专利名称：大高径比板材零件拉深成形的加工方法及其专用加工装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种板材割牛拉深成形的加工方法及装置。
背景技术：
板材成形加工中，对于成形与凸^^尺寸一致的大高径比(由板材拉深审喊
杯状构件的高度H与其直径D的比值，H/D的值大于1时，一^f尔为大高径比)板 材零件，目前通常采用流体作为传力介质的充液拉深成形技术，其原理是使板材在 流体背压力作用下贴靠凸模，背压作用增强坯料与凸模的摩擦效果，形成有益摩擦 力，可抵消凸模圆角处坯料的部分拉应力，提高变形坯料的承载能力，从而提高板 材##成形极限，实现大高径比板材零件的拉深成形。以流体为传力介质的板材充 液拉深成形技术以其工艺柔性高、制模简单、 ##质量好靴点日益得至『泛 的重视，能够克服常规冲压成形方式的不足，尤其适合在一itX序内成形变形量大 的复杂板材零件。自从其被提出以来，某些大高径比、型面复杂的零件在流体背压 力作用下成形，被应用到航空、汽车、电子产品等帝U毅中。近年来，随着高压液 压系统和相关控制技术的发展，以流体为传力介质的板材充液拉深成形技术在国内 外得到广泛关注并得以迅猛发展。由于许多板材受成形性能以及成形技术本身的约 束，高径比更大、i^极P艮更高的复杂零fH^仅依靠背向压力作用在一道工序仍无 法实现割牛的成形，多道工序需要多^f莫具、设备，造成加工成本增加，工序间的 上料、取件造成周期延长，影响加工效率。
发明内容
本发明的目的是为了提高板材零件成形效率和实现在一套模具装置上通过一道 工序成形高径比更大的复杂板材割牛；以解决现有成形工艺无法实现用一道工序完 成高径比更大、成形极限更高的复杂零件的成形加工，以及5见有模具无法实现用一 道工序成形所需^^牛的问题；进而提供了一种大高径比板材零件拉深成形的加工方 法及其专用加工装置。
本发明解决战技术问题所采用的技术方案是本发明所述大高径比板材零件
4拉深成形的加工方法是按以下步骤实现的
步骤一、向流体介质容器内注入流体介质，使流体介质的液面与设置在流体介 质容器上的凹模的下表面持平；
步骤二、将坯料夹置在压边圈与凹模之间；
步骤三、在压力的作用下，压边圈下行，并在压边圈的上表面上施加压边力； 步骤四、设置在压边圈和凹模上的正拉深凸模在外力作用下开始下移，正拉深 凸模与坯茅被触后，通过液压系统使流体介质容器内的流体介质对坯料产生一定的
下表面背压力，同时aM:液压系统向正拉深凸模内充满液体介质并对坯料产生上表
面背压力，并使坯料下表面背压力等于坯料上表面背压力；然后，正拉深凸模下行 带动坯料进入凹模，直到坯料全部进入凹模内，将上表面背压力和下表面背压力卸 压；
步骤五、正拉深凸模继续下行，当坯料与流体介质容器内的反拉深凸模接触后 再施加上表面背压力，反拉深凸模带动坯料进入正拉深凸模内，直到还料完^iSA 正拉深凸模内，加工过程结束；
步骤六、将上表面背压力卸压，然后使正拉深凸模上移，同时使压边圈上移， 取出成形##即可。
实11±述方法的专用加工装置包括流体介质容器、压边圈和凹模，所述加工装 置还包括正拉深凸模和反拉深凸模，所述正拉深凸模内开有空腔，正拉深凸模的侧 壁上开有与空腔魏的注液孔，流体介质容器的侧壁上开有与其内腔M的流体介 质注入孔，凹1t设置在流体介质容器的上端面上，凹模与流体介质容器之间固定连 接，压边圈位于凹模的上方，正拉深凸模的下端依次穿过压边圈和凹模装在流体介 质容器的内腔中，反拉深凸模设置在流体介质容器内，反拉深凸模的下端固定在流 体介质容器的底端面上。
