专利名称：一种双层板材成对胀形成形的方法
技术领域：
本发明涉及板材成形方法。
背景技术：
双层板材的成对胀形是一种先进的板材零件成形方法，其原理示意图如图1所示，其中1为上模具，2为下模具，3为上板材，4为下板材，5为介质通道。成形时，将两层板材3和4叠在一起，在板材3和4的外圈压紧实现密封，然后通过介质通道5向两层板材3 和4的中间充入一定压力的介质(气体或液体)使板材发生胀形后贴合模具型腔而得到所需零件。利用双层板材的成对胀形，可以一次成形两件形状、尺寸完全相同或不同的零件， 成形效率提高。此外，相比传统的板材胀形或拉深成形，双层板材胀形时只有上板上表面和下板下表面与模具接触，两板之间的接触面在成形过程中相互之间无滑动，因此成形后板材该侧的表面质量高。但是，在双层板材成对胀形时，法兰区板材将受到一定压边力(上、下模具对板材的压力)的作用，法兰区板材向模具型腔内流动时将受到一定的摩擦阻力。摩擦阻力的大小主要由模具对板材的压边力、模具与板材间的摩擦系数以及模具与板材间的接触面积决定。为保证双层板之间的可靠密封，需要施加足够的压边力。当压边力较大时，法兰区材料将受到较大摩擦力的阻碍而不易向模具型腔流动，难以成形形状复杂、变形量大的零件。
发明内容
本发明是要解决现有的双层板材成对胀形时法兰区材料受到较大摩擦力，材料流动困难的技术问题，而提供一种双层板材成对胀形成形的方法。本发明的一种双层板材成对胀形成形的方法按以下步骤进行一、将双层板材成对胀形成形的上模具和下模具的法兰区外围加工后只保留内圈的上凸台和下凸台，上凸台和下凸台的宽度为IOmm 50mm ；二、将上板材和下板材叠在一起，放在上模具和下模具之间，并将介质通道置于上板材和下板材之间；三、将上模具和下模具合模后，对上板材和下板材施加IOkN 2000kN的压边力使上板材和下板材密封；四、将5Mpa 200MPa的压力介质通过介质通道通入上板材和下板材之间使上板材和下板材发生胀形变形，待成形结束后再将压力介质通过介质通道释放出来，得到胀形后的零件。本发明通过将上模具和下模具的法兰区外围加工后只保留内圈较窄的上凸台和下凸台，如此设置，使模具与板材直接接触的区域面积大大减小，从而可减小法兰区的板材材料向模具型腔流动的阻力。本发明的上模具和下模具只有内圈较小宽度的凸台需要相互配合，其他部分无需配合，因此降低了模具加工精度要求；在模具法兰区的外围区域存在较大的间隙，这为控制法兰区板材的受力或位移等提供了足够的空间。
本发明的双层板材成对胀形成形的方法可用于板材塑性加工领域。
图1是现有的双层板材的成对胀形原理示意图；其中1为上模具，2为下模具，3为上板材，4为下板材，5为介质通道，P表示压力介质；图2是具体实施方式
二的双层板材成对胀形成形的方法示意图，其中6为上模具， 6-1为上凸台，7为下模具，7-1为下凸台，8为上板材，9为下板材，10为介质通道，P表示压力介质；图3是具体实施方式
三的双层板材成对胀形成形的方法示意图，其中6为上模具， 6-1为上凸台，7为下模具，7-1为下凸台，8为上板材，9为下板材，10为介质通道，11为压紧块，P表示压力介质；图4是具体实施方式
四的双层板材成对胀形成形的方法示意图，其中6为上模具， 6-1为上凸台，7为下模具，7-1为下凸台，8为上板材，9为下板材，10为介质通道，11为压紧块，12为密封圈，P表示压力介质；图5是具体实施方式
五的双层板材成对胀形成形的方法示意图，其中6为上模具， 6-1为上凸台，7为下模具，7-1为下凸台，8为上板材，9为下板材，10为介质通道，13为压紧夹，F表示水平推力，P表示压力介质；图6是具体实施方式
