CN111804797A - 一种用于双动冲压复合充液成形的模具及成形工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于双动冲压复合充液成形的模具及成形工艺，包括：一、下模座定位；上模座与压力设备滑块相连；压力设备的顶杆插入模具，顶起压边模；通过软管和增压设备相连，通过充液孔向凸模内注入乳化液对凸模和压边进行初始润滑；二、将板料放到压边模上，压力设备的滑块带动凹模压住压边模持续下行，迫使压力设备的顶杆不断后退，直到上模座与承压块接触；三、乳化液从充液孔注入液室；迫使板料离开凸模，贴覆到凹模上，凹模与板料之间的空气，通过排气孔排出；成形完成后，停止乳化液注入，乳化液在高压作用下回流；四、控制滑块带动凹模上行，打开模具；凸模和板料的密闭空腔内充满了乳化液，形成真空，取出成形后板料。

Description

一种用于双动冲压复合充液成形的模具及成形工艺

技术领域

本发明属于金属压力加工技术领域，尤其是涉及一种用于双动冲压复合充液成形的模具及成形工艺。

背景技术

现有技术和缺陷：

充液成形技术即采用柔性传力介质迫使金属成形的一种先进成形技术。由于其需独特的成形方式，对于钣金零件成形的表面质量、成形极限、成形精度等都有很大的提升作用。且由于成形介质为乳化液，可以成形一些带有冲压负角的零件。但其应用常受到密封限制，必须形成封闭空间才能进行充液。

双动冲压成形技术即在模具凸模和凹模进行合模的运动外，增加压边模的运动。相比传统的单动冲压多了压边模的运动。通过压边模限制材料流动，凸模和凹模闭合压住板料，迫使板料成形的一种冲压成形技术。目前航空领域的进气道零件由于难度普遍较高，很难一次成形，常采用多道次双动冲压成形，辅助人工干预敲修。造成进气道类零件表面质量普遍较差。且由于工艺逼近板材成形极限性能，双动冲压成形过程中板料常在凸模上破裂，废品率极高。

在同时采用充液成形技术和双动冲压成形技术，可在双动冲压成形技术的基础上，进行充液成形。由于单独采用双动冲压成形过程中板料常在凸模上破裂，故允许双动冲压成形最大限度的从压边上向内带入板料，使得板料不发生破裂现象，这会使得板料在凸模侧壁发生微量起皱，这时采用充液成形，可在起皱出现后，通过胀形，将板料膨胀开，褶皱处堆积的板料被膨胀和展开，消除褶皱现象。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于双动冲压复合充液成形的模具及成形工艺，将充液成形和双动冲压成形技术进行有机结合，发挥双动冲压成形技术和充液成形技术的有点，提高材料成形极限，将原有零件工艺从多道次双动冲压成形升级为一道次双动冲压复合充液成形，极大的降低了废品率，提高了生产效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明的目的是提供一种用于双动冲压复合充液成形模具的成形工艺，所述模具包括：下模座（5）、安装在下模座（5）上的凸模（4）和压边模（3）、上模座（1）、安装在上模座（1）上的凹模（2），

所述凹模（2）位于凸模（4）和压边模（3）的正上方；

当所述凹模（2）下行压住板料，使板料和凸模（4）接触时，所述凸模（4）和板料间形成的密闭空腔为液室（13）；所述下模座（5）上开有充液孔（11），乳化液通过充液孔（11）注入凸模（4），最终通过凸模（4）注入到液室（13）内，所述凸模（4）和下模座（5）之间乳化液通道的接缝通过密封圈密封；所述凸模（4）和压边模（3）之间的缝隙采用密封圈密封；

所述压边模外边缘有集水槽（7）和排水孔（8），所述排水孔（7）与集水槽（8）联通；

所述凹模（2）上开有排气孔（16），所述排气孔（16）圆形内径不大于生产用板料的料厚；

所述凸模（4）和压边模（3）的间隙不大于0.5mm，两者配合缝隙处通过密封圈进行密封；

导向块（6）安装于下模座（5）上，所述导向块（6）和压边模（3）、上模座（1）形成滑动配合；

限位勾板（14）安装于下模座（5）上，在压边模（3）向上运动到达工艺所需高度后勾住压边模；

所述成形工艺包含以下步骤：

步骤S1:下模座用定位销在压力设备的工作台上进行定位，通过T形螺钉与压力设备工作台相连；上模座通过T形螺钉与压力设备滑块相连；模具下模座上开有多个顶杆孔，压力设备的顶杆从此插入模具，顶起压边模；下模座开有充液孔，通过软管和增压设备相连，通过充液孔向凸模内注入乳化液对凸模和压边进行初始润滑；

