專利名稱：一種提高板材成形極限的裝置及利用該裝置提高板材成形極限的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高板材成形極限的裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著航空、航天、汽車和機(jī)械行業(yè)對(duì)薄殼構(gòu)件的需求越來越高，近年來，板材液壓成形技術(shù)在我國得到了迅速發(fā)展，逐漸成為工業(yè)生產(chǎn)中制造輕體構(gòu)件的一種先進(jìn)成形技術(shù)。現(xiàn)有的板材充液拉深技術(shù)(Hydrodynamic Deep Drawing)作為一種先進(jìn)的柔性成形技術(shù)，是采用液體作為傳力介質(zhì)代替剛性凹模在液體壓力作用下貼靠凸模實(shí)現(xiàn)金屬板材零件的成形，特別適合成形結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的零件及低塑性材料，如鋁合金、鎂合金、高溫合金以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)拼焊板等。對(duì)于使用條件有特殊性要求的零件具有較高的壁厚均勻性，以提高工作的安全系數(shù)的特點(diǎn)。充液拉深過程中的“摩擦保持”效應(yīng)及流體潤滑效果，使拉深工件的厚度分布相對(duì)傳統(tǒng)拉深而言更加均勻，可以成形復(fù)雜的零件，雖然利用現(xiàn)有的充液拉深技術(shù)可以將零件的拉深比從I. 8提高到2. 8，但是許多薄壁拉深件由于拉深比大，現(xiàn)有的充液拉深裝置由于凸模和凹模之間存在懸空區(qū)，如何克服起皺和破裂的成形缺陷是零件成敗的關(guān)鍵。采用充液拉深可以改善拋物線形件拉深成形的應(yīng)力狀態(tài)，在充液室壓力作用下形成軟拉深筋，使懸空區(qū)減小，但是如果充液室壓力過大就會(huì)使坯料法蘭部分變形造成懸空區(qū)內(nèi)的拉深件的底部隨成形的過程中因拉應(yīng)力過大發(fā)生減薄而破裂，成形仍然受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有的用板材成形零件的過程中由于凹模充液室內(nèi)壓力的增大，導(dǎo)致懸空區(qū)成形零件局部過渡減薄而反脹破裂，板材成形受到限制的問題，進(jìn)而提供一種提高板材成形極限的裝置及利用該裝置提高板材成形極限的方法。本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明的一種提高板材成形極限的裝置包括凸模、壓邊圈和凹模，該裝置還包括密封環(huán)、第一密封圈和第二密封圈，壓邊圈的中部設(shè)置有通孔，通孔的側(cè)壁面上沿周向設(shè)置有一圈第一凹槽，第一凹槽內(nèi)安裝有第一密封圈，遠(yuǎn)離第一凹槽的壓邊圈的端面上沿周向設(shè)置有一圈第二凹槽，壓邊圈的側(cè)壁面的下端沿徑向設(shè)置有與通孔相通的第一通道，凹模的上端面的中部設(shè)置有模腔，位于模腔的開口端外側(cè)的凹模的上端面上設(shè)置有一圈密封環(huán)，密封環(huán)和凹模一體制成，密封環(huán)的高度與第二凹槽的高度相同，密封環(huán)的外側(cè)壁面上沿周向加工有一圈第四凹槽，第四凹槽內(nèi)安裝有第二密封圈，凹模的側(cè)壁面上沿徑向設(shè)置有與模腔相通的第二通道，壓邊圈置于凹模的上端面上，通孔與模腔同軸且孔徑相同，密封環(huán)置于壓邊圈上的第二凹槽內(nèi)，第二密封圈將壓邊圈的第二凹槽密封，凸模的下端穿過壓邊圈的通孔并置于凹模的模腔內(nèi)，凸模與第一密封圈滑動(dòng)接觸。
利用本發(fā)明的提高板材成形極限的裝置實(shí)現(xiàn)提高板材成形極限的方法，是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、壓邊圈上的第一凹槽內(nèi)安裝第一密封圈，凸模的下端穿過壓邊圈的通孔內(nèi)并與第一密封圈滑動(dòng)接觸，并將壓邊圈固定；二、將液體介質(zhì)經(jīng)第二通道壓入已固定好的凹模上的模腔內(nèi)并充滿；三、將制作好的板材放置在位于密封環(huán)內(nèi)側(cè)面的凹模的上端面上，將第二密封圈安裝于密封環(huán)上的第四凹槽內(nèi)，壓邊圈在壓力作用下向板材運(yùn)行，密封環(huán)置于壓邊圈的第二凹槽內(nèi)，壓邊圈壓緊板材；四、在壓力機(jī)的作用下凸模向板材運(yùn)行，當(dāng)凸模的下端至板材的上表面Imm 