CN110014065A - 一种张口薄壁弯曲半管零件的复合成形模具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种张口薄壁弯曲半管零件的复合成形模具和方法，模具包括上模和下模，上模包括凸模、压边圈、下模包括凹模、调整垫块、导向装置，乳化液灌注在凹模型腔内，板料放置在凹模上表面正确位置，凸模按照设置的位移参数下移，同时凹模液室内的液体压力按照设置的压力进行增压，直至凸模与凹模液室合模。

Description

一种张口薄壁弯曲半管零件的复合成形模具及方法

技术领域

本发明涉及一种半管类零件的塑性成形方法，特别是一种端头具有张口特征的薄壁弯曲半管零件的成形方法及模具。

背景技术

大尺寸高温不锈钢薄壁管在大型飞起管路系统中应用较为广泛，零件长度1米以上，直径超过300mm，零件厚度只有0.6mm－0.8mm。由于零件管径大、厚度薄、沿轴向变截面及零件端头的张口特征，同时受设设备加工能力等因素导致该类型的零件无法采用弯管工艺进行整体成形。针对该类型的零件，通常采用拉深工艺先成形半管零件，然后对半管零件进行扩口，最终将两个半管零件进行拼焊。采用拉深成形时，半管弯曲外侧与弯曲内侧的流料阻力不同，导致在拉深过程中板料与凸模之间产生相对滑动，易造成半管零件内侧起皱的现象，同时凸模与板料之间的相对滑动在板料与凸模接触一侧产生较严重的划伤。半管成形结束后对零件端头扩口时由于半管零件端头无周向约束，在扩口时易造成塑形失稳，导致扩口质量差、扩口尺寸精度低等缺陷，需要进行大量的手工修整，严重影响了零件的表面质量、降低了生产效率。

发明内容

为了解决扩口类薄壁半管零件的内侧起皱、扩口精度差、成形效率低的问题，本发明提供了一种大尺寸张口薄壁半管零件的复合成形模具。

一种张口薄壁弯曲半管零件的复合成形模具，包括上模和下模，上模包括凸模、凸模模座、压边圈、压边圈模座、导板，凸模外形与零件产品外形一致，两端头为球面形状的工艺补充面，球面直径与半管零件的直径一致，在工艺补充面最低点处设有多个排气孔，压边圈中间有凸模通过孔，压边圈下表面设置有两条拉延筋，拉延筋外形和位置对应于半管零件两侧外形和位置，压边圈安装在压边圈模座内，凸模与压边圈模座之间设有导板，凸模沿导板上下运动，压边圈模座与设备的压边滑块相连接并在压边滑块的控制下上下运动；下模包括凹模、凹模座、调整垫块、导向装置，凹模型腔侧面设置有充液接口和排液接口，乳化液通过充液接口灌注在型腔内，通过排液接口排出，凹模嵌入凹模座内，凹模上表面设置拉延槽，与压边圈的拉延筋位置相对应，凹模与凹模座设有调节间距的调整垫块，在压边圈模座和凹模座之间设有导向装置，凸模与凹模通过导向装置运动至合模状态。

一种张口薄壁弯曲半管零件的复合成形方法包括以下几个步骤：

1在压力机上设置凸模位移参数、压边圈压边力、凹模型腔内液体压力参数；

2计算零件成形所需板料尺寸，并进行下料，在板料上下表面铺聚乙烯薄膜；

3调整凹模与压边圈之间的间隙，使得压边间隙控制在1.05－1.2倍的材料厚度；

4将板料放置在凹模上表面正确位置；

5压边圈下移，压边力加载结束后，凸模按照设置的位移参数下移，同时凹模液室内的液体压力按照设置的压力进行增压，直至凸模与凹模液室合模；

6通过充液接口卸载凹模液室内的液体压力，压边圈上移，凸模上移，取出成形后的零件。

本发明的有益效果是：采用被动式充液成形时，在液体压力的作用下能够抑制板料与凸模之间的相对滑动，弯曲半管的内外侧进料更加的均匀，使得已成形部分零件外形得以保持，不会产生相对滑动，同时在液体压力的反胀效果下可以抑制弯曲半管内侧的起皱缺陷。由于液体压力抑制板料与凸模之间的相对滑动，减少了由于相对滑动产生的划伤，进一步提高了零件的表面质量。采用局部刚性模拉深整形的方式能够在被动式充液成形的基础上使弯曲半管零件端头的扩口部分达到贴膜状态。同时局部整形模的设计制造能够减少模具精加工量，缩短模具研配周期，降低模具的制造与调试成本，缩短模具制造周期，提高生产效率。

附图说明

图1为张口薄壁半管零件示意图。

图2为复合成形模具凸模结构图。

图3为复合成形模上模部分。

图4为复合成形模下模部分。

图中编号说明：1压边圈、2压边圈模座、3凸模、4导板、5凸模模座、6排液接口、7充液接口、8凹模模座、9导套、10导柱、11凹模、12板料定位器、13调整垫块、14拉延槽、15承压块、16凹模圆角、17配合型面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明一种张口薄壁半管零件的复合成形方法及模具进行详细说明。

图1所示为一种典型大尺寸张口薄壁弯曲半管零件，一端头具有扩口特征，另外一端无扩口特征。

图2所示为凸模结构图，因为采用被动式充液成形，凸模形式在零件型面的基础上，在两端头进行球形面的工艺补充，一方面球形面过渡圆滑，防止由于应力过度集中产生的破裂现象，另一方面，采用球形面的工艺补充面可以拉深封闭型的零件，保证了凹模液室压力的建立。

