CN114570820B - 一种基于粘弹性颗粒介质的板材成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于粘弹性颗粒介质的板材成形方法，采用粘弹性颗粒介质代替传统液压、气压和颗粒介质，对板材金属进行软模成形。所述方法包括以下步骤：步骤S1：对固体颗粒介质和粘结剂进行配比；步骤S2：对板材进行拉深成形处理；利用本发明方法制备板材成形件可以降低所需成形的成形力，提高板材的成形质量，进一步提高板材的成形极限，能够减少成形复杂截面的成形道次，其工艺控制简易，投入成本低廉，绿色环保无污染，成形介质易于回收，同时抗干扰能力强，易于密封。

Description

一种基于粘弹性颗粒介质的板材成形方法
技术领域
本发明涉及金属板材成形技术领域，尤其涉及一种基于粘弹性颗粒介质的板材成形方法。
背景技术
随着汽车、航空航天、军工等行业的快速发展和对节能降耗的要求提高，对一些高精度、形状复杂的成形件的需求越来越大。但是对于传统刚性凸凹模拉深工艺和软凸模(凹模)成形工艺均存在一定的问题。传统刚性凸凹模拉深工艺，成形件质量较差，对于低塑性材料、大变形件的拉深成形存在较大难度，面对复杂截面构件，所需配合模具质量精度要求高，加大模具生产成本及加工难度；以油或水(乳化液)为传力介质的半模成形工艺对成形件厚度的控制较为困难，对成形过程中密封的要求也非常高，且板材出现失稳起皱现象，油液飞溅污染环境，危及操作人员，另外必须配备复杂的控制***；而以粘性材料为介质的半模成形工艺密封要求高，控制***复杂，成形后成形件清理困难；以固体颗粒介质为软凸模(凹模)成形工艺，存在成形成形件质量由颗粒粒径及材质决定、厚度均匀性难以保证等问题，成形后颗粒介质不易回收。
而板材粘性介质成形后有成形件难清理及模具需要配备单独的控制***的问题；固体颗粒介质成形后有颗粒难回收，成形质量不稳定等问题；这些都成为了拉深成形工艺亟待解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于粘弹性颗粒介质的板材成形方法，能够提高成形件质量，且成形介质易于回收利用，节能环保。
本发明采用的技术方案如下：
本发明所提出的一种基于粘弹性颗粒介质的板材成形方法，具体包括以下步骤：
S1：对固体颗粒介质和粘结剂进行配比；
(S1.1)选择固体颗粒介质；
(S1.2)选择粘结剂；
(S1.3)将所选粘结剂和固体颗粒进行混合配比，最终获得最终成形时所需粘弹性颗粒介质；
S2：对板材进行拉深成形；根据成形件形状，采用拉深模具对板材进行粘弹性颗粒介质拉深成形，最终获得所需成形板材。
进一步的，所述拉深模具包括形状凹模、凸模，压边圈和料桶；所述形状凹模固定在压机工作台上，形状凹模的型腔侧壁形状根据成形件的形状而定；所述形状凹模上端面边部设置有压边圈；所述压边圈上方同轴设置有料筒，用以盛装粘弹性颗粒介质；所述凸模同轴设置在料筒上端，位于料筒内的粘弹性颗粒介质之上。
进一步的，所述步骤S2具体包括：
(S2.1)根据所需成形件的形状，确定板材原始坯料尺寸；
(S2.2)根据所需板材成形件的形状，确定形状凹模的形状；
(S2.3)拉深成形时，首先将板材坯料放置在形状凹模上方，将压边圈对应设置在坯料的边部上方；且在形状凹模和压边圈与坯料接触的一面涂润滑剂，然后对压边圈施加压边力P，防止板材在变形过程中起皱；在料筒和坯料上端面之间的空腔中添加粘弹性颗粒介质，其添加量约等于成形件容积；然后根据所加工成形件的材料、形状、壁厚参数，设定凸模的加载路线，凸模按照设定的路线加载，凸模下行，对粘弹性颗粒介质施加压力F，使得粘弹性颗粒介质产生成形压力，使得板材坯料产生向下的塑性变形，直至变形到需要的成形件形状，最后回收粘弹性颗粒介质，并卸下成形后的板材。
进一步的，所述固体颗粒介质为金属球或非金属球或形状不规则的金属或形状不规则的非金属，用于承担传递力的作用。
进一步的，所述固体颗粒的粒径为0.1～4mm。
进一步的，所述粘结剂为硅胶、膨润土和水混合而成的复合粘结材料或膨润土和蜡混合而成的复合粘结材料或硅胶或膨润土或腊，用于粘结固体颗粒。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、粘结剂的加入可提高颗粒介质的流动性，通过调节粘结剂和颗粒配比以及调整颗粒形状或级配，达到控制粘弹性颗粒介质传力特性的目的，尤其是不规则形状的固体颗粒的加入，可以提高成形介质的摩擦特性，在契合与板材有益摩擦的情况下，有利于提高板材的成形极限和改善板材成形壁厚均匀性；当加工拉深比高或其他复杂形状的成形件时，可以减少拉深道次，提高生产效率。
2、节能环保易于密封，无污染，粘性颗粒介质可以循环使用。
附图说明
图1是本发明方法的初始示意简图；
图2是本发明方法的最终示意简图。
其中，附图标记：1-压边圈；2-料桶；3-凸模；4-固体颗粒介质；5-粘结剂；6-板材坯料；7-形状凹模。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
本发明所提出的一种基于粘弹性颗粒介质的板材成形方法，如附图1和2所示，具体包括以下步骤：