2mm時(shí),通過壓邊圈上的第一通道向通孔內(nèi)施加正向液體壓力，板材的上表面產(chǎn)生正向壓力；五、凸模繼續(xù)向板材運(yùn)行，當(dāng)凸模的下端接觸板材的上表面時(shí)，通過凹模的第二通道向模腔內(nèi)施加反向液體壓力，板材的下表面產(chǎn)生反向壓力，將板材緊緊壓貼在凸模上，進(jìn)行板材雙向液壓拉深成形，制作零件，在板材雙向液壓拉深成形過程中始終保持正向液體壓力小于反向液體壓力；六、當(dāng)凸模運(yùn)行到一定行程時(shí)，板材成形結(jié)束，成形的零件制作完成，依次停止施加的正向液體壓力和反向液體壓力，然后壓邊圈上行，凸模上行，取出成形的零件。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的提高板材成形極限的裝置是在壓邊圈的側(cè)壁上設(shè)置能充液的第一通道，液壓拉深成形時(shí)，通過第一通道向板材的上表面施加液壓力來配合板材下表面的充液拉深，這樣可以部分甚至全部抵消板材下表面由于原有拉深技術(shù)中凹模的充液室中只有單向液壓力而導(dǎo)致的懸空區(qū)過渡減薄而反脹破裂，由于板材上表面產(chǎn)生的正向壓力的存在，改善了板材變形區(qū)的受力狀態(tài)，增大了允許的變形程度，提高了板材成形極限。在拉深成形過程中，在板材與凸模之間產(chǎn)生很大的單位面積摩擦力，即板材與凸模之間建立起有益的“摩擦保持效果”，這個(gè)摩擦力將負(fù)擔(dān)一部分或全部成形應(yīng)力直至成形結(jié)束，從而減小了板材所受的徑向拉應(yīng)力；在成形法蘭區(qū)，由于凹模的模腔(充液室)內(nèi)的反向液體壓力的作用，流體強(qiáng)行從凹模面與板材之間溢出，形成流體潤滑狀態(tài)，降低了板材成形法蘭部分與凹模之間的摩擦，使法蘭區(qū)的板料容易流入到凹模中，采用本發(fā)明的裝置進(jìn)行板材成形，板材在雙向壓力(正向壓力和反向壓力)、摩擦保持效果及流體潤滑效果聯(lián)合作用下，降低了懸空區(qū)的板材徑向拉應(yīng)力，有效地避免了零件成形初期在懸空區(qū)過渡減薄而反脹破裂，有效地提高了板材的成形極限，適應(yīng)性好，成形的零件范圍廣，適合大高徑比、曲面零件的形成。采用本發(fā)明的裝置提高板材成形極限的方法可成形出拉深比為3以上的薄壁零件，形成的零件表面質(zhì)量好，精度高，尤其適合成形過程中具有較大懸空區(qū)的錐形件等的成形，允許施加更大的液體反向壓力，能有效抑制減薄，避免反脹破裂。


圖I是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主剖視圖，圖2是具體實(shí)施方式
五進(jìn)行板材成形狀態(tài)的整體結(jié)構(gòu)主剖視圖，圖3是具體實(shí)施方式
九成形制得的一種錐底圓筒形零件的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖I說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種用于提高板材成形極限的裝置包括凸模I、壓邊圈2和凹模3，該裝置還包括密封環(huán)4、第一密封圈5和第二密封圈6，壓邊圈2的中部設(shè)置有通孔2-1，通孔2-1的側(cè)壁面上沿周向設(shè)置有一圈第一凹槽2-2，第一凹槽2-2內(nèi)安裝有第一密封圈5，遠(yuǎn)離第一凹槽2-2的壓邊圈2的端面上沿周向設(shè)置有一圈第二凹槽2-3，壓邊圈2的側(cè)壁面的下端沿徑向設(shè)置有與通孔2-1相通的第一通道2-4，凹模3的上端面的中部設(shè)置有模腔3-1，位于模腔3-1的開口端外側(cè)的凹模 3的上端面上設(shè)置有一圈密封環(huán)4，密封環(huán)4和凹模3 —體制成，密封環(huán)4的高度與第二凹槽2-3的高度相同，密封環(huán)4的外側(cè)壁面上沿周向加工有一圈第四凹槽4-1，第四凹槽4-1 內(nèi)安裝有第二密封圈6，凹模3的側(cè)壁面上沿徑向設(shè)置有與模腔3-1相通的第二通道3-2， 壓邊圈2置于凹模3的上端面上，通孔2-1與模腔3-1同軸且孔徑相同，密封環(huán)4置于壓邊圈2上的第二凹槽2-3內(nèi)，第二密封圈6將壓邊圈2的第二凹槽2-3密封，凸模I的下端穿過壓邊圈2的通孔2-1并置于凹模3的模腔3-1內(nèi)，凸模I與第一密封圈5滑動(dòng)接觸。