一种蓄压器壳体的分步式成形装置及方法与流程

本发明属于大型异形回转体制备技术领域，更具体地，涉及一种蓄压器壳体的分步式成形装置及方法。

背景技术：

如今，在航空航天领域，结构轻量化和材料轻量化的需求越来越多，为了降低能量消耗、减少环境污染，密度小、比强度高的铝合金越来越多的应用于航空航天领域。蓄压器壳体属于一种注气式蓄压器的下壳体结构件，为典型的回转体零件，主要用于新一代运载火箭阀门动力系统中。蓄压器在工作时需要承受一定的内压，要求该壳体零件具有较高的强度和刚度，抗变形能力强。同时为了方便后续该零件与管道的焊接，上、下直壁区域的圆整度要得到充分的保证。

蓄压器壳体零件包含整体球面特征和上下的直壁特征，整体尺寸较大，下部翻边高度较高。现有制造工艺一般采用先分瓣成形，然后将瓜瓣焊接成为整体的方法，然而此种方法在焊接后零件变形较大，无法保证最终工件的圆整度，会影响到后续与管道的连接。也有采用整体凸模直接拉深的方法制备蓄压器壳体零件，但通过有限元模拟发现采用整体凸模直接拉深蓄压器壳体零件时，其下端圆角部分的应力较大，板料会发生严重不均匀变形，有较高的破裂风险。

基于上述现有制造工艺的缺陷，提出了采用拉深-翻边结合的方式成形蓄压器壳体零件，以保证零件的质量，且根据模拟分析发现采用带预制孔的圆形板坯成形该零件效果最好。但目前一般采用两套模具分别进行拉深与翻边，其成本较高，且工件拆卸及再次工装会造成加工误差，影响最终的成形质量。

技术实现要素：

针对现有技术中整体成形中，两套模具成本过高、两次工装定位误差较大等问题，本发明提出了一种蓄压器壳体的分步式成形装置及方法，其通过对关键组件如凸模组件、凹模组件及压边组件的结构及具体装配关系的研究与设计，实现了利用一套模具成形蓄压器壳体的目的，相对于现有工艺中的两套模具节约了成本，同时也避免了采用两套模具时，两次工装造成定位误差，可有效保证制件的成形质量，具有成本低，成形质量高的优点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种蓄压器壳体的分步式成形装置，其包括凸模组件、凹模组件及压边组件，其中：

所述凸模组件包括拉深凸模和翻边凸模，所述拉深凸模的中心开设有通孔，其通过螺杆与上模板相连，该螺杆上套装有弹簧，所述翻边凸模的一端置于所述拉深凸模的通孔内，另一端通过凸模固定板安装在所述上模板上，该凸模固定板与所述拉深凸模之间还设置有刚性支撑柱，通过该刚性支撑柱使得拉深凸模和翻边凸模两者构成刚性的整体；所述凹模组件包括与所述拉深凸模和翻边凸模实现配合的凹模，所述压边组件设置在该凹模上，用于夹持待成形板料；

成形时，凸模组件下行，通过拉深凸模及凹模的共同作用在待成形板料上拉深成形出蓄压器壳体的球面，然后凸模组件上行，并卸下刚性支撑柱以使得拉深凸模和翻边凸模可相对运动，接着凸模组件下行，当拉深凸模接触到板料时，由于凹模的限制作用拉深凸模无法继续下行，连接在拉伸凸模和凸模固定板之间的弹簧被压缩，拉伸凸模起到弹性压边圈的作用，而翻边凸模则继续下行以完成翻边进而成形出蓄压器壳体的直壁。

作为进一步优选的，所述压边组件包括紧固板、垫板和压边圈，所述垫板和压边圈置于紧固板和凹模之间，该紧固板、垫板和凹模三者固连在一起，所述紧固板内设置有用于调节压边圈的压边力大小的螺钉。

