CN115634993B - 浮动式压边液压双向单模深拉成形装置及成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种浮动式压边液压双向单模深拉成形装置及成形方法，成形装置包括缸体、浮动式压边活塞组件、导程盖、冲头组件和液压介质，导程盖固定在缸体的顶端，便于冲头组件上下运动，浮动式压边活塞组件位于缸体内，用于压紧板料的边缘，液压介质存储在浮动式压边活塞组件与缸体形成的密闭腔体内；浮动式压边活塞组件包括活塞本体、压板、上压边圈和紧固上压边圈压杆，压板固定在活塞本体的顶部，紧固上压边圈压杆与压板螺纹连接，迫使上压边圈将板料压紧在活塞本体的内台沿上。本发明在深拉的过程中带动板料反向拉深，不仅使板料成形初期会出现均匀变形，同时可以实现在同样深度拉深的情况下，比传统的深拉成形的冲头节约一半的移动位移。

Description

浮动式压边液压双向单模深拉成形装置及成形方法

技术领域

本发明涉及机械工程技术领域，特别涉及一种浮动式压边液压双向单模深拉成形装置及成形方法，用于成形深拉曲面件。

背景技术

目前，深拉成形是常用于针对薄壁曲面件成形的制造工艺，已在航空、航天、汽车行业得到广泛应用，然而，传统的深拉成形工艺对较大的薄壁曲面件进行深拉时，深拉高度越大极易在过渡圆角和悬空区产生开裂缺陷，为了顺利完成成形，需要在成形过程中进行多道次深拉和退火等复杂工艺才能成形，因此会出现成形效率低，制成品质量差的问题。

通过检索国内外专利，关于采用液体介质深拉成形的专利比较多，其中比较典型的一篇是公开号为CN111589931A的中国专利，其工作原理是：首先在静液池内充注液体并保持一定的压力，动液池被顶起到设定位置后在动液池内充注液体，将板料放置在动静组合液池上面；动液池液压系统启动实现板料预胀和对动液池内液体控压；压料板、凸模及板料组成的密闭空间和液压系统相连通，液体压力作用在板料上表面，实现板料上表面压力加载并过程控制；凸模下行至与动液池底部接触后，凸模和动液池一块下行，动静液池间密封失去作用，动静液池间液体通过动静液池的间隙连通，液体压力作用到板料上；凸模继续下行，静液池内液体和板料上表面压力按照设置的压力和凸模行程曲线变化直至成形结束。该专利即使是采用了动、静液池的成形方法，然而依然没有脱离传统的单向深拉技术。

双向拉深技术如公开号为CN101244439A的中国专利，其工作原理是：板料夹紧在压边装置与凹模之间，先通过模板带动凹模向下移动，环形油腔内的油液被挤入增压油缸油腔、正拉深凹模高压油腔、反拉深凹模高压油腔，完成板料的正向拉深，当反拉深凹模高压油腔的压力足够高时，正拉深凸模7向上运动，完成板料的反向拉深。但该专利存在如下问题：

1、该专利具有多个液压腔，需要精确计算每个液压腔的注油量，注油量过多或过少都无法实现板料的正向拉深或反向拉深。

2、该专利是对料板整体进行正向拉深与反向拉深，但未对料板的压边进行反向拉深。

3、当反拉深凹模高压油腔的压力增大时，反拉深凹模高压油腔的油液可能会反流回到环形油腔，无法带动正拉深凸模向上运动，而推动整个装置向上运动。

发明内容

为提高薄壁件的成形性能，本发明提出一种浮动式压边液压双向单模深拉成形装置及成形方法，该成形方法最大创新点是在深拉的过程中压边圈带动板料反向拉深，因此不仅使板料成形初期会出现均匀变形，同时可以实现在同样深度拉深的情况下，比传统的深拉成形的冲头节约一半的移动位移。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供的浮动式压边液压双向单模深拉成形装置，包括缸体、浮动式压边活塞组件、导程盖、冲头组件和液压介质，导程盖固定在缸体的顶端，便于冲头组件上下运动，浮动式压边活塞组件位于缸体内，用于压紧待成形板料的边缘，浮动式压边活塞组件与缸体密封接触形成密闭腔体，液压介质存储在密闭腔体内；浮动式压边活塞组件包括活塞本体、侧壁密封圈、压板、上压边圈、紧固上压边圈压杆和螺栓，侧壁密封圈套设在活塞本体上，使活塞本体与缸体之间形成密闭腔体，压板通过螺栓固定在活塞本体的顶部，紧固上压边圈压杆与压板螺纹连接，迫使上压边圈将待成形板料压紧在活塞本体的内台沿上。

