专利名称：可以提高板材零件成形极限所使用的加工装置及加工方法
技术领域：
本发明涉及一种加工板材所使用的装置及使用该装置进行加工板材的方法。
背景技术：
板材成形加工中，对于成形与凸模形状尺寸一致的成形极限较高(变形量大)的板材零件，目前通常采用流体作为传力介质来成形加工，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，从而提高板材零件成形极限。以流体为传力介质的板材零件成形技术以其工艺柔性高、制模简单、成形零件质量好等优点日益得到广泛的重视，能够克服常规冲压成形方式的不足，尤其适合在一道工序内成形变形量大的复杂板材零件。自从其被提出以来，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、电子产品等制造业中。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成形技术在国内外得到广泛关注并得以迅猛发展。例如，日本网野铁工所、日本丰田汽车公司利用该技术来加工汽车翼子板复杂板材零件，瑞典的AP&T公司利用该技术进行具有复杂型面的深筒形零件加工。
近年来，随着高强钢、高性能铝合金和钛合金的广泛应用，金属基复合材料和镁合金应用的逐渐扩大，结构向复杂形式的发展，成形难度越来越大，既有材料性能提高带来的难度，也有结构特殊带来的复杂性。例如，钢的强度由250MPa提高到1000Mpa，塑性由45％降低到12％；铝合金的强度由150MPa提高到530Mpa，塑性由30％降低到10％。高径比更大、成形极限更高的复杂零件仅仅依靠背向压力作用在一道工序也无法实现零件的成形，多道次成形不仅造成加工成本、加工周期长，而且多道成形的误差累积，影响零件精度，无法满足航空、航天领域特殊使用条件对零件壁厚、气动力学性能等方面的要求。
发明内容
针对高径比大、成形极限高的复杂零件难于成形且现有加工方法存在加工周期长、成本高的弊端，本发明提供一种可以提高板材零件成形极限所使用的加工装置及加工方法，使用该装置及方法能进一步提高板材零件成形极限，实现通过一道工序成形高径比更大的复杂板材零件，从而提高效率及零件质量。
一种可以提高板材零件成形极限所使用的加工装置，它包括流体介质容腔1，所述容腔1上设有与腔体1-2相通的液体注入孔1-1，容腔1上端开口，所述容腔1上方固接有下凹模2，它还包括设置在下凹模2上方的压边圈3和凸模4，所述压边圈3上设有液体注入孔3-1，在所述压边圈3与下凹模2上都设有供凸模4通过的内孔。利用所述装置对板材零件进行加工的方法，它的加工过程依次包括以下步骤a、首先将容腔1上的液体注入孔1-1及压边圈3上的液体注入孔3-1与液压系统连接，然后向腔体1-2内注入流体介质，流体介质的液面与下凹模2的上表面基本持平；b、然后在下凹模2的上表面放置板材坯料9；c、控制压边圈3下行至与板材坯料9相接触；d、控制凸模4在压边圈3和下凹模2的内孔内下移，与坯料9接触后继续下压，同时通过液压系统对腔体1-2内的流体介质加压使其对板材坯料9产生背向压力P2，同时通过液体注入孔3-1向空隙7内注入流体介质，并通过流体加压对板材坯料9施加径向压力P1，直到坯料9全部压入下凹模2，加工过程结束；e、将背向压力P2和径向压力P1卸压，然后控制凸模4和压边圈3上移，取出成形零件即可。
另一种可以提高板材零件成形极限所使用的加工装置，它包括流体介质容腔1，所述容腔1上设有与腔体1-2相通的液体注入孔1-1，容腔1上端开口，所述容腔1上方固接有下凹模2，所述下凹模2上设有内孔，它还包括设置在下凹模2上方的成形凹模6，成形凹模6上设有液体注入孔6-1，所述成形凹模6的下底面与下凹模2内孔相适应的位置设有凹槽6-2。利用所述装置对板材零件进行加工的方法，它的加工过程依次包括以下步骤a、首先将容腔1上的液体注入孔1-1及压边圈3上的液体注入孔3-1与液压系统连接，然后向容腔1内注入流体介质，流体介质的液面与下凹模2的上表面基本持平；b、然后在下凹模5的上表面放置板材坯料9；c、控制成形凹模6下行至与板材坯料9相接触；d、通过液体注入孔6-1向空隙7内注入流体介质，并通过流体加压对板材坯料9施加径向压力P1，同时通过液压系统对腔体1-2内的流体介质加压使其对板材坯料9产生背向压力P2，板材坯料9在液压作用下变形，逐渐向成形凹模6的凹槽6-2内贴靠，直到板材坯料9完全贴靠到凹槽6-2上，加工过程结束；e、将背向压力P2和径向压力P1卸压，然后控制成形凹模6上移，取出成形零件即可。
