一种橡胶隔膜液压振动成形装置及其加工工艺的制作方法

本发明属于冲压成形技术领域，具体的说是一种橡胶隔膜液压振动成形装置及其加工工艺。

技术背景

液压成形技术广泛应用于汽车船舶、航空航天等诸多领域。在近40年来，航天航空工业、核能应用技术、汽车制造业等高科技产业中的一些关键钣金部件或者异性截面件成形难度高、重量控制严格、工艺成本高、成形精度低，要求有新的成形工艺与理论出现，以符合轻量化、绿色环保、节能降耗等要求。一般冲压成形，板料内部会产生分布不均匀的应力，而且板料和模具之间摩擦力较大，会使得成形之后的零件厚度分布不均匀，甚至有可能出现破裂的情况，而且板料的流动性较差也会发生堆料起皱等情况。采用软性流体来成形板材零件具有可以极大提高板材的成形性、成形效率高、换模方便等诸多优势，受到了越来越多的重视。简单来说，橡胶隔膜液压成形技术，是用液压介质代替上模具或者下模具的一种先进的成形技术，与传统冲压相比能极大提高材料的成形性能。

另一方面，目前已经出现了利用振动实效消除工件内部参与应力的工艺，在相关的专利中介绍了用振动时效方法消除残余应力的方法与装置，但是这种装置仅仅是单纯的将加工后的零件固定在振动台上进行振动处理，这就要求在加工结束时将零件和加工设备分离，在采取固定在振动台上进行振动时效处理，在此过程中可能零件已经发生了部分变化如回弹，所以振动的效果可能会变差。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术存在的不足之处，提供一种橡胶隔膜液压振动成形的装置及其加工工艺，以期能保证板料充分的变形，并能抑制材料回弹，从而能提高成形质量。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种橡胶隔膜液压振动成形装置，是在基座的两侧设置有支柱；在所述支柱内分别设置有行程缸，在所述支柱的上方设置有充液设备，在所述基座的中间位置，并处于所述充液设备的下方设置有导轨；其结构特点是，在所述充液设备和基座之间设置有液压振动成形模具，所述液压振动成形模具包括：两个半圆形壳体、下模座、振动液压缸、冲头、工作台、环形支撑体、上腔体、橡胶隔膜；

所述下模座的中间位置处设置有一体的环形结构，所述环形结构的中间位置处设置有双层环形台阶，上层环形台阶内设置有所述工作台，且所述工作台与所述环形结构的上表面处于一个平面上，下层环形台阶的中间位置处设置有通孔；在所述通孔内设置有所述振动液压缸，所述振动液压缸的底部与所述基座相连接，所述振动液压缸的顶部活塞杆通过法兰与所述冲头相连接，且所述冲头穿过所述工作台；

在所述充液设备的下方连接有所述上腔体，所述上腔体的底面设置有环形液压室，在所述上腔体的中间位置处设置有液压孔，在所述上腔体的下表面设置有所述环形支撑体，在所述上腔体和环形支撑体之间设置有所述橡胶隔膜，从而将所述环形液压室与所述环形支撑体的环形腔隔离；

所述两个半圆形壳体与两侧支柱内行程缸的活塞杆相连，并在所述上腔体与所述下模座的环形结构上表面相配合形成整体模具时，通过所述活塞杆使得所述两个半圆形壳体在导轨上运行并向中间闭合，从而形成所述整体模具的环抱结构。

本发明一种橡胶隔膜液压振动成形装置的加工工艺的特点是按如下步骤进行：

步骤1、在所述工作台上放置板料；

步骤2、利用所述充液设备驱动所述上腔体向下运动并通过所述环形支撑体与所述下模座的环形结构上表面相闭合，从而使得所述橡胶隔膜的下方与所述工作台所在的平面形成空腔；

步骤3、所述行程缸的活塞杆驱动所述两个半圆形壳体在导轨上运行并向中间闭合，从而形成所述液压振动成形模具；

步骤4、所述充液设备通过所述液压孔向所述环形液压室注入液体，使得所述橡胶隔膜向下变形，直至贴合到所述板料的上表面，并对所述板料形成一定的向下压力；

步骤5、设置所述振动液压缸的频率为10～20hz，振幅为1～2个毫米，使得所述振动液压缸处于低频振动工作状态，由所述振动液压缸驱动所述冲头向上运动，对所述板料(11)形成一定的向上压力，直至所述板料成型为止，不再作向上运动；

