CN110314971A - 一种板材粘性介质压力成形回弹自适应控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种板材粘性介质压力成形回弹自适应控制方法，包括如下步骤：Ⅰ：将介质仓固定，柱塞安装在介质仓内部，向介质仓内注入粘性介质；Ⅱ：将板坯料置于介质仓顶部，然后将凹模安装在板坯料之上并固定，使板坯料夹持在介质仓与凹模之间；Ⅲ：推动介质仓中的柱塞以速度V₁向上运动，使板坯料逐渐与凹模型腔贴合，此时介质仓内的压力为P；Ⅳ：使柱塞以速度V₂向下运动，使介质仓内压力降低至P₁，同时柱塞停止向下运动，使介质仓内压力保持恒定在P₁，持续时间为t；Ⅴ：压力P₁恒定持续时间t之后，柱塞再次以速度V₂向下运动，直至粘性介质完全卸载；本发明具有使成形件在卸载过程中反复贴模并逐渐释放残余应力，达到控制回弹的优点。

Description

一种板材粘性介质压力成形回弹自适应控制方法

技术领域

本发明涉及板材成形技术领域，尤其涉及一种板材粘性介质压力成形回弹自适应控制方法。

背景技术

板材冲压成形卸载后会产生回弹，回弹的本质是板材成形后内应力分布不均匀，卸载过程中由于成形件内部残余应力的释放而引起的应力场重新建立平衡的过程，因此回弹的大小取决于回弹前成形件内应力状态以及成形件的几何形状。目前，回弹是板料塑性成形中广泛存在的现象，严重的影响着冲压件的尺寸、形状精度，是工业界和学术界亟待解决的问题。目前对回弹的控制手段，一方面是通过优化压边力、润滑条件、板坯形状等各种工艺参数对回弹进行一定程度的控制，另一方面是通过优化模具型面，对回弹进行补偿，而目前这些方法对回弹的控制效果耗费时间长、费用高、尺寸精度提高幅度有限，无法从根源上对回弹进行控制，必须探索在成形过程中通过成形的压力控制抑制回弹的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的缺陷，提供了一种板材粘性介质压力成形回弹自适应控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种板材粘性介质压力成形回弹自适应控制方法，包括如下步骤：

Ⅰ：将介质仓固定，柱塞安装在介质仓内部，向介质仓内注入粘性介质；

Ⅱ：将板坯料置于介质仓顶部，然后将不同类型的凹模安装在板坯料之上并固定，使板坯料夹持在介质仓与凹模之间；

Ⅲ：推动介质仓中的柱塞以速度V₁向上运动，使板坯料在粘性介质压力作用下逐渐与凹模型腔贴合，此时介质仓内的压力为P；

Ⅳ：使柱塞以速度V₂向下运动，使介质仓内压力降低至P₁，同时柱塞停止向下运动，使介质仓内压力保持恒定在P₁，持续时间为t；

Ⅴ：介质仓内压力P₁恒定持续时间t之后，使柱塞再次以速度V₂向下运动，直至粘性介质完全卸载，介质仓内压力降为0。

作为对本发明的进一步说明，优选地，介质仓压力P₁＝P-ΔP，其中0<ΔP<P，P＞40MPa。

作为对本发明的进一步说明，优选地，所述ΔP的大小随的增大而减小，随的减小而增大，其中，σ_s为板坯料的屈服强度，E为板坯料的弹性模量。

作为对本发明的进一步说明，优选地，所述范围在1.02×10^-3～1.60×10^-3时，ΔP为21～30MPa；

所述范围在1.61×10^-3～2.20×10^-3时，ΔP为11～20MPa；

所述范围在2.21×10^-3～3.00×10^-3时，ΔP为5～10MPa。

作为对本发明的进一步说明，优选地，所述恒压持续时间t的取值范围为5～10s。

作为对本发明的进一步说明，优选地，柱塞向上运动的速度V₁的取值范围为0.1mm/s～0.8mm/s。

作为对本发明的进一步说明，优选地，柱塞向下运动的速度V₂的取值范围为0.005mm/s～0.1mm/s。

作为对本发明的进一步说明，优选地，粘性介质的应变速率敏感指数取值范围为0.1～0.9。

实施本发明的，具有以下有益效果：

1、本发明利用粘性介质的应变速率敏感性，其压力可自适应于板材形状变化，在粘性介质压力成形中通过控制卸载过程中粘性介质的卸载方式，使成形件在卸载过程中反复贴模并逐渐释放残余应力，降低成形件最终贴模时的内部应力梯度，达到控制回弹的目的；