本发明具有以下优点1、采用本发明所述装置对板材坯料强制施加径向液压推力，在坯料法兰区上下表面即可形成润滑油膜，这样可以减小坯料与下凹模和压边圈之间或坯料与下凹模和成形凹模之间的摩擦，使坯料表面得到充分保护，成形零件不容易划伤，从而提高零件表面质量。
2、对板材坯料强制施加径向液压推力，与背压力联合作用，可以显著降低变形坯料的拉应力，避免出现破裂缺陷，提高了成形极限，改善了零件壁厚分布的均匀性。
3、对板材坯料强制施加径向液压推力，与背压力联合作用，板材零件贴模性、形状稳定性好，液压卸载后回弹小，尺寸精度高，对于同样变形量的零件，与仅有背压力的成形方法相比，带有径向加压的成形方法可使零件壁厚均匀性提高10％以上，因此利于推广应用。
图1是具体实施方式
一的结构示意图，图2是具体实施方式
二的结构示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式是一种可以提高板材零件成形极限所使用的加工装置，参照图1，它包括流体介质容腔1，所述容腔1上设有与腔体1-2相通的液体注入孔1-1，工作时通过液体注入孔1-1向容腔1内注入流体介质；容腔1上端开口，所述容腔1上方固接有下凹模2，在容腔1与下凹模2之间设有密封圈8，防止流体介质泄漏；它还包括设置在下凹模2上方的压边圈3和凸模4，坯料9夹置在压边圈3与下凹模2之间，在压边圈3上设有液体注入孔3-1，在下凹模2与压边圈3之间留有与欲成形板件厚度相适应的空隙7，液体注入孔3-1与空隙7相通，从而使注入的流体介质对坯料9施加径向压力；在空隙7的外周设有密封圈5，目的在于压力圈3与下凹模2合模后，避免向空隙7内注入的流体介质向外溢出；在所述压边圈3与下凹模2上都设有供凸模4通过的内孔，所述凸模4的外径同时小于压边圈3和下凹模2的内孔径，这样可以方便凸模4的上下移动；凸模4外径与下凹模2内孔径的尺寸差大于欲成形板件的厚度，这样可以方便将板材坯料9压入到下凹模2内。实际操作中，只需控制凸模4外径与下凹模2内孔径的尺寸差是欲成形板件厚度的1.1倍即可，当然此数值也可以略大或略小，都能实现本发明的目的。
这样，凸模4下行对坯料9施压时即可将坯料压入到下凹模2内，坯料9被压入到下凹模2内之后，在下凹模2与压边圈3之间的部分即形成坯料法兰区，通过控制对坯料法兰区施加的径向压力达到一定程度即可在法兰区坯料的上下表面形成润滑油膜。
利用所述模具进行加工的具体过程依次如下a、首先将容腔1上的液体注入孔1-1及压边圈3上的液体注入孔3-1与液压系统连接，然后向腔体1-2内注入流体介质，流体介质的液面与下凹模2的上表面基本持平；b、然后在下凹模2的上表面放置板材坯料9；c、将压边圈3、凸模4与压力机连接，在压力机压边滑块的带动下控制压边圈3下行至与板材坯料9相接触，并可以同时施加压边力(如图1中F所示)，施加压边力的目的在于避免板材坯料法兰区的起皱，因此在实际应用中，根据坯料尺寸的不同所述压边力的大小不定，但只要能实现避免板材坯料法兰区起皱的目的即可。
d、在压力机主滑块驱动下凸模4在压边圈3和下凹模2的内孔内下移(如图1中V所示)，与坯料9接触后继续下压，同时通过液压系统对腔体1-2内的流体介质加压使其对板材坯料9产生背向压力P2，同时通过液体注入孔3-1向空隙7内注入流体介质，并通过流体加压对板材坯料9施加径向压力P1，直到坯料9全部压入下凹模2，加工过程结束；e、将背向压力P2和径向压力P1卸压，然后主滑块带动凸模4上移，压边滑块带动压边圈3上移，取出成形零件即可。
