本發(fā)明涉及一種板材數(shù)控液壓成形技術，特別涉及一種超大型薄板曲面零件數(shù)控充液拉深成形方法。

背景技術：

在板材的充液拉深成形過程中，壓邊力和液壓力是影響成形成敗和成形質量的兩個重要工藝參數(shù)。合適的壓邊力能夠成形出不起皺不破裂的零件，而合適的液壓力既能提高拉深極限，又可改善壁厚分布的均勻性，提高表面的成形質量，保證成形件具有很高的成形精度。

超大型薄板具有尺寸大，厚度薄的特點，對于相對厚度非常小的板材，成形非常困難，且在成形過程中極易發(fā)生起皺和破裂。因此控制好各階段的成形參數(shù)非常重要。而傳統(tǒng)的板料沖壓成形是不能滿足此類零件的成形性能和成形質量的。本文在采用充液拉深技術的情況下，同時采用變壓邊力和變液壓力相結合的方法，有效地控制了板料的成形成敗和成形質量。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對超大型薄板材質成形質量很難保證的問題，提出了一種超大型薄板曲面零件數(shù)控充液拉深成形方法，可以顯著提高板料的成形性能和零件的成形質量。

本發(fā)明的技術方案為：一種超大型薄板曲面零件數(shù)控充液拉深成形方法，具體包括如下步驟：

1)參數(shù)確定：

1-1)確定板料充液拉深過程中的充液拉深參數(shù)，即過程參數(shù)；

1-2)確定所選板料的力學性能參數(shù)，即材料參數(shù)；

1-3)確定凸凹模的尺寸及凸凹模的圓角半徑，即設計參數(shù)；

1-4)建立三維模型，通過有限元仿真模擬，確定壓邊力和液壓力隨時間變化的關鍵轉折點的所在時間，每個轉折點為成形初期、成形中期和成形后期三個階段的劃分時間；

2)根據(jù)步驟1)中設定的各參數(shù)，由防外皺壓邊力判據(jù)、防內皺壓邊力判據(jù)和防破裂壓邊力判據(jù)確定板料的壓邊力范圍；

3)再根據(jù)壓邊力和液壓力之間的關系式，確定液壓力的變化范圍；

4)由所得壓邊力和液壓力，設定與沖壓成形各階段相適應的變壓邊力加載曲線和變液壓力加載曲線；

5)根據(jù)設定的充液拉深參數(shù)完成板料的充液拉深過程。

所述步驟3)壓邊力和液壓力之間的關系式為：

其中，pcr表示液壓力，fb表示壓邊力，η為毛坯邊緣相對移動位置，m為拉深系數(shù)，d0為毛坯直徑。

所述步驟4)設定與沖壓成形各階段相適應的變壓邊力加載曲線和變液壓力加載曲線原則為：在板料充液拉深階段成形初期，壓邊力和液壓力應增長的緩慢些，且成形初期保證施加的壓邊力能夠克服液壓力的作用使板料順利成形；成形中期，壓邊力和液壓力應保持較快的增長，直至到后期壓邊力和液壓力的值達到最大值且保持恒定不變。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明超大型薄板曲面零件數(shù)控充液拉深成形方法，根據(jù)充液拉深各成形階段的不同特點，采用變壓邊力和變液壓力優(yōu)化組合的方式對板料進行數(shù)控充液拉深。由于板料在相對厚度非常小的情況下，極易發(fā)生起皺和破裂，因為板料在成形階段所需壓邊力和液壓力并不相同，該方法通過對不同成形階段的壓邊力和液壓力進行控制，使超大型薄板在成形過程中避免了起皺和破裂的產生。該方法很大程度上提高了超大型薄板的成形能力和零件的成形質量。并通過優(yōu)化獲得最優(yōu)變壓邊力和變液壓力加載曲線。從而完成超大型薄板的數(shù)控充液拉深過程。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1中的模具和板料示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例1中的變壓邊力和變液壓力加載曲線圖；

