專(zhuān)利名稱：一種復(fù)雜零件小特征部位的沖擊液壓復(fù)合成形工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬塑性成形技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種復(fù)雜零件小特征部位的沖擊液壓復(fù)合成形工藝，適合于板材、管材等零件成形。
背景技術(shù)：
在航空航天、汽車(chē)和船舶等領(lǐng)域，對(duì)結(jié)構(gòu)輕量化、功能性和整體性要求越來(lái)越高，因此復(fù)雜結(jié)構(gòu)功能零件得到了廣泛的應(yīng)用，并對(duì)其尺寸特征、表面質(zhì)量和精度提出一定要求。

充液成形是利用液體壓力使零件成形的一種塑性加工工藝，所成形的零件具有成形極限高，尺寸精度好，零件表面質(zhì)量好、厚度分布均勻等優(yōu)點(diǎn)。但是在成形復(fù)雜零件時(shí)，由于充液成形介質(zhì)壓力的限制，雖然大部分特征完全貼模成形，但局部小特征(如小凸包、小壓痕等)不能充分成形；另一方面對(duì)于孔特征，需再次裝配。綜上，充液成形對(duì)于復(fù)雜零件的成形有其局限性。對(duì)于已充液成形大部分特征的復(fù)雜零件，為了成形局部特征，只是簡(jiǎn)單的提高充液成形壓力，則必然會(huì)大大增加設(shè)備噸位，提高生產(chǎn)成本。同時(shí)，因?yàn)榱慵蟛糠痔卣髟诘蛪毫﹄A段已成形，增加設(shè)備噸位對(duì)零件整體成形質(zhì)量并不會(huì)顯著改善。若是成形后輔助其他工藝，則增加工序，且會(huì)產(chǎn)生二次裝配誤差。這種方法無(wú)法保證小特征尺寸的位置精度從而影響了零件的整體性能，嚴(yán)重的話導(dǎo)致整個(gè)大型零件報(bào)廢，造成資源浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在小噸位設(shè)備上一次裝配的條件下實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件小特征部位的沖擊液壓成形。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的一種復(fù)雜零件小特征部位的沖擊液壓復(fù)合成形工藝包括按順序進(jìn)行的下列步驟I)將坯料放入成形模具內(nèi)，并合模密封，向成形液室內(nèi)充滿高壓介質(zhì)，并保壓進(jìn)行充液成形。坯料在高壓液體壓力的作用下，依據(jù)模具形狀進(jìn)行彈塑性變形，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件大部分特征尺寸的成形以及小特征部位尺寸的部分成形；2)對(duì)于如小凸包、小壓痕等難成形小特征尺寸，利用沖擊源向板材成形充液室內(nèi)引入沖擊成形能量，實(shí)現(xiàn)對(duì)成形充液室內(nèi)高壓液體的快速壓縮。基于液體壓縮率很小的特性，液體壓力在極短時(shí)間內(nèi)驟增，能量以沖擊波形式作用，通過(guò)不同傳輸路徑限定沖擊波作用方向，針對(duì)性的將沖擊能量應(yīng)用到局部區(qū)域，使板材小特征尺寸貼膜。在復(fù)雜零件充液成形的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)小凸包、小壓痕等小特征尺寸成形；3)對(duì)于如單個(gè)孔或多個(gè)孔特征，由于沖擊液體的壓力相當(dāng)高，可以在無(wú)凸模的條件下進(jìn)行沖孔，且通過(guò)不同傳輸路徑的限定可以在同一凹模內(nèi)沖出多個(gè)孔。在復(fù)雜零件充液成形的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)單個(gè)孔或多個(gè)孔特征成形；4)零件大部分特征在沖擊成形階段將進(jìn)一步貼模成形，從而保證了零件整體成形質(zhì)量與精度。本發(fā)明提供的一種復(fù)雜零件小特征部位的沖擊液壓復(fù)合成形工藝是沖擊成形技術(shù)與充液成形技術(shù)交叉、延伸與發(fā)展的一種新型成形技術(shù)，兼具充液塑性成形與沖擊能量成形的優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車(chē)、國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域中特種材料復(fù)雜構(gòu)件的制造，尤其是具有小特征尺寸(小凸包、小壓痕、孔等)的復(fù)雜構(gòu)件的成形、整形等方面具有廣闊應(yīng)用前景。沖擊液壓復(fù)合成形工藝定義為交叉融合沖擊成形和充液成形，在充液成形結(jié)束后進(jìn)行沖擊成形，利用高能量在極短時(shí)間內(nèi)(低于數(shù)十微秒)釋放對(duì)成形液室內(nèi) 高壓液體進(jìn)行壓縮，獲得驟增壓力峰值，并以沖擊波形式傳遞至成形坯料，進(jìn)行零件彈塑性變形的新型制造工藝。該技術(shù)以液體介質(zhì)代替剛性模具傳遞載荷來(lái)實(shí)現(xiàn)零件成形，是一種軟模成形技術(shù)，即毛坯表面不受傷。由于液體介質(zhì)很容易充滿模腔，即成形性好，變形更均勻。