65Mn型，830℃油淬，540℃回火，屈服极限为785MPa。
所述的弹性元件的厚度优选为0.5mm。
附图说明
图1为实施例1翻边和成形装置示意图；
图中：1为上锥形压板、2为锥形凹模、3为凸模、4为弹性元件、5为下压板、6为毛坯、7为支撑体、8为承压桶、9为垫板、10为顶杆；
图2为凸肚零件测量略图；
图中：I～VI为六个截面。
具体实施方式
实施例1
本实施例采用图1中的装置实现，具体包括：上锥形压板1和凸模3组成的凸模机构、带有顶杆10的支撑体7、下压板5与锥形凹模2组成的凹模机构、设置于凸模机构和凹模机构之间的锥形结构的毛坯6以及位于毛坯厚薄易变区域与凹模2与凸模机构之间的锥环形弹性元件4，在成形过程中，毛坯厚薄易变区域的内表面与凸模3相接触，外表面与弹性元件4相接触。
所述的上锥形压板1与普通公称压力1MN液压机相连。为了获得薄壁轴对称锥形零件最小壁厚差、薄壁上有凸肚形状且S/Dp＜0.008、0.5＜H/Dp≤0.7；用翻边成形方法制造。
所述的锥形毛坯大头外径Dp＝48mm；小头外径dp＝18mm；板厚S＝0.32mm；锥角α＝20°；
所述的弹性元件的壁厚St＝0.5mm；弹性元件4的锥体部分的大头直径Dt＝20mm；弹性元件4的锥体部分高度h＝7mm；弹性模量E＝220MPa；毛坯和弹性元件之间摩擦系数μ＝0.25；弹性元件外径与下压板工作表面之间间隙△，优选△＝0.1mm；弹性变形极限值εt＝0.8％；强度极限σb＝980MPa。
上述装置通过以下方式实现冲压件成形：首先将锥形结构的毛坯6置于有相同锥角的锥形凹模2上，毛坯被上锥形压板1压住贴近大端部位。随着凸模下降，位于大端被压紧部位毛坯首先完成翻边，直到凸模工作表面与毛坯小端区域接触，处于停滞状态瞬间前还没有压紧弹性元件4。在凸模进一步向下运动时，压紧在凸模和弹性元件之间毛坯下部，弹性元件内表面与凸模表面相一致。如果弹性元件对称轴线与毛坯对称轴线不重合，则弹性元件会自由位移。这也给出可能将毛坯密实均匀压向凸模，并消除毛坯不均匀压缩条件下窟起。
所述的弹性元件使用已淬火钢65Mn制作弹性元件。为防止弹性元件塑性变形，对其扩径时有限制。在此情况下，弹性元件的外径与限制其位移的下压板工作表面之间间隙应该恒定，优选△＝0.1mm。这时毛坯压到凸模上的压力值其中：εθ为按照弹性元件的中径为2R的圆周弹性变形量；E为弹性元件弹性模量，单位为MPa；St为弹性元件厚度，单位为mm。
所述的毛坯小端弹性元件支撑力Fx＝Atμq，其中：At为弹性元件内表面面积；μ为毛坯和弹性组件之间摩擦系数，且在成形条件下，其中：Dt为弹性组件大端直径；S为毛坯厚度；σb为毛坯强度极限。
当则有：在此情况下，近似锥形壳体形状的弹性元件面积其中：α为弹性元件的中径切向和装置轴线之间的锥角，等于凸模工作表面在该点形成的锥角，与凸模半径R相匹配，h为弹性元件高度。
综合上述关系，弹性元件满足：且弹性元件的锥角α满足：tgα≥μ，其中：μ为毛坯和弹性元件之间摩擦系数。
为防止弹性元件塑性变形，弹性元件的外径与限制其位移的下压板工作表面之间间隙恒定且满足其中：△为弹性元件外径与下压板工作表面之间间隙，优选0.1mm；εt为弹性变形极限值；R为凸模小端半径，等于弹性元件中径之半。
