CN115921652B - 一种拉深胀形一体化模具及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉深胀形一体化模具及其成型方法,涉及拉深模具及其成型技术领域，包括拉深胀形凸模、压料板、凹模镶块、下模垫板、顶出器，拉深胀形凸模设有充液通道，且充液通道能与充液装置连接，压料板装在凹模镶块上方，模具工作时压料板与凹模镶块之间能装设平板毛坯料，且压料板能对平板毛坯料给予压料力，凹模镶块设有中空腔体，凹模镶块底端装有下模垫板，下模垫板设有通孔，通孔内装有顶出器，拉深胀形凸模能与驱动装置连接，顶出器能与顶出机构连接。本发明在一套模具内完成拉深和充液胀形，生产效率高，使用设备和人力少，成本低。本发明成型方法确保拉深胀形的鼓肚部分壁厚与直臂部分壁厚均匀性好，确保拉深胀形产品质量稳定。

Description

一种拉深胀形一体化模具及其成型方法

技术领域

本发明是一种一体化模具及其成型方法，特别是一种拉深胀形一体化模具及其成型方法，属于拉深模具及其成型方法的创新技术。

背景技术

在日常生活中到处可见图9所示的薄壁空心鼓肚类产品，这些种类的产品通常由薄板成形。所采用的工艺主要是由板料通过落料、拉深、胀形和修边等工序完成。传统压力机上进行生产时，可通过拉深成形成直臂圆筒形件以后再将拉深的圆筒形件转置液压机上进行胀形，或拉深成形时（或后）采用刚性分块模具实施胀形。上述方法存在的缺点是：（1）工序分散，生产效率低，占用设备和人力，成本高。（2）产品壁厚均匀性差，鼓肚部分变薄最为严重，容易造成开裂等不良现象。

现有技术公开了一种基于万能试验机板材热拉深/胀形性能测试装置，涉及一种板材拉深/胀形性能测试装置。该装置是要解决现有的万能试验机上拉深/胀形性能测试工艺无法提供压边以及压边力不易控制的技术问题。该装置中底板水平放置在万能试验机工作台上，利用支柱将支撑板固定在底板的上方，拉板可沿支柱上下滑动，利用千斤顶推动拉板拉动三根固定拉杆进而拉动压边圈座将板料压紧，压紧后活动横梁带动凸模向下移动。该装置实现了万能试验机拉深/胀形性能测试装置的一体化，同时实现拉深/胀形和压边工序；压边力可通过调节千斤顶的杠杆手柄进行调节；在改变拉深系数、改换胀形工艺时只需要更换凸模、凹模和压边圈即可。但该装置实现拉深/胀形工序时需要更换凸模、凹模、和压边圈，不能在一套模具中完成拉深和胀形工作，生产效率较低。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种拉深胀形一体化模具。本发明在一套模具内完成拉深和充液胀形，生产效率高，使用的设备和人力少，成本低。

本发明的另一目的在于提供一种拉深胀形一体化模具的成型方法。本发明确保拉深胀形的鼓肚部分壁厚与直臂部分壁厚的均匀性好，确保拉深胀形产品的质量稳定。

本发明的技术方案是：本发明的拉深胀形一体化模具，包括拉深胀形凸模、压料板、凹模镶块、下模垫板、顶出器，其中拉深胀形凸模设有充液通道，且充液通道能与充液装置连接，压料板装设在凹模镶块的上方，模具工作时压料板与凹模镶块之间能装设平板毛坯料，且压料板能对平板毛坯料给予压料力，凹模镶块设有中空腔体，凹模镶块的底端装设有下模垫板，下模垫板设有通孔，通孔内装设有顶出器，拉深胀形凸模能与驱动装置连接，顶出器能与顶出机构连接，拉深胀形凸模在驱动装置的作用下，拉深胀形凸模的下部能穿过压料板所设的通孔将平板毛坯料拉深后形成位于凹模镶块所设的中空腔体内的预成形筒形件，且拉深胀形凸模的下部能下行至凹模镶块的底部、且预成形筒形件的底端与顶出器的顶端触接，拉深胀形凸模的高度大于预成形筒形件的高度，且充液通道与充液装置连接的端口露置出压料板的顶部，且拉深胀形凸模能在驱动装置的作用下以脉动方式上行，顶出器随之能在顶出机构的作用下向上运动，并对预成形筒形件施加轴向压力。

