一种薄壁钣金件冲压成形方法与流程

本发明涉及薄壁钣金件的冲压成形技术方案设计和应用技术领域，特别提供了一种薄壁钣金件冲压成形方法。

背景技术：

一种薄壁钣金件为新材料0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢板材为原材料的冲压件，属于功能构件，对零件的制造质量和使用可靠性有较高要求。0Cr17Ni4Cu4Nb是一种马氏体沉淀硬化不锈钢，室温冲压性能较差，室温延伸率不大于20％，根据试验，厚度1mm的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢板材普通冲压拉深成形最大拉深比1.25-1.3。该零件成形变形量较大，通过计算其拉深比超过1.5，再加上零件最小成形转接半径仅为R1。因此，采用普通冲压成形工艺无法直接冲压成形出零件，见图1。

目前这种薄壁钣金件的成形制造工艺为：将零件分成两个简单的钣金件，即件1和件2(见图2、3)，分别单独进行拉深成形；然后车加工出焊接配合面，通过氩弧焊接连接在一起成形零件毛坯；经过热处理消除成形和焊接应力后，再用普通拉深模具冲压校正获得零件的全部形状和尺寸，见图4。

目前的制造工艺存在的主要问题有：一是零件为拼焊结构，零件表面存在的焊缝影响零件的外表质量和使用可靠性，零件在使用中有时出现焊缝裂纹问题，影响到产品的使用安全；二是拼焊结构造成零件的制造工艺流程长，零件制造成本高。

人们迫切希望获得一种技术效果优良的薄壁钣金件冲压成形方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种技术效果优良的薄壁钣金件冲压成形方法。关键是解决一种薄壁钣金件制造中存在的焊缝影响零件使用可靠性问题，目的是实现该类零件的整体冲压成形，取消环形焊缝，从而消除焊缝带来的使用安全隐患，同时缩短零件的制造流程，降低制造成本。

本发明提供了一种薄壁钣金件冲压成形方法，作为被加工件的薄壁钣金件2材料为0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢板材；薄壁钣金件2的最小成形转接半径为R1mm；其特征在于：首先使用前置工序将薄壁钣金件整体毛坯预加工出大概轮廓，预加工后的半成品尺寸未到量，尤其是小曲率弯曲变形处仍需重点处理；0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢板材，材料室温冲压性能较差，室温延伸率不大于20％，根据试验，厚度1mm的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢板材普通冲压拉深成形最大拉深比1.25-1.3。该零件成形变形量较大，通过计算其拉深比超过1.5，再加上零件最小成形转接半径仅为R1；因此，采用普通冲压成形工艺无法直接冲压成形出零件，薄壁钣金件2见图1；

然后使用专用的整体冲压成形校正模具对待加工的薄壁钣金件半成品进行冲压成形处理得到合格品；所述整体冲压成形校正模具构成如下：凹模1、凸模3、压边圈4、下模板5、连接螺栓6；其中：下模板5位于整个模具的下部，下模板5通过连接螺栓6和凸模1固定连接为一体；凸模1的上部设置有向上方凸出且与凹模1下部向内凹陷的部分相配合的结构；凸模3外部设置有环状且能套装整个凸模3的压边圈4，压边圈4能与凹模1下部下表面近边沿处配合构成分别紧贴薄壁钣金件2。参见图9.

所述薄壁钣金件冲压成形方法，其特征在于：压边圈4下方还设置有能调整压边圈4高度的压边顶杆7，以便保证压边圈4能与凹模1下部下表面近边沿处配合构成分别紧贴薄壁钣金件2形成密封结构。

所述薄壁钣金件冲压成形方法，其特征在于：凸模3被粘性介质填充的腔室替换，下模板5中央处设置有能容纳粘性介质的空腔9，被粘性介质填充腔室即能容纳粘性介质的空腔9；空腔9上设置有用于向粘性介质世通过加力活塞10施加压力以便帮助薄壁钣金件2实现冲压成形的孔道；所述粘性介质具体是半固态、能流动、具有一定应变速率敏感性的高分子聚合物。类似充液成形。

