CN114309229B - 一种成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种成形‑冲孔‑翻边一体化的冲击液压成形模具及方法，其中，该模具包括上模和下模。上模用于和冲击液压成形设备连接；上模的中空腔体和冲击液压成形设备的液室连通成液室腔；下模设有型腔，型腔的腔壁设有用于成形出冲孔和翻边的成形结构；对坯料进行成形时，将坯料置于下模的上端，上模和下模合模后，坯料位于上模和下模之间，且封堵型腔的敞口，封闭型腔；通过液压成形设备的冲击体打击液室腔内的成形介质表面，产生的应力脉冲沿着成形介质传播至坯料，使坯料逐步发生塑性变形，同时进行冲孔、翻边，成形出目标构件。本发明主要基于冲击液压成形技术对坯料进行整体一道次成形，便可得到具有成形‑冲孔‑翻边耦合特征的目标构件。

Description

一种成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具及方法

技术领域

本发明涉及一种板材成形技术领域，特别是涉及一种成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具及方法。

背景技术

现有技术中，对具有成形-冲孔-翻边耦合特征的复杂板材零件，主要是采用多道次、多工序的成形方法。其中，对于大变形量特征的成形，需要采用多道次拉深成形，往往需要2-4道次。而对于冲孔、翻边等特征，需要采用专用模具进行两次工序，即冲孔工序和翻边工序，进行逐一成形。其中，进行冲孔工序时，主要是采用刚性冲头配合模具，这种方式会对冲孔的精度产生影响，尤其是针对小直径孔的冲制。其中，进行翻边工序时，则需要将冲孔后的零件转移至翻边模具中进行。因此，采用现有技术将板材成形出具有成形-冲孔-翻边耦合特征的构件，一般需要4-6套模具，不仅成本高、成形效率低，而且，各道次、各工序之间的累计误差会造成最终构件存在尺寸精度较低、可靠性差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具及方法，主要目的在于基于冲击液压成形技术对板材坯料进行整体一道次成形，便可得到具有成形-冲孔-翻边耦合特征的目标构件。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具，用于和冲击液压成形设备相配合，对坯料进行成形-冲孔-翻边一体化成形，其包括：

上模，所述上模的上端用于和冲击液压成形设备连接；其中，所述上模设有中空腔体；所述中空腔体的上端设置敞口，用于连通冲击液压成形设备的液室，以使所述中空腔体和液室连通成液室腔；所述中空腔体的下端设置敞口；

下模，所述下模设有型腔，且所述型腔的腔壁设有用于成形出冲孔和翻边的成形结构；其中，所述型腔的上端设置敞口；

其中，对坯料进行成形时，将所述坯料置于所述下模的上端，待上模和下模合模后，坯料位于上模和下模之间，且所述坯料封堵所述型腔的敞口，将所述型腔封闭；通过液压成形设备的冲击体打击液室腔内的成形介质表面产生应力脉冲，应力脉冲沿着成形介质传播至坯料，使坯料逐步发生塑性变形，逐步贴靠所述型腔的腔壁，同时进行冲孔、翻边，一体化成形出目标构件。

优选的，所述成形结构包括：

凹槽，所述凹槽开设在所述型腔的腔壁上；

凸缘体，所述凸缘体位于所述凹槽内，且所述凸缘体具有相对设置的第一端和第二端；其中，所述第二端位于所述凹槽的槽底，所述第一端位于所述凹槽的槽口处；其中，所述第一端的端部和第二端的端部之间通过凹弧状侧面过渡；