本发明的拉深胀形一体化模具的成型方法，包括有如下步骤：

1）模具开启，将平板毛坯料置于压料板与凹模镶块之间，此时，凹模镶块中上端直臂筒形镶块、胀形镶块的两瓣式结构通过锁紧机构锁紧；

2）带有充液通道的拉深胀形凸模在驱动装置的作用下下行，压料板压住平板毛坯料，拉深胀形凸模对平板毛坯料进行拉深，形成所需的预成形筒形件，预成形筒形件位于上端直臂筒形镶块所设的上端圆柱状通孔及胀形镶块所设的胀形状通孔内；

3）拉深胀形凸模在驱动装置的作用下以脉动方式开始上行，同时顶出器在顶出机构的作用下向上运动，并对预成形筒形件施加轴向压力；随后开启充液装置，充液装置通过拉深胀形凸模所设的充液通道给预成形筒形件内输送液体，即给预成形筒形件内进行充液，当预成形筒形件内液体压力到达

时，式中：t--预成形筒形件所用材料厚度，d₁--预成形筒形件的直径，/>

--预成形筒形件所用材料的屈服应力，预成形筒形件位于胀形状通孔内的胀形区材料产生屈服后发生塑性变形，实现胀形，使待变形的部分产生塑性变形后，此时胀形镶块中的预成形筒形件渐渐胀大成鼓肚形；

4）胀形工序完成后，拉深胀形凸模及其压料板继续上行，上端直臂筒形镶块、胀形镶块在打开机构的作用下同时向外打开，即可取出已成形的成形拉深胀形件。

本发明拉深胀形一体化模具的成型方法，包括有如下步骤：

1）模具开启，将平板毛坯料置于压料板与凹模镶块之间；

2）带有充液通道的拉深胀形凸模在驱动装置的作用下下行，压料板压住平板毛坯料，拉深胀形凸模对平板毛坯料进行拉深，形成所需的预成形筒形件，预成形筒形件位于上端直臂筒形镶块所设的上端圆柱状通孔、胀形镶块所设的胀形状通孔及下端直臂筒形镶块所设的下端圆柱状通孔内；

3）拉深胀形凸模在驱动装置的作用下以脉动方式开始上行，同时顶出器在顶出机构的作用下向上运动，并对预成形筒形件施加轴向压力；随后开启充液装置，充液装置通过拉深胀形凸模所设的充液通道给预成形筒形件内输送液体，即给预成形筒形件内进行充液，当预成形筒形件内液体压力到达

时，式中：t--预成形筒形件所用材料厚度，d₁--预成形筒形件的直径，/>

--预成形筒形件所用材料的屈服应力，预成形筒形件位于胀形状通孔内的胀形区材料产生屈服后发生塑性变形，实现胀形，使待变形的部分产生塑性变形后，此时胀形镶块中的预成形筒形件渐渐胀大成鼓肚形；

4）胀形工序完成后，拉深胀形凸模及其压料板继续上行，上端直臂筒形镶块、胀形镶块、下端直臂筒形镶块在打开机构的作用下同时向外打开，即可取出已成形的成形拉深胀形件。

本发明成型方法中控制胀形部分壁厚均匀性的方法，

设步骤2）拉深后的预成形筒形件的直径是d₁，高度是h₀，筒形件的侧表面积为

成形拉深胀形件包括有上端直臂筒形部分、中部胀形部分、下端直臂筒形部分，上端直臂筒形部分的高度是h₁，中部胀形部分的高度是h_2，下端直臂筒形部分的高度是h_3；中部胀形部分位于胀形状通孔的胀形区域；

整个胀形工件的侧表面积为A，不考虑突缘部分；

A=

；

式中S为中部胀形部分的表面积，即

；

因为S由给定制品形状确定,回转体表面积的计算方法是给定母线方程

或

参数方程，通过积分方法求其侧表面积,

；

可求得：

；

实际中产品形状尺寸求得

后，胀形时，拉深胀形凸模后退的总距离/>

即可确定如下：

；

当

确定后，将其分n个步来实施，n就是脉动数，拉深胀形凸模每次移动的距离

就是推动预成形筒形件的直筒部分材料转入中部胀形部分的量，脉动上移总量为/>

，但分为n步，即/>

，n数值越大表示每次给预成形筒形件的镦压的距离越小，此时中部胀形部分的筒壁金属主要以增厚为主，n数值越小表示每次给圆筒形件的镦压距离越小，此时中部胀形部分的筒壁金属可能失稳而出现皱褶，这些都将成为后面胀形鼓肚时防止变薄的备用材料；

脉动胀形运动过程：已拉深成的预成形筒形件不动，开始时，上端直臂筒形部分的h₁和下端直臂筒形部分的h₃+△h均被限制在凹模镶块的上端圆柱状通孔及下端直臂筒形镶块所设的下端圆柱状通孔内，只有h₂部分的外周有空间可胀大，假设拉深胀形凸模上移