本发明具有以下有益效果使用本发明所皿置及方法旨隨一步提高板材割牛 成形极限，实现通过在一次行程内成形大高径比的板材零件(实现了在一對莫具装 置上 —道工序] 高径比更大的复杂板材零件)，从而提高效率及##质量，利 于推广应用。本方法完，合成形性能差、成形极限高的板材零件成形加工。本发 明方法采用正反拉深与液压成形技糊结合，可实现成形大高径比(高径比》1.5)的板材零件的 加工，解决了深筒JWi牛难于成形的问题。具体优点为 一、将 正、反拉深集中在一套成形装置内，在液压机一次行程内实现割牛的拉深成形，提 高效率，降低模具和设备成本。二、正反复合拉深相结合，与背压力i^作用，降 低变形坯料的拉应力，可成形大高径比、低塑性材料的深筒形件，通过合理分配变 形量改善割牛壁厚分布的均匀性。
图1为本发明戶皿专用加工装置的结构示意图。 具体实 式
具体实1 式一如图1所示，本实施方式所述的大高径比板材##拉深成形 的加工方法是按以下步骤实现的
步骤一、向流体介质容器6内注入流体介质12，使流体介质12的液面与设置 在流体介质容器6上的凹模5的下表面持平；
步骤二将坯料3 (板材坯料)夹置在压边圈2与凹模5之间；
步骤三、在压力的作用下(在压力机压边滑块的带动下)，压边圈2下行，并在 压边圈2的上表面上施加压边力(压边力是指在压边圈2的上表面所施加的九如 图1中F所示)；
步骤四、设置在压边圈2和凹模5上的正拉深凸模1在外力作用下(在压力机 主滑块驱动下)开始下移(如图1中V所示)，正拉深凸模1与坯料3接触后，舰 液压系统使流体介质容器6内的流体介质12对坯料3产生一定的下表面背压力P2， 同时ffl31液压系统向正拉深凸模1内充撒液体介质并对坯料3产生上表面背压力Pu 并使坯料3下表面背压力P2等于坯料上表面背压力P"防止正拉深凸模1下方口部 坯料发生变形；然后，正拉深凸模1下行带动坯料3进入凹模5，直到坯料3全部 进入凹模5内，将上表面背压力Pt和下表面背ji力&卸压；
步骤五、正拉深凸模l继续下行，当坯料3与流体介质容器6内的反拉深凸模 7接触后再施加上表面背压力P"反拉深凸模7带动坯料3进入正拉深凸模1内， 直到坯料3完，入正拉深凸模1内，加工过程结束；
步骤六、将上表面背压力Pt卸压，然后使(主滑i央带动)正拉深凸模l上移， 同时(压边滑块带动)使压边圈2上移，卸料板8通Jl^杆9及推板11在ffi机顶出缸作用下将成形件从反拉深凸模7上卸下，取出成形零件即可。
本发明方法用于，板材^f牛拉深成形时，正拉深时来自流体介质容器6内的 下表面背压力&使坯料3紧紧贴在正拉深凸模1上，在正拉深凸模1与坯料3之间 粒起有益摩擦，在坯料3与凹模5之间的法兰区建立起流体润滑；反拉深时，来 自正拉深凸模1内的上表面背压力P潜还料3紧紧贴在反拉深凸模7上，在反拉深 凸模7与坯料3之间建立起有益摩擦，在坯料3与正拉深凸模1之间形成流体润滑。 以上过程中流懒萄滑、有鹏擦及与正反拉深的结合，综合作用可缓解坯料的径向 拉应力，提高板材,牛的成形柳艮，对于需要多道次成形的大高径比零件来讲，显 著节省工序，降低模具、设备成本，提高效率。同时，合理分配正反拉深变形量， 可改善零件壁厚分布的均匀性。
采用上述方法及所^S对lmm厚SUS304不锈钢板材进行成形，在正拉深背 压力为20MPa、反拉深背压力10MPa条件下，使^j牛成形极限由现有的拉深比2. 95 提高到了 3. 6，壁厚均匀性提高挑。