在凸模继续下行时，在切向变形接近零时，成形过程在平面变形状态下进行。这时，更大力分布在锥体小端，迫使毛坯变薄，因小端处在翻边部位毛坯比处于大端具有最大厚度。这种状况可以沿零件各个截面工作表面校平零件厚度。
为了确定成形后零件厚度采用分度精度值0.001mm千分表测量。试验前在毛坯上刻画标记，对每一个零件取6个环形截面测量，每个截面上均匀取6个点(图2)。厚度测量结果和统计加工后尺寸示于表1。
表1由铝合金1A30板材厚度0.32mm获得零件厚度值，mm
类似由毛坯铜T3试样加工结果示于表2。
表2由铜合金T3板材厚度0.265mm获得零件厚度值，mm
使用试验模具装备完美完成由锥形毛坯翻边和成形工艺过程，该零件是薄壁轴对称带有凸肚且具有几何参数：S/Dp＜0.008；0.5＜H/Dp≤0.7；Dp/dp＝1.7～2.2，其中H为零件高度。
研究成形后零件几何尺寸厚度差，对薄壁凸肚锥形件，成形后零件几何尺寸厚度差在1～2％。本方法能够获得零件厚度具有足够高的几何尺寸精度IT6～7级，表面粗糙度由Ra＝12.5～25提高到Ra＝0.8～0.4；如飞行器发动机所必需的厚度尺寸精度。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (9)
1.一种精密冲压件成形方法，其特征在于，通过在凹模支撑侧与毛坯的锥形薄壁壳体精密区域之间放置一弹性元件，在变形过程中通过弹性元件的弹性变形实现毛坯的精确成形，从而得到几何尺寸厚度差1～2％的薄壁凸肚零件，所述的弹性元件采用已淬火钢65Mn型、60Si2Mn或铍青铜QBe2型制成。
2.根据权利要求1所述的精密冲压件成形方法，其特征是，所述的已淬火钢65Mn型在830℃下经油淬，在540℃下经回火，其屈服极限为785MPa。
3.一种实现上述任一权利要求所述方法的模具，其特征在于，包括：凸模机构、凹模机构、设置于凸模机构和凹模机构之间的毛坯以及位于毛坯厚薄易变区域与凹模和凸模机构之间的弹性元件，在成形过程中，易增厚区域的内表面与凸模机构相接触，外表面与弹性元件相接触，弹性元件将板坯均匀密实压向凸模并阻止锥形壳体近小端区域局部变厚，通过弹性元件直径微量增大阻止锥形壳体近小端区域局部变厚。
4.根据权利要求3所述的模具，其特征是，所述的凹模机构采用带有顶杆的支撑体、下压板与凹模的组合。
5.根据权利要求3所述的模具，其特征是，所述的弹性元件为锥环结构，该锥环在极限变形时其直径增加0.2～0.8％。
6.根据权利要求3或4所述的模具，其特征是，所述的弹性元件满足：且弹性元件的锥角α满足：tgα≥μ，其中：μ为毛坯和弹性元件之间摩擦系数；εθ为按照弹性元件的中径为2R的圆周弹性变形量；E为弹性元件弹性模量，单位为MPa；St为弹性元件厚度，单位为mm；Dt为弹性元件最大直径，单位为mm；S为毛坯厚度，单位为mm。
7.根据权利要求3或4所述的模具，其特征是，为防止弹性元件塑性变形，弹性元件的外径与限制其位移的下压板工作表面之间间隙恒定且满足其中：△为弹性元件外径与下压板工作表面之间间隙，εt为弹性变形极限值；R为凸模小端半径，亦即弹性元件中径之半。
8.根据权利要求7所述的模具，其特征是，所述的弹性元件外径与下压板工作表面之间间隙为0.1mm。
9.根据权利要求3或5所述的模具，其特征是，所述的弹性元件的厚度为0.5mm。
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