一种小尖角特征复合充液成形方法与流程

本发明属于零件成形技术领域，尤其涉及一种小尖角特征复合充液成形方法。

背景技术：

航空、航天、汽车、电器等制造业中，经常会遇到一些局部有小尖角特征的复杂钣金零件，尤其是形状复杂、曲面变化大、落差很深的落压零件，落压工艺是钣金工艺中用于成形复杂钣金零件的传统方法，由于该工艺在成形过程中噪声污染大，手工修整工作量大，成形质量不易控制，成形零件表面和内部损伤严重，根本不能满足这类零件的成形要求。原来由落压成形的相当部分复杂钣金件可以改由橡皮囊液压方法来成形，但是，还有相当一部分钣金件形状及结构十分复杂、落差很深。

对于一些局部有小尖角特征、悬空段较大的深型腔复杂钣金零件，采用一道次充液拉深无法成形，这时需要主、被动复合充液成形技术。此时每个道次的变形量分配对零件成形质量、成形的经济性乃至零件能否成功成形都起着决定性的作用，目前，变形量的分配还是基于手册、经验公式等传统方法，且应用对象为普通刚性模拉深，误差较大，不适合复杂零件和充液拉深这种新工艺。因此需要一种方便实用且精度较高的变形分配方法来确定各道次的变形量，使充液成形技术的应用易于推广，使冲液成形过程更加准确，使零件成形质量得以提高。

技术实现要素：

本发明型的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种小尖角特征复合充液成形方法，该方法先对零件特征进行分类研究，得到凸、凹模间隙的变换规律，精度较高的变形分配方法来确定各道次的变形量，使充液成形技术的应用易于推广，使冲液成形过程更加准确，使零件成形质量得以提高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下。

一种小尖角特征复合充液成形方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、基于零件特征分类：

充液拉深关键工艺参数由零件特征决定，而动态充液拉深关键工艺参数由成形过程中凸、凹模间隙变换规律决定，在基于零件特征分类研究时，可以把零件分为：

a类零件：成形过程凸、凹模间隙不变；

b类零件：成形过程凸、凹模间隙按规律变化；

c类零件：成形过程凸、凹模间隙无规律变化；

所述a类零件包括筒形件，所述b类零件包括锥形件、抛物线形件，所述c类零件包括异型截面件；

根据上述三类零件的特征决定展开料的形状与尺寸。

步骤二、计算零件展开料尺寸：

所述a类零件为筒形件的展开料直径为d0；

式中r为a类零件中性层凸模圆角处半径；h代表a类零件中性层成形深度；d1、d2、d3分别为零件中性层凸模顶部直径、凹模圆角处直径、凸缘直径；

所述b类零件为锥形件、抛物线形件的展开料直径d0；

式中l代表b类零件中性层锥度部分长度；d1、d2、d3分别代表a类零件中性层凸模顶部直径、凹模圆角处直径以及凸缘直径；

所述c类零件包括异型截面件的展开料尺寸：

步骤三、基于塑性体积不变定律设计被动充液成形模具参数：

s1、简化成形零件特征：

在被动充液成形预成形凸模设计中，对带局部小尖角特征复杂零件进行零件外形特征简化；

所述a类零件外形简化为标准筒形件或盒形件；

所述b类零件带锥度外形简化为直壁形状；

所述c类零件异型截面外形应简化为悬空段相应的轴对称外形；

s2、塑性体积不变定律:

零件在板料塑性变形时，所述板料塑性变形包括晶粒内部变形和晶界变形，所述晶粒内部变形包括滑移和孪晶，这些变形并没有导致晶体的点整常数的变化，所以宏观上只是体积转移了位置，零件的板料体积没有发生变化；

s3、设计主、被动充液模具参数:

根据塑性变形体积不变定律，被动充液成形的中间零件与主动充液成形的终成形零件体积相等，确定简化的被动充液凸模截面形状后设计被动充液模具参数，主动充液终成形模具则依据零件外型形状及尺寸设计，先被动充液预成形，再主动充液终成形。

1、通过对于一些局部有小尖角特征、悬空段较大的深型腔复杂钣金零件，采用主动式充液成形易发生破裂失稳而克服起皱，采用被动式充液成形易发生起皱失稳而克服破裂，综合了以上两种成形方式可兼两者长处，首先由被动式充液成形进行预成形，然后由主动式充液成形进行终成形，这种主、被动复合充液成形方法可完成小尖角特征复杂零件的成形，首先对零件特征进行分类研究，得到凸、凹模间隙的变换规律，计算零件展开料尺寸，然后针对不同特征的零件，简化零件外形，基于塑性体积不变定律，对主、被动充液成形模具参数进行设计，最后得到各道次充液成形的工艺参数，通过主、被动复合充液成形方法成形有小尖角特征的复杂深型腔零件，有效提高了成形效率和精度，从而克服传统的落压成形和多道次拉深成形方法的繁琐与成形质量的局限，使充液成形技术的应用易于推广，使充液成形过程更加准确，使零件成形质量得以提高。