六的双层板材成对胀形成形的方法示意图，其中6为上模具， 6-1为上凸台，7为下模具，7-1为下凸台，8为上板材，9为下板材，10为介质通道，12为密封圈，13为压紧夹，F表示水平推力，P表示压力介质；图7是试验一中双层板材成对胀形成形过程中胀形中的状态图，其中6为上模具， 6-1为上凸台，7为下模具，7-1为下凸台，8为上板材，9为下板材，10为介质通道，11为压紧块，P表示压力介质；图8是试验一中双层板材成对胀形成形过程中胀形后的状态图，其中6为上模具， 6-1为上凸台，7为下模具，7-1为下凸台，8为上板材，9为下板材，10为介质通道，11为压紧块，P表示压力介质；图9是试验二中双层板材成对胀形成形过程中胀形中的状态图；其中6为上模具， 6-1为上凸台，7为下模具，7-1为下凸台，8为上板材，9为下板材，10为介质通道；13为压紧夹，F表示水平推力，P表示压力介质；图10是试验二中双层板材成对胀形成形过程中胀形后的状态图；其中6为上模具，6-1为上凸台，7为下模具，7-1为下凸台，8为上板材，9为下板材，10为介质通道；13为压紧夹，F表示水平推力，P表示压力介质；
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式的一种双层板材成对胀形成形的方法按以下步骤进行一、将双层板材成对胀形成形的上模具6和下模具7的法兰区外围加工后只保留内圈的上凸台6-1和下凸台7-1，上凸台6-1和下凸台7-1的宽度为IOmm 50mm;二、将上板材8和下板材9叠在一起，放在上模具6和下模具7之间，并将介质通
4道10置于上板材8和下板材9之间；三、将上模具6和下模具7合模后，对上板材8和下板材9施加IOkN 2000kN的压边力使上板材8和下板材9密封；四、将5MPa-200MPa的压力介质通过介质通道10通入上板材8和下板材9之间使上板材8和下板材9发生胀形变形，待成形结束后再将压力介质通过介质通道10释放出来，得到胀形后的零件。本实施方式通过将上模具6和下模具7的法兰区外围加工后只保留内圈较窄的上凸台6-1和下凸台7-1，如此设置，使模具与板材直接接触的区域面积大大减小，从而可减小法兰区的板材材料向模具型腔流动的阻力。本实施方式的上模具和下模具只有内圈较小宽度的凸台需要相互配合，其他部分无需配合，因此降低了模具加工精度要求；在模具法兰区的外围区域存在较大的间隙，这为控制法兰区板材的受力或位移等提供了足够的空间。
具体实施方式
二 (参见附图2)本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤三中上模具6和下模具7合模后通过上凸台6-1和下凸台7-1将上板材8和下板材9压紧以实现密封。其它与具体实施方式
一相同。本实施方式通过上模具6和下模具7合模后通过上凸台6-1和下凸台7-1将上板材8和下板材9压紧实现密封，上模具和下模具只有内圈较小宽度的配合凸台需要相互配合，模具与板材直接接触的区域面积大大减小，从而减小法兰区的板材材料向模具型腔的流动阻力。
具体实施方式
三(参见附图3)本实施方式与具体实施方式
一不同的是在上板材8和下板材9的外圈采用独立的压紧块11将板材压紧实现密封，压紧块11与上模具6 和下模具7之间存在0. Imm 1. Omm的空隙，压紧块11与上凸台6-1和下凸台7-1之间的水平间距为IOmm 100mm，上凸台6_1与上板材8存在0. Imm 1. Omm的空隙，下凸台7_1 与下板材9存在0. Imm 1. Omm的空隙。其它与具体实施方式
一相同。本实施方式中用压紧块11压紧上板材8和下板材9并实现密封，压紧块11与上模具和下模具之间存在一定间隙，而且上凸台6-1和下凸台7-1在成形时也不压靠上板材 8和下板材9。如此设置，将密封位置转移到外围压紧块11的位置，胀形成形时，压紧块11 将随着上板材8和下板材9 一起向模具型腔方向移动。采用这种径向随动的密封结构，使胀形成形时的阻力大大减小，成形更容易。
具体实施方式
四(参见附图4)本实施方式与具体实施方式
三不同的是在上板材8和下板材9之间，于压紧块11所在的位置放置截面为圆形或方形的密封圈12以实现密封。其它与具体实施方式
三相同。本实施方式采用密封圈12，用较小的压紧力就可以达到双层板材的良好密封，增强密封效果。