作为进一步优选的，所述凸模固定板和拉深凸模的侧面均开设有t型槽，刚性支撑柱通过凸模固定板和拉深凸模侧面的t型槽与凸模固定板和拉深凸模实现连接。

作为进一步优选的，所述螺杆设置有多个，并沿所述翻边凸模的周向均匀布置；所述刚性支撑柱设置有多个，并沿所述翻边凸模的周向均匀布置。

作为进一步优选的，所述凹模组件还包括下模板，所述凹模通过凹模固定板固定在下模板上。

作为进一步优选的，所述凹模组件还包括限位块，该限位块嵌装在所述凹模和下模板之间。

作为进一步优选的，所述上模板和下模板之间还设置有导向组件，该导向组件包括设置在上模板上的导套以及设置在下模板上的与导套滑动配合的导柱。

作为进一步优选的，所述凹模内与翻边凸模对应位置处设置有顶板，所述下模板上开设有供顶杆穿过的顶杆孔。

按照本发明的另一方面，提供了一种蓄压器壳体的分步式成形方法，其采用所述的分步式成形装置实现，包括如下步骤：

(1)凸模组件下行，通过拉深凸模及凹模的共同作用在待成形板料上拉深成形出蓄压器壳体的球面；

(2)凸模组件上行，卸下刚性支撑柱以使得拉深凸模和翻边凸模可相对运动

(3)凸模组件下行，当拉深凸模接触到板料时，由于凹模的限制作用拉深凸模无法继续下行，连接在拉伸凸模和凸模固定板之间的弹簧被压缩，拉伸凸模起到弹性压边圈的作用；

(4)翻边凸模继续下行完成翻边以成形出蓄压器壳体的直壁，以此完成蓄压器壳体的成形。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明设计的分步式成形装置可实现大型尺寸的蓄压器壳的成形，即采用一套模具即可实现蓄压器壳体的成形，相对于现有工艺中的两套模具节约了成本，同时也避免了采用两套模具时，两次工装造成定位误差，最终影响制件的质量。

2.本发明设计的拉深凸模既是拉深工艺过程中的凸模，也是翻边工艺过程中的弹性压边圈，可有效避免制件圆角处的翘曲，且零件的多方面利用，简化了模具的结构，降低了成本，在拉深结束后，可直接进行翻边工艺，避免了重复工装造成的误差，一定程度上提高了制件的质量。

3.本发明的翻边凸模置于拉深凸模的中心通孔之中，保证蓄压器壳体的直壁与球面同心度的同时，翻边凸模也为拉深凸模起到一定的导向作用，增加了冲压过程的稳定性。

4.本发明采用刚性支撑柱将拉深凸模和凸模固定板连接成一个刚性的整体，保证了拉深过程的平稳性。

5.本发明采用先拉深后翻边的分步式一体成形方法成形大型回转件蓄压器壳体，改善了现有工艺采用分瓣成形，焊接后导致工件的圆整度较差、产品质量低的缺点，同时具有工装简单，操作便利，生产周期短的优点。

6.本发明的分步式成形装置的动作简单，采用单动压力机即可，降低了对于成形设备的要求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的分步式成形装置在拉深成形结束时的主视图；

图2是本发明实施例提供的分步式成形装置在拉深成形结束时的左视图；

图3是本发明实施例提供的螺杆与弹簧的装配示意图；

图4是本发明实施例提供的刚性支撑柱的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的压边组件的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的下模组件的俯视图；