所述薄壁钣金件冲压成形方法，其特征在于：所述薄壁钣金件冲压成形方法具体要求是：首先按照整体冲压成形工艺，是一种新的板料软模成形技术；应用冲压成形等面积原理，通过冲压成形模拟软件计算并经过实际试验，以便确定零件毛料尺寸，见图5；零件毛料直径在满足零件成形后尺寸的前提下应尽量小，以减小冲压成形变形量，利于零件的成形；

等面积原理设计粘性介质冲压成形零件毛坯，参见图6；粘性介质成形毛坯的设计至关重要，目的是要充分发挥粘性介质成形能够提高材料成形极限的优点，在能够满足最终成形材料面积的前提下，尽可能设计成利于流动和均匀变形的形状，各处转接圆角设计的较大。粘性介质成形属于半模冲压成形方法之一，是介于橡皮成形和充液成形之间的一种半模成形方法。粘性介质成形其基本原理是利用粘性介质作为成形用软凸模软或凹模，液压机推动活塞推动粘性介质流动，在粘性介质的压力下使板料产生塑形变形。通过控制成形过程粘介质压力,同时实时控制对板料施加的压力分布，有效地控制材料的流动和变形,从而实现复杂薄壁钣金件的成形。粘性介质是一种半固态、可流动、具有一定速率敏感性和较高粘度的高聚物，其摩尔质量选择3×10^5～7×10⁵g/mol。

相应地设计粘性介质冲压成形零件毛坯模具，参见图7；该模具主要由上下两部分组成，上部分为凹模1，下部分主要由下模板5、用于容纳粘性介质的空腔9、加力活塞10组成。薄壁钣金件冲压成形时先将成形前圆形毛料放到下模板5上，压机上平台下行带动凹模1压紧零件毛料到下模板5的上表面。通过压机下顶杆顶住加力活塞10，推动放置在空腔9内的粘性介质上行使零件毛料产生塑性变形，直至零件毛料与凹模1型面贴合，从而完成零件粘介质成形毛坯的成形；

粘性介质成形模具应满足以下几点要求：①模具选材和最小壁厚处的强度要能够安全承受粘性介质成形过程中的最大压力，薄壁钣金件冲压成形过程最大压强为80MPa；②图中凹模1和下模板5与毛料接触部位要有较高的光度和硬度，以便有利于材料的流动，有利于提高模具使用寿命，凹模1和下模板5与毛料接触部位的表面粗糙度要求小于R_a0.8，其硬度HRC＞45；③为了有效密封粘性介质，避免成形过程中从凹模1下表面和下模板5上表面之间挤出，对凹模1下表面和下模板5上表面之间的平面度和平行度都要较高要求：平面度不大于0.01mm，平行度小于0.015mm；

为了消除粘介质成形产生的应力和材料硬化，在使用模具对薄壁钣金件进行冲压成形处理之后还要进行退火热处理，以便恢复材料塑性性能；由于所用材料的特殊性(成形应力大、热处理变形大)，该零件粘性介质成形出的毛坯进行退火热处理对零件装夹和退火制度都有一定要求。为了避免零件热处理过程中产生大的变形影响零件最终冲压成形，将零件法兰边对合沿外圆用金属夹子四处均布固定，放到热处理平台上进行退火热处理，见图8；为了充分消除成形应力，该零件退火热处理制度中热处理保温时间更长一些，本发明中零件的退火热处理制度为：装炉加热到780±5℃，保温25-28分钟，空冷到室温。

所述薄壁钣金件冲压成形方法，其特征在于：所述薄壁钣金件冲压成形方法具体要求是：

将使用前述粘介质成形完成的毛坯使用专用的整体冲压成形校正模具进行后处理；所述整体冲压成形校正模具构成如下：凹模1、凸模3、压边圈4、下模板5、连接螺栓6、压边顶杆7；其中：下模板5位于整个模具的下部，下模板5通过连接螺栓6和凸模1固定连接为一体；凸模1的上部设置有向上方凸出且与凹模1下部向内凹陷的部分相配合的结构；凸模3外部设置有环状且能套装整个凸模3的压边圈4，压边圈4能与凹模1下部下表面近边沿处配合构成分别紧贴薄壁钣金件2；参见图9.

