CN107262583A - 超大型薄板曲面零件数控充液拉深成形方法 - Google Patents

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彭彦君
江鸿
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    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
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    • B21D26/021—Deforming sheet bodies
    • B21D26/027—Means for controlling fluid parameters, e.g. pressure or temperature
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    • B21D26/021—Deforming sheet bodies
    • B21D26/031—Mould construction

Abstract

本发明涉及一种超大型薄板曲面零件数控充液拉深成形方法，根据充液拉深各成形阶段的不同特点，采用变压边力和变液压力优化组合的方式对板料进行充液拉深。由于板料在相对厚度非常小的情况下，极易发生起皱和破裂，因为板料在成形阶段所需压边力和液压力并不相同，该方法通过对不同成形阶段的压边力和液压力进行控制，使超大型薄板在成形过程中避免了起皱和破裂的产生。该方法很大程度上提高了超大型薄板的成形能力和零件的成形质量。并通过优化获得最优变压边力和变液压力加载曲线。从而完成超大型薄板的充液拉深过程。

Description

超大型薄板曲面零件数控充液拉深成形方法
技术领域
本发明涉及一种板材数控液压成形技术，特别涉及一种超大型薄板曲面零件数控充液拉深成形方法。
背景技术
在板材的充液拉深成形过程中，压边力和液压力是影响成形成败和成形质量的两个重要工艺参数。合适的压边力能够成形出不起皱不破裂的零件，而合适的液压力既能提高拉深极限，又可改善壁厚分布的均匀性，提高表面的成形质量，保证成形件具有很高的成形精度。
超大型薄板具有尺寸大，厚度薄的特点，对于相对厚度非常小的板材，成形非常困难，且在成形过程中极易发生起皱和破裂。因此控制好各阶段的成形参数非常重要。而传统的板料冲压成形是不能满足此类零件的成形性能和成形质量的。本文在采用充液拉深技术的情况下，同时采用变压边力和变液压力相结合的方法，有效地控制了板料的成形成败和成形质量。
发明内容
本发明是针对超大型薄板材质成形质量很难保证的问题，提出了一种超大型薄板曲面零件数控充液拉深成形方法，可以显著提高板料的成形性能和零件的成形质量。
本发明的技术方案为：一种超大型薄板曲面零件数控充液拉深成形方法，具体包括如下步骤：
1)参数确定：
1-1)确定板料充液拉深过程中的充液拉深参数，即过程参数；
1-2)确定所选板料的力学性能参数，即材料参数；
1-3)确定凸凹模的尺寸及凸凹模的圆角半径，即设计参数；
1-4)建立三维模型，通过有限元仿真模拟，确定压边力和液压力随时间变化的关键转折点的所在时间，每个转折点为成形初期、成形中期和成形后期三个阶段的划分时间；
2)根据步骤1)中设定的各参数，由防外皱压边力判据、防内皱压边力判据和防破裂压边力判据确定板料的压边力范围；
3)再根据压边力和液压力之间的关系式，确定液压力的变化范围；
4)由所得压边力和液压力，设定与冲压成形各阶段相适应的变压边力加载曲线和变液压力加载曲线；
5)根据设定的充液拉深参数完成板料的充液拉深过程。
所述步骤3)压边力和液压力之间的关系式为：
其中，PCr表示液压力，Fb表示压边力，η为毛坯边缘相对移动位置，m为拉深系数，D0为毛坯直径。
所述步骤4)设定与冲压成形各阶段相适应的变压边力加载曲线和变液压力加载曲线原则为：在板料充液拉深阶段成形初期，压边力和液压力应增长的缓慢些，且成形初期保证施加的压边力能够克服液压力的作用使板料顺利成形；成形中期，压边力和液压力应保持较快的增长，直至到后期压边力和液压力的值达到最大值且保持恒定不变。
本发明的有益效果在于：本发明超大型薄板曲面零件数控充液拉深成形方法，根据充液拉深各成形阶段的不同特点，采用变压边力和变液压力优化组合的方式对板料进行数控充液拉深。由于板料在相对厚度非常小的情况下，极易发生起皱和破裂，因为板料在成形阶段所需压边力和液压力并不相同，该方法通过对不同成形阶段的压边力和液压力进行控制，使超大型薄板在成形过程中避免了起皱和破裂的产生。该方法很大程度上提高了超大型薄板的成形能力和零件的成形质量。并通过优化获得最优变压边力和变液压力加载曲线。从而完成超大型薄板的数控充液拉深过程。
附图说明
图1为本发明实施例1中的模具和板料示意图；
图2为本发明实施例1中的变压边力和变液压力加载曲线图；
图3为本发明实施例2中的变压边力和变液压力加载曲线图。
具体实施方式
本发明所涉及的变压边力和变液压力相结合的用于超大型薄板成形的充液拉深方法，是通过控制板料成形阶段的压边力和液压力，来实现板料的液压成形技术。
为了更加清晰地了解本发明的目的、技术方案和工艺优点，下面结合附图及具体实例，作进一步详细说明。
本发明超大型薄板曲面零件数控充液拉深成形方法具体包括如下步骤：
(1)参数确定：
(1.1)确定板料充液拉深过程中的充液拉深参数，即过程参数；
(1.2)确定所选板料的力学性能参数，即材料参数；
(1.3)确定凸凹模的尺寸及凸凹模的圆角半径，即设计参数；
(1.4)建立三维模型，通过有限元仿真模拟，确定压边力和液压力随时间变化的关键转折点的所在时间，每个转折点为成形初期、成形中期和成形后期三个阶段的划分时间；
(2)根据设定的材料参数、设计参数和过程参数，由防外皱压边力判据、防内皱压边力判据和防破裂压边力判据确定板料的压边力范围；
(3)再根据自行推导出的压边力和液压力之间的关系式，确定液压力的变化范围；
压边力和液压力之间的关系：
式中，PCr表示液压力，Fb表示压边力，η为毛坯边缘相对移动位置，m为拉深系数，D0为毛坯直径。
(4)由所得压边力和液压力，设定与冲压成形各阶段相适应的变压边力加载曲线和变液压力加载曲线；
在板料充液拉深阶段成形初期，压边力和液压力应增长的缓慢些，且成形初期保证施加的压边力能够克服液压力的作用使板料顺利成形。成形中期，压边力和液压力应保持较快的增长，直至到后期压边力和液压力的值达到最大值且保持恒定不变。
(5)根据设定的充液拉深参数完成板料的充液拉深过程。
实施例1
本实施例将该方法用于火箭贮箱箱底的整体成形优化中，其中箱底所用材料为2219铝合金，毛坯直径为7728mm，厚度为2mm，板料的力学性能参数如下表1所示。
表1
成形所用模具和板料尺寸装配图如图1所示(单位为1mm)，凸模的长半轴为2497mm，短半轴为2280mm，凹模口直径为5000mm，凹模圆角半径为198mm。
通过CATIA建模，然后导入专用冲压成形仿真软件DYNAFORM中，通过分析零件的成形情况，确定各个成形阶段所需的压边力和液压力大小的增长情况。
通过设定的各参数，由相关公式确定板料的压边力的范围：FQ＞2685kN.
根据压边力和液压力之间的关系，确定液压力的范围为：PCr＞15MPa
由所得压边力和液压力，设定变压边力和变液压力加载曲线如图2所示。
采用上述变压边力和变液压力的板料充液拉深成形工艺在板材充液成形液压机上拉深，不起皱不破裂，成形后的板料厚度分布均匀，成形质量高。恒定压边力和恒定液压力成形不出此类零件。
实施例2
本实施例将该方法用于火箭贮箱箱底的整体成形优化中，其中箱底所用材料为5A06铝合金，毛坯直径为5510mm，厚度为2mm，板料的力学性能参数如下表2所示。
表2
成形所用凸模的长半轴为1672mm，短半轴为1393mm，凹模口直径为3350mm，凹模圆角半径为198mm。
通过CATIA建模，然后导入专用冲压成形仿真软件DYNAFORM中，通过分析零件的成形情况，确定各个成形阶段所需的压边力和液压力大小的增长情况。
通过设定的各参数，由相关公式确定板料的压边力的范围：Fb＞2229kN.
根据压边力和液压力之间的关系，确定液压力的范围为：PCr＞12MPa
由所得压边力和液压力，设定变压边力和变液压力加载曲线如图3所示。
采用上述变压边力和变液压力的板料充液拉深成形工艺在板材充液成形液压机上拉深，不起皱不破裂，成形后的板料厚度分布均匀，成形质量高。恒定压边力和恒定液压力成形不出此类零件。

