CN102632125B - 一种可实现径向加压和液压压边的板材差温充液成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可实现径向加压和液压压边的板材差温充液成形装置，包括：凸模、压边圈、凹模、增压装置、电磁比例溢流阀和流体加热装置；凹模内部设有的凹模腔体通过注液孔与增压装置高压端连接；压边圈设置在凹模上，压边圈底部设有的压边圈腔体通过注液孔与增压装置高压端连接，增压装置的高压端和低压端还均分别与流体加热装置和电磁比例溢流阀连接。本发明提供的成型装置通过径向加压和液压压边、差温充液成形，可提高板材的成形性能，实现形状更复杂、拉深比更高、尺寸精度要求更高的零件成形。

Description

一种可实现径向加压和液压压边的板材差温充液成形装置

技术领域

 本发明涉及板材充液热成形装置，特别涉及一种可实现径向加压和液压压边的板材差温充液成形装置。

背景技术

近几年，随着环境污染，以及能源和原材料短缺的问题日趋严重，航空航天、汽车等制造领域的结构轻量化、整体化、精品化的需求日益增多，使得许多板材如铝合金、镁合金、钛合金、超高强度钢、高温合金或复合材料等受到日渐广泛的关注。这些材料尽管有着许多优势，但相比传统材料如低碳钢等来说，本身存在比较严重的各向异性、应力集中明显、回弹严重且室温塑性差等缺点，成形零件精度低和成形周期长，大大增加了零件的制造难度和成本，严重影响了产品的工业应用。因此，常温下成形困难的问题，已经成为这些新型材料进一步扩大应用的瓶颈，严重阻碍了其应用。

最近研发的新成形技术——板材充液热成形技术，同时发挥了板材温热成形和板材充液成形的双重优点，可显著提高常温下塑性差的板材的成形性能。然而随着能源、环保问题日益严峻，以及低碳生活意识的提出，结构轻量化、整体化要求不断提高，复杂整体结构不断出现，一些更为复杂，拉深比更大的整体结构零件即使现有的板材充液热成形技术也难以实现一次整体成形，一些零件只好采用多道次成形，或局部成形再焊接的方法进行制造，而这样势必会造成工艺冗余，成形零件精度低，成本高，周期长。这就需要工艺方法或结构形式的创新和改进，来充分挖掘材料的成形能力。

在公开号为CN 101274343A中的发明专利中，公开了一种提高板材成形极限的装置。该装置有上模装置、下凹模、流体压力产生装置A、流体压力产生装置B、溢流阀A和溢流阀B组成，上模装置中的压边圈和凸模之间形成背压型腔。该发明属于另一种形式的提高板材成形极限的装置，该装置并没有考虑板料成形过程中变形程度最大的法兰部位材料成形能力的提高，另外该发明的加热单元直接放置在凹模内，这需要把模具内部加热到很高温度，再通过热传导加热流体介质和板料，加热效率低，耗能大，且难以实现精确的温度控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种可实现径向加压和液压压边的差温充液成形装置，以提高板材的成形性能，实现形状更复杂、拉深比更高、尺寸精度要求更高的零件成形。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种可实现径向加压和液压压边的板材差温充液成形装置，包括：凸模、压边圈、凹模、第一增压装置、第二增压装置、第一电磁比例溢流阀、第二电磁比例溢流阀、第一流体加热装置、第二流体加热装置；

板料位于所述凹模和所述压边圈之间；所述凹模内部设有凹模腔体，凹模底部设置有注液孔，所述注液孔与所述凹模腔体连通、注液孔外端口与所述第一增压装置的高压端连接，第一增压装置高压端同时通过单向阀、高温泵与所述第一流体加热装置连接，第一增压装置低压端与所述第一电磁比例溢流阀连接；所述压边圈通过密封圈设置在所述凹模上，压边圈底部设有压边圈腔体，压边圈侧面设置有注液孔，所述注液孔与所述压边圈腔体连通，注液孔外端口与所述第二增压装置的高压端连接，第二增压装置高压端同时通过单向阀、高温泵与所述第二流体加热装置连接；第二增压装置的低压端与所述第二电磁比例溢流阀连接；所述凸模的一端位于所述压边圈中间。