因此繼承了充液成形提高成形極限，減少成形道次、尺寸精度高和模具費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)；特別是對(duì)于形狀復(fù)雜的構(gòu)件，優(yōu)越性就更明顯。同時(shí)基于沖擊成形技術(shù)中高壓大能量短時(shí)間內(nèi)沖擊壓縮波快速傳遞的優(yōu)點(diǎn)，極大地拓寬了成形零件的復(fù)雜程度和功能要求范圍，并降低了對(duì)設(shè)備強(qiáng)度、密封方面的要求。尤其對(duì)具有小特征尺寸的復(fù)雜構(gòu)件，沖擊液壓復(fù)合成形工藝可以大大降低成形所需的設(shè)備噸位，實(shí)現(xiàn)低成本和高效的成形。另外，由于是在充液成形結(jié)束后進(jìn)行沖擊成形，一次安裝減少了加工工序，方便實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜大型曲面零件的整體成形，從而提高了零件小特征尺寸的位置精度以及零件的整體質(zhì)量。在沖擊液壓成形過(guò)程中，沖擊成形階段是高能量沖擊波壓縮作用的高壓和高應(yīng)變率過(guò)程，與傳統(tǒng)的靜高壓成形有很大的不同。沖擊液壓成形技術(shù)對(duì)加工樣件所做的功是以壓縮沖擊波的形式傳遞到坯料，波所到之處的樣品內(nèi)能增高，受到的壓強(qiáng)也隨之增高，屬于動(dòng)高壓技術(shù)或動(dòng)態(tài)加載技術(shù)。而且波傳播速度比熱傳導(dǎo)速度快的多，因此，對(duì)于坯料來(lái)說(shuō)屬于絕熱壓縮過(guò)程。從另一角度看，坯料在短時(shí)間內(nèi)受到巨大能量的同時(shí)，物質(zhì)便被迫獲得了一種不同尋常的加載條件，在慣性約束下的固體內(nèi)部形成了高壓沖擊波。這種應(yīng)力非常高，作用時(shí)間非常短的沖擊波，將迫使物質(zhì)不可逆地進(jìn)入那些在靜壓下都不曾遇到的狀態(tài)。坯料以極高的速度貼膜，這不僅有利于提高零件的貼膜性，而且可以有效地減小零件彈復(fù)現(xiàn)象，在提高精度和表面質(zhì)量方面有很好的效果。


圖I為采用本發(fā)明提供的復(fù)雜零件小特征部位的沖擊液壓復(fù)合成形工藝進(jìn)行板材成形的原理示意圖。圖2為采用本發(fā)明提供的復(fù)雜零件小特征部位的沖擊液壓復(fù)合成形工藝進(jìn)行板材成形的充液階段示意圖。圖3為采用本發(fā)明提供的復(fù)雜零件小特征部位的沖擊液壓復(fù)合成形工藝進(jìn)行板材成形的沖擊階段示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的復(fù)雜零件小特征部位的沖擊液壓復(fù)合成形工藝進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
如圖I所示，本發(fā)明提供的復(fù)雜零件小特征部位的沖擊液壓復(fù)合成形工藝包括按順序進(jìn)行的下列步驟I)若成形件為板材時(shí)，以板材5作為坯料，壓邊圈3施力將板料5壓緊在板式成形模具6上，板式成形液室4下行合模、密封。利用高壓液壓源2向板式成形液室4內(nèi)充滿高壓介質(zhì)，并保壓2-5min進(jìn)行充液成形。板材5在高壓液體壓力的作用下，依據(jù)板式模具形狀6進(jìn)行彈塑性變形，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件大部分特征尺寸的成形以及小特征部位尺寸的部分成形；2)對(duì)于如小凸包9、小壓痕7等難成形小特征尺寸，利用沖擊源I向板材成形充液室4內(nèi)引入沖擊成形能量，實(shí)現(xiàn)對(duì)液室內(nèi)高壓液體快速壓縮?；谝后w壓縮率很小的特性，液體壓力在極短時(shí)間內(nèi)驟增，能量以沖擊波形式作用，通過(guò)不同傳輸路徑限定沖擊波作用 方向，針對(duì)性的將沖擊能量應(yīng)用到局部區(qū)域，使板材小特征尺寸貼膜。沖擊壓力大于充液壓力，作用時(shí)間小于十微妙。在復(fù)雜零件充液成形的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)小凸包9、小壓痕7等小特征尺寸成形；3)對(duì)于如單個(gè)孔8或多個(gè)孔特征，由于沖擊液體的壓力相當(dāng)高，可以在無(wú)凸模的條件下進(jìn)行沖孔8，且通過(guò)不同傳輸路徑的限定在同一凹模內(nèi)沖出多個(gè)孔。在復(fù)雜零件充液成形的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)單個(gè)孔8或多個(gè)孔特征成形；4)零件大部分特征在沖擊成形階段將進(jìn)一步貼模成形，從而保證了零件整體成形
質(zhì)量與精度。5)若成形件為管材時(shí)，管兩端密封形成液室，先利用高壓液壓源2向管式成形液室內(nèi)充滿高壓介質(zhì)，進(jìn)行充液成形。再利用沖擊源I完成小特征部位的沖擊成形。最終實(shí)現(xiàn)復(fù)雜管材零件的沖擊液壓成形。
權(quán)利要求