本實(shí)施方式中第一密封圈5用來實(shí)現(xiàn)板材7的上表面加壓時(shí)對(duì)充入的液體介質(zhì)的密封。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖I說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的凸模I由上至下依次由同軸設(shè)置并制成一體的第一圓柱體1-1、第二圓柱體1-2和圓錐體1-3構(gòu)成，第二圓柱體1-2的外徑小于第一圓柱體1-1的外徑。如此設(shè)置，圓錐體為構(gòu)件的成形部分，配合液壓沖壓成形；第二圓柱體為與壓邊圈上的第一密封圈配合部分，此部分主要用來實(shí)現(xiàn)板材加壓時(shí)上表面液體的密封；第一圓柱體為凸模與液壓機(jī)連接過度部分，連接可靠穩(wěn)定。其它具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖I說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的第一密封圈5為丁氰橡膠密封圈。如此設(shè)置，密封可靠，價(jià)廉易得，滿足室溫條件下的密封。其它具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖I說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的第二密封圈6為橡膠密封圈。如此設(shè)置，密封可靠，價(jià)廉易得，滿足室溫條件下的密封。其它具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式利用具體實(shí)施方式
一至四中任意一個(gè)實(shí)施方式所述的提高板材成形極限的裝置實(shí)現(xiàn)提高板材成形極限的方法，是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、壓邊圈2上的第一凹槽2-2內(nèi)安裝第一密封圈5，凸模I的下端穿過壓邊圈2的通孔內(nèi)并與第一密封圈5滑動(dòng)接觸，并將壓邊圈2固定；二、將液體介質(zhì)經(jīng)第二通道3-2壓入已固定好的凹模3上的模腔3-1內(nèi)并充滿；三、將制作好的板材7放置在位于密封環(huán)4內(nèi)側(cè)面的凹模 3的上端面上，將第二密封圈6安裝于密封環(huán)4上的第四凹槽4-1內(nèi)，壓邊圈2在壓力作用下向板材運(yùn)行，密封環(huán)4置于壓邊圈2的第二凹槽2-3內(nèi)，壓邊圈2壓緊板材7 ；四、在壓力機(jī)的作用下凸模I向板材 運(yùn)行，當(dāng)凸模I的下端至板材7的上表面Imm 2mm時(shí),通過壓邊圈2上的第一通道2-4向通孔2-1內(nèi)施加正向液體壓力Pl，板材7的上表面產(chǎn)生正向壓力；五、凸模I繼續(xù)向板材7運(yùn)行，當(dāng)凸模I的下端接觸板材7的上表面時(shí)，通過凹模3的第二通道3-2向模腔3-1內(nèi)施加反向液體壓力P2，板材7的下表面產(chǎn)生反向壓力，將板材7緊緊壓貼在凸模I上，進(jìn)行板材雙向液壓拉深成形，制作零件，在板材雙向液壓拉深成形過程中始終保持正向液體壓力Pl小于反向液體壓力P2 ;六、當(dāng)凸模I運(yùn)行到一定行程時(shí)，板材 7成形結(jié)束，成形的零件制作完成，依次停止施加的正向液體壓力PI和反向液體壓力P2，然后壓邊圈2上行，凸模I上行，取出成形的零件。
本實(shí)施方式的提高板材成形極限的方法，適應(yīng)性好，成形的零件范圍廣，操作簡單，設(shè)備要求較低，適合大高徑比、曲面零件的形成，成形極限高，形成的零件表面質(zhì)量好， 精度高，尤其適合成形過程中具有較大懸空區(qū)的錐形件等的成形。本實(shí)施方式進(jìn)行板材成形狀態(tài)的整體結(jié)構(gòu)主剖視圖如圖2所示。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五不同的是所述的板材7為低碳鋼板材、鋁合金板材、純鋁板材或者不銹鋼板材。其它與具體實(shí)施方式
