CN112453164A - 一种用于大尺寸碗状结构件预成形的工艺装备 - Google Patents

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曲宏芬
戴钦
周世杰
呼啸
李�杰
李旭东
吴劲松
杨国平
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黄晶
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Abstract

本发明公开了一种用于大尺寸碗状结构件预成形的工艺装备，属于钣金成形工艺装备技术领域，包括液压机床，还包括凸模座、压边器、凸模、凹模和退料器，所述液压机床上设有供凸模座固定安装的上平台和供凹模固定安装的下平台，所述退料器置于凹模内，所述凸模座的旁侧设有压边器，所述压边器的顶部设有为压边器提供压力的顶杆，所述退料器的底部设有用以将退料器上预成形结构件顶出的退料顶板。本发明通过设置在压边器和凹模上的的拉延筋，延缓流料充分释放变形应力，将凹模和凸模之间成形的间隙设置为料厚的数倍，能够避免成形过程中坯料起皱和开裂。

Description

一种用于大尺寸碗状结构件预成形的工艺装备
技术领域
本发明涉及工艺装备研制领域，特别是一种用于大尺寸碗状结构件预成形的工艺装备。
背景技术
两片罐或二片罐(two-piece can)指的是由罐盖和带底的整体无缝的罐身两个部分组成的金属容器。这类金属容器的罐身采用拉深的方法，形成设定形状，这种成型方法属冲压拉深加工，所以两片罐也常称为拉深罐，具有大扩径与小底托，属于典型的异径两片罐，这种罐子外形美观，差异高，具有很好的标识性，大尺寸碗状结构件在旋压成形时，为解决坯料旋压过程中极易出现的边缘起皱问题，先将板料进行预成形。此前从未进行过这种大型碗状结构件的预成形和工装设计，其成形工装的成形曲面设计及结构是保证旋压成形椭球结构件的关键和基础。但碗状罐结构复杂，在拉伸时存在直面转换锥面、直面转换曲面、曲面转换成更小曲面等过程，在罐体拉伸成型过程中，不可避免的出现悬空变形区，使罐体在成型过程中容易出现失稳起皱以及破裂的现象，引用专利号CN201821584389.9碗状罐的成型模，解决了罐体在成型过程中容易出现失稳起皱以及破裂现象的问题，拉伸模带动罐壁拉伸成型，浮动模随罐壁移动、用于约束罐壁，浮动模包括上模芯、二号下模芯以及托料环，拉伸模包括一号下模芯以及上外模，所述二号下模芯与托料环之间设有三号下模芯。机架上安装有上模座和下模座，上模芯与上外模位于上模座上，其余模具均安装在下模座上，冲压时，上模芯与一号下模芯配合使坯料形成罐底，二号下模芯、托料环均与上外模配合并下降同时上模芯相对上外模上升，形成罐身与翻边，最后上外模侧面的底部与三号下模芯配合，形成扩口与顶盖匹配。
上述装置虽然能够解决大尺寸碗状结构件在成型过程中容易出现失稳起皱以及破裂的现象，但是在旋压过程中任然会出现的边缘起皱问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于大尺寸碗状结构件预成形的工艺装备，以解决现有技术中旋压过程中会出现的边缘起皱的技术问题。
本发明提供一种用于大尺寸碗状结构件预成形的工艺装备，包括液压机床，还包括凸模座、压边器、凸模、凹模和退料器，所述液压机床上设有供凸模座固定安装的上平台和供凹模固定安装的下平台，所述退料器置于凹模内，所述凸模座的旁侧设有压边器，所述压边器的顶部设有为压边器提供压力的顶杆，所述退料器通过螺栓与凹模固定连接，所述退料器的底部设有用以将退料器上预成形结构件顶出的退料顶板。
进一步的，所述凸模的拉伸成形曲面为特殊设计曲面。
进一步的，所述压边器和凹模上均设置有用以延缓流料和释放变形应力的拉延筋。
进一步的，所述退料器底部设置有刚性顶针。
进一步的，所述凹模和凸模之间设置有间隙。
进一步的，所述凹模、凸模和退料器上均设置有多处气孔。
与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
其一，本发明通过顶杆施加压边力；然后机床上平台带动凸模分次下行，促使坯料发生塑性变形；成形后凸模和压边器上行，退料顶板推动退料器将预成形结构件退出，凸模上的预成形面，解决了旋压工序难以实现的底部成形问题，增加了旋压过程抗失稳能力；成形工装拉延筋特征结构和凹、凸模成形间隙设置，有效避免板料成形过程中起皱现象，得到预期的预成形结构件，为大尺寸碗状结构件的整体旋压成形奠定基础。
其二，通过将凸模的拉伸成形曲面底部设计为椭球面，以解决旋压工序难以实现的底部成形问题；预先成形大端圆柱段，增加旋压过程抗失稳能力；适当增加预拉伸成形深度，减小旋压变形量，缩小壁厚差。
其三，设置在压边器和凹模上的拉延筋，延缓流料充分释放变形应力。
其四，设置在退料器底部的刚性顶针，将成形后零件刻出中心点，作为旋压成形的中心进行定位。