步骤9、设置所述振动液压缸的频率为500～1000hz，振幅为0.1～0.2个毫米，振动时长为1～10分钟，使所述振动液压缸处于高频振动工作状态，从而使板料得到充分变形。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明通过利用振动液压缸替代传统的液压缸，能够在成形过程中对板料产生作用，通过振动液压缸带动模具低频振动成形，大大减小了板料与模具之间的摩擦力，均化了板料内部的加工应力，使变形更加充分均匀，保证了零件成形质量。在成形结束后的高频振动处理，消除了零件的内部残余应力，抑制了零件的回弹。

2、本发明模具内部的工作台与下模座为分离式结构，且中间空隙也能填充隔振材料，综合起来既能保证振动能量有效的传递成形件上，又能防止振动能量传递到模具外部影响装置的正常工作。

3、本发明充液设备的液压腔体结构采用上下分离结构，分为上腔体和支撑体两个部分，方便装置的装配与橡胶隔膜的密封，也方便设备的拆换。

4、本发明液压成形室外侧再加一层半圆形壳体，由两侧行程缸控制半圆形壳体沿着导轨闭合和分开，从而提高了成形的极限压力，冲压成形的材料范围更加广泛，成形效果也更好。

5、本发明模具与基座采用分离式装备，工作台与冲头随时可以替换，换模简单方便，可以连续工作，材料成形效率较高。

6、本发明装置装配与操作容易，对材料成形效果好，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明装置的立体图；

图2为本发明形装置的正视图；

图3为本发明液压振动成形模具在低频振动工作状态时的内部剖面图；

图4为本发明液压振动成形模具在低频振动工作状态时的内部剖面正视图；

图5为本发明液压振动成形模具在高频振动工作状态时的内部剖面图；

图6为本发明充液设备液压力加载曲线图；

图7为本发明振动液压缸低频等效位移加载曲线图；

图8为本发明振动液压缸高频等效位移加载曲线图；

图中标号：1基座、2导轨、3两侧的支柱、4模具外框体、5行程缸、6充液设备、7下模座、8振动液压缸、9冲头、10工作台、11板料、12支撑体、13上腔体、14橡胶隔膜。

具体实施方式

本实施例中，一种橡胶隔膜液压振动成形装置，包括：基座1、导轨2、两侧支柱3、模具外框体4、行程缸5、充液设备6、下模座7、振动液压缸8、冲头9、工作台10、板料11、支撑体12、上腔体13、橡胶隔膜14。不同于传统的液压成形设备，本发明提出的橡胶隔膜液压振动成形装置，采用振动液压缸和冲头模具相连接固定的方式，形成了全新的液压振动成形的装置，具体的说，如图1、图2、图3、图4所示。

如图1、图2所示，在基座1的两侧设置有支柱5；在支柱5内分别设置有行程缸3，在支柱5的上方设置有充液设备6，具体为液压控制系统及设备，控制设备上下运动和液压充液过程。在基座1的中间位置，并处于充液设备6的下方设置有导轨2，导轨上方设置有两个半圆形壳体4，在行程缸5的活塞杆的作用下，控制两个半圆形壳体的运动，这部分的运动，需要协调到充液控制系统、振动成形系统和辅助系统的各个方面；在充液设备6和基座1之间设置有液压振动成形模具，液压振动成形模具包括：两个半圆形壳体4、下模座7、振动液压缸8、冲头9、工作台10、环形支撑体12、上腔体13、橡胶隔膜14；

如图3、图4所示，为具体液压振动成形模具内部结构如下，下模座7的中间位置处设置有一体的环形结构，环形结构的中间位置处设置有双层环形台阶，下模座7与基座1采用分离式的结构，方便了模具的拆卸与装配，同时也可以满足各种工件加工，上层环形台阶内设置有工作台10，工作台上放置有所需加工的板料11，且工作台10与环形结构的上表面处于一个平面上，下层环形台阶的中间位置处设置有通孔，通孔大小可以设计调节以满足不同大小模具和装配的需要；在通孔内设置有振动液压缸8，振动液压缸8的底部与基座1相连接，振动液压缸8的顶部活塞杆通过法兰与冲头9相连接，且冲头9穿过工作台10，从而形成成形机构；冲头9连接相对与工作台10分离，之间间隙大小作为参数可调，而且工作台10与下模座也是分离式结构，这样做的好处是工作时振动的能量能集中在板料11上，而不会影响到模具其他部件的工作，同时也减小了振动产生的噪声。