图3所示为张口薄壁半管零件复合成形模上模部分，模具结构包括上模和下模两大部分组成，上模包括凸模3、凸模模座5、压边圈1、压边圈模座2、导板4，凸模3外形与半管零件产品外形一致，两端头为球面形状的工艺补充面，球面直径与半管零件的直径一致，在工艺补充面最低点处设有多个排气孔，压边圈1中间有凸模3通过孔，压边圈1下表面设置有两条拉延筋，拉延筋外形和位置对应于半管零件两侧外形和位置，压边圈1安装在压边圈模座2内，凸模3与压边圈模座2之间设有导板4，凸模3沿导板4上下运动，压边圈模座2与设备的压边滑块相连接并在压边滑块的控制下上下运动

图4所示为张口薄壁半管零件复合成形模下模部分，包括：凹模模座8、导套9、导柱10、凹模11、板料定位器12、调整垫块13、承压块15。凹模11型腔侧面设置有充液接口7和排液接口6，充液接口7通过凹模模座8与凹模11相连接。排液接口6与充液接口7结构相似，通过凹模模座8与凹模11相连，排液接口7的位置比充液接口6的位置要低，乳化液通过充液接口7灌注在凹模11型腔内，通过排液接口7排出。凹模11嵌入凹模模座8内，凹模11上表面设置圆形截面拉延槽14，与压边圈1的拉延筋位置相对应。板料定位器12设置在凹模11表面，凹模11与凹模模座8之间设有调整垫块13，调整垫块13为楔形结构，用于调整凹模11与凹模模座8之间的相对位置，最终使得配合型面17达到匹配状态。在压边圈模座2和凹模模座8之间设有导柱10和导套9，凸模3与凹模11通过导柱10和导套9运动至合模状态。在凹模11与压边圈1之间设有承压块15，用于调整凹模11与压边圈1之间的间隙。承压块15为圆柱形垫块。凹模圆角16为渐变式圆角，在凹模11在两端头凹模圆角16大于弯曲半管零件两侧的凹模圆角。配合型面17是凹模11型腔内两端头型面与凸模3两端头的匹配型面，用于凸模3与凹模11合模时的刚性整形，凹模模座8通过定位销固定在双动压力机的工作台面上。

在成形过程中包括以下几个步骤：

1.压力机上设置凸模3位移参数、压边圈1压边力、凹模型腔内液体压力参数；

2.计算零件成形所需板料尺寸，并进行下料，在板料上下表面铺聚乙烯薄膜；

3.调整凹模11与压边圈1之间的间隙，使得压边间隙控制在1.05￣1.2倍的材料厚度；

4.将板料通过板料定位器12放置在凹模上表面正确位置；

5.压边圈1下移，压边力加载结束后，凸模3按照设置的位移参数下移，同时凹模11内的液体压力按照设置的压力参数进行增压，直至凸模3与凹模11合模；

6.通过充液接口7卸载凹模11内的液体压力，压边圈1上移，凸模3上移，取出成形后的零件。

该模具和方法包括被动式充液成形及刚性整形两部分。在被动式充液成形过程中，通过被动式充液成形液体压力的作用，使得半管零件的悬空区反向胀形，形成“软拉延筋”，同时液体压力的作用使得板料与凸模贴合，抑制板料与凸模之间的相对滑动，从而解决半管零件内侧的起皱问题。由于零件尺寸较大，成形过程中液体压力过大易导致悬空区板料反向胀形严重，出现板料折叠或破裂现象，液体压力适中能够有效解决半管零件内侧的起皱问题，但是半管零件端口的扩口特征由于在较小的压力条件下无法完全贴模，因此通过凸模两端头的刚性模进行局部的刚性整形，使零件达到完全贴模状态。

Claims (2)

1.一种张口薄壁弯曲半管零件的复合成形模具，包括上模和下模，其特征在于所述上模包括凸模、凸模模座、压边圈、压边圈模座、导板，凸模外形与零件产品外形一致，两端头为球面形状的工艺补充面，球面直径与半管零件的直径一致，在工艺补充面最低点处设有多个排气孔，压边圈中间有凸模通过孔，压边圈下表面设置有两条拉延筋，拉延筋外形和位置对应于半管零件两侧外形和位置，压边圈安装在压边圈模座内，凸模与压边圈模座之间设有导板，凸模沿导板上下运动，压边圈模座与设备的压边滑块相连接并在压边滑块的控制下上下运动；所述的下模包括凹模、凹模座、调整垫块、导向装置，凹模型腔侧面设置有充液接口和排液接口，乳化液通过充液接口灌注在型腔内，通过排液接口排出，凹模嵌入凹模座内，凹模上表面设置拉延槽，与压边圈的拉延筋位置相对应，凹模与凹模座设有调节间距的调整垫块，在压边圈模座和凹模座之间设有导向装置，凸模与凹模通过导向装置运动至合模状态。

2.一种张口薄壁弯曲半管零件的复合成形方法，其特征在于包括以下几个步骤：

2－1在压力机上设置凸模位移参数、压边圈压边力、凹模型腔内液体压力参数；

2－2计算零件成形所需板料尺寸，并进行下料，在板料上下表面铺聚乙烯薄膜；

2－3调整凹模与压边圈之间的间隙，使得压边间隙控制在1.05－1.2倍的材料厚度；

2－4将板料放置在凹模上表面正确位置；

2－5压边圈下移，压边力加载结束后，凸模按照设置的位移参数下移，同时凹模液室内的液体压力按照设置的压力进行增压，直至凸模与凹模液室合模；

2－6通过充液接口卸载凹模液室内的液体压力，压边圈上移，凸模上移，取出成形后的零件。