将使用前述粘介质成形完成的毛坯放到凸模3和压边圈4上；通过液压机作用下的压边顶杆7顶住压边圈4以便压紧零件法兰边，液压机主缸带动凹模1下行，完成零件的冲压成形校正，获得零件全部形状和尺寸；最终冲压成形为了有利于材料的均匀流动，减小材料局部壁厚减薄，要求与零件相接触的模具部位有较高的光度和表面硬度，本发明成形校正模具表面粗糙度小于R_a0.8，其硬度HRC＞45。

所述薄壁钣金件冲压成形方法，其特征在于：所述薄壁钣金件冲压成形时，为了提高材料润滑，减小零件与模具时间的流动摩擦力，冲压校正前在零件的上下面覆上塑料薄膜，塑料薄膜厚度要求小于0.01mm。

本发明的关键技术在于：提出了一种可行性强，技术效果优良的薄壁钣金件冲压成形方法。其使用专用模具，

本发明一种薄壁钣金件冲压成形方法及其模具，实现了一种薄壁钣金件的整体冲压成形，取消了环形氩弧焊缝，提高了零件外观和表面质量，彻底消除焊缝带来的使用中焊缝产生裂纹的安全隐患。已经应用于零件的实际生产中，可以推广应用到类似钣金件的冲压成形中，具有很好的推广应用前景。

采用本发明的成形方法和模具，实现了一种薄壁钣金件的整体冲压成形，取消了环形氩弧焊缝，提高了零件外观和表面质量，彻底消除焊缝带来的使用中焊缝产生裂纹的安全隐患。

使用本发明所述的成形工艺及模具，较改进前缩短零件制造工艺流程50％，降低零件制造成本30％。其具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为薄壁钣金件2结构示意简图；

图2为拼焊结构件1图形；

图3为拼焊结构件2图形；

图4为拼焊结构件零件图形；

图5为成形前毛料图；

图6为粘性介质成形毛坯图；

图7为粘性介质成形模具示意图；

图8为退火热处理零件装夹示意图；粘性介质成形后毛坯11、金属卡子12(四周均布4件)；

图9为专用的整体冲压成形校正模具结构原理示意简图。

具体实施方式

附图标记含义如下：图7中附图标记含义：凹模1、薄壁钣金件2、凸模3、活塞缸13、下模板5、空腔9、加力活塞10；图8中附图标记含义：粘性介质成形后毛坯11、金属卡子12(四周均布4件)；图9中附图标记含义：凹模1、薄壁钣金件2、凸模3、压边圈4、下模板5、连接螺栓6、压边顶杆7。

实施例1

一种薄壁钣金件冲压成形方法，作为被加工件的薄壁钣金件2材料为0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢板材；薄壁钣金件2的最小成形转接半径为R1mm；首先使用前置工序将薄壁钣金件整体毛坯预加工出大概轮廓，预加工后的半成品尺寸未到量，尤其是小曲率弯曲变形处仍需重点处理；0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢板材，材料室温冲压性能较差，室温延伸率不大于20％，根据试验，厚度1mm的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢板材普通冲压拉深成形最大拉深比1.25-1.3。该零件成形变形量较大，通过计算其拉深比超过1.5，再加上零件最小成形转接半径仅为R1；因此，采用普通冲压成形工艺无法直接冲压成形出零件，薄壁钣金件2见图1；

然后使用专用的整体冲压成形校正模具对待加工的薄壁钣金件半成品进行冲压成形处理得到合格品；所述整体冲压成形校正模具构成如下：然后使用专用的整体冲压成形校正模具对待加工的薄壁钣金件半成品进行冲压成形处理得到合格品；所述整体冲压成形校正模具构成如下(参见图7所示)：凹模1、薄壁钣金件2、活塞缸13、下模板5、空腔9、加力活塞10；其他常规的凹凸配合模具中的凸模3被粘性介质填充腔室替换，下模板5中央处设置有能容纳粘性介质的空腔9，(被粘性介质填充腔室即能容纳粘性介质的空腔9；)空腔9上设置有用于向粘性介质世通过加力活塞10施加压力以便帮助薄壁钣金件2实现冲压成形的孔道；所述粘性介质具体是半固态、能流动、具有一定应变速率敏感性的高分子聚合物。类似充液成形。