，凹模镶块底部的顶出器运动，并给予筒形件向上的轴向推力P，由于筒形件的上端直臂筒形部分的/>

和下端直臂筒形部分的h₃+△h均被限制，所以筒形件被上推的/>

这部分材料只能进入胀形区域，即/>

区域，此时通过充液装置及充液通道给中部胀形部分施加充液压力，使h₂区域充液胀形；如此脉动循环，通过n步操作，完成鼓肚的均匀变形，同时，下端直臂筒形部分的高度h₃+△h也由h₃+△h缩小至所需的h₃。

本发明通过在一套模具内完成拉深和充液胀形，生产效率高，使用的设备和人力少，成本低。本发明的成型方法，本发明确保拉深胀形的鼓肚部分壁厚与直臂部分壁厚的均匀性好，确保拉深胀形产品的质量稳定，本发明是一种设计巧妙，方便实用的拉深胀形一体化模具及其成型方法。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明分层式凹模镶块的结构示意图；

图3为本发明拉深前模具位置示意图；

图4为平板毛坯料的示意图；

图5为本发明完成拉深后模具工作位置示意图；

图6是本发明完成拉深后预成形筒形件的结构示意图；

图7为本发明脉动胀形中间过程模具工作位置示意图；

图8为本发明实施例2预成形筒形件胀形后的成品结构示意图；

图9为本发明预成形筒形件胀形后的成品的几种结构示意图。

图中，1、拉深胀形凸模；2、充液装置；3、压料板；4、密封圈；5、平板毛坯料；51、预成形筒形件；52、成形拉深胀形件；6、凹模镶块；61、上端直臂筒形镶块；611、上端圆柱状通孔；62、胀形镶块；621、胀形状通孔；63、下端直臂筒形镶块；631、下端圆柱状通孔；7、下模垫板；71、通孔；8、顶出器；9、顶杆；11、充液通道；111、纵向充液通道；112、横向充液通道；12、端口。

具体实施方式

实施例1：

本发明实施例的拉深胀形一体化模具结构示意图如图1所示，包括拉深胀形凸模1、压料板3、凹模镶块6、下模垫板7、顶出器8，其中拉深胀形凸模1设有充液通道11，且充液通道11能与充液装置2连接，压料板3装设在凹模镶块6的上方，模具工作时压料板3与凹模镶块6之间能装设平板毛坯料5，并能对平板毛坯料5给予适当的压料（边）力，凹模镶块6设有中空腔体，凹模镶块6的底端装设有下模垫板7，下模垫板7设有通孔71，通孔71内装设有顶出器8，拉深胀形凸模1能与驱动装置连接，顶出器8能与顶出机构连接，拉深胀形凸模1在驱动装置的作用下，拉深胀形凸模1的下部能穿过压料板3所设的通孔将平板毛坯料5拉深后形成位于凹模镶块6所设的中空腔体内的预成形筒形件51，且拉深胀形凸模1的下部能下行至凹模镶块6的底部、且预成形筒形件51的底端与顶出器8的顶端触接，拉深胀形凸模1的高度大于预成形筒形件51的高度，且充液通道11与充液装置2连接的端口12露置出压料板3的顶部，且拉深胀形凸模1能在驱动装置的作用下以脉动方式上行，顶出器8随之能在顶出机构的作用下向上运动，并对预成形筒形件51施加轴向压力。

另外，本发明实施例的拉深胀形一体化模具还包括有上模及下模，压料板3装设在上模，模具工作时压料板3对平板毛坯料5给予适当的压料（边）力，压料（边）力通常由压力机的外滑块实现。下模垫板7装设在下模，上模及下模的结构是模具采用结构，本发明未特别画出。

本实施例中，上述拉深胀形凸模1内设有的充液通道11包括有与拉深胀形凸模1的轴向平行的纵向充液通道111及与凹模镶块6所设中空腔体相通的横向充液通道112，纵向充液通道111的上端能与充液装置2连接，横向充液通道112的一端与纵向充液通道111相通，横向充液通道112的另一端与凹模镶块6所设中空腔体相通。

纵向充液通道111、横向充液通道112的横截面形状和数量可以根据预成形筒形件51胀形后的成形拉深胀形件52的形状大小而定。但与充液装置2连接的充液通道至少有一个；其中横向充液通道112均匀分布，以向凹模镶块6设有的中空腔体均匀充液，确保预成形筒形件51胀形后的成形拉深胀形件52的质量。