S1：对固体颗粒介质和粘结剂进行配比；
(S1.1)选择固体颗粒介质4；所述固体颗粒介质4为金属球或非金属球或形状不规则的金属或形状不规则的非金属等，用于承担传递力的作用，以成形所需构件；所述固体颗粒的粒径为0.1～4mm。本实施例中，选用中位直径1mm的由二氧化硅、碳酸钙和碳化硅等组成的非金属颗粒，作为粘弹性颗粒介质中的固体颗粒部分；
(S1.2)选择粘结剂5；所述粘结剂5为硅胶、膨润土和水混合而成的复合粘结材料或膨润土和蜡混合而成的复合粘结材料或硅胶或膨润土或腊等，用于粘结固体颗粒，其作为粘弹性颗粒介质中的粘结部分；
(S1.3)将所选粘结剂和固体颗粒进行混合配比，根据成形件材料及几何尺寸不同其配比也不同，具体配比原则为：以固体颗粒介质传力主体，粘结剂的作用仅为保证固体颗粒介质表面具有一定弱粘性，承受高压后粘性介质不会以液态形式溢出即可，最终获得最终成形时所需粘弹性颗粒介质。
S2：对板材进行拉深成形；根据成形件形状，采用拉深模具对板材进行粘弹性颗粒介质拉深成形，最终获得所需成形板材；具体包括：
(S2.1)根据所需成形件的形状，确定板材原始坯料尺寸；本实施例中利用线切割工具对厚度为1mm的AZ31镁合金板材切割下料，获得圆形拉深板材坯料6；
(S2.2)根据所需板材成形件的形状，确定形状凹模7的形状；本实施例中，所述拉深模具包括形状凹模7、凸模3，压边圈1和料桶2；所述形状凹模7固定在压机工作台上，所述形状凹模7的型腔侧壁形状根据成形件的形状而定；所述形状凹模7上端面边部设置有压边圈1；所述压边圈1上方同轴设置有料筒2，用以盛装粘弹性颗粒介质；所述凸模3同轴设置在料筒2上端，位于料筒2内的粘弹性颗粒介质之上；
(S2.3)拉深成形时，首先将板材坯料6放置在形状凹模7的上方，将压边圈1对应设置在板材坯料6的边部圆周上方；且形状凹模7和压边圈1与板材坯料6接触的一面涂有润滑剂，然后对压边圈施加向下的压边力P，防止板材坯料6在变形过程中起皱；在料筒2和板材坯料6上端面组成的密闭空间中添加粘弹性颗粒介质，其添加量约等于成形件容积；然后根据所加工板材坯料6的材料、形状、壁厚等参数，设定凸模3的加载路线，所述凸模3按照设定的路线加载，凸模3下行，由上至下对料筒2内的粘弹性颗粒介质施加压力F，使得粘弹性颗粒介质产生成形压力，使得板材坯料6产生向形状凹模7型腔侧壁的塑性变形，直至变形到需要的成形件形状，最后回收粘弹性颗粒介质，并卸下成形后的板材。
本发明所提出的方法将凸模3提供的压力传递到粘弹颗粒介质，经过粘弹性颗粒介质将不均匀传力传递到板材坯料6上，使得板材坯料6不断产生塑性变形，最终得到目标成形件。其相比于传统工艺，提高了材料的成形极限；成形介质易于回收，提高工作效率。
本发明未尽事宜为公知技术。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于粘弹性颗粒介质的板材成形方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：对固体颗粒介质和粘结剂进行配比；
(S1.1) 选择固体颗粒介质；
(S1.2)选择粘结剂；
(S1.3)将所选粘结剂和固体颗粒进行混合配比，最终获得最终成形时所需粘弹性颗粒介质；
S2：对板材进行拉深成形；根据成形件形状，采用拉深模具对板材进行粘弹性颗粒介质拉深成形，最终获得所需成形板材；
所述拉深模具包括形状凹模、凸模，压边圈和料筒；所述形状凹模固定在压机工作台上，形状凹模的型腔侧壁形状根据成形件的形状而定；所述形状凹模上端面边部设置有压边圈；所述压边圈上方同轴设置有料筒，用以盛装粘弹性颗粒介质；所述凸模同轴设置在料筒上端，位于料筒内的粘弹性颗粒介质之上；
所述步骤S2具体包括：
（S2.1）根据所需成形件的形状，确定板材原始坯料尺寸；
（S2.2）根据所需板材成形件的形状，确定形状凹模的形状；
（S2.3）拉深成形时，首先将板材坯料放置在形状凹模上方，将压边圈对应设置在坯料的边部上方；且在形状凹模和压边圈与坯料接触的一面涂润滑剂，然后对压边圈施加压边力P，防止板材在变形过程中起皱；在料筒和坯料上端面之间的空腔中添加粘弹性颗粒介质，其添加量约等于成形件容积；然后根据所加工成形件的材料、形状、壁厚参数，设定凸模的加载路线，凸模按照设定的路线加载，凸模下行，对粘弹性颗粒介质施加压力F，使得粘弹性颗粒介质产生成形压力，使得板材坯料产生向下的塑性变形，直至变形到需要的成形件形状，最后回收粘弹性颗粒介质，并卸下成形后的板材；
所述固体颗粒介质为金属球或非金属球或形状不规则的金属或形状不规则的非金属，用于承担传递力的作用；
所述粘结剂为硅胶、膨润土和水混合而成的复合粘结材料或膨润土和蜡混合而成的复合粘结材料或硅胶或膨润土或腊，用于粘结固体颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种基于粘弹性颗粒介质的板材成形方法，其特征在于：所述固体颗粒的粒径为0.1~4mm。
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