Claims (3)

1.一种超大型薄板曲面零件数控充液拉深成形方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)参数确定：
1-1)确定板料充液拉深过程中的充液拉深参数，即过程参数；
1-2)确定所选板料的力学性能参数，即材料参数；
1-3)确定凸凹模的尺寸及凸凹模的圆角半径，即设计参数；
1-4)建立三维模型，通过有限元仿真模拟，确定压边力和液压力随时间变化的关键转折点的所在时间，每个转折点为成形初期、成形中期和成形后期三个阶段的划分时间；
2)根据步骤1)中设定的各参数，由防外皱压边力判据、防内皱压边力判据和防破裂压边力判据确定板料的压边力范围；
3)再根据压边力和液压力之间的关系式，确定液压力的变化范围；
4)由所得压边力和液压力，设定与冲压成形各阶段相适应的变压边力加载曲线和变液压力加载曲线；
5)根据设定的充液拉深参数完成板料的充液拉深过程。
2.根据权利要求1所述超大型薄板曲面零件数控充液拉深成形方法，其特征在于，所述步骤3)压边力和液压力之间的关系式为：
<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>C</mi> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mn>8</mn> <mfrac> <msub> <mi>F</mi> <mi>b</mi> </msub> <mrow> <mi>&amp;pi;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>&amp;eta;</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msup> <mi>m</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <msub> <mi>D</mi> <mn>0</mn> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，PCr表示液压力，Fb表示压边力，η为毛坯边缘相对移动位置，m为拉深系数，D0为毛坯直径。
3.根据权利要求1所述超大型薄板曲面零件数控充液拉深成形方法，其特征在于，所述步骤4)设定与冲压成形各阶段相适应的变压边力加载曲线和变液压力加载曲线原则为：在板料充液拉深阶段成形初期，压边力和液压力应增长的缓慢些，且成形初期保证施加的压边力能够克服液压力的作用使板料顺利成形；成形中期，压边力和液压力应保持较快的增长，直至到后期压边力和液压力的值达到最大值且保持恒定不变。
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