圖3為本發(fā)明實施例2中的變壓邊力和變液壓力加載曲線圖。

具體實施方式

本發(fā)明所涉及的變壓邊力和變液壓力相結合的用于超大型薄板成形的充液拉深方法，是通過控制板料成形階段的壓邊力和液壓力，來實現(xiàn)板料的液壓成形技術。

為了更加清晰地了解本發(fā)明的目的、技術方案和工藝優(yōu)點，下面結合附圖及具體實例，作進一步詳細說明。

本發(fā)明超大型薄板曲面零件數(shù)控充液拉深成形方法具體包括如下步驟：

(1)參數(shù)確定：

(1.1)確定板料充液拉深過程中的充液拉深參數(shù)，即過程參數(shù)；

(1.2)確定所選板料的力學性能參數(shù)，即材料參數(shù)；

(1.3)確定凸凹模的尺寸及凸凹模的圓角半徑，即設計參數(shù)；

(1.4)建立三維模型，通過有限元仿真模擬，確定壓邊力和液壓力隨時間變化的關鍵轉折點的所在時間，每個轉折點為成形初期、成形中期和成形后期三個階段的劃分時間；

(2)根據(jù)設定的材料參數(shù)、設計參數(shù)和過程參數(shù)，由防外皺壓邊力判據(jù)、防內皺壓邊力判據(jù)和防破裂壓邊力判據(jù)確定板料的壓邊力范圍；

(3)再根據(jù)自行推導出的壓邊力和液壓力之間的關系式，確定液壓力的變化范圍；

壓邊力和液壓力之間的關系：

式中，pcr表示液壓力，fb表示壓邊力，η為毛坯邊緣相對移動位置，m為拉深系數(shù)，d0為毛坯直徑。

(4)由所得壓邊力和液壓力，設定與沖壓成形各階段相適應的變壓邊力加載曲線和變液壓力加載曲線；

在板料充液拉深階段成形初期，壓邊力和液壓力應增長的緩慢些，且成形初期保證施加的壓邊力能夠克服液壓力的作用使板料順利成形。成形中期，壓邊力和液壓力應保持較快的增長，直至到后期壓邊力和液壓力的值達到最大值且保持恒定不變。

(5)根據(jù)設定的充液拉深參數(shù)完成板料的充液拉深過程。

實施例1

本實施例將該方法用于火箭貯箱箱底的整體成形優(yōu)化中，其中箱底所用材料為2219鋁合金，毛坯直徑為7728mm，厚度為2mm，板料的力學性能參數(shù)如下表1所示。

表1

成形所用模具和板料尺寸裝配圖如圖1所示(單位為1mm)，凸模的長半軸為2497mm，短半軸為2280mm，凹?？谥睆綖?000mm，凹模圓角半徑為198mm。

通過catia建模，然后導入專用沖壓成形仿真軟件dynaform中，通過分析零件的成形情況，確定各個成形階段所需的壓邊力和液壓力大小的增長情況。

通過設定的各參數(shù)，由相關公式確定板料的壓邊力的范圍：fq＞2685kn.

根據(jù)壓邊力和液壓力之間的關系，確定液壓力的范圍為：pcr＞15mpa

由所得壓邊力和液壓力，設定變壓邊力和變液壓力加載曲線如圖2所示。

采用上述變壓邊力和變液壓力的板料充液拉深成形工藝在板材充液成形液壓機上拉深，不起皺不破裂，成形后的板料厚度分布均勻，成形質量高。恒定壓邊力和恒定液壓力成形不出此類零件。

實施例2

本實施例將該方法用于火箭貯箱箱底的整體成形優(yōu)化中，其中箱底所用材料為5a06鋁合金，毛坯直徑為5510mm，厚度為2mm，板料的力學性能參數(shù)如下表2所示。

表2

成形所用凸模的長半軸為1672mm，短半軸為1393mm，凹模口直徑為3350mm，凹模圓角半徑為198mm。

通過catia建模，然后導入專用沖壓成形仿真軟件dynaform中，通過分析零件的成形情況，確定各個成形階段所需的壓邊力和液壓力大小的增長情況。

通過設定的各參數(shù)，由相關公式確定板料的壓邊力的范圍：fb＞2229kn.

根據(jù)壓邊力和液壓力之間的關系，確定液壓力的范圍為：pcr＞12mpa

由所得壓邊力和液壓力，設定變壓邊力和變液壓力加載曲線如圖3所示。

采用上述變壓邊力和變液壓力的板料充液拉深成形工藝在板材充液成形液壓機上拉深，不起皺不破裂，成形后的板料厚度分布均勻，成形質量高。恒定壓邊力和恒定液壓力成形不出此類零件。