其中，所述凸缘体的尺寸满足：D＝d+2×(r+s)；其中，d为所述第一端的端部直径、D为所述第二端的端部直径、r为冲孔的翻边长度、s为坯料的厚度。

优选的，所述凸缘体为类柱体。

优选的，所述凸缘体与所述下模为一体式结构；或所述凸缘体装配在所述凹槽中。

优选的，所述第一端的端部的边缘处设置成刃口。

优选的，所述凹弧状侧面的半径的尺寸为8s-60s；其中，s为坯料的厚度。

优选的，所述凸缘体的纵向截面的两侧呈圆心角为90°的凹弧形。

优选的所述中空腔体的下端敞口和所述型腔的上端敞口上下对应。

优选的，所述型腔包括设置在所述下模的上端部的容置槽，以在将坯料置于所述下模的上端时，所述坯料的边缘处位于所述容置槽内；所述坯料的其他部分封堵所述型腔其他部分的敞口。其中，当所述上模和下模合模后，所述上模与所述坯料的边缘处贴合。

优选的，所述型腔的形状与所要成形出的目标构件的形状适配。

优选的，所述坯料为板材，优选为金属板材。

另一方面，本发明的实施例提供一种采用上述任一项所述的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具，配合冲击液压成形设备，对坯料进行成形-冲孔-翻边一体化成形，成形出目标构件。

优选的，所述方法包括如下步骤：

装配步骤：将模具的上模装配在冲击液压成形设备上，所述上模的中空腔体和冲击液压成形设备上的液室连通形成液室腔；将坯料放置在模具的下模的上端；

合模步骤：将上模和下模进行合模；

冲击液压成形步骤：向所述液室腔内注入成形介质，利用冲击液压成形设备的动力源释放冲击能量，作用于冲击体，使其冲击成形介质表面，产生应力脉冲；所述应力脉冲沿着成形介质传播，作用于坯料，使坯料发生塑性变形，同时在其上冲出特定形状的孔，且孔的外侧翻转形成翻边，得到目标构件。

优选的，所述冲击液压成形步骤，包括以下三个阶段：

高压成形阶段：在所述合模步骤之后，冲击液压成形设备的动力系统开始充能，达到设定值后进行释放，使能量作用于冲击体，冲击体在所释放能量作用下，打击成形介质表面产生应力脉冲；所产生的应力脉冲沿着成形介质传播至坯料，使坯料发生塑性变形；

高压冲孔阶段：所述坯料在应力脉冲的作用下持续塑性变形，并逐渐填充所述型腔。当坯料变形至与凸缘体的第一端的端部接触后，应力脉冲与凸缘体分别对坯料产生作用力，在凸缘体的第一端的端部边缘处和坯料的接触部位存在剪应力，在剪应力作用下，剪切坯料，剪切下的废料留在所述凸缘体的第一端的端部；

高压翻边阶段：坯料在应力脉冲作用下继续塑性变形，并沿着凸缘体的凹弧状侧面继续运动，直至最终贴靠于型腔的腔壁，完成翻边，得到目标构件。

优选的，在所述装配步骤中：将坯料安置在模具的下模的上，且使坯料的边缘处置于容置槽中。

优选的，所述成形介质为液体介质或柔性介质；其中，所述柔性介质选用具有可流动性和可恢复性的材料；优选的，所述柔性介质选用聚氨酯或橡胶。

优选的，在所述冲击液压成形步骤中，所述上模和下模始终保持不动。

再一方面，本发明实施例提供一种成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形装置，包括：冲击液压成形设备和上述任一项所述的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具；其中，所述冲击液压成形模具的上模装配在所述冲击液压成形设备上。

与现有技术相比，本发明的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具及方法至少具有下列有益效果：

一方面，本发明实施例提供的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具，通过设置上模、下模，并使上模能装配到冲击液压成形设备上，且使上模的中空腔体能与冲击液压成形设备的液室连通组合成液室腔，在下模上设置型腔，并在型腔的腔壁上设置用于成形出冲孔和翻边的成形结构；通过上述设置，在上模和下模合模后，液压成形设备的冲击体打击液室腔内的成形介质表面，产生高应力脉冲，高应力脉冲沿着成形介质传播至坯料，使坯料逐步发生塑性变形，与型腔的腔壁贴合，同时在其上冲出冲孔，且使冲孔的外侧翻转形成翻边，一体化成形出目标构件。因此，本实施例提供的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具，基于冲击液压成形技术对坯料只需进行整体一道次成形，无需分步进行拉拔、冲孔、翻边，便可得到质量精度较高的具有成形-冲孔-翻边耦合特征的目标构件。并且，该模具的结构简单，易于制造，成本低廉，可生产大变形量特征构件且减薄率低、表面质量及贴模效果好、成形效率高。