步骤S2：将板料放到压边模上，压力设备的滑块带动凹模压住压边模持续下行，迫使压力设备的顶杆不断后退，直到上模座与承压块接触；

步骤S3：通过操作增压设备，乳化液从充液孔注入液室；液室内充满125Mpa的高压乳化液时，迫使板料离开凸模，贴覆到凹模上，凹模与板料之间的空气，通过排气孔排出；成形完成后，停止乳化液注入，乳化液在高压作用下自然顺着充液孔回流，最终压力下降至0Mpa；

步骤S4：操作压力设备，控制滑块带动凹模上行，打开模具；凸模和板料的密闭空腔内充满了乳化液，形成真空，板料被吸附在凸模上，取出成形后板料。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

（1）本发明将双动冲压成形和充液成形有机结合到一起，一步成形，省却了中间的转运和再定位等时间消耗，使零件得以在较短的时间内完成成形，有效提高零件生产效率。且原来多序合成了一序成形，减少了零件转运所需的人工或机械手等成本消耗，节约了成本。

（2）本发明的双动冲压成形，由于零件中间深凹处面积相对于平板料膨胀了30%以上，单纯的通过双动冲压或充液胀形都会造成板料在零件中间深凹处破裂。但如果通过双动冲压从压边向内聚料，任由深凹处发生起皱，再由液体膨胀开，则可大幅度降低零件中间深凹处的变薄率，提高零件成形极限。

（3）本发明的凸模上开有充液孔，模具工作时，充液孔内注入乳化液，乳化液从凸模流到凹模，持续润滑模具。使得板料上料前无需再涂油润滑。

（4）本发明的凸模和板料之间的形成密闭空腔，故模具工作结束时，密闭空腔内充满乳化液，内部压强小于外界大气压，板料会吸附在凸模上，不会因板料回弹释放而卡在凹模上，导致取料不便。

（5）本发明的压边模开有集水槽，集水槽内乳化液统一从排液孔排出后进行回收和再利用，不会对压力设备产生污染，无需对压力设备进行防水改造。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明优选实施例主视的半剖视图；

图2为本发明优选实施例右视的半剖视图；

图3为本发明优选实施例中限位勾板的局部视图。

附图标记说明：

1、上模座；2、凹模；3、压边模；4、凸模；5、下模座；6、导向块；7、集水槽；8、排水孔；9、YA型密封圈；10、O型密封圈；11、充液孔；12、承压块；13、液室；14、限位勾板；15、平衡块；16、排气孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种用于双动冲压复合充液成形工艺的模具结构，如图1和图2所示，模具包括下模座5、安装在下模座5的凸模4和压边模3、上模座1、安装在上模座1的凹模2，其特征在于：凹模2下行压住板料，使板料和凸模4接触后，凸模4和板料间形成的密闭空腔为液室13；下模座5开有充液孔11，乳化液通过充液孔11注入凸模4，最终通过凸模4注入到液室13内，凸模4和下模座5之间乳化液通道的接缝通过O型密封圈10密封；凸模4和压边模3之间的缝隙采用YA型密封圈9密封。

在上述所说的模具结构内，进一步的，导向块6安装于下模座5内，对上模座5和压边模3进行导向。导向块6和上模座1滑动配合，导向块6和压边模3滑动配合。

在上述所说的模具结构内，进一步的，限位勾板14安装于下模座5内，如图3所示，对压边模3形成位置限制。压边模3一直上升接触限位勾板14后无法继续向上运动，确保压边模3不会脱离模具。

在上述所说的模具结构内，进一步的，承压块12安装于下模座5内，限制上模座向下运动，通过调节上模座1和下模座5之间的位置关系，变相调节安装于上模座1的凹模2和安装与下模座5的凸模4之间的间隙。