优选地，冲头组件包括一级冲头和二级冲头，二级冲头在一级冲头内伸缩，用于执行待成形板料由局部深拉到全局深拉成形。

优选地，密闭腔体的变化根据板料被深拉深度与冲头组件冲入深度直径的乘积以及浮动式压边活塞组件向上浮动的高度决定。

优选地，在缸体上设置有用于注入液压介质的注油口。

利用上述浮动式压边液压双向单模深拉成形装置的成形方法，包括如下步骤：

S1、将边缘平整的待加工板料放在活塞本体的内台沿上，通过旋转紧固上压边圈压杆，迫使上压边圈将待成形板料与活塞本体紧密结合，向密闭腔体内注入液压介质；

S2、冲头组件在外力的作用下向下运动压制待成形板料；

S3、当液压介质的压力逐渐增加并大于浮动式压边活塞组件向下的作用力时，浮动式压边活塞组件开始向上运动，迫使待成形板料在冲头组件与浮动式压边活塞组件的反向作用力下实现双向深拉成形；

S4、提起冲头组件，移开导程盖，拆去压板与上压边圈，取出成形件。

优选地，步骤S2的具体过程如下：

调整二阶冲头，对待成形板料进行局部预拉深成形，在对待成形板料拉深的过程中缩回二阶冲头并逐渐增大一阶冲头的下压量，使待成形板料的成形面积逐渐增大，实现最终成形。

优选地，待成形板料的深拉成形高度H=H₁+H₂-h；其中，h为注入液压介质后冲头组件初步压制待成形板料时浮动式压边活塞组件向下运动的高度，H₁为浮动式压边活塞组件停止向下运动并直至完成向上运动的高度，H₂为二阶冲头完全收缩后浮动式压边活塞组件进一步向上运动的高度。

优选地，待成形板料为钢、铝及其合金、镁及其合金、铜及其合金、钛及其合金中的任意一种。

本发明能够取得如下技术效果：

1、在深拉的过程中压边圈带动板料反向拉深，因此不仅使板料成形初期会出现均匀变形，同时可以实现在同样深度拉深的情况下，比传统的深拉成形的冲头节约一半的移动位移。

2、在板料成形过程中采用小冲头初冲，成形过程中逐渐增大冲头面积，最后实现曲面件的完全成形。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的浮动式压边液压双向单模深拉成形装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的浮动式压边活塞组件的局部剖视结构示意图；

图3是根据本发明实施例提供的冲头组件的结构示意图；

图4是根据本发明实施例提供的浮动式压边液压双向单模深拉成形方法的过程示意图，其中：

（a）是料板成形初始状态示意图；

（b）是液压介质受到浮动式压边活塞组件、导程盖、冲头组件以及板料等重力作用下高度变化的示意图；

（c）是小冲头伸出向下深拉板料成形过程示意图；

（d）是小冲头收缩，大冲头继续向下深拉板料成形过程示意图；

（e）是小冲头完全收缩后大冲头继续深拉板料成形的示意图。

其中的附图标记包括：1-缸体，2-浮动式压边活塞组件，3-导程盖，4-冲头组件，5-液压介质，6-腔体，7-液压系统，101-油口，102-阀门，201-活塞本体，202-密封圈，203-压板，204-上压边圈，205-紧固上压边圈压杆，206-待成形板料，207-螺栓，401-一阶冲头，402-二阶冲头。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

图1示出了根据本发明实施例提供的浮动式压边液压双向单模深拉成形装置的结构。

如图1所示，本发明实施例提供的浮动式压边液压双向单模深拉成形装置包括缸体1、浮动式压边活塞组件2、导程盖3、冲头组件4和液压介质5，导程盖3固定在缸体1的顶端，便于冲头组件4上下运动，冲头组件4向下穿过导程盖3后与浮动式压边活塞组件2固定连接，浮动式压边活塞组件2位于缸体1内，用于压紧待成形板料206的边缘，浮动式压边活塞组件2与缸体1密封接触形成密闭腔体6，液压介质5存储在密闭腔体6内。

待成形板料206包括但不限于钢、铝及其合金、镁及其合金、铜及其合金以及钛及其合金等材料。

在缸体1上设置有注油口101，在注油口101处设置有阀门102，阀门102通常处于封闭状态，当需要注入液压介质5时，打开阀门102，使注油口101与液压系统7相连通，向缸体1内注入液压介质5，当不需要注入液压介质5时，关闭阀门102，缸体1与液压系统7隔绝。