具体实 式二如图1所示，本实施方^^f述的专用加工装置包括流体介质 容器6、压边圈2禾晒模5，戶膽加工装置还包括正拉深凸模1和反拉深凸模7，所 述正拉深凸模1内开有空腔1-1，正拉深凸模1的侧壁上开有与空腔1-1连通的注 液孔l-2，流体介质容器6的侧壁上开有与其内腔连通的流体介质注入孔6-1，凹模 5设置在流体介质容器6的上端面上，凹模5与流体介质容器6之间固定连接，压 边圈2位于凹模5的上方，正拉深凸模1的下端依次穿过压边圈2和凹模5装在流 体介质容器6的内腔中，反拉深凸模7设置在流体介质容器6内，反拉深凸模7的 下端固定在流体介质容器6的底端面上。在工作状态时，空腔l-l内充满液体介质 且液体介质与坯料3接触，流体介质容器6内充满流体介质12。还料3夹置在压边 圈2与凹模5之间。注液 L 1-2与液压系统连接，流体介质注入孔6-1也与液压系 统连接。所述专用加工装置应用于成形与凸模尺寸形状一致的零件。
凹丰I^置在流体介质容腔上面，并进行固定连接，坯料放置在压边圈与凹模之 间；反拉深凸模安装在流体介质容腔内；卸料M过连杆穿过流体介质容腔与推板 连接，连杆与流体介质容腔之间设置密封。所述专用加工装置安装在液压机上，液 压丰脏滑块连接装置中的正拉深凸模，驱动其运动，进行正拉深；压边滑i央与压边圈连接，以施加压边力；卸料板通,杆及推板与mE机顶出,接。正拉深凸模 和流体介质容腔分别开 L，与液压系统连接进行正拉深背压力和反拉深背压力的控 制。
板材零件拉深成形时，在凹模内充满流体介质，压边圈上施加压边力合模，在 压力机主滑±央作用下正拉深凸模带动板料在流体介质容腔内的正拉深背压力作用下 iiA凹模实现正拉深。正拉深结束后液压机主滑i央继续下行，反拉深凸丰MA正拉 深凸模内，在反拉深背压力作用下实现反拉深。反拉深结束后，卸料板在顶出缸作 用下向上将最终 件从反拉深凸模下卸下。
具体实肪式三如图1所示，本实施方式戶腐加工装置还包括卸料板8、至
少两个连杆9和推板11，卸料板8设置在流体介质容器6的内腔中并套装在反拉深 凸模7上，所述至少两个连杆9穿过流体介质容器6的底端壁，位于流体介质容器 6内的至少两个连杆9的端部与卸料板8的下端面连接，位于流体介质容器6外部 的至少两个连杆9的端部与推板11的上端面连接。由卸料板8、至少两个连杆9和 推板ll构成卸料装置，在工作时，推板11与液压机顶出缸13连接，在液压机顶出 缸作用下将成形件从反拉深凸模7上卸下，易于操作。其它组皿连接关系与具体 实施方式二相同。
具体实 式四如图1所示，本实施方^^f述加工装置还包括密封圈4，所 述密封圈4安装在凹模5的下端面与流体介质容器6的上端面之间。密封圈4可防 止流体介质泄漏。其它组皿连接关系与具体实施方式
二或三相同。
具体实 式五如图1所示，本实施方式所述加工装置还包括至少两个卸料 密封圈10，戶脱至少两个卸丰聰封圈10的数量与至少两个连杆9的数量一致，每 个连杆9在与流体介质容器6的底端壁连接的部位套装一个卸l糖封圈10。如此设 计，可防止流体介质泄漏。其它组戯连接关系与具体实施方式
三相同。
权利要求
1、一种大高径比板材零件拉深成形的加工方法，其特征在于所述加工方法是按以下步骤实现的步骤一、向流体介质容器(6)内注入流体介质(12)，使流体介质(12)的液面与设置在流体介质容器(6)上的凹模(5)的下表面持平；步骤二、将坯料(3)夹置在压边圈(2)与凹模(5)之间；步骤三、在压力的作用下，压边圈(2)下行，并在压边圈(2)的上表面上施加压边力；步骤四、设置在压边圈(2)和凹模(5)上的正拉深凸模(1)在外力作用下开始下移，正拉深凸模(1)与坯料(3)接触后，通过液压系统使流体介质容器(6