2、本发明无需改变模具参数，通过卸载以及控制卸载时介质仓内的压力大小对回弹进行控制，省去了修模、试模的时间。

附图说明

图1为本发明的粘性介质胀形模具结构示意图；

图2是本发明的粘性介质胀形加载结束板坯料贴模状态示意图；

图3是本发明的回弹前和回弹后状态示意图；

图4是本发明的回弹后板坯料在粘性介质压力作用下重新贴模状态示意图；

图5是本发明的第二次回弹前和第二次回弹后状态示意图；

图6是本发明的第i次回弹前和第i次回弹后状态示意图；

图7是本发明的第n次回弹前和第n次回弹后状态示意图；

图8是本发明的成形结束完全卸载后板坯料贴模状态示意图；

图9是本发明的阶梯形构件粘性介质压力成形模具结构示意图；

图10是本发明的变径构件粘性介质压力成形模具结构示意图。

附图标记说明：

1、凹模；2、板坯料；3、介质仓；4、粘性介质；5、柱塞。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种板材粘性介质压力成形回弹自适应控制方法，其涉及压力成形装置，结合图1、图9和图10，该装置包括凹模1、介质仓3、粘性介质4和柱塞5，板坯料2为需加工成形的板材，设其弹性模量为E，屈服强度为σ_s；板坯料2放置在介质仓3上，粘性介质4填充在介质仓3内，粘性介质4的应变速率敏感指数为m，粘性介质4对板坯料2产生的非均匀压力与m值有关，根据板坯料2的不同材料选取不同的m值的粘性介质4；应变速率敏感指数m取值范围为0.1～0.9；柱塞5滑动连接在粘性介质4下部的介质仓3内，柱塞5上移以使粘性介质4与板坯料2接触；凹模1为带有多种形状的型腔的模具。

结合图1、图9和图10，基于上述装置，该板材粘性介质压力成形回弹自适应控制方法，包括以下步骤：

Ⅰ：将介质仓3固定，向介质仓3内注入粘性介质4；

Ⅱ：将板坯料2置于介质仓3顶部，然后将凹模1安装在板坯料2之上并固定，使板坯料2夹持在介质仓3与凹模1之间；

Ⅲ：推动介质仓3中的柱塞5以速度V₁向上运动，速度V₁的取值范围为0.1mm/s～0.8mm/s；使板坯料2在粘性介质4压力作用下逐渐与凹模1型腔贴合，此时介质仓3内的压力为P，P＞40MPa；

Ⅳ：使柱塞5以速度V₂向下运动，V₂的取值范围为0.005mm/s～0.1mm/s；使介质仓3内压力降低至P₁，同时柱塞5停止向下运动，使介质仓3内压力保持恒定在P₁，持续时间为t；

Ⅴ：介质仓3内压力P₁恒定持续时间τ之后，使柱塞5再次以速度V₂向下运动，如图8所示，直至粘性介质4完全卸载，介质仓内压力降为0，此时板坯料2的回弹被抑制。

其中，介质仓3压力P₁＝P-ΔP，且0<ΔP<P，所述ΔP的大小与屈服强度为σ_s和弹性模量E的比值有关，即越大，则板坯料2的回弹趋势越大，为使粘性介质压力能抵消回弹，介质仓3内的压力降低需越小，则ΔP越小；相反，越小，则板坯料2的回弹越小，则ΔP需越大。

因板坯料2具有一定弹性，在柱塞5卸载时板坯料2会产生回弹，设板坯料2的回弹量为d，回弹量d的大小与板坯料2在凹模1的型腔位置有关，如图3中的d₁～d₉；回弹变形引起板坯料2附近区域的粘性介质4产生压缩变形，设粘性介质4压缩变形量为D，压缩变形量D的大小与板坯料2接触的位置有关，如图3中D₁～D₉；粘性介质4产生的应变为应变大小与板坯料2接触的位置有关，对应d₁～d₉和D₁～D₉，相应位置的应变为ε₁～ε₉，而粘性介质4的应变速率敏感性引起粘性介质4产生非均匀的应力场，应力场与板坯料2接触的位置有关，对应d₁～d₉和D₁～D₉，相应位置的应力为σ₁～σ₉。

如图4所示，板坯料2回弹，粘性介质4对板坯料2产生与回弹方向相反且非均匀分布的压力P(P1<P2<P3<P4<P5>P6>P7>P8>P9)，在压力P的作用下，回弹后的板坯料2重新贴模，且板坯料2内部应力梯度会降低；如图5所示，重新贴模的板坯料2如果内部应力梯度仍较大则会产生第二次回弹，但第二次回弹量小于第一次回弹量，同样会按照上述的过程使板坯料2第三次贴模并进一步降低板坯料2内部应力梯度；如图6所示，板坯料2依此发生第i次回弹，并按照上述的过程使板坯料2第i+1次贴模并进一步降低板坯料2内部应力梯度，如图7所示，如此循环往复，直到第n次回弹后板坯料2内部应力梯度足够小不产生回弹，且粘性介质4卸载后也不回弹。