进一步地，本发明实施例提供的一种成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具，通过将型腔中的用于成形出冲孔和翻边的成形结构设计成：开设在型腔的腔壁上的凹槽、及位于凹槽中的凸缘体，并对凸缘体的形状、尺寸进行限定(例如，限定了凸缘体的第一端的端部、第二端的端部与坯料厚度、翻边长度的关系，以及凸缘体的凹弧状侧面的半径等)，以实现在坯料成形过程中进行很好地冲孔、翻边的目的。

另一方面，本发明实施例提供的一种成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形方法，主要是采用上述的冲击液压成形模具、冲击液压成形设备，对坯料进行整体一道次成形，无需分步进行拉拔、冲孔、翻边，便可得到质量精度较高的具有成形-冲孔-翻边耦合特征的目标构件。

综上，本发明提供的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具及方法，借助了成形介质的高速冲击传载特性，可在无刚性冲撞下实现目标构件的成形-冲孔-翻边一体化制造。避免了传统拉拔、冲孔、翻边的分步制造方法所带来的工序繁琐、效率低、成本高、零件质量不好等问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明的实验实施例1的所成形的第一目标构件的三维示意图；

图2为本发明的实验实施例1的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形方法的原理图；

图3为本发明的实验实施例1的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具中的刚性凸缘体的示意图；

图4为本发明的实验实施例2的所成形的第一目标构件的三维示意图；

图5为本发明的实验实施例2的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形方法的原理图；

图6为本发明的实验实施例2的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具中的刚性凸缘体的示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

基于背景技术提到的技术问题，本发明的发明人发现冲击液压成形技术可以仅凭一套模具对坯料(板材，优选金属板材)进行整体成形，通过施加冲击能量、模具的约束和与之匹配的冲击体速度完成整体一道次成形，便可得到具有成形-冲孔-翻边耦合特征的目标构件。下面通过具体实施例详细介绍：

实施例1

如图2-3、图5-6所示，本实施例提供一种成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具，用于和冲击液压成形设备相配合，对坯料进行成形-冲孔-翻边一体化成形。其中，该冲击液压成形模具包括：上模4和下模9。其中，上模4的上端用于和冲击液压成形设备6连接；其中，上模4设有中空腔体；中空腔体的上端设置敞口，用于连通冲击液压成形设备的液室2，以使中空腔体和液室2连通成液室腔；中空腔体的下端设置敞口。下模9设有型腔10，且型腔10的腔壁设有用于成形出冲孔和翻边的成形结构；其中，型腔的上端设置敞口。

其中，对坯料5进行成形时，将坯料5置于下模9的上端，待上模4和下模9合模后，坯料5位于上模4和下模9之间，且坯料5封堵型腔10的敞口，将型腔10封闭。通过液压成形设备的冲击体打击液室腔内的成形介质表面，产生应力脉冲，应力脉冲沿着成形介质传播至坯料5，使坯料5逐步发生塑性变形，逐步贴靠型腔的腔壁，同时在其上冲出特定形状的孔，且孔的外侧翻转成翻边，一体化成形出目标构件。

在此，本实施例提供的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具，通过设置上模4、下模9，并使上模4能装配到冲击液压成形设备6上，且使上模4的中空腔体能与冲击液压成形设备6的液室连通组合成液室腔，在下模9上设置型腔，并在型腔的腔壁上设置用于成形出特定形状的孔，且孔的外侧翻转成翻边的成形结构；通过上述设置，在上模4和下模9合模后，液压成形设备的冲击体打击液室腔内的成形介质表面，产生应力脉冲，应力脉冲沿着成形介质传播至坯料5，使坯料5逐步发生塑性变形，与型腔的腔壁贴合，同时在其上冲出冲孔，且使冲孔的外侧翻转形成翻边，一体化成形出目标构件。因此，本实施例提供的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具，基于冲击液压成形技术对坯料只需进行整体一道次成形，无需分步进行拉拔、冲孔、翻边，便可得到质量精度较高的具有成形-冲孔-翻边耦合特征的目标构件。