所述薄壁钣金件冲压成形方法具体要求是：首先按照整体冲压成形工艺，是一种新的板料软模成形技术；应用冲压成形等面积原理，通过冲压成形模拟软件计算并经过实际试验，以便确定零件毛料尺寸，见图5；零件毛料直径在满足零件成形后尺寸的前提下应尽量小，以减小冲压成形变形量，利于零件的成形；

等面积原理设计粘性介质冲压成形零件毛坯，参见图6；粘性介质成形毛坯的设计至关重要，目的是要充分发挥粘性介质成形能够提高材料成形极限的优点，在能够满足最终成形材料面积的前提下，尽可能设计成利于流动和均匀变形的形状，各处转接圆角设计的较大。粘性介质成形属于半模冲压成形方法之一，是介于橡皮成形和充液成形之间的一种半模成形方法。粘性介质成形其基本原理是利用粘性介质作为成形用软凸模软或凹模，液压机推动活塞推动粘性介质流动，在粘性介质的压力下使板料产生塑形变形。通过控制成形过程粘介质压力,同时实时控制对板料施加的压力分布，有效地控制材料的流动和变形,从而实现复杂薄壁钣金件的成形。粘性介质是一种半固态、可流动、具有一定速率敏感性和较高粘度的高聚物，其摩尔质量选择3×10^5～7×10⁵g/mol。

相应地设计粘性介质冲压成形零件毛坯模具，参见图7；该模具主要由上下两部分组成，上部分为凹模1，下部分主要由下模板5、用于容纳粘性介质的空腔9、加力活塞10组成。薄壁钣金件冲压成形时先将成形前圆形毛料放到下模板5上，压机上平台下行带动凹模1压紧零件毛料到下模板5的上表面。通过压机下顶杆顶住加力活塞10，推动放置在空腔9内的粘性介质上行使零件毛料产生塑性变形，直至零件毛料与凹模1型面贴合，从而完成零件粘介质成形毛坯的成形；

粘性介质成形模具应满足以下几点要求：①模具选材和最小壁厚处的强度要能够安全承受粘性介质成形过程中的最大压力，薄壁钣金件冲压成形过程最大压强为80MPa；②图中凹模1和下模板5与毛料接触部位要有较高的光度和硬度，以便有利于材料的流动，有利于提高模具使用寿命，凹模1和下模板5与毛料接触部位的表面粗糙度要求小于R_a0.8，其硬度HRC＞45；③为了有效密封粘性介质，避免成形过程中从凹模1下表面和下模板5上表面之间挤出，对凹模1下表面和下模板5上表面之间的平面度和平行度都要较高要求：平面度不大于0.01mm，平行度小于0.015mm；

为了消除粘介质成形产生的应力和材料硬化，在使用模具对薄壁钣金件进行冲压成形处理之后还要进行退火热处理，以便恢复材料塑性性能；由于所用材料的特殊性(成形应力大、热处理变形大)，该零件粘性介质成形出的毛坯进行退火热处理对零件装夹和退火制度都有一定要求。为了避免零件热处理过程中产生大的变形影响零件最终冲压成形，将零件法兰边对合沿外圆用金属夹子四处均布固定，放到热处理平台上进行退火热处理，见图8；为了充分消除成形应力，该零件退火热处理制度中热处理保温时间更长一些，本实施例中零件的退火热处理制度为：装炉加热到780±5℃，保温25-28分钟，空冷到室温。