另外，下模垫板7设有的通孔71与预成形筒形件51的直径相近或相同。

本实施例中，为便于控制，上述充液装置2与充液通道11之间通过控制阀及管道连接。控制阀可以是双向阀门，通过控制阀及充液通道11，充液装置2可控制对预成形筒形件51进行充液和泄液。

本实施例中，为了确保密封性好，防止充液时液体溢出，保证充液压力，上述压料板3与拉深胀形凸模1的接触面还装设有密封圈4。

本实施例中，上述顶出器8通过顶杆9与顶出机构连接，顶杆9的一端与顶出器8连接，顶杆9的另一端与顶出机构连接。顶杆9在顶出机构的作用下，带动顶出器8运动，实现对预成形筒形件51进行轴向推动，达到胀形时的补料作用。顶出机构可以是直线运动驱动机构，如通过液压缸的活塞与顶杆9连接，或液压缸的活塞就是顶杆9，液压缸的活塞驱动顶杆9运动。或通过齿轮齿条机构的齿条与顶杆9连接，或通过螺旋传动机构的螺杆或螺母与顶杆9连接，齿轮或螺杆由动力源驱动其运动，动力源可以是电机，如此等等结构。该类结构为常用结构，本发明未特别画出。

本实施例中，上述驱动装置是具有伺服驱动装置和能提供液压源的机器。具有伺服驱动装置和能提供液压源的机器可以是液压伺服压力机或是普通压力机配置液压驱动装置，拉深胀形凸模1安装在具有伺服驱动装置和能提供液压源的机器上。如果是液压伺服压力机，则拉深胀形凸模1可通过上模固定板等零件直接安装在液压伺服压力机上，通过控制液压伺服压力机的上下运动，带动拉深胀形凸模1上下运动。

本实施例中，上述凹模镶块6为分层式凹模镶块，至少包括有上端直臂筒形镶块61、胀形镶块62，上端直臂筒形镶块61、胀形镶块62依次从上至下叠放及连接，且均为两瓣式结构，凹模镶块6设有的中空腔体包括有上端直臂筒形镶块61所设的上端圆柱状通孔611、胀形镶块62设有与所需胀形形状相对应的胀形状通孔621，上端圆柱状通孔611与胀形状通孔621相通，两瓣式结构通过锁紧及打开机构实现规定行程内的开合。本实施例中，两瓣式结构就是上端直臂筒形镶块61及胀形镶块62都是包括有两块镶块的结构，如左右两块，两块镶块分别由锁紧及打开机构控制锁紧及打开，上端直臂筒形镶块61的两块镶块锁紧时，合围形成上端圆柱状通孔611，胀形镶块62的两块镶块锁紧时，合围形成胀形状通孔621，锁紧及打开机构是模具领域常用的机构，如模具的锁紧可以通过楔块锁紧，打开可以通过弹簧复位，楔块的驱动机构可以是直线运动驱动机构，如通过液压缸实现，或通过齿轮齿条结构实现，或通过螺旋传动结构实现，如此等等结构。该类结构为常用结构，本发明未特别画出。

上端直臂筒形镶块61、胀形镶块62各段的高度及横截面尺寸根据不同的零件形状进行设计，与工件各段的高度及横截面尺寸相对应。

本发明拉深胀形一体化模具的成型方法，包括有如下步骤：

1）模具开启，将平板毛坯料5置于压料板3与凹模镶块6之间；此时，凹模镶块6中上端直臂筒形镶块61、胀形镶块62的两瓣式结构通过锁紧机构锁紧；

2）带有充液通道11的拉深胀形凸模1在驱动装置的作用下下行，压料板3压住平板毛坯料5，拉深胀形凸模1对平板毛坯料5进行拉深，形成所需的预成形筒形件51，预成形筒形件51位于上端直臂筒形镶块61所设的上端圆柱状通孔611及胀形镶块62所设的胀形状通孔621内；

此时拉深的高度是按照零件最终形状需要的表面积算出圆筒件的高度并满足相应的拉深变形程度范围之内。平板毛坯料5的结构示意图可以是如图4所示，预成形筒形件51的结构示意图如图6所示，预成形筒形件51顶端平面的直径为

，预成形筒形件51的直径为/>

。

3）拉深胀形凸模1在驱动装置的作用下以脉动方式开始上行，同时顶出器8在顶出机构的作用下向上运动，并对预成形筒形件51施加轴向压力；随后开启充液装置2，充液装置2通过拉深胀形凸模1所设的充液通道11给预成形筒形件51内输送液体，即给预成形筒形件51内进行充液，当预成形筒形件51内液体压力到达