本实施方式中，来自流体介质容腔内的背压力P2使板材坯料9紧紧贴在凸模4上，在凸模与坯料之间建立起了有益的摩擦；强制施加径向液压P1辅助推动板料向下凹模内流动，同时，一定压边力作用下坯料2法兰区建立起流体润滑。以上三者综合作用可显著减小坯料的径向拉应力，提高板材零件的成形极限，对于需要多道次成形的零件来讲，显著节省工序，降低成本。
具体实施方式
二参照图2，本实施方式包括流体介质容腔1，所述容腔1上设有与腔体1-2相通的液体注入孔1-1，通过该液体注入孔1-1与液压系统连接即可以容腔1内注入流体介质；容腔1上端开口，所述容腔1上方固接有下凹模2，在下凹模2上设有内孔，容腔1与下凹模2之间设有密封圈8，以防止流体介质泄漏；它还包括设置在下凹模2上方的成形凹模6，在成形凹模6的下底面与下凹模2内孔相适应的位置设有凹槽6-2，工作时，将坯料9放置在成形凹模6与下凹模2之间，坯料9在容腔1内流体介质作用下逐渐变形并向凹槽6-2内贴靠从而形成零件，所述成形凹模6还同时具有压边功能；所述。
在下凹模2与成形凹模6之间留有与欲成形板件厚度相适应的空隙7，在成形凹模6上设有液体注入孔6-1，液体注入孔6-1与空隙7连通，从而使注入的流体介质对坯料9施加径向压力；在空隙7的外周设有密封圈5，目的在于成形凹模6与下凹模2合模后，避免向空隙7内注入的流体介质向外溢出。
利用上述装置对板材坯料成形时的具体加工过程依次如下a、首先将容腔1上的液体注入孔1-1及压边圈3上的液体注入孔3-1与液压系统连接，然后向容腔1内注入流体介质，流体介质的液面与下凹模2的上表面基本持平；b、然后在下凹模2的上表面放置板材坯料9；c、将成形凹模6与压力机连接，在压力机压边滑块的带动下控制成形凹模6下行至与板材坯料9相接触，并可以同时施加压边力(如图2中F所示)，施加压边力的目的在于避免板材坯料法兰区的起皱，因此在实际应用中，根据坯料尺寸的不同所述压边力的大小不定，但只要能实现避免板材坯料法兰区起皱的目的即可。
d、通过液体注入孔6-1向空隙7内注入流体介质，并通过流体加压对板材坯料9施加径向压力P1，同时通过液压系统对腔体1-2内的流体介质加压使其对板材坯料9产生背向压力P2，板材坯料9在液压作用下变形，逐渐向成形凹模6的凹槽6-2内贴靠，直到板材坯料9完全贴靠到凹槽6-2上，加工过程结束；e、将背向压力P2和径向压力P1卸压，然后压边滑块带动成形凹模6上移，取出成形零件即可。
本实施方式中，流体介质容腔内的液压作用使坯料变形，径向压力P1辅助推动板料向成形凹模内流动，这种成形方法可显著降低坯料的径向拉应力，减小胀形区域，提高板材零件的成形极限，改善零件壁厚均匀性。
采用上述方法及所述装置对铝合金AL1100材料进行成形，在径向压力、液室背压力都为22.5Mpa条件下，使零件成形极限由现有的拉深比2.6提高到了3.3。
权利要求
1.一种可以提高板材零件成形极限所使用的加工装置，其特征在于它包括流体介质容腔(1)，所述容腔(1)上设有与腔体(1-2)相通的液体注入孔(1-1)，容腔(1)上端开口，所述容腔(1)上方固接有下凹模(2)，它还包括设置在下凹模(2)上方的压边圈(3)和凸模(4)，所述压边圈(3)上设有液体注入孔(3-1)，在所述压边圈(3)与下凹模(2)上都设有供凸模(4)通过的内孔。
2.根据权利要求1所述的可以提高板材零件成形极限所使用的加工装置，其特征在于所述凸模(4)的外径同时小于压边圈(3)和下凹模(2)的内孔径，凸模(4)外径与下凹模(2)内孔径的尺寸差大于欲成形板件的厚度。
3.根据权利要求2所述的可以提高板材零件成形极限所使用的加工装置，其特征在于所述凸模(4)外径与下凹模(2)内孔径的尺寸差是欲成形板件厚度的1.1倍。
4.根据权利要求1、2或3所述的可以提高板材零件成形极限所使用的加工装置，其特征在于在所述下凹模(2)与压边圈(3)之间留有与欲成形板件厚度相适应的空隙(7)，所述空隙(7)的外周设有密封圈(5)。