其五，设置的凹模、凸模和退料器上设置的多处气孔用以避免产品成形过程中憋气，造成产品出现鼓包或凹陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为椭球结构件成形过示意图；
图2为本发明的剖视示意图；
图3为本发明凸模的剖视示意图；
图4为本发明凹模拉延筋的局部放大图。
附图标记：凸模座1，压边器2，凸模3，椭球面31，起吊环4，凹模5，退料器6，退料顶板7，拉延筋8。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合图1至图4所示，本发明实施例提供了一种用于大尺寸碗状结构件预成形的工艺装备，包括液压机床，还包括凸模座1、压边器2、凸模3、凹模5和退料器6，所述液压机床上设有供凸模座1固定安装的上平台和供凹模5固定安装的下平台，所述退料器6置于凹模5内，所述凸模座1的旁侧设有压边器2，所述压边器2的顶部设有为压边器2提供压力的顶杆，所述退料器6的底部设有用以将退料器6上预成形结构件顶出的退料顶板7。
具体地，所述凸模3的拉伸成形曲面底部为椭球面31，以解决旋压工序难以实现的底部成形问题；预先成形大端圆柱段，增加旋压过程抗失稳能力；适当增加预拉伸成形深度，减小旋压变形量，缩小壁厚差
具体地，所述凹模5上设有将整个成形装备吊起的起吊环4，所述起吊环4与凹模在凹模铸造时固定连接，，根据成形零件结构特点可知，成形工装外形尺寸较大，主要结构件为铸件，在保证强度的同时，对主要结构件进行合理减重和结构优化，模具总重约40t，对起重轴安全强度进行校核计算，合理设计起吊位置，保证起吊安全性。
具体地，所述压边器2和凹模5上均设置有用以延缓流料和释放变形应力的拉延筋8，从而避免零件边沿出因应力出现形变。
具体地，所述退料器6底部设置有刚性顶针，设置的刚性顶针，用以将成形后零件刻出中心点，作为旋压成形的中心进行定位
具体地，所述凹模5和凸模3之间设置有间隙，将凹模5、凸模3之间的成形间隙为料厚的数倍，从而避免成形过程中坯料起皱和开裂。
具体地，所述凹模5、凸模3和退料器6上均设置有多处气孔，设置的多个气孔用以避免产品成形过程中憋气，从而影响成形后的质量。
为实现大尺寸碗状结构件的预成形，保证成形精度和质量满足要求，本发明对凸模成形曲面参数进行了优化设计，对成形工装结构参数进行特殊设计，具体实施方式如下：
预成形曲面的设计为保证旋压稳定性及最终零件的成形精度，经过计算和反复论证优化，得到凸模成形曲面特征参数如图3所示；工艺提供坯料尺寸为直径3200mm的圆板，成形过程中坯料要全部进入成形区域，并保证外周圆柱段长度≥200mm的直线段和底部局部椭球面的成形；
预成形曲面的底部设计为椭球面，与碗状结构件的椭球底曲面保持一致，实现椭球底的预成形，以解决旋压工序难以实现的底部成形问题，同时作为后继旋压成形的压紧面；
预成形曲面外周为圆柱，直径与碗状结构件圆柱段内径一致；
成形后圆柱段长度在满足后继旋压成形和余量要求前提下，适当增加长度以增加旋压过程抗失稳能力；进行拉伸力和压边力校核计算，增加总的成形曲面深度；
将圆柱段与底部椭球面之间设计为圆锥曲面+过渡圆角，锥角α应小于椭球面边缘切线夹角，曲面特征在具有以上四点要素基础上，保证拉深过程中坯料要全部进入成形区域；
对各部分曲面进行圆滑连接过渡，并包络最终要成形的椭球面，保证成形工艺性和合理性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种用于大尺寸碗状结构件预成形的工艺装备，包括液压机床，其特征在于：还包括凸模座(1)、压边器(2)、凸模(3)、凹模(5)和退料器(6)，所述液压机床上设有供凸模座(1)固定安装的上平台和供凹模(5)固定安装的下平台，所述退料器(6)置于凹模(5)内，所述凸模座(1)的旁侧设有压边器(2)，所述压边器(2)的顶部设有为压边器(2)提供压力的顶杆，所述退料器(6)的底部设有用以将退料器(6)上预成形结构件顶出的退料顶板(7)。
2.根据权利要求1所述的一种用于大尺寸碗状结构件预成形的工艺装备，其特征在于：所述凸模(3)的拉伸成形曲面为特殊设计曲面(31)。
3.根据权利要求1所述的一种用于大尺寸碗状结构件预成形的工艺装备，其特征在于：所述压边器(2)和凹模(5)上均设置有用以延缓流料和释放变形应力的拉延筋(8)。
4.根据权利要求1所述的一种用于大尺寸碗状结构件预成形的工艺装备，其特征在于：所述退料器(6)底部设置有刚性顶针。
5.根据权利要求1所述的一种用于大尺寸碗状结构件预成形的工艺装备，其特征在于：所述凹模(5)和凸模(3)之间设置有间隙。
6.根据权利要求1所述的一种用于大尺寸碗状结构件预成形的工艺装备，其特征在于：所述凹模(5)、凸模(3)和退料器(6)上均设置有多处气孔。
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