针对上述方法，本发明选用三种不同型腔的凹模1和三种不同的板坯料2进行测试，具体结果如下：

实施例一：选用规整球面状的凹模1中，

1、板坯料2的材料为不锈钢304，为1.02×10^-3时，

P的大小为130MPa；并在选用粘性介质4应变速率敏感指数m值为0.1、ΔP为25～27MPa、V₁＝0.8mm/s、V₂＝0.1mm/s的条件下，持续时间t只需5s，即可使板坯料2无回弹的成形；

2、板坯料2的材料为铝合金AL1060，为1.81×10^-3时，

P的大小为70MPa；并在选用粘性介质4应变速率敏感指数m值为0.5、ΔP为13～18MPa、V₁＝0.3mm/s、V₂＝0.01mm/s的条件下，持续时间t只需7s，即可使板坯料2无回弹的成形；

3、板坯料2的材料为高温合金GH4169，为2.75×10^-3时，

P的大小为150MPa；并在选用粘性介质4应变速率敏感指数m值为0.9、ΔP为6～8MPa、V₁＝0.1mm/s、V₂＝0.007mm/s的条件下，持续时间t只需10s，即可使板坯料2无回弹的成形；

实施例二：选用阶梯形状的凹模1，且板坯料2的材料为铝合金AL1060，为1.81×10^-3时，P的大小为80MPa；并在选用粘性介质4应变速率敏感指数m值为0.5、ΔP为11MPa、V₁＝0.2mm/s、V₂＝0.06mm/s的条件下，持续时间t只需8s，即可使板坯料2无回弹的成形；

实施例三：选用变径构件状的凹模1，且板坯料2的材料为高温合金GH4169，为2.75×10^-3时，P的大小为170MPa；并在选用粘性介质4应变速率敏感指数m值为0.9、ΔP为5MPa、V₁＝0.1mm/s、V₂＝0.005mm/s的条件下，持续时间t只需8s，即可使板坯料2无回弹的成形。

综上所述，本发明利用粘性介质4的应变速率敏感性，其压力可自适应于板材形状变化，在粘性介质4压力成形中通过控制卸载过程中粘性介质4的卸载方式，使成形件在卸载过程中反复贴模并逐渐释放残余应力，降低成形件最终贴模时的内部应力梯度，不仅能达到控制回弹的目的，其持续时间还短，加工成形的效率极高；同时能对不同种类的板材，适用性也十分高。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种板材粘性介质压力成形回弹自适应控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

Ⅰ：将介质仓(3)固定，柱塞(5)安装在介质仓内部，向介质仓(3)内注入粘性介质(4)；

Ⅱ：将板坯料(2)置于介质仓(3)顶部，然后将不同类型的凹模(1)安装在板坯料(2)之上并固定，使板坯料(2)夹持在介质仓(3)与凹模(1)之间；

Ⅲ：推动介质仓(3)中的柱塞(5)以速度V₁向上运动，使板坯料(2)在粘性介质(4)压力作用下逐渐与凹模(1)型腔贴合，此时介质仓(3)内的压力为P；

Ⅳ：使柱塞(5)以速度V₂向下运动，使介质仓(3)内压力降低至P₁，同时柱塞(5)停止向下运动，使介质仓(3)内压力保持恒定在P₁，持续时间为t；

Ⅴ：介质仓(3)内压力P₁恒定持续时间t之后，使柱塞(5)再次以速度V₂向下运动，直至粘性介质(4)完全卸载，介质仓(3)内压力降为0。

2.根据权利要求1所述的一种板材粘性介质压力成形回弹自适应控制方法，其特征在于，介质仓(3)压力P₁＝P-ΔP，其中0<ΔP<P，P＞40MPa。

3.根据权利要求2所述的一种板材粘性介质压力成形回弹自适应控制方法，其特征在于，所述ΔP的大小随的增大而减小，随的减小而增大，其中，σ_s为板坯料(2)的屈服强度，E为板坯料(2)的弹性模量。

4.根据权利要求3所述的一种板材粘性介质压力成形回弹自适应控制方法，其特征在于，

所述范围在1.02×10^-3～1.60×10^-3时，ΔP为21～30MPa；

所述范围在1.61×10^-3～2.20×10^-3时，ΔP为11～20MPa；

所述范围在2.21×10^-3～3.00×10^-3时，ΔP为5～10MPa。

5.根据权利要求1所述的一种板材粘性介质压力成形回弹自适应控制方法，其特征在于，所述恒压持续时间t的取值范围为5～10s。

6.根据权利要求1所述的一种板材粘性介质压力成形回弹自适应控制方法，其特征在于，柱塞(5)向上运动的速度V₁的取值范围为0.1mm/s～0.8mm/s。

7.根据权利要求1所述的一种板材粘性介质压力成形回弹自适应控制方法，其特征在于，柱塞(5)向下运动的速度V₂的取值范围为0.005mm/s～0.1mm/s。

8.根据权利要求1所述的一种板材粘性介质压力成形回弹自适应控制方法，其特征在于，粘性介质(4)的应变速率敏感指数取值范围为0.1～0.9。