时，式中：t--预成形筒形件51所用材料厚度，d₁--预成形筒形件51的直径，/>

--预成形筒形件51所用材料的屈服应力，预成形筒形件51位于胀形状通孔621内的胀形区材料产生屈服后发生塑性变形，实现胀形，使待变形的部分产生塑性变形后，此时胀形镶块62中的预成形筒形件51渐渐胀大成鼓肚形，如图7所示。

此类脉动的频率和步长因被成形材料不同而不同。重复以上步骤，直至模具到达预设的位置，预成形筒形件51完全贴模，即胀形镶块62中的预成形筒形件51渐渐胀大与胀形镶块62所设的胀形状通孔621完全贴合，获得所需要的成形拉深胀形件52。

充液装置2通过拉深胀形凸模1所设的充液通道11给预成形筒形件51内输送的液体是具有适当液体压力的液体。

4）胀形工序完成后，拉深胀形凸模1及其压料板3继续上行，上端直臂筒形镶块61、胀形镶块62在打开机构的作用下同时向外打开，即可取出已成形的成形拉深胀形件52，整个过程在一套模具内完成，拉深胀形凸模1由压力机驱动，即在压力机驱动的一个行程完成。成形拉深胀形件52可以是图9中的图（a）、图（c）所示。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别是：上述凹模镶块6还包括有下端直臂筒形镶块63，下端直臂筒形镶块63也为两瓣式结构，上端直臂筒形镶块61、胀形镶块62、下端直臂筒形镶块63依次从上至下叠放及连接，凹模镶块6设有的中空腔体还包括有下端直臂筒形镶块63所设的下端圆柱状通孔631，上端圆柱状通孔611、胀形状通孔621、下端圆柱状通孔631相通，如图2所示。两瓣式结构通过锁紧及打开机构实现规定行程内的开合。

同样，上端直臂筒形镶块61、胀形镶块62、下端直臂筒形镶块63依次从上至下叠放及连接，凹模镶块6设有的中空腔体还包括有下端直臂筒形镶块63所设的下端圆柱状通孔631，上端圆柱状通孔611、胀形状通孔621、下端圆柱状通孔631相通，下端直臂筒形镶块63也为两瓣式结构，如左右两块，两块镶块分别由锁紧及打开机构控制锁紧及打开，上端直臂筒形镶块61的两块镶块锁紧时，合围形成上端圆柱状通孔611，胀形镶块62的两块镶块锁紧时，合围形成胀形状通孔621，下端直臂筒形镶块63的两块镶块锁紧时，合围形成下端圆柱状通孔631。锁紧及打开机构是模具领域常用的机构，可以是直线运动驱动机构，如通过液压缸实现锁紧及打开，或通过齿轮齿条结构实现锁紧及打开，或通过螺旋传动结构实现锁紧及打开，如此等等结构。该类结构为常用结构，本发明未特别画出。

上述上端直臂筒形镶块61、胀形镶块62、下端直臂筒形镶块63各段的高度及横截面尺寸根据不同的零件形状进行设计，与工件各段的高度及横截面尺寸相对应。

本发明拉深胀形一体化模具的成型方法，包括有如下步骤：

1）模具开启，将平板毛坯料5置于压料板3与凹模镶块6之间，如图3所示；此时，凹模镶块6中上端直臂筒形镶块61、胀形镶块62及下端直臂筒形镶块63的两瓣式结构通过锁紧机构锁紧；

2）带有充液通道11的拉深胀形凸模1在驱动装置的作用下下行，压料板3压住平板毛坯料5，拉深胀形凸模1对平板毛坯料5进行拉深，形成所需的预成形筒形件51，预成形筒形件51位于上端直臂筒形镶块61所设的上端圆柱状通孔611、胀形镶块62所设的胀形状通孔621及下端直臂筒形镶块63所设的下端圆柱状通孔631内，如图5所示。

此时拉深的高度是按照零件最终形状需要的表面积算出圆筒件的高度并满足相应的拉深变形程度范围之内。平板毛坯料5的结构示意图可以是如图4所示，预成形筒形件51的结构示意图如图6所示。

3）拉深胀形凸模1在驱动装置的作用下以脉动方式开始上行，同时顶出器8在顶出机构的作用下向上运动，并对预成形筒形件51施加轴向压力；随后开启充液装置2，充液装置2通过拉深胀形凸模1所设的充液通道11给预成形筒形件51内输送液体，即给预成形筒形件51内进行充液，当预成形筒形件51内液体压力到达