如图3、图4所示，在充液设备6的下方连接有上腔体13，上腔体13的底面设置有环形液压室，在上腔体13的中间位置处设置有液压孔，用于液体介质的流入与压力的控制，这些功能都是可以在充液设备上得到很好的实现，在上腔体13的下表面设置有环形支撑体12，在上腔体13和环形支撑体12之间设置有橡胶隔膜14，并进行密封，从而将环形液压室与环形支撑体12的环形腔隔离，工作时液压室内注入液体，橡胶隔膜向下变形紧贴板料环形腔被橡胶隔膜和液体充满，形成一个更大更完整的液压室。

如图1、图2所示，两个半圆形壳体4与两侧支柱5内行程缸3的活塞杆相连，并在上腔体13与下模座7的环形结构上表面相配合形成整体模具时，两个半圆形壳体底部均装配有三个和导轨相配合的滑块，通过活塞杆使得两个半圆形壳体4在导轨2上运行并向中间闭合，从而形成整体模具的环抱结构。

如图3、图4所示，此时为低频成形运动成形前的示意图，低频振动成形时橡胶隔膜向下变形冲头上行，进行成形运动；图5所示，为成形过程中的模具内部结构，此时橡胶隔膜14在液体压力的作用下紧贴板料11，同时振动液压缸采用振幅很小的高频振动，能有效的是板料成形应力分布均匀，并能抑制回弹的产生。

本实施例中，一种橡胶隔膜液压振动成形装置的加工工艺是按如下步骤进行：

步骤1、在工作台10上放置板料11，选用为直径为350mm,厚度为3mm，材料为铝合金2024，拉伸成形的零件为筒形件；

步骤2、利用充液设备6驱动上腔体13向下运动并通过环形支撑体12与下模座7的环形结构上表面相闭合，从而使得橡胶隔膜14的下方与工作台10所在的平面形成空腔，此时尚未充液所以分别有液压室空腔和支撑体的环形空腔；

步骤3、行程缸3的活塞杆驱动两个半圆形壳体4在导轨2上运行并向中间闭合，从而形成液压振动成形模具；

步骤4、充液设备6通过液压孔向环形液压室注入液体，使得橡胶隔膜14向下变形，直至贴合到板料11的上表面，并对板料11形成一定的向下压力；

步骤5、设置振动液压缸8的频率为10～20hz，振幅为1～2个毫米，使得振动液压缸8处于低频振动工作状态，由振动液压缸8驱动冲头9向上运动，对板料11形成一定的向上压力，直至板料11成型为止，不再作向上运动；

步骤9、设置振动液压缸8的频率为500～1000hz，振幅为0.1～0.2个毫米，振动时长为1～10分钟，使振动液压缸8处于高频振动工作状态，从而使板料11得到充分变形。

图3、图4为橡胶隔膜液压低频振动成形的工艺，低频振动的重点在于板料和冲头同步工作。低频振动的好处在于可以减少板料和模具之间的摩擦力，均化板料内部的应力，使成形过程中的变形更加充分和均匀，从而保证成形的质量。

图5为橡胶隔膜液压高频振动成形的工艺高频的重点是要保持对板料成形时的上部液体压力控制，不能波动太大。因为橡胶的变形后的贴模现象，一定程度上促进了高频振动对板料充分变形的作用，提高了振动的效果。高频振动消除了零件内部的残余应力，抑制了零件的回弹现象。

如图6所示，充液设备控制系统，通过设置不同时间的液体压力大小，来提高成形的质量，一般开始时要预胀压力在1～5mpa一下，最大液体压力要根据不同的材料、厚度等性能调整。

如图7所示，低频的振动成形，使板料的充分变形，设置频率10～20hz，振幅1～2个毫米，方向竖直向上，形成了成形装备与零件的等效位移波形曲线。

如图8所示，高频的振动成形抑制回弹，通过设置频率500～1000hz，振幅0.1～0.2个毫米，方向竖直方向，形成了成形装备与零件振动等效位移波形曲线。