1.一種針對(duì)復(fù)雜零件小特征部位的沖擊液壓復(fù)合成形工藝，其特征在于所述的復(fù)雜零件小特征部位的沖擊液壓復(fù)合成形工藝包括按順序進(jìn)行的下列步驟 1)若成形件為板材時(shí)，以板材(5)作為坯料，壓邊圈(3)施力將板料(5)壓緊在板式成形模具(6)上，板式成形充液室(4)下行合模、密封。利用高壓液壓源(2)向板式成形充液室(4)內(nèi)充滿高壓介質(zhì)，并保壓進(jìn)行充液成形。板材(5)在高壓液體壓力的作用下，依據(jù)板式模具形狀(6)進(jìn)行彈塑性變形，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件大部分特征尺寸的成形以及小特征部位尺寸的部分成形； 2)對(duì)于如小凸包(9)、小壓痕(7)等難成形小特征尺寸，利用沖擊源(I)向板材成形充液室(4)內(nèi)引入沖擊成形能量，實(shí)現(xiàn)對(duì)板材成形充液室(4)內(nèi)高壓液體的快速壓縮?；谝后w壓縮率很小的特性，液體壓力在極短時(shí)間內(nèi)驟增，能量以沖擊波形式作用，通過(guò)不同傳輸路徑限定沖擊波作用方向，針對(duì)性的將沖擊能量應(yīng)用到局部區(qū)域，使板材小特征尺寸貼膜。沖擊成形壓力大于充液成形壓力。在復(fù)雜零件充液成形的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)小凸包(9)、小壓痕(7)等小特征尺寸成形； 3)對(duì)于如單個(gè)孔(8)或多個(gè)孔特征，由于沖擊成形的液體壓力相當(dāng)高，可以在無(wú)凸模的條件下進(jìn)行沖孔(8)，且通過(guò)不同傳輸路徑的限定在同一凹模內(nèi)沖出多個(gè)孔。在復(fù)雜零件充液成形的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)單個(gè)孔(8)或多個(gè)孔特征成形； 4)零件大部分特征在沖擊成形階段將進(jìn)一步貼模成形，從而保證了零件整體成形質(zhì)量與精度。
5)若成形件為管材時(shí)，管兩端密封形成液室，先利用高壓液壓源(I)向管式成形液室(10)內(nèi)充滿高壓介質(zhì)，進(jìn)行充液成形。再利用沖擊源(I)完成小特征部位的沖擊成形。最終實(shí)現(xiàn)復(fù)雜管材零件的沖擊液壓成形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜零件小特征部位的沖擊液壓復(fù)合成形工藝，其特征在于沖擊液壓成形是充液成形和沖擊成形的融合、交叉和發(fā)展。零件成形是在充液成形結(jié)束后進(jìn)行沖擊成形。沖擊成形壓力大于充液成形壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜零件小特征部位的沖擊液壓復(fù)合成形工藝，其特征在于沖擊液壓成形中沖擊階段是以液體作為傳力介質(zhì)，高能量在極短時(shí)間內(nèi)(低于數(shù)十微秒)釋放，以高壓沖擊波形式作用于坯料，使其在很高的速度下變形和貼膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜零件小特征部位的沖擊液壓復(fù)合成形工藝，其特征在于模具一次安裝，通過(guò)不同傳輸路徑的限定可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)特征的同時(shí)成形，從而減少了加工工序，保證了整體成形質(zhì)量與精度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜零件小特征部位的沖擊液壓復(fù)合成形工藝，其特征在于沖擊液壓成形作用時(shí)間短，降低了對(duì)設(shè)備強(qiáng)度和密封方面的要求；并在設(shè)備噸位較小的情況下，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件難變形小特征部位的快速成形。
全文摘要
一種復(fù)雜零件小特征部位的沖擊液壓復(fù)合成形工藝是沖擊成形技術(shù)與充液成形技術(shù)交叉、延伸與發(fā)展的一種新型成形工藝，兼具充液塑性成形與沖擊能量成形的優(yōu)點(diǎn)。定義為在充液成形結(jié)束后進(jìn)行沖擊成形，利用沖擊源高能量的瞬間釋放對(duì)成形液室內(nèi)高壓液體進(jìn)行壓縮，獲得驟增壓力值，并以沖擊波形式傳遞至成形坯料，進(jìn)行零件彈塑性變形的新型制造工藝。其中一次安裝減少了加工工序，方便實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜大型曲面零件的整體成形，保證復(fù)雜零件各尺寸的位置精度。同時(shí)沖擊時(shí)間作用很短，降低了對(duì)設(shè)備強(qiáng)度和密封性方面的要求。該技術(shù)在航空航天、汽車(chē)設(shè)等領(lǐng)域中具有小特征尺寸(小凸包、小壓痕、孔等)的大型復(fù)雜構(gòu)件成形、整形等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B21D26/021GK102873165SQ20121032199
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月3日
發(fā)明者郎利輝, 王少華 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)