其中，在模具中，上模4的中空腔体的下端敞口、下模9的型腔的上端敞口上下对应，以使在整个成形过程中，液室腔内的成形介质与坯料接触。

其中，型腔的形状与所要成形出的目标构件的形状适配，以在成形时，坯料在应力脉冲的作用下，坯料逐步与型腔的腔壁贴靠，完全贴靠后，整体成形出具有成形-冲孔-翻边耦合特征的目标构件。

其中，坯料为板材，优选为金属板材。

较佳地，型腔包括设置在下模9的上端部的容置槽，以在将坯料5置于下模9的上端时，坯料5的边缘处位于容置槽内；坯料5的其他部分封堵型腔10其他部分的敞口。另外，当上模4和下模9合模后，上模与坯料的边缘处贴合。通过上述设置，在上模4和下模9合模后，可提供一定的压边力以及实现型腔10的密封。

实施例2

较佳地，本实施例提供一种成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具，与上一实施例相比，如图2-3、图5-6所示，本实施例对下模9的型腔10中的用于成形出冲孔和翻边的成形结构进行如下设计：

成形结构包括凹槽和凸缘体8。其中，凹槽开设在型腔10的腔壁上；凸缘体8位于凹槽内，凸缘体8具有相对设置的第一端和第二端；其中，第二端位于凹槽的槽底，第一端位于凹槽的槽口处；其中，第一端的端部(第一端的端部为圆形平面)和第二端的端部(外周呈圆形)之间通过凹弧状侧面过渡。其中，凸缘体的尺寸满足：D＝d+2×(r+s)；其中，d为第一端的端部直径、D为所述第二端的端部直径、r为冲孔的翻边长度、s为坯料的厚度。

较佳地，凸缘体8与下模9为一体式结构。或者，凸缘体8和下模为分体式结构，凸缘体8以装配的方式装配在型腔10的凹槽中。

较佳地，凸缘体8的第一端的端部的边缘处设置成刃口，以在成形过程中，当坯料5到达并接触到凸缘体8的第一端的端部时，在高剪切应力作用下实现坯料的剪裁冲孔。

较佳地，关于凸缘体8的凹弧状侧面，进行如下设计：

(1)凸缘体8的纵向截面的两侧呈圆心角为90°的凹弧形(即，该凹弧形为圆形的四分之一)。由于凸缘体的侧面是一个四分之一圆弧面，因此，其凸缘体8的高度和宽度都是这个四分之一圆的半径r。而翻边的长度与凸缘体的高度是一致的。所以，翻边长度即为图2和图5中所示的r。

(2)凹弧状侧面的半径的尺寸为8s-60s；其中，s为坯料的厚度。

在此需要说明的是：当凹弧状侧面的半径的尺寸为8s-60s时，凸缘体可很好的实现冲孔功能；当凹弧状侧面的半径的尺寸>60s时，会出现冲孔不完全或者孔边缘破裂。而凹弧状侧面的半径的尺寸＜8s时，若想实现冲孔所需剪应力太大，这会对设备要求极高。

在此，本实施例提供的一种成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具，通过将型腔10中的用于成形出特定形状的孔，且孔的外侧翻转成翻边的成形结构设计成：开设在型腔10的腔壁上的凹槽、及位于凹槽中的凸缘体8，并对凸缘体的形状、尺寸进行限定(例如，限定了凸缘体8的第一端的端部、第二端的端部与坯料厚度、翻边长度的关系，以及凸缘体8的凹弧状侧面的半径等)，以实现在坯料成形过程中进行很好地冲孔、翻边的目的。