5.根据权利要求1、2或3所述的可以提高板材零件成形极限所使用的加工装置，其特征在于所述容腔(1)与下凹模(2)之间设有密封圈(8)。
6.一种可以提高板材零件成形极限所使用的加工装置，其特征在于它包括流体介质容腔(1)，所述容腔(1)上设有与腔体(1-2)相通的液体注入孔(1-1)，容腔1上端开口，所述容腔(1)上方固接有下凹模(2)，所述下凹模(2)上设有内孔，它还包括设置在下凹模(2)上方的成形凹模6，成形凹模(6)上设有液体注入孔(6-1)，所述成形凹模(6)的下底面与下凹模(2)内孔相适应的位置设有凹槽(6-2)。
7.根据权利要求6所述的可以提高板材零件成形极限所使用的加工装置，其特征在于在所述下凹模(2)与成形凹模(6)之间留有与欲成形板件厚度相适应的空隙(7)，所述空隙(7)的外周设有密封圈(5)。
8.根据权利要求6或7所述的可以提高板材零件成形极限所使用的加工装置，其特征在于所述容腔(1)与下凹模(2)之间设有密封圈(8)。
9.一种利用权利要求1所述装置对板材零件进行加工的方法，其特征在于加工过程依次包括以下步骤a、首先将容腔(1)上的液体注入孔(1-1)及压边圈(3)上的液体注入孔(3-1)与液压系统连接，然后向腔体(1-2)内注入流体介质，流体介质的液面与下凹模2的上表面基本持平；b、然后在下凹模(2)的上表面放置板材坯料(9)；c、控制压边圈(3)下行至与板材坯料(9)相接触；d、控制凸模(4)在压边圈(3)和下凹模(2)的内孔内下移，与坯料(9)接触后继续下压，同时通过液压系统对腔体(1-2)内的流体介质加压使其对板材坯料(9)产生背向压力(P2)，同时通过液体注入孔(3-1)向空隙(7)内注入流体介质，并通过流体加压对板材坯料(9)施加径向压力(P1)，直到坯料(9)全部压入下凹模(2)，加工过程结束；e、将背向压力(P2)和径向压力(P1)卸压，然后控制凸模(4)和压边圈(3)上移，取出成形零件即可。
10.一种利用权利要求6所述装置对板材零件进行加工的方法，其特征在于加工过程依次包括以下步骤a、首先将容腔(1)上的液体注入孔(1-1)及压边圈(3)上的液体注入孔(3-1)与液压系统连接，然后向容腔(1)内注入流体介质，流体介质的液面与下凹模(2)的上表面基本持平；b、然后在下凹模(2)的上表面放置板材坯料(9)；c、控制成形凹模(6)下行至与板材坯料(9)相接触；d、通过液体注入孔(6-1)向空隙(7)内注入流体介质，并通过流体加压对板材坯料(9)施加径向压力(P1)，同时通过液压系统对腔体(1-2)内的流体介质加压使其对板材坯料(9)产生背向压力(P2)，板材坯料(9)在液压作用下变形，逐渐向成形凹模(6)的凹槽(6-2)内贴靠，直到板材坯料(9)完全贴靠到凹槽(6-2)上，加工过程结束；e、将背向压力(P2)和径向压力(P1)卸压，然后控制成形凹模(6)上移，取出成形零件即可。
全文摘要
可以提高板材零件成形极限所使用的加工装置及加工方法，涉及一种加工板材所使用的装置及方法。针对高径比大、成形极限高的复杂零件难于成形的问题，本发明提供一种可以提高板材零件成形极限所使用的加工装置及加工方法，装置包括流体介质容腔(1)和下凹模(2)，在下凹模(2)上方还设有压边圈(3)和凸模(4)或者设置成形凹模(6)。加工方法依次包括向容腔(1)内注入流体介质、放置板材坯料、施加压边力、控制凸模(4)下行进行加压的过程，另一种加工方法只需对流体介质加压从而对板材坯料产生压力即可成形。使用本发明所述装置及方法能进一步提高板材零件成形极限，实现通过一道工序成形高径比更大的复杂板材零件，从而提高效率及零件质量，利于推广应用。
文档编号B21D26/021GK1903474SQ200610010339
公开日2007年1月31日 申请日期2006年7月28日 优先权日2006年7月28日
发明者苑世剑, 徐永超, 陈宇, 康达昌 申请人:哈尔滨工业大学