在上述所说的模具结构内，进一步的，平衡块15安装于压边模3，和凹模2相接触，通过调节平衡块15的厚度来调节压边模3和凹模2之间的间隙。

在上述所说的模具结构内，进一步的，排气孔16在凹模2上，可以将凹模2和板料之间的多余空气排出，但排气孔16尺寸不得大于生产用板料的料厚，否则高压乳化液容易将板料挤入排气孔，造成板料表面压痕，产生表面质量缺陷。

在上述所说的模具结构内，进一步的，所述压边模3外边缘有集水槽7和排水孔8，排水孔8与集水槽7联通。由于乳化液泄露到压力设备上，容易损坏设备，故需在模具内对乳化液进行回收和再利用，由于凸模4和压边模3已进行密封，多余的乳化液最终都会从压边模3流到外侧，故在压边模3边缘开一圈集水槽7，使乳化液存于集水槽7内，最终通过与集水槽7联通的排水孔8统一收集和再利用。

需要说明的是，乳化液是一种采用特定比例的润滑液、防臭液、切削液、水等液态物质的混合物，用于充液成形，具有润滑、防臭、防锈等作用。

更进一步来讲，本发明模具的板料，在凸模4和压边模3上方，在凹模2下方，被凹模2紧紧压在凸模4和压边模3上。

需要指出的是，本发明和压机设备连接方式如下：下模座5开有连接槽和销孔，用定位销在压力设备的工作台上进行精定位，通过T形螺钉与压力设备工作台相连，通过连接下模座5到工作台，使得安装于下模座5的凸模4和工作台相连，并全程保持固定；上模座1开有连接槽，通过T形螺钉与压力设备滑块相连，使压力设备的滑块可以通过连接上模座1带动凹模2上下运动；模具下模座5上开有多个顶杆孔，压力设备的顶杆可以从此插入模具，顶起压边模3，实现压边模3的上下运动。下模座5开有充液孔11，通过软管和增压设备相连，通过充液孔11向凸模4内注入乳化液并进行加压。

需要说明的是，本发明中，凸模4和凹模2之间存在密闭空腔，密闭空腔使得凸模4和凹模2不接触，这可使得凸模4上发生的起皱不会被凹模2压死，导致后续无法展开。为了降低凸模4处的变薄率，在双动冲压过程中，需要将压边模3处的板料由凸模4向内带入过多。这造成了板料在凸模4侧壁起皱。后续由凸模4向内注入液体，可展平板料的褶皱，解决单靠充液成形造成的零件变薄率过高，极易破裂的问题。

为进一步说明本发明的特点，配合附图详细说明模具工作过程如下：

1.将模具与压机设备进行连接。

2.通过操作压力设备，抬起压力设备滑块，带动上模座1和凹模2上行，打开模具。并操纵压力设备顶杆，插入模具内，将压边模3向上顶出，直到压边模3被限位勾板14勾住，无法继续上行。

3.通过操作增压设备，乳化液从下模座5的充液孔11注入凸模4，并从凸模4上方流出，润滑模具。润滑完成后关闭增压设备。

需要说明的是，乳化液从凸模4内流出对模具形成润滑效果，节约了板料涂油的时间，提高了工作效率。

4.将板料放到压边模3上，操纵压机滑块下行，带动凹模2下行成形板料。完成双动冲压成形步骤。

5.当凹模2与压边模3闭合后，通过平衡块15调节两者之间的间隙，使得间隙和工艺给出参数一致，设备顶杆上升穿过下模座5并顶起压边模3，使压边模3将板料压在凹模2上，通过调整设备顶杆压力来间接控制凹模2和压边模3之间的板料流动。

6.压力设备的滑块带动凹模2压住压边模3持续下行，迫使压力设备的顶杆不断后退，此时，由于凹模2向凸模4运动，板料开始从压边模3和凹模2的缝隙内向凸模4流动，并逐步覆盖凸模4表面。因为板料塑性较差，无法在材料不流动的情况下仅通过自身变薄完整覆盖凸模4，所以必须降低顶杆压力让板料顺畅流入并覆盖凸模4表面。由于板料流入过多，覆盖凸模4表面的板料将发生失稳起皱现象；直到上模座1与承压块12接触时，板料双动冲压步骤即宣告完成。