所述薄壁钣金件冲压成形方法还有下述要求：将使用前述粘介质成形完成的毛坯使用专用的整体冲压成形校正模具进行后处理；所述整体冲压成形校正模具构成如下：凹模1、凸模3、压边圈4、下模板5、连接螺栓6、压边顶杆7；其中：下模板5位于整个模具的下部，下模板5通过连接螺栓6和凸模1固定连接为一体；凸模1的上部设置有向上方凸出且与凹模1下部向内凹陷的部分相配合的结构；凸模3外部设置有环状且能套装整个凸模3的压边圈4，压边圈4能与凹模1下部下表面近边沿处配合构成分别紧贴薄壁钣金件2；参见图9。压边顶杆7用于保证压边圈4能与凹模1下部下表面近边沿处配合构成分别紧贴薄壁钣金件2形成密封结构；

将使用前述粘介质成形完成的毛坯放到凸模3和压边圈4上；通过液压机作用下的压边顶杆7顶住压边圈4以便压紧零件法兰边，液压机主缸带动凹模1下行，完成零件的冲压成形校正，获得零件全部形状和尺寸；最终冲压成形为了有利于材料的均匀流动，减小材料局部壁厚减薄，要求与零件相接触的模具部位有较高的光度和表面硬度，本实施例成形校正模具表面粗糙度小于R_a0.8，其硬度HRC＞45。

所述薄壁钣金件冲压成形时，为了提高材料润滑，减小零件与模具时间的流动摩擦力，冲压校正前在零件的上下面覆上塑料薄膜，塑料薄膜厚度要求小于0.01mm。

本实施例的关键技术在于：提出了一种可行性强，技术效果优良的薄壁钣金件冲压成形方法。其使用专用模具，

本实施例一种薄壁钣金件冲压成形方法及其模具，实现了一种薄壁钣金件的整体冲压成形，取消了环形氩弧焊缝，提高了零件外观和表面质量，彻底消除焊缝带来的使用中焊缝产生裂纹的安全隐患。已经应用于零件的实际生产中，可以推广应用到类似钣金件的冲压成形中，具有很好的推广应用前景。

采用本实施例的成形方法和模具，实现了一种薄壁钣金件的整体冲压成形，取消了环形氩弧焊缝，提高了零件外观和表面质量，彻底消除焊缝带来的使用中焊缝产生裂纹的安全隐患。使用本实施例的成形工艺及模具，较改进前缩短零件制造工艺流程50％，降低零件制造成本30％。

实施例2

本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处在于：

一种薄壁钣金件冲压成形方法，作为被加工件的薄壁钣金件2材料为0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢板材；薄壁钣金件2的最小成形转接半径为R1mm；首先使用前置工序将薄壁钣金件整体毛坯预加工出大概轮廓，预加工后的半成品尺寸未到量，尤其是小曲率弯曲变形处仍需重点处理；0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢板材，材料室温冲压性能较差，室温延伸率不大于20％，根据试验，厚度1mm的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢板材普通冲压拉深成形最大拉深比1.25-1.3。该零件成形变形量较大，通过计算其拉深比超过1.5，再加上零件最小成形转接半径仅为R1；因此，采用普通冲压成形工艺无法直接冲压成形出零件，薄壁钣金件2见图1；

然后使用专用的整体冲压成形校正模具对待加工的薄壁钣金件半成品进行冲压成形处理得到合格品；所述整体冲压成形校正模具构成如下：凹模1、凸模3、压边圈4、下模板5、连接螺栓6；其中：下模板5位于整个模具的下部，下模板5通过连接螺栓6和凸模1固定连接为一体；凸模1的上部设置有向上方凸出且与凹模1下部向内凹陷的部分相配合的结构；凸模3外部设置有环状且能套装整个凸模3的压边圈4，压边圈4能与凹模1下部下表面近边沿处配合构成分别紧贴薄壁钣金件2。参见图9.

压边圈4下方还设置有能调整压边圈4高度的压边顶杆7，以便保证压边圈4能与凹模1下部下表面近边沿处配合构成分别紧贴薄壁钣金件2形成密封结构。

之后为了消除粘介质成形产生的应力和材料硬化，在使用模具对薄壁钣金件进行冲压成形处理之后还要进行退火热处理，以便恢复材料塑性性能；

再之后将使用前述粘介质成形完成的毛坯使用专用的整体冲压成形校正模具进行后处理；所述整体冲压成形校正模具参见附图9。