进一步地，所述压边圈腔体在所述凹模及板料上形成一个封闭腔体。

进一步地，所述压边圈中间为中空结构，与所述凹模腔体同轴。

进一步地，所述第一流体加热装置、第二流体加热装置向所述凹模腔体、所述压边圈腔体内提供耐热流体介质，所述耐热流体介质为耐热油、气体、低熔点金属或耐高温粉体。

进一步地，所述第一流体加热装置、第二流体加热装置内设置有电热单元对所述耐热流体介质加热，所述加热单元为加热管、加热丝或其他加热元件。

进一步地，所述的第一流体加热装置、第二流体加热装置是各自单独控制加热。

进一步地，所述凸模内部设有冷却水道。

进一步地，所述密封圈为耐高温高压密封圈、并设置在所述凹模上。

进一步地，所述的第一增压装置、第二增压装置均是一种活塞式增压器。

本发明提供的一种可实现径向加压和液压压边的差温充液成形装置，通过液压压边减少了板料与模具间的摩擦力，通过板厚方向施加径向推力，显著促进了材料流动、以及耐热流体介质压力施加和上述可实现的差温成形，有效的实现了可极大提高板材成形极限的板材差温充液的复合成形，充分发挥了板材的成形能力，可实现难成形材料复杂零件的一次整体成形，从而能够促进新型难成形材料的扩大应用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的可实现径向加压和液压压边的板材差温充液成形装置示意图。

图2为本发明实施例提供的可实现径向加压和液压压边的板材差温充液成形装置的成形初始阶段示意图。

图3为本发明实施例提供的图1中A处的放大示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明实施例提供的一种可实现径向加压和液压压边的板材差温充液成形装置，包括：凸模18、压边圈15、凹模7、第一增压装置2、第二增压装置11、第一电磁比例溢流阀1、第二电磁比例溢流10、第一流体加热装置5和第二流体加热14装置。

板料20位于凹模7和压边圈15之间；凹模7内部设有凹模腔体8，凹模7底部设置有注液孔6，注液孔6与凹模腔体8连通、注液孔6外端口与第一增压装置2的高压端连接，第一增压装置2的高压端同时通过单向阀3、高温泵4与第一流体加热装置5连接，第一增压装置2的低压端与第一电磁比例溢流阀1连接；压边圈15通过密封圈9设置在凹模7上，其中，密封圈9安装在凹模7上；压边圈15底部设有压边圈腔体17，压边圈15侧面设置有注液孔16，注液孔16与压边圈腔体17连通，注液孔16外端口与第二增压装置11的高压端连接，第二增压装置11的高压端同时通过单向阀12、高温泵13与第二流体加热装置14连接，第二增压装置11的低压端与第二电磁比例溢流10连接；凸模18的一端位于压边圈15中间。

其中，压边圈腔体17在凹模7及板料20上形成一个封闭腔体。

其中，压边圈15中间为中空结构，与凹模腔体8同轴。

其中，第一流体加热装置5、第二流体加热装置14向所述凹模腔体8、所述压边圈腔体17内提供耐热流体介质，耐热流体介质为耐热油、气体、低熔点金属或耐高温粉体。

其中，第一流体加热装置5、第二流体加热装置14内设置有电热单元对所述耐热流体介质加热，加热单元为加热管、加热丝或其他加热元件。

其中，第一流体加热装置5、第二流体加热装置14是各自单独控制加热。

其中，凸模18内部设有冷却水道19。

其中，密封圈9为耐高温高压密封圈、并设置在所述凹模7上。

其中，第一增压装置2、第二增压装置11均是一种活塞式增压器。

压边圈腔体17内耐热流体介质是先在第二流体加热装置14内通过加热单元加热，达到设定温度后通过高温泵13、单向阀12注入第二增压装置11的高压端，再经过第二增压装置11及第一电磁比例溢流阀10的进行增压控制，通过注液孔16填充到压边圈腔体17内。