五相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五或不同的是所述的板材7的厚度為O. 5mm 2. 5mm。其它與具體實(shí)施方式
五或六相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五或六不同的是步驟四中通過壓邊圈2上的第一通道2-4向通孔2-1內(nèi)施加正向液體壓力Pl，使正向液體壓力Pl達(dá)3MPa 50MPa。其它與具體實(shí)施方式
五或六相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五或六不同的是步驟五中通過凹模 3的第二通道3-2向模腔3-1內(nèi)施加反向液體壓力P2，使反向液體壓力P2達(dá)3MPa 50MPa。 其它與具體實(shí)施方式
五或六相同。本實(shí)施方式板材成形后制得的一種錐底圓筒形零件的整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。本實(shí)施方式中板材為鋁合金板材，板材的厚度為1mm，板材成形后得到筒形件的總高度 H為60mm，板材成形過程中正向液體壓力Pl達(dá)lOMPa，反向液體壓力P2達(dá)15MPa，從圖3中可以看出成形后制得的錐底圓筒形件的表面質(zhì)量很好，無破裂現(xiàn)象。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五或六不同的是所述的液體介質(zhì)為礦物油或水。如此設(shè)置，使用方便，滿足實(shí)際需要。其它與具體實(shí)施方式
五或六相同。
權(quán)利要求
1.一種提高板材成形極限的裝置，所述的裝置包括凸模(I)、壓邊圈(2)和凹模(3)， 其特征在于該裝置還包括密封環(huán)(4)、第一密封圈(5)和第二密封圈￠)，壓邊圈(2)的中部設(shè)置有通孔(2-1)，通孔(2-1)的側(cè)壁面上沿周向設(shè)置有一圈第一凹槽(2-2)，第一凹槽 (2-2)內(nèi)安裝有第一密封圈(5)，遠(yuǎn)離第一凹槽(2-2)的壓邊圈(2)的端面上沿周向設(shè)置有一圈第二凹槽(2-3)，壓邊圈(2)的側(cè)壁面的下端沿徑向設(shè)置有與通孔(2-1)相通的第一通道(2-4)，凹模(3)的上端面的中部設(shè)置有模腔(3-1)，位于模腔(3-1)的開口端外側(cè)的凹模⑶的上端面上設(shè)置有一圈密封環(huán)(4)，密封環(huán)(4)和凹模(3) —體制成，密封環(huán)⑷ 的高度與第二凹槽(2-3)的高度相同，密封環(huán)(4)的外側(cè)壁面上沿周向加工有一圈第四凹槽(4-1)，第四凹槽(4-1)內(nèi)安裝有第二密封圈(6)，凹模(3)的側(cè)壁面上沿徑向設(shè)置有與模腔(3-1)相通的第二通道(3-2)，壓邊圈(2)置于凹模(3)的上端面上，通孔(2-1)與模腔(3-1)同軸且孔徑相同，密封環(huán)(4)置于壓邊圈(2)上的第二凹槽(2-3)內(nèi)，第二密封圈(6)將壓邊圈(2)的第二凹槽(2-3)密封，凸模⑴的下端穿過壓邊圈(2)的通孔(2-1)并置于凹模⑶的模腔(3-1)內(nèi)，凸模⑴與第一密封圈(5)滑動(dòng)接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種提高板材成形極限的裝置，其特征在于所述的凸模 (I)由上至下依次由同軸設(shè)置并制成一體的第一圓柱體(1-1)、第二圓柱體(1-2)和圓錐體 (1-3)構(gòu)成，第二圓柱體(1-2)的外徑小于第一圓柱體(1-1)的外徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種提高板材成形極限的裝置，其特征在于所述的第一密封圈(5)為丁氰橡膠密封圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種提高板材成形極限的裝置，其特征在于所述的第二密封圈(6)為橡膠密封圈。
