CN107755511A - 一种针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法 - Google Patents

Abstract

一种针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法，主要用来解决液压成形小圆角特征所需液室压力大、精准成形困难的技术问题。包括预成形和终成形两道次液压成形工序，预成形为被动式充液拉深，成形零件的高度略高于最终实际零件；预成形圆角也要大于最终的小圆角。终成形为胀压复合成形，将预成形零件倒置放置，零件下面为高压液体，上面为带有最终小圆角特征的凸模，成形过程凸模下行同时对液室加压，小圆角在液室胀形压力及凸模背压速度的匹配作用下胀压成形出来。使所成形的小圆角壁厚分布均匀、表面质量好、成形精度高。该发明的提出极大地拓宽了液压成形技术可成形板材零件圆角的范围和液压成形技术的应用范围，具有广阔的前景。

Description

一种针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法

技术领域

本发明属于航空宇航钣金成形技术领域，特别是涉及一种针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法。

背景技术

随着国家战略需求及先进制造技术的不断发展，越来越多的产品将会在极端条件下运行，如中国首辆月球车“玉兔号”，需承受月球表面真空、强辐射、摄氏零下180度到零上150度极限温度等极端环境。这种情况下，就要求产品具有很高的制造质量，同时产品的复杂程度也越来越高，一些异形曲面、具有局部小圆角特征的薄壁零件被广泛使用。其中小圆角往往仅1-3倍料厚，更小的甚至不足1倍料厚，并且成形零件表面质量要求很高，不得有任何划伤，零件材料广泛使用轻质合金，这些进一步增加了制造难度，给成形制造带来了较大困难。

传统成形小圆角特征的方法有普通刚性模成形和内高压充填成形(即液压成形)，刚性模成形极易对零件表面造成划伤，并且成形中模具在小圆角直壁区较大的摩擦力会导致直壁与圆角过渡处坯料壁厚减薄剧烈甚至开裂，为保证试件壁厚减薄率需进行多道次的成形及整形工序。内高压圆角充填成形，虽对零件表面起到很好地保护作用，但小圆角贴模所需的局部液压力远远大于其他区域，这将导致整个液室压力增加，设备吨位增大。并且在很大的液室压力下，圆角两侧已贴模的直壁部分很难向圆角区补料，只能靠圆角区坯料自身的壁厚减薄贴靠模具，极易发生壁厚过度减薄甚至破裂，很难满足成形制造要求。因此，如何精准成形小圆角特征成为复杂形状薄壁构件成形中一个关键问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法。

为了达到上述目的，本发明提供的针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)将预成形模具安装在板材充液成形设备上，调试完成后，通过预成形模具液室上的进液口向预成形模具液室内快速充液，至液体未从液室圆角边缘溢流。

2)选择薄壁板材作为坯料，将坯料放置在预成形模具液室上，通过定位装置定位，压边圈下行，依靠预成形模具上的限位块来保证预成形压边圈与预成形液室之间的间隙。

3)凸模快速下行至坯料上表面后，按设定速度继续下行，同时通过液室上的进液口向预成形模具液室内加载液压力，板材在液体压力作用下进行充液拉深，发生弹塑性变形，贴靠凸模，成形出预成形形状。

4)将预成形零件从预成形模具中取出，安装终成形模具并向终成形模具液室内快速充液至液体未从液室圆角边缘溢流。

5)将预成形零件倒置放入终成形模具中，通过定位装置定位，零件下面为高压液体，上面为带有最终小圆角特征的终成形凸模。密封圈安装在零件法兰边缘外侧，防止液体泄漏，保持液室压力。压边圈下行合模，通过压边力控制将预成形零件法兰部分压紧在液室上。

6)终成形凸模快速下行至刚接触预成形零件上表面后，以设定速度继续下行至一定位置，同时通过终成形模具液室上的进液口向终成形模具液室内加载液压，零件小圆角在液室胀形压力及凸模背压速度的匹配作用下胀压成形出来。

7)泄压开模，将最终带有小圆角特征的零件取出，切除多余工艺补充面，得到完整零件。

所述的预成形模具由凸模、压边圈、液室和限位块组成。其中预成形凸模为带有零件型面，液室在板材下方，成形过程为被动式充液拉深。预成形零件高度略高于最终实际零件，预成形圆角也大于所需成形的最终小圆角。

所述的终成形模具由凸模、压边圈、液室和密封圈组成。其中，密封圈安装在预成形零件法兰边缘外侧，防止液体泄漏，保持液室压力。小圆角特征则通过液室压力与凸模背压速度匹配控制进行成形。