图2示出了根据本发明实施例提供的浮动式压边活塞组件的局部剖视结构。

如图2所示，浮动式压边活塞组件2包括活塞本体201、侧壁密封圈202、压板203、上压边圈204、紧固上压边圈压杆205和螺栓207，活塞本体201为环状内凹结构，侧壁密封圈202套设在活塞本体201的内凹形结构内，侧壁密封圈202用于实现活塞本体201与缸体1内壁的密封，从而形成密闭腔体6，待成形板料206放置在活塞本体201的内台沿上，上压边圈204位于待成形板料206的上方，压板203通过螺栓207固定在活塞本体201的顶部，紧固上压边圈压杆205与压板203螺纹连接，紧固上压边圈压杆205的底端与上压边圈204接触，当拧紧紧固上压边圈压杆205时，迫使上压边圈204将待成形板料206压紧在活塞本体201的内台沿上。

图3示出了根据本发明实施例提供的冲头组件的结构。

如图3所示，冲头组件4包括可调整的一阶冲头401和二阶冲头402，二阶冲头402可以在一阶冲头401内伸缩，用于执行待成形板料206由局部深拉到全局深拉成形。

密闭腔体6的变化可根据待成形板料206的被深拉深度与冲头组件4冲入深度直径的乘积以及浮动式压边活塞组件2向上浮动的高度决定。

待成形板料206被深拉成形的作用力由两个方向的作用力构成，第一方向的作用力向下，冲头组件4在外力作用下向下运动压制待成形板料206，使待成形板料206由局部深拉到全部深拉变形；第二方向的作用力向上，浮动式压边活塞组件2在该作用力下开始夹着待成形板料206整体向上运动。

当液压介质5的压力逐渐增加并大于浮动式压边活塞组件2向下的作用力时，浮动式压边活塞组件2开始向上运动，从而迫使待成形板料206在冲头组件4与浮动式压边活塞组件2的双向作用力下实现双向深拉成形。因此该成形过程中，不仅使待成形板料206成形初期会出现均匀变形，同时可以实现在同样深度拉深的情况下，比传统的深拉成形的冲头节约一半的移动位移。

上述内容详细说明了本发明实施例提供的浮动式压边液压双向单模深拉成形装置的结构，与该成形装置相对于，本发明实施例还提供一种浮动式压边液压双向单模深拉成形方法，利用该成形装置实现。

本发明实施例提供的浮动式压边液压双向单模深拉成形方法，包括如下步骤：

S1、将边缘平整的待加工板料206放在活塞本体201的内台沿上，通过旋转紧固上压边圈压杆205，迫使上压边圈204将待成形板料206与活塞本体201紧密结合，向密闭腔体6内注入液压介质5。

S2、冲头组件4在外力的作用下向下运动压制待成形板料。

步骤S2的具体过程如下：

调整二阶冲头402，对待成形板料206进行局部预拉深成形，在对待成形板料206拉深的过程中缩回二阶冲头402并逐渐增大一阶冲头401的下压量，使待成形板料206的成形面积逐渐增大，实现最终成形。

S3、当液压介质5的压力逐渐增加并大于浮动式压边活塞组件2向下的作用力时，浮动式压边活塞组件2开始向上运动，迫使待成形板料206在冲头组件4与浮动式压边活塞组件2的反向作用力下实现双向深拉成形。

S4、提起冲头组件4，移开导程盖3，拆去压板203与上压边圈204，取出成形件。

图4示出了根据本发明实施例提供的浮动式压边液压双向单模深拉成形方法的过程。

如图4中的（a）-（e）所示，在成形装置安装完毕后，液压介质5在浮动式压边活塞组件2和冲头组件4的重量作用下，浮动式压边活塞组件2向下运动h高度；二阶冲头402最大伸出量的情况下深拉待成形板料206，且浮动式压边活塞组件2同时受到液压介质5向上力的作用下向上运动H₁高度；二阶冲头402收缩，一级冲头401继续向下运动，此时浮动式压边活塞组件2继续向上运动，板材深拉直径增大；二阶冲头402完全缩回，一阶冲头401继续加压并向下运动深拉板料，且浮动式压边活塞组件继续向上运动H₂高度，实现待成形板料206轮廓的最终成形。

待成形板料206的深拉成形高度H=H₁+H₂-h；其中，h为注入液压介质后冲头组件初步压制待成形板料时浮动式压边活塞组件向下运动的高度，H₁为浮动式压边活塞组件停止向下运动并直至完成向上运动的高度，H₂为二阶冲头完全收缩后浮动式压边活塞组件进一步向上运动的高度。

传统的深拉成形方法为单向深拉，待成形板料206的边缘是固定不动的，深拉高度越大极易在过渡圆角和悬空区产生开裂缺陷，为了顺利完成成形，需要在成形过程中进行多道次深拉和退火等复杂工艺才能成形，因此会出现成形效率低，制成品质量差的问题。本发明能够使待成形板料在冲头组件与浮动式压边活塞组件的双向作用力下实现双向深拉成形。因此在成形过程中，不仅使待成形板料的成形初期均匀变形，同时还可以在同样深度拉深的情况下，比传统的深拉成形的冲头节约一半的移动位移。