实施例3

另一方面，本实施例提供一种成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形方法，其中，采用上述任一实施例所述的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具，配合冲击液压成形设备，对坯料进行成形-冲孔-翻边一体化成形，成形出目标构件。

较佳地，如图1-图6所示，本实施例的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形方法包括如下步骤：

1)装配步骤：将模具的上模4装配在冲击液压成形设备6上，上模4的中空腔体和冲击液压成形设备6上的液室2连通形成液室腔；将坯料5放置在模具的下模9的上端。

具体地，将坯料5放置在下模9的上端，使坯料5的边缘处位于下模9的上端处的容置槽内。

2)合模步骤：将上模和下模进行合模。

上模4向下运动与下模9完成合模后，上模4与坯料5的边缘处贴合，可同时提供压边力以及对型腔的密封功能。

3)冲击液压成形步骤：向液室腔内注入成形介质，利用冲击液压成形设备的动力源释放冲击能量，作用于冲击体，使其冲击成形介质表面，产生应力脉冲；所述应力脉冲沿着成形介质传播，作用于坯料，使坯料发生塑性变形，同时实现冲孔和翻边，得到目标构件。

具体地，在该步骤中，主要包括以下三个阶段：

高压成形阶段：上模4与下模9在合模后保持不动，冲击液压成形设备6的动力系统开始充能，达到设定值后进行释放，使能量作用于冲击体1，冲击体1在所释放能量作用下，获得很高的速度，打击成形介质3表面产生应力脉冲(应力脉冲的脉冲幅值的变化范围是40-100MPa)；所产生的应力脉冲沿着成形介质2传播至坯料5，使坯料5发生塑性变形。

高压冲孔阶段：上模4和下模9保持不动，坯料5在应力脉冲(高应力脉冲)的作用下持续塑性变形，并逐渐填充型腔10。当坯料5变形至与凸缘体8的第一端的端部接触后，应力脉冲(高应力脉冲)与凸缘体分别对坯料5产生作用力，在凸缘体的第一端的端部边缘处和坯料5的接触部位存在剪应力，在剪应力作用下，剪切坯料，剪切下的废料7留在凸缘体8的第一端的端部。

高压翻边阶段：上模4和下模9依旧保持不动，此时，坯料5在应力脉冲作用下继续塑性变形，并沿着凸缘体8的凹弧状侧面继续运动，直至最终贴靠于型腔10的腔壁，完成翻边，得到目标构件。

另外，在上述步骤中，先在其上冲出一个直径为d的冲孔，将冲孔外侧翻转长度r。冲孔和翻边是在一个技术周期内通过由液体介质传递的高应力脉冲对板坯的作用下进行的。

其中，所述冲击液压成形步骤中，所述上模和下模始终保持不动。整个成形过程始终以可流动性和可恢复性的成形介质作为应力载荷传递介质。

较佳地，成形介质为液体介质或柔性介质；其中，柔性介质选用具有可流动性和可恢复性的材料；优选的，所述柔性介质选用聚氨酯或橡胶；

在此，本实施例提供的一种成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形方法，借助液经本实施例的上述成形方法后，获得较高的冲孔精度和较深的翻边长度，由于借助液压成形技术实现柔性成形，内腔充分贴模且构件表面更加平滑。体介质的高速冲击传载特性，可在无刚性冲撞下实现目标构件的成形-冲孔-翻边的一体化制造；避免了传统拉拔、冲孔、翻边的分步制造方法所带来的工序繁琐、效率低、成本高、零件质量不好等问题。

在此需要说明的是：如果直接采用传统液压成形方法，即使其能够成形到本实施例所述第三阶段成形后的形状，不仅因需要产生液体高压而对设备吨位及密封部件要求极高，而且还可能因为坯料减薄过于严重，导致破裂缺陷的产生。而经过本实施例特殊的模具(尤其是成形结构)设计，使得最后一个阶段完全能够避免减薄过于严重引发缺陷。