本发明提供的一种针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法，采用两道次液压成形工序，预成形为被动式充液拉深，终成形为主动式液压胀形结合刚性背压。该方法可以充分发挥材料的塑性，使成形的小圆角壁厚分布均匀、表面质量好、成形精度高。成形过程工序简单、效率高、成本低、适合于大批量生产。同时，该发明的提出极大地拓宽了液压成形技术可成形板材零件圆角的范围和液压成形技术的应用范围，具有广阔的前景。

附图说明

图1是本发明提供的针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法预成形过程示意图。

图2是本发明提供的针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法终成形初期阶段示意图。

图3是本发明提供的针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法终成形后期阶段示意图。

图4是本发明提供的针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法预成形高度及圆角与终成形高度及圆角间关系示意图。

图中：1预成形模具凸模；2预成形模具压边圈；3预成形模具液室；4预成形模具液室进液口；5初始板材坯料；6预成形零件形状；7预成形模具限位块；8终成形模具凸模；9终成形模具压边圈；10终成形模具液室；11终成形模具液室进液口；12终成形模具密封圈；13最终带有小圆角特征的零件；14预成形零件高度；15预成形零件圆角；16最终零件高度；17最终零件小圆角特征。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法进行详细说明。

如图1—图4所示，本发明提供的一种针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法包括按照顺序进行的下列步骤：

1)预成形模具安装完成后，通过液室3上的进液口4向预成形模具液室3内快速充液，至液体未从液室圆角边缘溢流。

2)选择1.5mm厚的铝合金2024板材5作为坯料，将坯料5放置在预成形模具液室3上，通过定位装置定位，压边圈2下行，依靠预成形模具上的限位块7来保证预成形压边圈2与预成形液室3之间的间隙为1.1倍的板料厚度；

3)凸模1按设定速度下行，同时通过液室3上的进液口4向预成形模具液室内加载液压力，板材在高压液体作用下贴靠凸模1，发生弹塑性变形，成形出预成形形状6。

4)将板材零件6从预成形模具中取出，安装终成形模具并向终成形模具液室10内快速充液至液体未从液室10圆角边缘溢流。

5)将预成形零件6倒置放入终成形模具中，通过定位装置定位，零件下面为高压液体，上面为带有最终小圆角特征的终成形凸模8。压边圈9下行合模、施加600kN压边力，密封圈12密封，压边力将预成形零件6法兰部分压紧在液室10上。

6)终成形凸模8快速下行至刚接触预成形零件6上表面后，以设定速度继续下行至一定位置，同时通过终成形模具液室10上的进液口11向终成形模具液室内加载液压，零件小圆角在液室胀形压力及凸模背压速度的匹配作用下胀压成形出来。

7)泄压开模，将最终带有小圆角特征的零件13取出，切除多余工艺补充面，得到完整零件。

Claims (5)

1.一种针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法，其特征在于：所述的针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)预成形模具安装完成后，通过液室3上的进液口4向预成形模具液室3内快速充液，至液体未从液室圆角边缘溢流。

2)选择薄壁板材5作为坯料，将坯料5放置在预成形模具液室3上，通过定位装置定位，压边圈2下行，依靠预成形模具上的限位块7来保证预成形压边圈2与预成形液室3之间的间隙。

3)凸模1按设定速度下行，同时通过液室3上的进液口4向预成形模具液室内加载液压力，板材在高压液体作用下贴靠凸模1，发生弹塑性变形，成形出预成形形状6。

4)将板材零件6从预成形模具中取出，安装终成形模具并向终成形模具液室10内快速充液至液体未从液室10圆角边缘溢流。

5)将预成形零件6倒置放入终成形模具中，通过定位装置定位，零件下面为高压液体，上面为带有最终小圆角特征的终成形凸模8。压边圈9下行合模、密封圈12密封，压边力将预成形零件6法兰部分压紧在液室10上。

6)终成形凸模8快速下行至刚接触预成形零件6上表面后，以设定速度继续下行至一定位置，同时通过终成形模具液室10上的进液口11向终成形模具液室内加载液压，零件小圆角在液室胀形压力及凸模背压速度的匹配作用下胀压成形出来。

7)泄压开模，将最终带有小圆角特征的零件13取出，切除多余工艺补充面，得到完整零件。

2.根据权利要求1所述的一种针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法，其特征在于：预成形高度略高于最终实际零件，预成形圆角大于最终实际零件的小圆角。

3.根据权利要求1所述的一种针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法，其特征在于：终成形时，液室胀形压力与凸模背压速度需匹配控制，零件小圆角特征在该匹配作用下胀压成形出来。

4.根据权利要求1所述的一种针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法，其特征在于：该成形方法为两道次液压成形，预成形为被动式充液拉深，终成形为主动式液压胀形结合刚性背压。

5.根据权利要求1所述的一种针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法，其特征在于：解决了液压成形小圆角特征所需设备吨位大的问题。