专利名称：锥形件充液拉深成形时防止悬空区破裂的装置及成形方法
技术领域：
本发明涉及锥形件充液拉深成形悬空区破裂的装置及成形方法。
技术背景板材成形加工中，对于成形与凸模形状尺寸一致的高径比大于1的板材零 件，普通拉深难以一次成形。目前通常采用流体作为传力介质来辅助成形加工， 其原理是使，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^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，从而避免凸模圆角处材料的破裂，实现板材零件成形。以流体 为传力介质的板材零件充液拉深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。该工艺问世后，大高径比、 型面复杂的零件已被应用到航空、汽车、电子产品等制造业中。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成形技术在国 内外得到了广泛应用并得以迅猛发展。由于许多新材料受板材成形性能以及成 形技术本身的约束，对于高径比大、锥角大的锥形件，采用刚性压边装置的充 液拉深在成形过程中会形成较大的悬空区。在压边圈施加一定压边力，拉深凸 模以一定速度向下进行拉深，在液室(凹模)内的背压力的作用下进行充液拉 深成形，形成悬空区。由于没有任何支撑，悬空区在液压作用下容易被胀破， 所以施加的背压力大小受到限制，而锥形件拉深时要克服凸模底部圆角处的破 裂，需要更大的背压力。所以，为避免悬空区破裂要降低背压力与为克服凸模 圆角处破裂需要增大背压力二者产生矛盾，施加的背压力大小受到限制，在一 道工序仍无法实现较深或者锥角大的零件的成形。而多道次成形不仅造成加工 成本增加、加工周期延长，而且多道成形的累积，影响零件壁厚的均匀性，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i本发明为了解决现有成形技术对于高径比大、锥角大的锥形件，采用刚性 压边装置的充液拉深在成形过程中会形成较大的悬空区，在压边圈施加一定压 边力，拉深凸模以一定速度向下进行拉深，在液室(凹模)内的背压力的作用 下进行充液拉深成形，受悬空区胀形破裂因素的影响，施加的背压力大小受到 限制，靠一道工序仍无法实现较深或者锥角大的零件的成形，多道次成形增加 成本、加工周期延长，而且多道成形的累积，影响零件壁厚均匀性的问题，提 供了一种锥形件充液拉深成形时防止悬空区破裂的装置及成形方法，解决上述 问题的具体技术方案如下本发明防止悬空区破裂的装置，它包含流体介质腔体1、凹模2、刚性压边圈3、凸模4和柔性支撑环5，凹模2设置在流体介质腔体1的上方，凹模 2的下平面与流体介质腔体1的上平面固定连接，刚性压边圈3设在凹模2的 上方，刚性压边圈3内环开有凹槽，柔性支撑环5设在凹槽内，板材坯料6 放置在刚性压边圈3与凹模2之间，流体介质腔体1的上表面中心处开有口的 介质腔8，流体介质腔体1的左下方设有与介质腔8相通的注液孔9，注液孔 9与液压系统连通。柔性支撑环5采用橡胶材料。采用本发明的装置进行充液拉深锥形件成形的方法，该方法的步骤如下 步骤一、首先将腔体1上的注液孔9与液压系统连接，然后向介质腔8 内注入流体介质10;步骤二、然后在凹模2上表面放置预成形板材坯料6;步骤三、通过液压机的压边缸控制刚性压边圈3向下移动至与成形板材坯 料6的上平面相接触，并施加压边力，压边力的大小为刚性压边圈3、凹模2 之间的板材坯料6所受到夹持部分的法兰区面积与单位压边力的乘积；步骤四、通过液压机的主缸控制凸模4向下移动，施加到凸模4上的力大 于凸模最大截面面积与反向压力的乘积，凸模4与成形板材坯料6接触后，继 续下压，同时通过液压系统对腔体1内的流体介质10加压使其对成形板材坯 料6产生反向压力，反向压力控制在15Mpa 25Mpa，直到成形板材坯料6随 凸模4进入凹模2内，反向压力卸载，即完成锥形件充液拉深成形。本发明由于柔性支撑环辅助充液拉深成形，在柔性支撑环5的支撑作用 下，允许施加更大的背压力进行充液拉深，更大的背压力使得坯料法兰区下表 面形成润滑油膜，减小坯料与凹模2间的摩擦，使坯料表面得到充分保护，成 形零件不易划伤，提高零件表面质量；坯料法兰区的流体润滑降低变形坯料的 径向拉应力，避免拉深零件底部圆角处的破裂，提高了成形极限、改善零件壁 厚的均匀性；本发明对铝合金AL1100材料进行锥形件成形，反向压力可由 15Mpa提高到25Mpa，直径为100mm，锥形件半锥角由8°提高到了 15°，零件贴 模性、形状稳定性好，反向压力卸载后回弹小，成形零件精度高。实现了一道 工序拉深成形高径比大、半锥角大的锥形件，显著节省工序、降低成本，提高 了生产效率。