实施例4

如图2、图5所示，本实施例提供一种成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形装置，其包括：冲击液压成形设备6和实施例1、实施例2所述的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具；其中，冲击液压成形模具的上模装配在冲击液压成形设备上。

在此，关于冲击液压成形设备、模具的配合使用，具体参见上述任一实施例，在此不一一赘述。

较佳地，关于本发明实施例提到的冲击液压成形设备的结构参见本发明的发明人前期技术(例如，公开号为CN206169020U的专利)。

在此，本实施例提供的一种成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形装置，基于冲击液压成形技术对坯料只需进行整体一道次成形，无需分步进行拉拔、冲孔、翻边，便可得到质量精度较高的具有成形-冲孔-翻边耦合特征的目标构件。

下面通过具体实验实施例对本发明进一步详细介绍：

实验实施例1

图1为本实验实施例1所要成形的目标构件11的三维示意图；该目标构件11上包含特征部分(如，凸起部分，冲孔、翻边)。由图2-3可知，坯料5(初始板材)放置在模具的下模9上端处，且坯料5的边缘处位于容置槽处。上模4和下模9合模后保持不动，同时冲击液压设备6的动力系统开始充能，达到设定值后进行释放，并使能量作用于冲击体1，冲击体1在释放能量作用下获得很高的速度，并快速打击成形介质3(液体介质)表面产生高应力脉冲。该高应力脉冲作为坯料成形的动力，配合模具最终成形目标构件11。在此，上模4和下模9合模后形成空心结构，成形介质3位于液室腔内部且与坯料5相接触。冲击体1属于冲击液压成形设备6中的关键部件。

具体地，成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形方法，包括如下步骤：

将坯料5放置在下模9的上端(坯料5的边缘处为与下模9的上端的容置槽)，随后向液室2和中空腔体形成的液室腔中注入成形介质3。根据设备指令，冲击液压成形设备6的动力系统瞬间释放能量，冲击体1获得高速并撞击成形介质3，并产生的应力脉冲(应力脉冲的脉冲幅值的变化范围是40-100MPa)。而初坯料5在塑性变形过程中主要经历如下三个阶段：

高压成形阶段：上模4与下模9在合模后保持不动，冲击液压成形设备6的动力系统开始充能，达到设定值后进行释放，并使能量作用于冲击体1，冲击体1在所释放能量作用下获得很高的速度，并快速打击液体介质3表面产生应力脉冲，该高应力脉冲沿着液体介质传播至坯料5，并使坯料5发生塑性变形。

高压冲孔阶段：上模4和下模9保持不动，坯料5在应力脉冲的作用下持续变形，并逐渐填充成形下模型腔。当坯料5变形至与凸缘体8上表面接触后，应力脉冲与凸缘体8分别对坯料5产生作用力，并在凸缘体8的第一端的端部边缘处和坯料接触部位存在很高的剪应力，在这种剪应力作用下，坯料被剪切，剪切而致的废料7留在凸缘体8的上表面(第一端的端部)。

高压翻边阶段：上模4和下模9依旧保持不动。此时，坯料5在应力脉冲作用下继续塑性变形，并沿着凸缘体8的凹弧状侧面运动，直至坯料5最终贴靠于型腔10的腔壁，完成翻边。

成形结束，开模，取出目标构件11。

实验实施例2

图4为实验实施例2所要成形的目标构件12的三维示意图。实验实施例2与实验实施例1的主要不同之处在于：实验实施例2所要成形的目标构件12与实验实施例1所要成形的目标构件11的冲孔翻边数目不同、冲孔翻边位置不同。基于此，如图5和图6所示，本实验实施例中，所采用的模具中，凸缘体8的数目为两个，且位于下模9型腔10的两侧。