附图说明

图1某铝合金带小尖角深腔零件。

图2被动充液成形后中间零件。

图3本发明所述方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

实施例1

一种小尖角特征复合充液成形方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、基于零件特征分类：

充液拉深关键工艺参数由零件特征决定，而动态充液拉深关键工艺参数由成形过程中凸、凹模间隙变换规律决定，在基于零件特征分类研究时，可以把零件分为：

a类零件：成形过程凸、凹模间隙不变；

b类零件：成形过程凸、凹模间隙按规律变化；

c类零件：成形过程凸、凹模间隙无规律变化；

所述a类零件包括筒形件，所述b类零件包括锥形件、抛物线形件，所述c类零件包括异型截面件；

根据上述三类零件的特征决定展开料的形状与尺寸。

步骤二、计算零件展开料尺寸：

所述a类零件为筒形件的展开料直径为d0；

式中r为a类零件中性层凸模圆角处半径；h代表a类零件中性层成形深度；d1、d2、d3分别为零件中性层凸模顶部直径、凹模圆角处直径、凸缘直径；

所述b类零件为锥形件、抛物线形件的展开料直径d0；

式中l代表b类零件中性层锥度部分长度；d1、d2、d3分别代表a类零件中性层凸模顶部直径、凹模圆角处直径以及凸缘直径；

所述c类零件包括异型截面件的展开料尺寸：

步骤三、基于塑性体积不变定律设计被动充液成形模具参数：

如图1所示，对于某种带小尖角特征铝合金零件，已知零件材料是lf16-m铝合金，料厚为1.2mm。由于该零件展开料尺寸较大，拉深系数较小，切局部有小尖角，采用普通充液拉深一次成形难以实现，目前工艺上采用落压成形，最后还需手工敲修校形，且中间需要多次退火工艺，工序复杂，模具成本高，型面尺寸难以保证。故考虑采用被动充液预成形及主动充液终成形两次成形该零件，这样不仅能减小成形周期，提高成形效率，且能有效提高局部小尖角的成形精度，由于零件壁厚较小，可利用零件外径近似代替零件中性层直径。

s1、简化成形零件特征：

在被动充液成形预成形凸模设计中，对带局部小尖角特征复杂零件进行零件外形特征简化；

所述a类零件外形简化为标准筒形件或盒形件；

所述b类零件带锥度外形简化为直壁形状；

所述c类零件异型截面外形应简化为悬空段相应的轴对称外形；

对于某种带小尖角特征铝合金零件，原零件为局部带小尖角r1.5的复杂深腔零件，零件侧壁带一定锥度，且零件顶部为抛物线形状，悬空区较大，零件底部近似橄榄形，综合上述因素，对该零件做如下简化：将局部小尖角改大至r10，侧壁改为直壁形状，将零件顶部改为平面并以r10过渡至侧壁，零件底部改为鼓形。

s2、塑性体积不变定律:

零件在板料塑性变形时，所述板料塑性变形包括晶粒内部变形和晶界变形，所述晶粒内部变形包括滑移和孪晶，这些变形并没有导致晶体的点整常数的变化，所以宏观上只是体积转移了位置，零件的板料体积没有发生变化；

如图2所示，简化后零件顶部曲面区域展开料面积为25200mm2，简化后零件直壁与曲面区域展开料面积之和同原始零件一致，即可满足塑性变形体积不变定律，所以直壁部分展开料面积应为16400mm2，直壁部分截面周长为795mm，则零件直壁高度h约为21mm。

s3、设计主、被动充液模具参数:

根据塑性变形体积不变定律，被动充液成形的中间零件与主动充液成形的终成形零件体积相等，确定简化的被动充液凸模截面形状后设计被动充液模具参数，主动充液终成形模具则依据零件外型形状及尺寸设计，先被动充液预成形，再主动充液终成形。

简化后零件顶部曲面区域展开料面积为25200mm2，简化后零件直壁与曲面区域展开料面积之和同原始零件一致，即可满足塑性变形体积不变定律，所以直壁部分展开料面积应为16400mm2，直壁部分截面周长为795mm，则零件直壁高度h约为21mm。被动充液预成形凸模按照图2进行设计，凹模及压边圈依照相关标准设计即可。主动充液成形模具无需凸模，凹模形状依照零件外型形状及尺寸设计即可。

通过对于一些局部有小尖角特征、悬空段较大的深型腔复杂钣金零件，采用主动式充液成形易发生破裂失稳而克服起皱，采用被动式充液成形易发生起皱失稳而克服破裂，综合了以上两种成形方式可兼两者长处，首先由被动式充液成形进行预成形，然后由主动式充液成形进行终成形，这种主、被动复合充液成形方法可完成小尖角特征复杂零件的成形，如图3所示，首先对零件特征进行分类研究，得到凸、凹模间隙的变换规律，计算零件展开料尺寸，然后针对不同特征的零件，简化零件外形，基于塑性体积不变定律，对主、被动充液成形模具参数进行设计，最后得到各道次充液成形的工艺参数，通过主、被动复合充液成形方法成形有小尖角特征的复杂深型腔零件，有效提高了成形效率和精度，从而克服传统的落压成形和多道次拉深成形方法的繁琐与成形质量的局限，使充液成形技术的应用易于推广，使充液成形过程更加准确，使零件成形质量得以提高。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。