图1是本发明成形轴对称锥形件的示意图，图2是具体实施方式
五成形非 轴对称的半锥形件的示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一结合图1描述本实施方式。本实施方式由流体介质腔体 1、凹模2、刚性压边圈3、凸模4和柔性支撑环5组成，凹模2设置在流体介 质腔体1的上方，凹模2的下平面与流体介质腔体1的上平面固定连接，刚性 压边圈3设在凹模2的上方，刚性压边圈3内环开有凹槽，柔性支撑环5设在 凹槽内，柔性支撑环5采用聚氨酯橡胶材料，板材坯料6放置在刚性压边圈3 与凹模2之间，流体介质腔体l的上表面中心处开有口的介质腔8，流体介质 腔体1的左下方设有与介质腔8相通的注液孔9，注液孔9与液压系统相连通。柔性支撑环5的形状根据锥形件的形状设计。
具体实施方式
二结合图1描述本实施方式。本实施方式的凹模2及柔性 支撑环5上都设有供凸模4通过的内孔，所述凸模4的最大外径小于刚性压边 圈3和凹模2的内孔径。保证凸模4的上下移动进行拉深。
具体实施方式
三结合图1描述本实施方式。本实施方式的凹模2内孔径 与凸模4最大外径的尺寸差大于成形板材坯料6的厚度。使板材坯料6压入凹 模2内时而不破裂。
具体实施方式
四结合图l描述本实施方式。本实施方式的柔性支撑环'5 的内锥孔与凸模4的锥度相同。凸模4通过时对其进行均匀径向压縮，使其向 刚性压边圈3内凹槽中移动。实际操作中，只需控制凸模4外径与凹模2内孔径的尺寸差是欲成形板件 厚度的l. l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。
具体实施方式
五结合图1描述本实施方式。本实施方式还含有密封圈7， 密封圈7设在凹模2的下平面与流体介质腔体1上端内侧。
具体实施方式
六结合图2描述本实施方式。本实施方式的柔性支撑环5 的内孔为非轴对称的半锥形件。
具体实施方式
七本实施方式成形方法的步骤如下步骤一、首先将腔体1上的注液孔9与液压系统连通，然后向介质腔8 内注入流体介质10;步骤二、然后在凹模2上表面放置预成形板材坯料6;步骤三、通过液压机的压边缸控制刚性压边圈3和凹槽内的柔性支撑环5 共同向下移动至与成形板材坯料6的上平面相接触，并施加压边力F,压边力 F的大小为刚性压边圈3、凹模2之间的坯料6所受到夹持部分的面积与单位 压边力的乘积(如铝合金单位压边力为1 1.5Mpa);施加压边力的目的在于 避免板材坯料法兰区拉深时起皱。刚性压边圈3的凹槽内设置柔性支撑环5起到压边和支撑刚性压边圈3 与凸模4之间的坯料悬空区的作用，避免起皱和破裂；步骤四、通过液压机的主缸控制凸模4向下移动，施加到凸模4上的力大 于凸模最大截面面积与反向压力P的乘积，凸模4向下移动与成形板材坯料6 接触，后继续下压，同时通过液压系统对腔体1内的流体介质10加压使其对 成形板材坯料6产生反向压力，反向压力控制在15Mpa 25Mpa，直到成形板 材坯料6压入凹模2内，反向压力卸载，将凸模4和刚性压边圈3向上移动， 取出所成形零件，即完成锥形件充液拉深成形。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
六的不同点在于步骤四中的 反向压力P为20Mpa。避免板材坯料6在凸模4与刚性压边圈3之间的间隙中产生悬空区胀形破 裂；来自流体介质容腔内的背压力使板材坯料6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；在一定压边力作用下坯料6法兰区建立起流体 润滑，减小径向拉应力，避免坯料在凸模4底部拉裂。上述因素能提高非轴对称的半锥形板材零件的成形极限，避免悬空区背压力作用下胀形破裂。对于需 要多道次成形的零件来讲，显著节省工序，降低成本。 该装置的工作原理该装置安装在液压机上，液压机主滑块连接装置中的凸模4，驱动其向下 运动，进行拉深；柔性支撑环5的内孔与凸模4外形相当，凸模4下行拉深时 穿过柔性支撑环5的内孔，并对其进行径向压縮，内孔逐渐扩大并向刚性压边 圈5内部的凹槽扩展；液压机压边滑块与刚性压边圈3连接，以施加压边力， 流体介质腔体1的左下方开有与介质腔10相通的液体注入孔9，液体注入孔9 与液压系统连接控制背压力的实施。