由图5-6可知，坯料5(初始板材)放置在模具的下模9上端处，且坯料5的边缘处位于容置槽处。上模4和下模9合模后保持不动，同时冲击液压设备6的动力系统开始充能，达到设定值后进行释放，并使能量作用于冲击体1，冲击体1在释放能量作用下获得很高的速度，并快速打击成形介质3(液体介质)表面产生应力脉冲(应力脉冲的脉冲幅值的变化范围是40-100MPa)。该应力脉冲作为坯料成形的动力，配合模具最终成形目标零件。在此，上模和下模9合模后形成空心结构，成形介质3位于液室腔内部且与坯料5相接触。冲击体1属于冲击液压成形设备6中的关键部件。

具体地，成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形方法，包括如下步骤：

将坯料5放置在下模9的上端(坯料5的边缘处为与下模9的上端的容置槽)，随后向液室2和中空腔体形成的液室腔中注入成形介质3。根据设备指令，冲击液压成形设备6的动力系统瞬间释放能量，冲击体1获得高速并撞击成形介质3，并产生的应力脉冲。而初坯料5在塑性变形过程中主要经历如下三个阶段：

高压成形阶段：上模4与下模9在合模后保持不动，冲击液压成形设备6的动力系统开始充能，达到设定值后进行释放，并使能量作用于冲击体1，冲击体1在所释放能量作用下获得很高的速度，并快速打击液体介质3表面产生应力脉冲，该应力脉冲沿着液体介质传播至坯料5，并使坯料5发生塑性变形。

高压冲孔阶段：上模4和下模9保持不动，坯料5在应力脉冲的作用下持续变形，并逐渐填充成形下模型腔。当坯料5变形至与凸缘体8上表面接触后，应力脉冲与凸缘体8分别对坯料5产生作用力，并在凸缘体8的第一端的端部边缘处和坯料接触部位存在很高的剪应力，在这种剪应力作用下，坯料被剪切，剪切而致的废料7留在凸缘体上表面(第一端的端部)。

高压翻边阶段：上模4和下模9依旧保持不动。此时，未被剪切的坯料在应力脉冲作用下继续塑性变形，并沿着凸缘体的凹弧状侧面运动，直至坯料5最终贴靠于型腔10的腔壁，完成翻边。

成形结束，开模，取出目标构件12。

综上，本发明提供的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具及方法，借助了成形介质的高速冲击传载特性，可在无刚性冲撞下实现目标构件的成形-冲孔-翻边一体化制造。避免了传统拉拔、冲孔、翻边的分步制造方法所带来的工序繁琐、效率低、成本高、零件质量不好等问题。该模具的结构简单，易于制造，成本低廉，可生产大变形量特征零件且减薄率低、表面质量及贴模效果好、成形效率高。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (12)

1.一种成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具，用于和冲击液压成形设备相配合，对坯料进行成形-冲孔-翻边一体化成形，其特征在于，其包括：

上模，所述上模的上端用于和冲击液压成形设备连接；其中，所述上模设有中空腔体；所述中空腔体的上端设置敞口，用于连通冲击液压成形设备的液室，以使所述中空腔体和液室连通成液室腔；所述中空腔体的下端设置敞口；

下模，所述下模设有型腔，且所述型腔的腔壁设有用于成形出冲孔和翻边的成形结构；其中，所述型腔的上端设置敞口；

其中，对坯料进行成形时，将所述坯料置于所述下模的上端，待上模和下模合模后，坯料位于上模和下模之间，且所述坯料封堵所述型腔的敞口，将所述型腔封闭；通过液压成形设备的冲击体打击液室腔内的成形介质表面，产生应力脉冲，应力脉冲沿着成形介质传播至坯料，使坯料逐步发生塑性变形，逐步贴靠所述型腔的腔壁，同时进行冲孔、翻边，一体化成形出目标构件；所述坯料为板材；

所述成形结构包括：

凹槽，所述凹槽开设在所述型腔的腔壁上；

凸缘体，所述凸缘体位于所述凹槽内，且所述凸缘体具有相对设置的第一端和第二端；其中，所述第二端位于所述凹槽的槽底，所述第一端位于所述凹槽的槽口处；其中，所述第一端的端部和第二端的端部之间通过凹弧状侧面过渡；