时，式中：t--预成形筒形件51所用材料厚度，d₁--预成形筒形件51的直径，/>

--预成形筒形件51所用材料的屈服应力，预成形筒形件51位于胀形状通孔621内的胀形区材料产生屈服后发生塑性变形，实现胀形，使待变形的部分产生塑性变形后，此时胀形镶块62中的预成形筒形件51渐渐胀大成鼓肚形，如图7所示。

此类脉动的频率和步长因被成形材料不同而不同。重复以上步骤，直至模具到达预设的位置，预成形筒形件51完全贴模，即胀形镶块62中的预成形筒形件51渐渐胀大与胀形镶块62所设的胀形状通孔621完全贴合，获得所需要的成形拉深胀形件52，如图8所示，图中，成形拉深胀形件52顶端平面的直径为

，也就是预成形筒形件51顶端平面的直径/>

，成形拉深胀形件52的上端直臂筒形部分的直径为/>

，下端直臂筒形部分的直径也为/>

，/>

就是预成形筒形件51的直径，中部胀形部分的最大直径为/>

，中部胀形部分的纵向截面中，其弧形对应的圆心角是/>

，其弧形圆心角连线与成形拉深胀形件52几何中心线之间的夹角是/>

。

充液装置2通过拉深胀形凸模1所设的充液通道11给预成形筒形件51内输送的液体是具有适当液体压力的液体。

4）胀形工序完成后，拉深胀形凸模1及其压料板3继续上行，上端直臂筒形镶块61、胀形镶块62、下端直臂筒形镶块63在打开机构的作用下同时向外打开，即可取出已成形的成形拉深胀形件52，整个过程在一套模具内完成，拉深胀形凸模1由压力机驱动，即在压力机驱动的一个行程完成。成形拉深胀形件52如图8及如图9中的图（d）所示。

如果成形拉深胀形件52是图9中的图（b）所示，成形过程是：此时的凹模镶块中的空腔部分的形状要与图9（b）的形状一致，即凹模镶块6中除了包括有上端直臂筒形镶块61、胀形镶块62及下端直臂筒形镶块63，还在下端直臂筒形镶块63的下部设有另一个胀形镶块，拉深胀形凸模1所设的与轴向平行的纵向充液通道111要至少有两条，相应地，拉深胀形凸模1至少在上下两个横截面上分别设有横向充液通道112，分别与两条纵向充液通道111相通的上下横截面上的横向充液通道112分别与胀形镶块62所设的胀形状通孔621相通及与下部另一个胀形镶块所设的胀形状通孔相通，即对应上下每一个胀形状通孔由高压液体充入使其产生胀形。拉深时仍然是先预拉深成圆筒形状，然后拉深胀形凸模1脉动后退、顶杆等轴向镦压。充液胀形过程与上述过程同理。

实施例3：

本发明成型方法中控制胀形部分壁厚均匀性的方法，设步骤2）拉深后的预成形筒形件51的直径是d₁，高度是h₀，筒形件的侧表面积为

。

成形拉深胀形件52包括有上端直臂筒形部分、中部胀形部分、下端直臂筒形部分，上端直臂筒形部分的高度是h₁，中部胀形部分的高度是h_2，下端直臂筒形部分的高度是h_3；中部胀形部分位于胀形状通孔621的胀形区域；

整个胀形工件的侧表面积为A，不考虑突缘部分；

A=

；

式中S为中部胀形部分的表面积，即

；

因为S由给定制品形状确定,回转体表面积的计算方法是给定母线方程

或

参数方程，通过积分方法求其侧表面积,

；

可求得：

；

r、

是中部胀形部分弧形某点的极坐标，其中r是弧形某点的曲率半径，/>

是弧形某点的极角。

实际中产品形状尺寸求得

后，胀形时，拉深胀形凸模1后退的总距离/>

即可确定如下：

；

当

确定后，将其分n个步来实施，n就是脉动数，拉深胀形凸模1每次移动的距离

就是推动预成形筒形件51的直筒部分材料转入中部胀形部分的量，脉动上移总量为

，但分为n步，即/>

，n数值越大表示每次给预成形筒形件51的镦压的距离越小，此时中部胀形部分的筒壁金属主要以增厚为主，n数值越小表示每次给圆筒形件的镦压距离越小，当带有充液通道的拉深胀形凸模1及顶出器8后退至预定位置即停止，此时已预成形的圆筒形件在轴向压力作用下被推至凹模镶块6的中间位置使其壁部增厚或皱褶，此时中部胀形部分的筒壁金属可能失稳而出现皱褶，这些都将成为后面胀形鼓肚时防止变薄的备用材料，这正是希望的储料。