图7是本发明实施例提供的凹模的定位示意图；

图8是本发明实施例提供的上下模板与外部平台的连接组件的结构示意图；

图9是待成形的蓄压器壳体的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-上模板，2-第一螺钉，3-螺杆，4-第二螺钉，5-翻边凸模，6-定位销，7-凸模固定板，8-紧固板，9-第三螺钉，10-第四螺钉，11-凹模，12-第五螺钉，13–凹模固定板，14-顶板，15-t型螺母，16-第六螺钉，17-垫片，18-下模板，19-限位块，20-垫板，21-压边圈，22-拉深凸模，23-弹簧，24-导套压圈，25-导套，26-导柱，27-第七螺钉，28-导柱压圈，29-刚性支撑柱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-2所示，本发明实施例提供了一种蓄压器壳体的分步式成形装置，其包括凸模组件、凹模组件及压边组件，其中，凸模组件包括拉深凸模22和翻边凸模5，拉深凸模22的中心开设有通孔，其通过螺杆3与上模板1相连，该螺杆3上套装有弹簧23；翻边凸模5的一端置于拉深凸模22的通孔内，另一端通过凸模固定板7安装在上模板1上，该凸模固定板7与拉深凸模22之间还设置有刚性支撑柱29，通过该刚性支撑柱29将拉深凸模22和翻边凸模5连接成刚性的整体；凹模组件包括与拉深凸模22和翻边凸模5实现配合的凹模11，压边组件设置在该凹模11上，用于夹持待成形板料。

具体的，如图3所示，螺杆3穿过凸模固定板7，两端分别安装在上模板1和拉深凸模22上，并可相对凸模固定板7和上模板1滑动，凸模固定板7上开设有对弹簧23进行定位的凹槽。进一步的，由于成形的蓄压器壳体的尺寸较大，故用于执行翻边动作的翻边凸模5的尺寸较大，质量也较大，为保证连接的可靠性，上模板1与凸模定位板7之间由多根第一螺钉2连接，并设有定位销6进行定位，上模板1与翻边凸模5由多根第二螺钉4连接。

在一个优选实施例中，如图4所示，凸模固定板7和拉深凸模22的侧面均设置有t型槽，刚性支撑柱29通过凸模固定板7和拉深凸模22侧面的t型槽与凸模固定板7和拉深凸模22实现连接。在拉深成形过程中，采用刚性支撑柱29滑入拉深凸模和凸模固定板上的t型槽内，将拉深凸模和翻边凸模连接成为一个刚性的整体，拉深成形完成后，模具上移，取出刚性支撑柱，模具下移，进行翻边成形。

为了方便刚性支撑柱的安装，增加定位的准确性，在拉深凸模上的t型槽的终端设有2mm的定位坑，将刚性支撑柱29推到设定的位置时，在重力的作用下，刚性支撑柱29坠入定位坑中。

如图5所示，压边组件采用悬臂式压边，包括紧固板8、垫板20和压边圈21，垫板20和压边圈21均置于紧固板8和凹模11之间，垫板的作用是使紧固板处于水平状态，充分发挥螺钉的压紧力，紧固板8、垫板20和凹模11三者譬如通过第三螺钉9固连在一起，压边圈21与凹模11之间形成用于放置板料的空间，紧固板8内设置有用于调节压边圈的压边力大小的第四螺钉10。具体的，紧固板8在径向开设有四个螺纹孔，其中两个螺纹孔用于与固定紧固板8、垫板20和凹模11的两个第三螺钉实现配合，另两个用于与调节压边力大小的两个第四螺钉配合，第四螺钉位于压边圈的上方，通过调节这两个第四螺钉的松紧来改变压边力的大小。装配时，将紧固板8与垫板20上的螺纹孔对齐后，拧紧第三螺钉9，使紧固板8和垫板20连接在凹模上，然后拧紧第四螺钉10，使其压在压边圈上，通过调节第四螺钉10的松紧程度给压边圈施加合适的压边力。

优选的，压边组件设置有多组，多组压边组件沿拉深凸模的周向均匀布置，例如设置有8组，则第三螺钉9共有16个，第四螺钉10共有16个，可根据压边力的需求，增加或减少第三螺钉9和第四螺钉10的个数，为保证压边力的平衡性，螺钉应对称分布。

如图1、2、6所示，螺杆3设置有多个，多个螺杆3沿翻边凸模5的周向均匀布置，每个螺杆3均套装有弹簧23。为保证弹性压边力的平衡性，弹簧23需对称分布，也即螺杆3需对称分布。刚性支撑柱29也设置有多个，多个刚性支撑柱29沿翻边凸模5的周向均匀布置，为保证拉深成形过程中力的平衡性，刚性支撑柱29对称分布。