权利要求
1、防止锥形件充液拉深悬空区破裂的装置，它包含流体介质腔体(1)、凹模(2)、刚性压边圈(3)、凸模(4)和柔性支撑环(5)，其特征在于凹模(2)设置在流体介质腔体(1)的上方，凹模(2)的下平面与流体介质腔体(1)的上平面固定连接，刚性压边圈(3)设在凹模(2)的上方，刚性压边圈(3)内环开有凹槽，柔性支撑环(5)设在凹槽内，板材坯料(6)放置在刚性压边圈(3)与凹模(2)之间，流体介质腔体(1)的上表面中心处开有口的介质腔(8)，流体介质腔体(1)的左下方设有与介质腔(8)相通的注液孔(9)，注液孔(9)与液压系统连通。
2、 根据权利要求1所述的防止锥形件充液拉深悬空区破裂的装置，其特 征在于凹模(2)和柔性支撑环(5)上设有供凸模(4)通过的内孔，所述凸 模(4)的最大外径小于刚性压边圈(3)和凹模(2)的内孔径。
3、 根据权利要求1所述的防止锥形件充液拉深悬空区破裂的装置，其特 征在于凹模(2)内孔径与凸模(4)最大外径的尺寸差大于成形板材坯料(6) 的厚度。
4、 根据权利要求1所述的防止锥形件充液拉深悬空区破裂的装置，其特 征在于柔性支撑环(5)的内锥孔与凸模(4)的锥度相同。
5、 根据权利要求1所述的防止锥形件充液拉深悬空区破裂的装置，其特 征在于它还包含有密封圈(7)，密封圈(7)设在凹模(2)的下平面与流体介 质腔体(1)的上端内侧。
6、 根据权利要求1所述的防止锥形件充液拉深悬空区破裂的装置，其特 征在于柔性支撑环(5)的内孔为非轴对称的半锥形件。
7、 根据权利要求1所述的防止锥形件充液拉深悬空区破裂的装置，其特 征在于其特征在于柔性支撑环(5)采用橡胶材料。
8、 利用权利要求1所述的装置充液拉深锥形件的成形方法，其特征在于 该方法的步骤如下步骤一、首先将腔体(1)上的注液孔(9)与液压系统连通，然后向介质 腔(8)内注入流体介质(10);步骤二、然后在凹模(2)上表面放置预成形板材坯料(6);步骤三、通过液压机的压边缸控制刚性压边圈(3)向下移动至欲成形板 材坯料(6)的上平面相接触，并施加压边力，压边力为刚性压边圈(3)、凹 模(2)之间的板材坯料(6)所受到夹持部分的法兰区面积与单位压边力的乘 积；步骤四、通过液压机的主缸控制凸模(4)向下移动，施加到凸模(4)上 的力大于凸模最大截面面积与反向压力的乘积，凸模(4)向下移动与成形板 材坯料(6)接触后继续下压，同时通过液压系统对腔体(l)内的流体介质(IO) 加压使其对成形板材坯料(6)产生反向压力，反向压力控制在15Mpa 25Mpa， 直到成形板材坯料(6)随凸模(4)进入凹模(2)内，反向压力卸载，即完 成锥形件拉深成形。
9、根据权利要求8所述的装置充液拉深锥形件的成形方法，其特征在于 步骤四中的反向压力为20Mpa。
全文摘要
锥形件充液拉深成形时防止悬空区破裂的装置及成形方法，它涉及锥形件成形装置及成形方法。它解决了现有成形工艺悬空区胀形破裂的问题。本发明的装置的刚性压边圈(3)设在凹模(2)上方，刚性压边圈(3)内开有凹槽，柔性支撑环(5)设在凹槽内，凹模(2)设置在流体介质腔体(1)的上面，注液孔(9)与液压系统连接。成形方法为一、腔体上的注液孔与液压系统连通；二、在凹模上方放置板材坯料；三、刚性压边圈向下移动并施加压边力；四、凸模向下移动至板材坯料随凸模拉入凹模内，即完成锥形件的成形。本发明实现了一道工序拉深成形高径比大、半锥角大的锥形件，避免了锥形件充液拉深悬空区破裂，节省工序、降低成本、提高了效率。
文档编号B21D26/031GK101147940SQ20071014435
公开日2008年3月26日 申请日期2007年9月24日 优先权日2007年9月24日
发明者徐永超, 苑世剑 申请人:哈尔滨工业大学