凹模腔体8内耐热流体介质是先在第一流体加热装置5内通过加热单元加热，达到设定温度后通过高温泵4、单向阀3注入第一增压装置2的高压端，再经过第一增压装置2及第一电磁比例溢流阀1的进行增压控制，通过注液孔6填充到凹模腔体8内。

本发明提供的一种可实现径向加压和液压压边的差温充液成形装置在板料成形时具体的工艺步骤如下：

（1）、开启第一流体加热装置5和第二流体加热装置14，分别将这两部分耐热流体介质通过各自的加热单元加热到各自设定的温度，且保温一定的时间；

（2）、将已到设定温度的第一流体加热装置5内的流体介质通过高温泵4和单向阀3注入第一增压装置2的高压端，注入完毕，同时关闭高温泵4和单向阀3；

（3）、开启第一增压装置2，控制第一电磁比例溢流阀1使耐热流体介质通过注液孔6填充到凹模腔体8内，当耐热流体介质表面与凹模7模口平齐时，停止注入；

（4）、放置板料20在凹模7表面；

（5）、控制压边圈15下行至与板料20接触，并稍加力压住板料20，同时将已到设定温度的第二流体加热装置14内的流体介质通过高温泵13和单向阀12注入第二增压装置11的高压端，注入完毕，同时关闭高温泵13和单向阀12；

（6）、开启第二增压装置11，使耐热流体介质通过注液孔16填充到压边圈腔体17与凹模7及板料20形成的封闭腔体内。

（7）、压边圈腔体17内耐热流体介质保压一定时间，同时，通过压边圈腔体17内耐热流体介质和凹模腔体8内的耐热流体介质对板材加热，直至所需的温度；

（8）、控制凸模18下行，同时将循环冷却水注入冷却水道19，凸模18下行至板料上表面某一特定位置时，凸模18停止下行，凹模腔体8内的耐热流体介质通过第一增压装置2和第一电磁比例溢流阀1实施增压，增压至某一设定值，保持压力不变，实现初始反胀，如图2所示，初始反胀可在成形初期建立起液室压力，改变凸模18圆角处坯料的应力状态，形成很好的摩擦保持效果，从而避免成形初期板材破裂的发生；

（9）、当初始反胀到达设定时间时，凸模18下行，同时通过第一电磁比例溢流阀1、第二电磁比例溢流阀10，以及压边圈15的液压***，根据凸模18的位移,实时调节凹模腔体8内耐热流体介质和压边圈腔体17内耐热流体介质的压力，以及压边圈15的压力,直至成形完了，在这个成形过程中耐热流体介质对板料20在板厚方向上施加径向推力、在板料20法兰的垂直方向上施加液压压边力，如图1和图3中P₁所示，实现了液压压边和板料径向加压补料； 

（10）、将压边圈腔体17内和凹模腔体8内的耐热流体介质耐热流体介质泄压，凸模18和压边圈15上行，取出零件，加工完成。

本发明可实现径向加压和液压压边的板材差温充液成形装置，在成形过程中由于板料不同部位分别与凸模18、压边圈腔体17内耐热流体介质，以及凹模腔体8内的耐热流体介质接触，因凸模18内通有冷却水，压边圈腔体17内和凹模腔体8内分别通有不同温度的耐热流体介质，因此在板材成形的过程中板料不同的部位可实现不同的温度梯度分布，即可实现差温成形，提高成形极限。

本发明实施例提供的一种可实现径向加压和液压压边的板材差温充液成形装置具有以下优点：

1、通过压边圈腔体内的耐热流体介质实现液压压边，可显著减少板料和模具间的摩擦力，提高板材成形性能，降低设备吨位，提高模具使用寿命。

2、通过压边圈腔体内的耐热流体介质在板厚方向实现径向推力，促进板材流动，可极大提高板材成形性能，可实现复杂薄壁零件的一次成形，避免了多道次成形及道次间的退火，节省了模具费用，提高了生产效率，降低了生产成本。

3、通过凸模冷却水道内通有冷却水、压边圈腔体内耐热流体介质，以及凹模腔体内的耐热流体介质可以分别控制不同的温度，在板材成形的过程中板料不同的部位可实现不同的温度梯度分布，即可实现差温成形，提高成形极限。