5.利用如權(quán)利要求I至4中任意一個(gè)權(quán)利要求所述的提高板材成形極限的裝置實(shí)現(xiàn)提高板材成形極限的方法，其特征在于提高板材成形極限的方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的 一、壓邊圈(2)上的第一凹槽(2-2)內(nèi)安裝第一密封圈(5)，凸模(I)的下端穿過壓邊圈(2) 的通孔內(nèi)并與第一密封圈(5)滑動(dòng)接觸，并將壓邊圈(2)固定；二、將液體介質(zhì)經(jīng)第二通道 (3-2)壓入已固定好的凹模(3)上的模腔(3-1)內(nèi)并充滿；三、將制作好的板材(7)放置在位于密封環(huán)(4)內(nèi)側(cè)面的凹模(3)的上端面上，將第二密封圈(6)安裝于密封環(huán)(4)上的第四凹槽(4-1)內(nèi)，壓邊圈(2)在壓力作用下向板材運(yùn)行，密封環(huán)(4)置于壓邊圈(2)的第二凹槽(2-3)內(nèi)，壓邊圈(2)壓緊板材(7);四、在壓力機(jī)的作用下凸模(I)向板材(7)運(yùn)行，當(dāng)凸模(I)的下端至板材(7)的上表面Imm 2mm時(shí)，通過壓邊圈(2)上的第一通道 (2-4)向通孔(2-1)內(nèi)施加正向液體壓力(Pl)，板材(7)的上表面產(chǎn)生正向壓力；五、凸模(I)繼續(xù)向板材(7)運(yùn)行，當(dāng)凸模(I)的下端接觸板材(7)的上表面時(shí)，通過凹模(3)的第二通道(3-2)向模腔(3-1)內(nèi)施加反向液體壓力(P2)，板材(7)的下表面產(chǎn)生反向壓力， 將板材(7)緊緊壓貼在凸模(I)上，進(jìn)行板材雙向液壓拉深成形，制作零件，在板材雙向液壓拉深成形過程中始終保持正向液體壓力(Pl)小于反向液體壓力(P2);六、當(dāng)凸模(I)運(yùn)行到一定行程時(shí)，板材(7)成形結(jié)束，成形的零件制作完成，依次停止施加的正向液體壓力 (PD和反向液體壓力(P2)，然后壓邊圈(2)上行，凸模(I)上行，取出成形的零件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用提高板材成形極限的裝置實(shí)現(xiàn)提高板材成形極限的方法，其特征在于所述的板材(7)為低碳鋼板材、鋁合金板材、純鋁板材或者不銹鋼板材。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的利用提高板材成形極限的裝置實(shí)現(xiàn)提高板材成形極限的方法，其特征在于所述的板材(7)的厚度為O. 5mm 2. 5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的利用提高板材成形極限的裝置實(shí)現(xiàn)提高板材成形極限的方法，其特征在于步驟四中通過壓邊圈⑵上的第一通道(2-4)向通孔(2-1)內(nèi)施加正向液體壓力(P1)，使正向液體壓力(Pl)達(dá)3MPa 50MPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的利用提高板材成形極限的裝置實(shí)現(xiàn)提高板材成形極限的方法，其特征在于步驟五中通過凹模(3)的第二通道(3-2)向模腔(3-1)內(nèi)施加反向液體壓力(P2)，使反向液體壓力(P2)達(dá)3MPa 50MPa。
10.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的利用提高板材成形極限的裝置實(shí)現(xiàn)提高板材成形極限的方法，其特征在于所述的液體介質(zhì)為礦物油或水。
全文摘要
一種提高板材成形極限的裝置及利用該裝置提高板材成形極限的方法，它涉及一種提高板材成形極限的裝置及方法，以解決現(xiàn)有的用板材成形零件的過程中由于凹模充液室內(nèi)壓力的增大，導(dǎo)致懸空區(qū)成形零件局部過渡減薄而反脹破裂，板材成形受到限制的問題，它包括凸模、壓邊圈、凹模、密封環(huán)、第一密封圈和第二密封圈，凸模的下端穿過壓邊圈的通孔并置于凹模的模腔內(nèi)，壓邊圈的側(cè)壁面的下端沿徑向設(shè)置有與通孔相通的第一通道，成形方法主要步驟是一、壓邊圈固定；二、模腔內(nèi)充液；三、板材放置并壓緊；四、板材的上表面施加正向壓力；五、板材下表面施加反向壓力，進(jìn)行板材雙向液壓拉深成形；六、卸模，取出成形的零件。本發(fā)明用于板材的充液成形。
文檔編號(hào)B21D26/031GK102601203SQ20121008012
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者劉鋼, 徐永超, 林俊峰, 苑世劍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)