具体实施方式
五(参见附图5)本实施方式与具体实施方式
一不同的是在上板材8和下板材9的外圈采用独立的压紧夹13将板材压紧实现密封，压紧夹13与上模具6 和下模具7之间存在0. Imm 1. Omm的空隙，压紧夹13与上凸台6-1和下凸台7-1的水平间距为IOmm 100mm，上凸台6_1与上板材8存在0. Imm 1.0mm的空隙，下凸台7_1与下板材9存在0. Imm 1. Omm的空隙。胀形成形时，沿水平方向对压紧夹13施加IOkN IOOkN的推力。其它与具体实施方式
一相同。
5
本实施方式中用压紧夹13压紧上板材8和下板材9并实现密封，压紧夹13与上模具和下模具之间存在一定间隙，而且上凸台6-1和下凸台7-1在成形时也不压靠上板材 8和下板材9。如此设置，将密封位置转移到外围压紧夹13的位置，胀形过程中，沿水平方向对压紧夹13施加一定的水平推力，以促进上板材8和下板材9向模具型腔流动。采用这种径向加力的密封结构，可进一步促进板材向模具型腔流动，使成形更容易。
具体实施方式
六(参见附图6)本实施方式与具体实施方式
五不同的是在上板材8和下板材9之间，于压紧夹13所在的位置放置截面为圆形或方形的密封圈12以实现密封。其它与具体实施方式
五相同。本实施方式采用密封圈12，用较小的压紧力就可以达到双层板材的良好密封，增强密封效果。本发明用以下试验验证本发明的有益效果试验一(参见附图3、图7、图8)本试验的一种双层板材成对胀形成形的方法按以下步骤进行一、将双层板材成对胀形成形的上模具6和下模具7的法兰区外围加工后只保留内圈的上凸台6-1和下凸台7-1，上凸台6-1和下凸台7-1的宽度为50mm ；二、将上板材8和下板材9叠在一起，放在上模具6和下模具7之间，并将介质通道10置于上板材8和下板材9之间；三、将上模具6和下模具7合模后，通过压紧块11对上板材8和下板材9施加 IOOOkN的压边力使上板材8和下板材9密封，压紧块11与上模具6和下模具7之间留有 0. 5mm的间隙，压紧块11与上凸台6-1和下凸台7-1之间的水平间距为50mm，上凸台6-1 与上板材8存在0. 5mm的空隙，下凸台7_1与下板材9存在0. 5mm的空隙；四、将IOOMPa的压力介质通过介质通道10通入上板材8和下板材9之间使上板材8和下板材9发生胀形变形，然后再将压力介质通过介质通道10释放出来，得到胀形后的零件。用图3、图7和图8来表示本试验一中双层板材成对胀形成形过程，其中步骤三的胀形前的状态如图3所示，压紧块11与上模具6和下模具7之间留有空隙，压紧块11与上凸台6-1和下凸台7-1之间的水平间距为50mm ；胀形过程中的状态如图7所示，位于模腔中的板材向模腔壁膨胀，压紧块11随着板材一起向模腔方向移动；胀形完成后得到零件时的状态如图8所示，板材完全贴合在型腔壁上，得到型腔的形状。上模具6和下模具7的内圈配合凸台在成形时不压紧双层板材，采用这种径向随动密封结构的方法，使胀形成形时的阻力很小，成形更容易。试验二 (参见附图5、图9和图10)本试验的一种双层板材成对胀形成形的方法按以下步骤进行一、将双层板材成对胀形成形的上模具6和下模具7的法兰区外围加工后只保留内圈的上凸台6-1和下凸台7-1，上凸台6-1和下凸台7-1的宽度为30mm ；二、将上板材8和下板材9叠在一起，放在上模具6和下模具7之间，然后将介质通道10置于上板材8和下板材9之间；三、将上模具6和下模具7合模后，通过压紧夹13对上板材8和下板材9施加 IOOOkN的压边力使上板材8和下板材9密封，压紧夹13与上模具6和下模具7之间留有0. 5mm的间隙，压紧夹13与上凸台6-1和下凸台7-1的水平间距为80mm，上凸台6-1与上板材8存在0. 5mm的空隙，下凸台7_1与下板材9存在0. 5mm的空隙；四、将IOOMPa的压力介质通过介质通道10通入上板材8和下板材9之间，同时在压紧夹13上沿水平方向施加50kN的推力F使上板材8和下板材9发生胀形变形，然后再将压力介质通过介质通道10释放出来，得到胀形后的零件。本试验中双层板材成对胀形成形过程如图5、图9和图10所示，其中图5为胀形前的状态图；图9为胀形中的状态图；图10是胀形后的状态图。上模具6和下模具7的内圈配合凸台在成形时将不压紧双层板材。用压紧夹13实现上下板材的密封，同时施加一个径向的水平推力F，使胀形成形快速完成，使胀形成形更容易。