7.通过操作增压设备，乳化液从充液孔11注入凸模4，由于凹模2和压边模3之间的板料被夹在中间，缝隙极小，能渗漏的液体为有限。故只要凸模4和板料之间缝隙间的乳化液注入速度超过缝隙处液体的渗漏速度，即可在模具内部建立起压力，形成动态的密封效果。此时可认为凹模2和压边3之间形成了刚性密封效果。且凸模4和压边模3之间通过YA型密封圈9进行了密封。故此时，板料和凸模之间形成了封闭液室13。液室13内充满高压乳化液时，将迫使板料离开凸模4，贴覆到凹模2上，这时板料由于贴覆凹模2成形为表面积更大的特征，基于体积不变原则，则板料整体受拉应力展开褶皱。凹模2与板料之间的空气，通过排气孔16排出。成形完成后，停止乳化液注入，使乳化液在高压作用下自然顺着充液孔回流，最终压力下降至0Mpa。

8. 操作压力设备，控制滑块带动凹模2上行，打开模具。需要注意的是，在打开的一瞬间凸模4和板料的密闭空腔内充满了乳化液，故形成真空，使板料被吸附在凸模4上，不会因为回弹而导致板料卡在凹模2而随凹模2一起上升。因此凹模2内无需做顶针等防止板料卡在凹模上的装置，节约成本。

9. 模具打开后，凹模2离开压边模3，乳化液受重力影响自动流出，自动流到压边模3上的集水槽7，并通过排水孔8统一收集过滤后重新回流到增压设备。

10. 通过机械手或人工，取出压边模3上的成形后板料，生产正式完成。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于双动冲压复合充液成形模具，其特征在于，包括：下模座（5）、安装在下模座（5）上的凸模（4）和压边模（3）、上模座（1）、安装在上模座（1）上的凹模（2），

所述凹模（2）位于凸模（4）和压边模（3）的正上方；

当所述凹模（2）下行压住板料，使板料和凸模（4）接触时，所述凸模（4）和板料间形成的密闭空腔为液室（13）；所述下模座（5）上开有充液孔（11），乳化液通过充液孔（11）注入凸模（4），最终通过凸模（4）注入到液室（13）内，所述凸模（4）和下模座（5）之间乳化液通道的接缝通过密封圈密封；所述凸模（4）和压边模（3）之间的缝隙采用密封圈密封；

所述压边模外边缘有集水槽（7）和排水孔（8），所述排水孔（8）与集水槽（7）联通；

所述凹模（2）上开有排气孔（16），所述排气孔（16）圆形内径不大于生产用板料的料厚；

所述凸模（4）和压边模（3）的间隙不大于0.5mm，两者配合缝隙处通过密封圈进行密封；

导向块（6）安装于下模座（5）上，所述导向块（6）和压边模（3）、上模座（1）形成滑动配合；

限位勾板（14）安装于下模座（5）上，在压边模（3）向上运动到达工艺所需高度后勾住压边模。

2.一种基于权利要求1所述用于双动冲压复合充液成形模具的成形工艺，其特征在于：

所述成形工艺包含以下步骤：

步骤S1:下模座用定位销在压力设备的工作台上进行定位，通过T形螺钉与压力设备工作台相连；上模座通过T形螺钉与压力设备滑块相连；模具下模座上开有多个顶杆孔，压力设备的顶杆从此插入模具，顶起压边模；下模座开有充液孔，通过软管和增压设备相连，通过充液孔向凸模内注入乳化液对凸模和压边模进行初始润滑；

步骤S2：将板料放到压边模上，压力设备的滑块带动凹模压住压边模持续下行，迫使压力设备的顶杆不断后退，直到上模座与承压块接触；

步骤S3：通过操作增压设备，乳化液从充液孔注入液室；液室内充满125Mpa的高压乳化液时，迫使板料离开凸模，贴覆到凹模上，凹模与板料之间的空气，通过排气孔排出；成形完成后，停止乳化液注入，乳化液在高压作用下自然顺着充液孔回流，最终压力下降至0Mpa；

步骤S4：操作压力设备，控制滑块带动凹模上行，打开模具；凸模和板料的密闭空腔内充满了乳化液，形成真空，板料被吸附在凸模上，取出成形后板料。

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