脉动胀形运动过程：已拉深成的预成形筒形件51不动，开始时，上端直臂筒形部分的h₁和下端直臂筒形部分的h₃+△h均被限制在凹模镶块6的上端圆柱状通孔611及下端直臂筒形镶块63所设的下端圆柱状通孔631内，只有h₂部分的外周有空间可胀大，假设拉深胀形凸模1上移

，凹模镶块6底部的顶出器8运动，并给予筒形件向上的轴向推力P，由于筒形件的上端直臂筒形部分的h₁和下端直臂筒形部分的h₃+△h均被限制，所以筒形件被上推的

这部分材料只能进入胀形区域，即h₂区域，此时通过充液装置2及充液通道11给中部胀形部分施加充液压力，使h₂区域充液胀形；如此脉动循环，通过n步操作，完成鼓肚的均匀变形，同时，下端直臂筒形部分的高度h₃+△h也由h₃+△h缩小至所需的h₃。

Claims (5)

1.一种拉深胀形一体化模具的成型方法中控制胀形部分壁厚均匀性的方法，其中所述的拉深胀形一体化模具包括拉深胀形凸模（1）、压料板（3）、凹模镶块（6）、下模垫板（7）、顶出器（8），其中拉深胀形凸模（1）设有充液通道（11），且充液通道（11）能与充液装置（2）连接，压料板（3）装设在凹模镶块（6）的上方，模具工作时压料板（3）与凹模镶块（6）之间能装设平板毛坯料（5），且压料板（3）能对平板毛坯料（5）给予压料力，凹模镶块（6）设有中空腔体，凹模镶块（6）的底端装设有下模垫板（7），下模垫板（7）设有通孔（71），通孔（71）内装设有顶出器（8），拉深胀形凸模（1）能与驱动装置连接，顶出器（8）能与顶出机构连接，拉深胀形凸模（1）在驱动装置的作用下，拉深胀形凸模（1）的下部能穿过压料板（3）所设的通孔将平板毛坯料（5）拉深后形成位于凹模镶块（6）所设的中空腔体内的预成形筒形件（51），且拉深胀形凸模（1）的下部能下行至凹模镶块（6）的底部、且预成形筒形件（51）的底端与顶出器（8）的顶端触接，拉深胀形凸模（1）的高度大于预成形筒形件（51）的高度，且充液通道（11）与充液装置（2）连接的端口（12）露置出压料板（3）的顶部，且拉深胀形凸模（1）能在驱动装置的作用下以脉动方式上行，顶出器（8）随之能在顶出机构的作用下向上运动，并对预成形筒形件（51）施加轴向压力；上述凹模镶块（6）为分层式凹模镶块，包括有上端直臂筒形镶块（61）、胀形镶块（62）、下端直臂筒形镶块（63），上端直臂筒形镶块（61）、胀形镶块（62）、下端直臂筒形镶块（63）均为两瓣式结构，且依次从上至下叠放及连接，凹模镶块（6）设有的中空腔体包括有上端直臂筒形镶块（61）所设的上端圆柱状通孔（611）、胀形镶块（62）设有与所需胀形形状相对应的胀形状通孔（621）、下端直臂筒形镶块（63）所设的下端圆柱状通孔（631），上端圆柱状通孔（611）、胀形状通孔（621）、下端圆柱状通孔（631）相通，两瓣式结构通过锁紧机构及打开机构实现规定行程内的开合；

拉深胀形一体化模具的成型方法包括有如下步骤：

1）模具开启，将平板毛坯料（5）置于压料板（3）与凹模镶块（6）之间；

2）带有充液通道（11）的拉深胀形凸模（1）在驱动装置的作用下下行，压料板（3）压住平板毛坯料（5），拉深胀形凸模（1）对平板毛坯料（5）进行拉深，形成所需的预成形筒形件（51），预成形筒形件（51）位于上端直臂筒形镶块（61）所设的上端圆柱状通孔（611）、胀形镶块（62）所设的胀形状通孔（621）及下端直臂筒形镶块（63）所设的下端圆柱状通孔（631）内；

3）拉深胀形凸模（1）在驱动装置的作用下以脉动方式开始上行，同时顶出器（8）在顶出机构的作用下向上运动，并对预成形筒形件（51）施加轴向压力；随后开启充液装置（2），充液装置（2）通过拉深胀形凸模（1）所设的充液通道（11）给预成形筒形件（51）内输送液体，即给预成形筒形件（51）内进行充液，当预成形筒形件（51）内液体压力到达