本发明只有一个液压腔，即密闭腔体6，因此无需计算密闭腔体6的注油量，只要将密闭腔体6注满液压油就能实现待成形板料206边缘的反向拉深，并且侧壁密封圈202实现活塞本体201与缸体1之间的密封，不会发生密闭腔体6漏液的情况，不存在浮动式压边活塞组件2因压力低无法带动待成形板料206边缘向上运动的问题，在反向拉深的过程中，浮动式压边活塞组件2始终压紧待成形板料206的边缘，本发明最终成形的是带有压边的成品，冲头组件的形状即为成品的形状，也就是说，本发明属于单模成形。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种浮动式压边液压双向单模深拉成形装置，包括缸体（1）、浮动式压边活塞组件（2）、导程盖（3）、冲头组件（4）和液压介质（5），所述导程盖（3）固定在所述缸体（1）的顶端，便于所述冲头组件（4）上下运动，所述浮动式压边活塞组件（2）位于所述缸体（1）内，用于压紧待成形板料（206）的边缘，所述浮动式压边活塞组件（2）与所述缸体（1）密封接触形成密闭腔体（6），所述液压介质（5）存储在所述密闭腔体（6）内；其特征在于，所述浮动式压边活塞组件（2）包括活塞本体（201）、侧壁密封圈（202）、压板（203）、上压边圈（204）、紧固上压边圈压杆（205）和螺栓（207），所述侧壁密封圈（202）套设在所述活塞本体（201）上，使所述活塞本体（201）与所述缸体（1）之间形成所述密闭腔体（6），所述压板（203）通过所述螺栓（207）固定在所述活塞本体（201）的顶部，所述紧固上压边圈压杆（205）与所述压板（203）螺纹连接，迫使所述上压边圈（204）将所述待成形板料（206）压紧在所述活塞本体（201）的内台沿上。

2.如权利要求1所述的浮动式压边液压双向单模深拉成形装置，其特征在于，所述冲头组件（4）包括一级冲头（401）和二级冲头（402），所述二级冲头（402）在所述一级冲头（401）内伸缩，用于执行所述待成形板料（206）由局部深拉到全局深拉成形。

3.如权利要求1所述的浮动式压边液压双向单模深拉成形装置，其特征在于，所述密闭腔体（6）的变化根据板料被深拉深度与所述冲头组件（4）冲入深度直径的乘积以及所述浮动式压边活塞组件（2）向上浮动的高度决定。

4.如权利要求1所述的浮动式压边液压双向单模深拉成形装置，其特征在于，在所述缸体上设置有用于注入所述液压介质（5）的注油口（101）。

5.一种利用如权利要求1所述的浮动式压边液压双向单模深拉成形装置实现的浮动式压边液压双向单模深拉成形方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将边缘平整的待加工板料（6）放在活塞本体（201）的内台沿上，通过旋转所述紧固上压边圈压杆（205），迫使上压边圈（204）将所述待成形板料（206）与所述活塞本体（201）紧密结合，向密闭腔体（6）内注入液压介质（5）；

S2、所述冲头组件（4）在外力的作用下向下运动压制所述待成形板料（206）；

S3、当液压介质（5）的压力逐渐增加并大于所述浮动式压边活塞组件（2）向下的作用力时，所述浮动式压边活塞组件（2）开始向上运动，迫使所述待成形板料（206）在所述冲头组件（4）与所述浮动式压边活塞组件（2）的反向作用力下实现双向深拉成形；

S4、提起所述冲头组件（4），移开导程盖（3），拆去压板（203）与上压边圈（204），取出成形件。

6.如权利要求5所述的浮动式压边液压双向单模深拉成形方法，其特征在于，步骤S2的具体过程如下：

调整二阶冲头（402），对所述待成形板料（206）进行局部预拉深成形，在对所述待成形板料（206）拉深的过程中缩回所述二阶冲头（402）并逐渐增大一阶冲头（401）的下压量，使所述待成形板料（206）的成形面积逐渐增大，实现最终成形。

7.如权利要求6所述的浮动式压边液压双向单模深拉成形方法，其特征在于，所述待成形板料（206）的深拉成形高度H=H₁+H₂-h；其中，h为注入所述液压介质（5）后所述冲头组件（4）初步压制所述待成形板料（206）时所述浮动式压边活塞组件（2）向下运动的高度，H₁为所述浮动式压边活塞组件（2）停止向下运动并直至完成向上运动的高度，H₂为二阶冲头（402）完全收缩后所述浮动式压边活塞组件（2）进一步向上运动的高度。

8.如权利要求5~7中任一项所述的浮动式压边液压双向单模深拉成形方法，其特征在于，所述待成形板料（206）为钢、铝及其合金、镁及其合金、铜及其合金、钛及其合金中的任意一种。

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