4、可实现板材差温充液的复合成形，充分发挥了板材的成形能力，促进新型材料的扩大应用。

5、压边圈腔体内的耐热流体介质及凹模腔体内的耐热流体介质的压力，可通过电磁比例溢流阀实时控制，可方便实现变压边力控制和液压压力的实时控制。

6、耐热流体介质是通过模具外部的流体加热装置进行加热，这样要比仅靠模具上的电热体来加热，效率高的多，且能量损耗少，温度控制精确。

7、耐热流体介质是通过模具外部的流体加热装置进行加热，成形过程和后续所需耐热流体介质的加热及保温，可分别同时进行，提高了工作效率。

8、可实现常温下板材充液成形、高温下板材充液成形等多种工艺的应用。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种可实现径向加压和液压压边的板材差温充液成形装置，其特征在于，包括：凸模、压边圈、凹模、第一增压装置、第二增压装置、第一电磁比例溢流阀、第二电磁比例溢流阀、第一流体加热装置和第二流体加热装置；

所述凹模内部设有凹模腔体，凹模底部设置有第一注液孔，所述第一注液孔与所述凹模腔体连通，第一注液孔外端口与所述第一增压装置的高压端连接，第一增压装置高压端同时通过第一单向阀、第一高温泵与所述第一流体加热装置连接，第一增压装置低压端与所述第一电磁比例溢流阀连接；板料位于所述压边圈和所述凹模之间，所述压边圈通过密封圈设置在所述凹模上，所述压边圈底部设有压边圈腔体，所述压边圈腔体在所述凹模及板料上形成一个封闭腔体，所述压边圈侧面设置有第二注液孔，所述第二注液孔与所述压边圈腔体连通，第二注液孔外端口与所述第二增压装置的高压端连接，第二增压装置高压端同时通过第二单向阀、第二高温泵与所述第二流体加热装置连接，第二增压装置的低压端与所述第二电磁比例溢流阀连接，通过第二增压装置的增压作用，压边圈腔体内的耐热流体介质在板料的板厚方向上对板料施加径向推力、在垂直方向上对板料施加液压压边力，实现液压压边和板料径向加压补料；所述凸模的一端位于所述压边圈中间；当所述凸模对所述板料冲压时，根据所述凸模下行位移,通过控制所述第一增压装置和第二增压装置，可以分别实时调节所述凹模腔体和所述压边圈腔体内的耐热流体介质对板料的压力；所述第一流体加热装置和第二流体加热装置各自单独控制加热，所述第一流体加热装置单独对进入所述凹模腔体内的耐热流体介质加热，第二流体加热装置单独对进入所述压边圈腔体内的耐热流体介质加热。

2.根据权利要求1所述的可实现径向加压和液压压边的板材差温充液成形装置，其特征在于：

所述压边圈中间为中空结构，与所述凹模腔体同轴。

3.根据权利要求1所述的可实现径向加压和液压压边的板材差温充液成形装置，其特征在于：

所述第一流体加热装置、第二流体加热装置向所述凹模腔体、所述压边圈腔体内提供耐热流体介质，所述耐热流体介质为耐热油、气体、低熔点金属或耐高温粉体。

4.根据权利要求3所述的一种可实现径向加压和液压压边的板材差温充液成形装置，其特征在于：

所述第一流体加热装置、第二流体加热装置内设置有电热单元对所述耐热流体介质加热，所述加热单元为加热管、加热丝或其他加热元件。

5.根据权利要求1所述的可实现径向加压和液压压边的板材差温充液成形装置，其特征在于：

所述凸模内部设有冷却水道。

6.根据权利要求1所述的可实现径向加压和液压压边的板材差温充液成形装置，其特征在于：

所述密封圈为耐高温高压密封圈、并设置在所述凹模上。

7.根据权利要求1所述的可实现径向加压和液压压边的板材差温充液成形装置，其特征在于：

所述的第一增压装置、第二增压装置均是一种活塞式增压器。