其中，所述凸缘体的尺寸满足：D=d+2×（r+s）；其中，d为所述第一端的端部直径、D为所述第二端的端部直径、r为冲孔的翻边长度、s为坯料的厚度；

其中，所述第一端的端部的边缘处设置成刃口；所述凹弧状侧面的半径的尺寸为8s-60s，s为坯料的厚度；所述凸缘体的纵向截面的两侧呈圆心角为90°的凹弧形。

2.根据权利要求1所述的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具，其特征在于，所述凸缘体为类柱体。

3.根据权利要求1所述的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具，其特征在于，所述凸缘体与所述下模为一体式结构；或所述凸缘体装配在所述凹槽中。

4.根据权利要求1所述的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具，其特征在于，所述中空腔体的下端敞口和所述型腔的上端敞口上下对应。

5.根据权利要求1-4任一项所述的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具，其特征在于，所述型腔包括设置在所述下模的上端部的容置槽，以在将坯料置于所述下模的上端时，所述坯料的边缘处位于所述容置槽内；所述坯料的其他部分封堵所述型腔其他部分的敞口；其中，当所述上模和下模合模后，所述上模与所述坯料的边缘处贴合；和/或

所述坯料为金属板材。

6.一种成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具，配合冲击液压成形设备，对坯料进行成形-冲孔-翻边一体化成形，成形出目标构件。

7.根据权利要求6所述的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

装配步骤：将模具的上模装配在冲击液压成形设备上，所述上模的中空腔体和冲击液压成形设备上的液室连通形成液室腔；将坯料放置在模具的下模的上端；

合模步骤：将上模和下模进行合模；

冲击液压成形步骤：向所述液室腔内注入成形介质，利用冲击液压成形设备的动力源释放冲击能量，作用于冲击体，使其冲击成形介质表面，产生应力脉冲；所述应力脉冲沿着成形介质传播，作用于坯料，使坯料发生塑性变形，同时在其上冲出特定形状的孔，且孔的外侧翻转形成翻边，得到目标构件。

8.根据权利要求7所述的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形方法，其特征在于，所述冲击液压成形步骤，包括以下三个阶段：

高压成形阶段：在所述合模步骤之后，冲击液压成形设备的动力系统开始充能，达到设定值后进行释放，使能量作用于冲击体，冲击体在所释放能量作用下，打击成形介质表面产生应力脉冲；所产生的应力脉冲沿着成形介质传播至坯料，使坯料发生塑性变形；

高压冲孔阶段：所述坯料在应力脉冲的作用下持续塑性变形，并逐渐填充所述型腔；当坯料变形至与凸缘体的第一端的端部接触后，应力脉冲与凸缘体分别对坯料产生作用力，在凸缘体的第一端的端部边缘处和坯料的接触部位存在剪应力，在剪应力作用下，剪切坯料，剪切下的废料留在所述凸缘体的第一端的端部；

高压翻边阶段：坯料在应力脉冲作用下继续塑性变形，并沿着凸缘体的凹弧状侧面继续运动，直至最终贴靠于型腔的腔壁，完成翻边，得到目标构件。

9.根据权利要求7所述的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形方法，其特征在于，

在所述装配步骤中：将坯料安置在模具的下模的上，且使坯料的边缘处置于容置槽中；和/或

在所述冲击液压成形步骤中，所述上模和下模始终保持不动。

10.根据权利要求7所述的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形方法，其特征在于，所述成形介质为液体介质或橡胶。

11.根据权利要求10所述的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形方法，其特征在于，所述橡胶选用聚氨酯。

12.一种成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形装置，包括：冲击液压成形设备和权利要求1-5任一项所述的成形-冲孔-翻边一体化的冲击液压成形模具；其中，所述冲击液压成形模具的上模装配在所述冲击液压成形设备上。

Images