CN107695170A - 一种变径筒形件的刚模‑柔性模复合成形装置及方法 - Google Patents

一种变径筒形件的刚模‑柔性模复合成形装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种变径筒形件的刚模‑柔性模复合成形装置及方法，属于板材成形技术领域，包括第一柱塞、压边圈、组合凹模和第二柱塞；通过第一柱塞将板材压入组合凹模型腔，通过第二柱塞将第一柱塞内腔中的粘性介质从介质孔挤出，介质压力作用于待成形板材使其变形，发挥了传统板材刚模成形效率高，零件重复性好的特点，同时发挥了粘性介质压力成形中粘性介质具有粘性附着力和应变速率敏感性的特点，克服了刚模成形无法获得具有复杂型腔零件的问题，同时避免了在成形较大尺寸零件时，在粘性介质压力成形过程中粘性介质填充缓慢，零件成形后大量的粘性介质粘附在金属表面清除时间长的问题。

Description

一种变径筒形件的刚模-柔性模复合成形装置及方法
技术领域
本发明涉及板材成形技术领域，具体为一种变径筒形件的刚模-柔性模复合成形装置及方法。
背景技术
传统的板材成形均采用刚性模具成形零件，具有生产效率高，重复性好，适合大批量生产等优点。但是，对于一些具有复杂型腔及结构复杂的变径零件，受限于固定的刚模结构和形状，采用刚模成形无法成形出所需的形状。板材柔性模成形工艺采用液态的水或液压油、半固态粘性介质或固态的聚氨酯橡胶等作为成形凸模或凹模，另一半采用传统刚模，不仅可以降低模具加工成本，而且由于柔性模的可流动性，可以填充复杂型腔，在复杂形状零件的成形上具有较大的优势。其中，粘性介质压力成形工艺是采用半固态的、具有一定粘度的高分子聚合物作为柔性模的一种先进成形工艺，采用粘性介质为成形软模，减少了模具的加工成本；介质半固态的特性使得成形过程易于密封，能够产生更大的成形压力；应变速率敏感性使得介质传递的压力能够适应于板材成形过程的需要，从而提高板材成形性。介质粘附力的存在可以促进材料的流动，提高材料成形极限。但是，对于较大尺寸(500mm及以上)零件的成形，粘性介质的充填过程较为缓慢，并且清除粘性介质耗费时间，严重影响成形效率。
针对筒形零件为代表性的大尺寸变径筒形零件，采用传统刚模成形无法获得所需形状，采用粘性介质压力成形则介质填充和清除过程缓慢，成形时间较长。
发明内容
本发明的目的是为解决大尺寸变径筒形件传统刚模无法成形，采用粘性介质压力成形效率低的问题，而提供一种变径筒形件的刚模-柔性模复合成形装置及方法。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种变径筒形件的刚模-柔性模复合成形装置，包括第一柱塞、压边圈、组合凹模和第二柱塞；
所述第一柱塞具有一端封闭另一端敞开的内腔，第一柱塞封闭端设置有介质孔，组合凹模包括两个半凹模，两个半凹模合在一起形成与待成形零件外形相同的型腔，使用时，压边圈位于组合凹模的上方，压边圈和组合凹模之间设置有待成形板材，第一柱塞的封闭端伸入组合凹模型腔，第二柱塞通过第一柱塞的敞开端伸入第一柱塞内腔，第一柱塞内腔中填充有粘性介质。
可选的，所述第一柱塞封闭端设置有四个介质孔。
可选的，所述介质孔的直径为8mm～20mm。
一种变径筒形刚模-柔性模复合成形方法，包括：
步骤一，根据待成形零件的尺寸计算需用的板材尺寸，将待成形板材置于压边圈的下表面与凹模的上表面之间，并施加压边力F1，且将待成形板材夹紧；
步骤二，对第一柱塞施加速率V1，待成形板材被拉深变形为筒形件，直至底部与组合凹模型腔底面接触；
步骤三，在第一柱塞的内腔中填充粘性介质，并将第二柱塞从第一柱塞敞开端置入第一柱塞内腔中，对第一柱塞施加作用力F3，使其位置保持不变，第二柱塞以速度V2向下运动，粘性介质在第二柱塞的作用下通过介质孔流入组合凹模型腔，并作用于板材，板材在粘性介质压力作用下逐渐变形，并最终贴靠组合凹模型腔；
步骤四，将第一柱塞和第二柱塞从组合凹模中移出，打开组合凹模，将成形后的零件取出。
可选的，所述待成形板材的材质为不锈钢，牌号为1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9，厚度为0.8mm-2.0mm。
可选的，步骤一中所述的待成形零件为变径筒形零件，其最大直径为500mm-1500mm。