时，式中：t--预成形筒形件（51）所用材料厚度，d₁--预成形筒形件（51）的直径，/>

--预成形筒形件（51）所用材料的屈服应力，预成形筒形件（51）位于胀形状通孔（621）内的胀形区材料产生屈服后发生塑性变形，实现胀形，使待变形的部分产生塑性变形后，此时胀形镶块（62）中的预成形筒形件（51）渐渐胀大成鼓肚形；

4）胀形工序完成后，拉深胀形凸模（1）及其压料板（3）继续上行，上端直臂筒形镶块（61）、胀形镶块（62）、下端直臂筒形镶块（63）在打开机构的作用下同时向外打开，即可取出已成形的成形拉深胀形件（52）；

其特征在于控制胀形部分壁厚均匀性的方法是：

设步骤2）拉深后的预成形筒形件（51）的直径是d₁，高度是h₀，预成形筒形件（51）的侧表面积为

成形拉深胀形件（52）包括有上端直臂筒形部分、中部胀形部分、下端直臂筒形部分，上端直臂筒形部分的高度是h₁，中部胀形部分的高度是h_2，下端直臂筒形部分的高度是h_3；中部胀形部分位于胀形状通孔（621）的胀形区域；

成形拉深胀形件的侧表面积为A，不考虑突缘部分；

A=

式中S为中部胀形部分的表面积，即

；

因为S由给定制品形状确定,回转体表面积的计算方法是给定母线方程

，通过积分方法求其侧表面积,

可求得：

实际中产品形状尺寸求得

后，胀形时，拉深胀形凸模（1）后退的总距离/>

即可确定如下：

当

确定后，将其分n个步来实施，n就是脉动数，拉深胀形凸模（1）每次移动的距离

i就是推动预成形筒形件（51）的直筒部分材料转入中部胀形部分的量，脉动上移总量为/>

，但分为n步，即/>

，n数值越大表示每次给预成形筒形件（51）的镦压的距离越小，此时中部胀形部分的筒壁金属主要以增厚为主，n数值越小表示每次给预成形筒形件（51）的镦压距离越小，此时中部胀形部分的筒壁金属可能失稳而出现皱褶，这些都将成为后面胀形鼓肚时防止变薄的备用材料；

脉动胀形运动过程：已拉深成的预成形筒形件（51）不动，开始时，上端直臂筒形部分的h₁和下端直臂筒形部分的h₃+△h均被限制在凹模镶块（6）的上端圆柱状通孔（611）及下端直臂筒形镶块（63）所设的下端圆柱状通孔（631）内，只有h₂部分的外周有空间可胀大，假设拉深胀形凸模（1）上移

，凹模镶块（6）底部的顶出器（8）随动，并给予预成形筒形件（51）向上的轴向推力P，由于预成形筒形件（51）的上端直臂筒形部分的h₁和下端直臂筒形部分的h₃+△h均被限制，所以预成形筒形件被上推的/>

这部分材料只能进入胀形区域，即h₂区域，此时通过充液装置（2）及充液通道（11）给中部胀形部分施加充液压力，使h₂区域充液胀形；如此脉动循环，通过n步操作，完成鼓肚的均匀变形，同时，下端直臂筒形部分的高度h₃+△h也由h₃+△h缩小至所需的h₃。

2.根据权利要求1所述的拉深胀形一体化模具的成型方法中控制胀形部分壁厚均匀性的方法，其特征在于上述拉深胀形凸模（1）内设有的充液通道（11）包括有与拉深胀形凸模（1）的轴向平行的纵向充液通道（111）及与凹模镶块（6）所设中空腔体相通的横向充液通道（112），纵向充液通道（111）的上端能与充液装置（2）连接，横向充液通道（112）的一端与纵向充液通道（111）相通，横向充液通道（112）的另一端与凹模镶块（6）所设中空腔体相通。

3.根据权利要求1所述的拉深胀形一体化模具的成型方法中控制胀形部分壁厚均匀性的方法，其特征在于上述压料板（3）与拉深胀形凸模（1）的接触面装设有密封圈（4）。

4.根据权利要求1所述的拉深胀形一体化模具的成型方法中控制胀形部分壁厚均匀性的方法，其特征在于上述顶出器（8）通过顶杆（9）与顶出机构连接，顶杆（9）的一端与顶出器（8）连接，顶杆（9）的另一端与顶出机构连接。

5.根据权利要求2所述的拉深胀形一体化模具的成型方法中控制胀形部分壁厚均匀性的方法，其特征在于上述驱动装置是具有伺服驱动装置和能提供液压源的机器；上述充液装置（2）与充液通道（11）之间通过控制阀及管道连接。

Images