)内的流体介质(12)对坯料(3)产生一定的下表面背压力(P2)，同时通过液压系统向正拉深凸模(1)内充满液体介质并对坯料(3)产生上表面背压力(P1)，并使坯料(3)下表面背压力(P2)等于坯料上表面背压力(P1)；然后，正拉深凸模(1)下行带动坯料(3)进入凹模(5)，直到坯料(3)全部进入凹模(5)内，将上表面背压力(P1)和下表面背压力(P2)卸压；步骤五、正拉深凸模(1)继续下行，当坯料(3)与流体介质容器(6)内的反拉深凸模(7)接触后再施加上表面背压力(P1)，反拉深凸模(7)带动坯料(3)进入正拉深凸模(1)内，直到坯料(3)完全进入正拉深凸模(1)内，加工过程结束；步骤六、将上表面背压力(P1)卸压，然后使正拉深凸模(1)上移，同时使压边圈(2)上移，取出成形零件即可。
2、 一种实现权禾腰求1戶腿方法的专用加工装置，戶脱加工装置包括流体介 质容器(6)、压边圈(2)和凹模(5)，其特征在于戶腿加工装置还包括正拉深凸 模(1)和反拉深凸模(7)，所述正拉深凸模(1)内开有空腔(1-1)，正拉深凸模(1)的侧壁上开有与空腔(1-1)连通的注液孔(1-2)，流体介质容器(6)的侧壁 上开有与其内腔^1的流体介质注入孔(6-1),凹模(5)设置在流体介质容器(6) 的上端面上，凹模(5)与流体介质容器(6)之间固定连接，压边圈(2)位于凹模(5)的上方，正拉深凸模(1)的下端依次穿过压边圈(2)和凹模(5)装在流体介质容器(6)的内腔中，反拉深凸模(7)设置在流体介质容器(6)内，反拉深凸 模(7)的下端固定在流体介质容器(6)的底端面上。
3、 丰艮据权利要求2所述的专用加工装置，其特征在于戶;f述加工装置还包括卸料板(8)、至少两个连杆(9)和推板(11)，卸料板(8)设置在流体介质容器(6) 的内腔中并魏在反拉深凸模(7)上，戶舰至少两个连杆(9)穿过流体介质容器 (6)的底端壁，位于流体介质容器(6)内的至少两个连杆(9)的端部与卸料板(8) 的下端面连接，位于流体介质容器(6)外部的至少两个连杆(9)的端部与推板(11) 的上端面连接。
4、 根据权利要求2或3戶脱的专用加工装置，其特征在于所述加工装置还 包括密封圈(4)，戶;M密封圈(4)安皿凹模(5)的下端面与流体介质容器(6) 的上端面之间。
5、 根据权利要求3戶脱的专用加工装置，其特征在于所述加工體还包括 至少两个卸料密封圈(10)，戶皿至少两个卸料密封圈(10)的数量与至少两个连杆 (9)的数量一致，每个连杆(9)在与流体介质容器(6)的底端壁连接的部位套装 一个卸料密封圈(10)。
全文摘要
大高径比板材零件拉深成形的加工方法及其专用加工装置，它涉及一种板材加工方法及装置。解决现有工艺无法用一道工序完成高径比更大、成形极限更高的复杂零件的成形加工及现有模具无法用一道工序成形所需零件的问题。方法包括向流体介质容器内注入流体介质、放置坯料、施加压边力、控制正拉深凸模下行与坯料接触后进行加压及坯料正拉深拉入凹模及反拉深凸模带动坯料拉入正拉深凸模的过程。正拉深凸模的下端依次穿过压边圈和凹模，反拉深凸模设置在流体介质容器内，反拉深凸模的下端固定在流体介质容器的底端面上。本方法采用正反拉深与液压成形相结合实现大高径比板材零件加工。本装置将正、反拉深集中在一套成形装置内，实现零件一次成形，提高效率。
文档编号B21D22/24GK101524731SQ20091007169
公开日2009年9月9日 申请日期2009年4月2日 优先权日2009年4月2日
发明者徐永超, 苑世剑 申请人:哈尔滨工业大学