可选的，步骤三中所述的粘性介质为分子量范围在500Kg/mol～750Kg/mol之间的甲基乙烯基硅橡胶，其物态为半固态。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种变径筒形件的刚模-柔性模复合成形装置及方法，通过第一柱塞将板材压入组合凹模型腔，通过第二柱塞将第一柱塞内腔中的粘性介质从介质孔挤出，介质压力作用于待成形板材使其变形，发挥了传统板材刚模成形成形效率高，零件重复性好的特点，发挥了粘性介质压力成形中粘性介质具有粘性附着力和应变速率敏感性的特点，可以促进材料的流动，提高材料的成形极限。并且，填充的粘性介质的体积较小，填充和清除均缩短大量时间，提高了生产效率；该方法克服了刚模成形无法获得具有复杂型腔零件的问题，同时避免了在成形较大尺寸零件时，在粘性介质压力成形过程中粘性介质填充缓慢，零件成形后大量粘性介质粘附在金属表面清除时间长的问题。
附图说明
图1为利用本发明刚模-柔性模复合成形方法对待成形板材进行刚模拉深成形的初始状态时整体结构主剖视图；
图2为刚模拉深成形完成时本发明的整体结构主剖视图；
图3为填充完粘性介质后对待成形板材继续进行粘性介质压力成形的初始状态时本发明的整体结构主剖视图；
图4为粘性介质压力成形中期时本发明的整体结构主剖视图；
图5为采用刚模-柔性模复合成形方法成形出最终零件时整体结构主剖视图。
图中：1.第一柱塞、2.压边圈、3.待成形板材、4.组合凹模、5.第二柱塞、6.粘性介质。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图3所示，一种变径筒形件的刚模-柔性模复合成形装置，包括第一柱塞1、压边圈2、组合凹模4和第二柱塞5；第一柱塞1具有一端封闭另一端敞开的内腔，第一柱塞1封闭端设置有介质孔11，组合凹模4包括两个半凹模，两个半凹模合在一起形成与待成形零件外形相同的型腔41，使用时，压边圈2位于组合凹模4的上方，压边圈2和组合凹模4上、下正对设置，压边圈2和组合凹模4之间设置有待成形板材3，第一柱塞1的封闭端伸入组合凹型腔41，第二柱塞5通过第一柱塞1的敞开端伸入第一柱塞内腔，第一柱塞5内腔中填充有粘性介质6。
其中，第一柱塞1封闭端设置有四个介质孔11，四个介质孔11沿第一柱塞1截面均布，用于使粘性介质6通过介质孔11进入组合凹模4型腔41，第一柱塞1和第二柱塞5均为圆柱状。
其中，第一柱塞1底部四个介质孔11的直径为8mm～20mm。选择该孔直径即可以保证粘性介质6的流动加载速率，又能保证柱塞的强度符合使用要求。
待成形板材3的材质为不锈钢，牌号为1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9，厚度为0.8mm-2.0mm。待成形零件为变径筒形零件，待成形零件的变径中的最大直径D为500mm-1500mm。粘性介质6为分子量在500Kg/mol～750Kg/mol之间的甲基乙烯基硅橡胶，其物态为半固态。采用该分子量范围的甲基乙烯基硅橡胶作为成形柔性模，具有粘附力合适，流动性好，易于密封的特点。
一种变径筒形刚模-柔性模复合成形方法，通过以下步骤实现：
步骤一，如图1所示，根据待成形零件的尺寸计算好需用的板材直径，将待成形板材3置于压边圈2的下表面与凹模的上表面之间，并施加压边力F1，且将待成形板材3夹紧；
步骤二，如图2所示，对第一柱塞1施加速率V1，待成形板材3被拉深变形为筒形件，直至底部与组合凹模4型腔41底面接触；
步骤三，如图3至5所示，在第一柱塞1的内腔中填充粘性介质6，并将第二柱塞5从第一柱塞1敞开端置入第一柱塞1内腔中，对第一柱塞1施加作用力F3，使其位置保持不变，第二柱塞5以速度V2向下运动，粘性介质6在第二柱塞5的作用下通过介质孔11流入组合凹模4型腔41，并作用于板材，板材在粘性介质6压力作用下逐渐变形，并最终贴靠组合凹模4型腔41；
步骤四，将第一柱塞1和第二柱塞5从组合凹模4中移出，打开组合凹模4，将成形后的零件取出，至此，变径筒成形完成。
其中，第一柱塞1底部四个介质孔11的直径为8mm～20mm。选择该孔直径即可以保证粘性介质6的流动加载速率，又能保证柱塞的强度符合使用要求。
步骤二中采用的待成形板材3的材质为不锈钢，牌号为1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9，厚度为0.8mm-2.0mm。
步骤一中待成形零件为变径筒形零件，待成形零件的变径中的最大直径D为500mm-1500mm。
步骤三中粘性介质6为分子量在500Kg/mol～750Kg/mol之间的甲基乙烯基硅橡胶，其物态为半固态。采用该分子量范围的甲基乙烯基硅橡胶作为成形柔性模，具有粘附力合适，流动性好，易于密封的特点。
需要说明的是，在本发明中所提到的大尺寸变径筒形零件指直径大于500mm的变径筒形零件。
本发明所举的具体实施例仅是对此发明精神的诠释，本发明技术领域的技术人员可以对描述的具体实施例进行修改或类似的方法替代，并不偏离本发明的精神。