权利要求
1.一种双层板材成对胀形成形的方法，其特征在于双层板材成对胀形成形的方法按以下步骤进行一、将双层板材成对胀形成形的上模具(6)和下模具(7)的法兰区外围加工后只保留内圈的上凸台(6-1)和下凸台(7-1)，上凸台(6-1)和下凸台(7-1)的宽度为IOmm 50mm ；二、将上板材⑶和下板材(9)叠在一起，放在上模具(6)和下模具(7)之间，并将介质通道(10)置于上板材⑶和下板材(9)之间；三、将上模具(6)和下模具(7)合模后，对上板材(8)和下板材(9)施加IOkN 2000kN的压边力使上板材(8)和下板材(9)密封； 四、将5MPa 200MPa的压力介质通过介质通道(10)通入上板材(8)和下板材(9)之间使上板材(8)和下板材(9)发生胀形变形，待成形结束后再将压力介质通过介质通道(10)释放出来，得到胀形后的零件。
2.根据权利要求1所述的一种双层板材成对胀形成形的方法，其特征在于步骤三中上模具(6)和下模具(7)合模后通过上凸台(6-1)和下凸台(7-1)将上板材(8)和下板材 (9)压紧以实现密封。
3.根据权利要求1所述的一种双层板材成对胀形成形的方法，其特征在于步骤三中在上板材(8)和下板材(9)的外圈采用独立的压紧块(11)将板材压紧实现密封，压紧块(11) 与上模具(6)和下模具(7)之间存在0. Imm 1.0mm的空隙，压紧块(11)与上凸台(6-1) 和下凸台(7-1)之间的水平间距为IOmm 100mm，上凸台(6-1)与上板材⑶存在0. Imm 1. Omm的空隙，下凸台(7-1)与下板材(9)存在0. Imm 1. Omm的空隙。
4.根据权利要求3所述的一种双层板材成对胀形成形的方法，其特征在于在上板材 (8)和下板材(9)之间，于压紧块(11)所在的位置放置截面为圆形或方形的密封圈(12)以实现密封。
5.根据权利要求1所述的一种双层板材成对胀形成形的方法，其特征在于步骤三中在上板材⑶和下板材(9)的外圈采用独立的压紧夹(13)将板材压紧实现密封，压紧夹(13) 与上模具(6)和下模具(7)之间存在0. Imm 1.0mm的空隙，压紧夹(13)与上凸台(6-1) 和下凸台(7-1)的水平间距为IOmm 100mm，上凸台(6-1)与上板材(8)存在0. Imm 1.0mm的空隙，下凸台(7-1)与下板材(9)存在0. Imm 1. Omm的空隙，胀形成形时，沿水平方向对压紧夹(13)施加IOkN IOOkN的推力。
6.根据权利要求5所述的一种双层板材成对胀形成形的方法，其特征在于在上板材 (8)和下板材(9)之间，于压紧夹(13)所在的位置放置截面为圆形或方形的密封圈(12)以实现密封。
全文摘要
一种双层板材成对胀形成形的方法，它涉及板材成形方法。本发明是要解决现有的双层板材成对胀形时法兰区材料受到较大摩擦力，材料流动困难的技术问题。方法将模具的法兰区外围加工后只保留内圈较窄的凸台；将板材叠放在模具间，设置好介质通道；合模后，对板材施加压边力使板材密封；将压力介质通入板材间使板材发生胀形；成形后，释放压力介质，得到零件。本发明成形过程中，模具法兰区与板材的直接接触区域面积小，板材向模具型腔流动阻力小。本发明的双层板材成对胀形成形的方法可用于板材塑性加工领域。
文档编号B21D26/021GK102357584SQ201110341820
公开日2012年2月22日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者何祝斌, 刘伟, 刘钢, 苑世剑 申请人:哈尔滨工业大学