具体的，如图1和图7所示，凹模组件还包括下模板18，凹模11通过凹模固定板13固定在下模板18上，凹模固定板13与下模板18之间譬如通过第五螺钉12固定连接。如图7所示，凹模组件还包括限位块19，该限位块19嵌装在凹模11和下模板18之间。

具体的，在凹模和下模板的相应位置铣出方槽，放入方形限位块，以此限制凹模周向转动，起到定位作用。为了便于成形工件的卸料，凹模11内与翻边凸模5对应位置处设置有顶板14，下模板上开设有供顶杆穿过的顶杆孔，通过外部设备的顶杆带动顶板14上移，进而将工件顶出。

进一步的，如图2所示，上模板1和下模板18之间还设置有导向组件，该导向组件包括设置在上模板1上的导套25以及设置在下模板18上的导柱26，该导柱26与导套25滑动配合。具体的，导套25通过导套压圈24安装在上模板1上，导柱26通过导柱压圈28安装在下模板18上，导套压圈24和导柱压圈28均通过第七螺钉27固定在对应的上模板和下模板上。

如图1和图8所示，使用时将本发明的分步式成形装置安装在压力机上，一般采用单动压力机，由压力机带动凸模组件上下动作即可。具体的采用带t型槽的压力机，t型槽上安装t型螺母15，分步式成形装置中的上、下模板通过第六螺钉16与压力机上的t型螺母15连接，进而将分步式成形装置固定在压力机上，优选的，第六螺钉16与上、下模板之间还设置有垫片17。

下面对本发明的分步式成形装置的工作过程进行说明。

成形开始时，将板料置于凹模平台上，为了方便板料的定位，在凹模平台上设有与板料外径大小相同的圆形定位坑，板料放置完成后，将压边圈21置于板料上方，在凹模平台的相应位置放上垫板20，最后用紧固板8盖住压边圈21和垫板20，调节紧固板8与垫板20的位置，使螺纹孔对齐。紧固板8与垫板20上的螺纹孔对齐后，拧紧第三螺钉9，使紧固板8和垫板20连接在凹模上，然后拧紧第四螺钉10，使其压在压边圈上，通过调节第四螺钉10的松紧程度给压边圈施加合适的压边力。

在拉深成形开始时，拉深凸模22与凸模固定板7之间由刚性支撑柱29连接成为刚性整体，以保证拉深成形过程的稳定性，具体的，将刚性支撑柱29推入t型槽内，推到设定位置时，在重力的作用下，刚性支撑柱29坠入定位坑中；然后，凸模组件下行，通过拉深凸模22及凹模11的共同作用在待成形板料上拉深成形出蓄压器壳体的球面特征，当拉深成形结束后，凸模组件上行，取下刚性支撑柱29时，将其稍稍往上提，然后顺着t型槽滑出，在拉深成形过程中，由于刚性支撑柱29的连接，螺杆3和弹簧23处于不工作状态。

取下刚性支撑柱29后，凸模组件下行，在拉深凸模22未接触到凹模11时，由连接拉深凸模22的螺杆3承受拉深凸模22的重力，当拉深凸模22与凹模11接触到时，由于凹模11的限制作用，拉深凸模22无法继续下行，弹簧23处于压缩状态，弹簧23对拉深凸模22作用一定的弹力，翻边凸模5向下完成翻边动作，在翻边过程中，由于弹簧23的存在，拉深凸模起到了弹性压边圈的作用，可以有效防止翻边过程中蓄压器壳体底部圆角处的翘曲。

卸料时，依次将第四螺钉10与第三螺钉9松开，然后将紧固板8、垫板20、压边圈21卸下，凸模组件上行，然后取下成形获得的蓄压器壳体。

综上，针对蓄压器壳体现有工艺一般采用两套模具分别进行拉深和翻边成形，其不仅增加了成本，提高了劳动强度，工件在两套模具之间的两次工装也会造成较大的误差，本发明提出的分布式成形装置有效解决了上述问题，改善了现有工艺对于该零件的成形效果，本发明采用一套模具成形该零件，不仅节约了成本，也避免了反复工装造成的加工误差。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。