Claims (7)

1.一种变径筒形件的刚模-柔性模复合成形装置，其特征在于，包括第一柱塞(1)、压边圈(2)、组合凹模(4)和第二柱塞(5)；
所述第一柱塞(1)具有一端封闭另一端敞开的内腔，第一柱塞(1)封闭端设置有介质孔(11)，组合凹模(4)包括两个半凹模，两个半凹模合在一起形成与待成形零件外形相同的型腔(41)，使用时，压边圈(2)位于组合凹模(4)的上方，压边圈(2)和组合凹模(4)之间设置有待成形板材(3)，第一柱塞(1)的封闭端伸入组合凹模型腔(41)，第二柱塞(5)通过第一柱塞(1)的敞开端伸入第一柱塞(1)的内腔，第一柱塞(1)内腔中填充有粘性介质(6)。
2.如权利要求1所述的一种变径筒形件的刚模-柔性模复合成形装置，其特征在于，所述第一柱塞(1)封闭端设置有四个介质孔(11)。
3.如权利要求2所述的一种变径筒形件的刚模-柔性模复合成形装置，其特征在于，所述介质孔(11)的直径为8mm～20mm。
4.基于权利要求1至3中任一项所述的一种变径筒形件的刚模-柔性模复合成形装置的成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，根据待成形零件的尺寸计算需用的板材尺寸，将待成形板材(3)置于压边圈(2)的下表面与组合凹模(3)的上表面之间，并施加压边力F1，且将待成形板材(33)夹紧；
步骤二，对第一柱塞(1)施加速率V1，待成形板材(3)被拉深变形为筒形件，直至底部与组合凹模型腔(41)底面接触；
步骤三，在第一柱塞(1)的内腔中填充粘性介质(6)，并将第二柱塞(5)从第一柱塞(1)敞开端置入第一柱塞(1)内腔中，对第一柱塞(1)施加作用力F3，使其位置保持不变，第二柱塞(5)以速度V2向下运动，粘性介质(6)在第二柱塞(5)的作用下通过介质孔(11)流入组合凹模型腔(41)，并作用于板材，板材在粘性介质(6)压力作用下逐渐变形，并最终贴靠组合凹模型腔(41)；
步骤四，将第一柱塞(1)和第二柱塞(5)从组合凹模(4)中移出，打开组合凹模(4)，将成形后的零件取出。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述待成形板材(3)的材质为不锈钢，牌号为1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9，厚度为0.8mm-2.0mm。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤一中所述的待成形零件为变径筒形零件，其最大直径为500mm-1500mm。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤三中所述的粘性介质(6)为分子量范围在500Kg/mol～750Kg/mol之间的甲基乙烯基硅橡胶，其物态为半固态。
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