一种金属薄板球冠曲面成型装置的制作方法

本实用新型涉及到金属塑性成形装置，尤其涉及到一种金属薄板球冠曲面成型装置及工艺。

背景技术：

目前，采用冲压技术成型金属薄板曲面类零件，具有生产效率高、成本低等优点，尤其适合大批量薄板类零件的生产。由于冲压模具的加工精度要求较高，以及模具材质与耐久度要求较高，因此，对于小批量金属复杂曲面薄板类零件的生产，为其单独设计并制造冲压作业的模具，这无论从生产成本还是从生产时效方面来看，均不是一个较好的选择。

采用常规模具拉深薄板复杂曲面时，由于模具与金属薄板之间的摩擦，导致金属薄板的塑性受到一定限制，因而，一些深凹坑或复杂曲面类薄板零件，受薄板金属塑性的限制，需要多套冲压模具，并采用中间退火以恢复塑性，导致模具、时间成本更加高昂。假若，通过传统的钣金工制作这类复杂曲面薄板零件，对工人技术能力要求高、劳动强度大、效率低、生产质量的稳定性较差。

针对以上问题，邓斌等人提出一种金属薄板成型模具，采用间隙成型法，可降低模具制造难度与成本（cn101885023a），对模具的尺寸精度要求降低，但由于凸模未能充分保证贴合金属薄板，因此其仅适用于一些特殊曲面的形状，特别是一些曲面有突变的情况就无法生产。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种金属薄板球冠曲面成型装置及工艺，解决使用传统冲压成型方式不适用于小批量金属薄板球冠曲面成型零件的生产，手工制作周期长、精度低的问题。

为解决上述技术问题，金属薄板球冠曲面成型装置其特征在于，金属薄板球冠曲面装置由球冠定型板、凹模背压室、注油板、高压油供给系统、模具压紧装置、多级密封圈、挡油圈、背压调节器、行程控制器组成；

所述球冠定型板中心开有圆孔，圆孔直径与金属薄板球冠曲面的底圆直径相同，球冠定型板中心圆孔断面轮廓与金属薄板球冠曲面轮廓相吻合，球冠定型板与金属薄板接触部位涂抹有适用于高压的润滑剂；

所述凹模背压室中心开有孔，其孔其尺寸规格大于金属薄板球冠曲面，凹模背压室孔底部有阻尼孔与背压调节器相连，凹模背压室中充入有润滑油，在金属薄板的作用下，产生背压；以增强金属薄板成型时的静水压力，以最大可能提高金属薄板的成形极限；

所述背压调节器包含压力表、比例控制阀、连接管、安全装置和阻尼调节装置，球冠曲面成型的背压通过比例控制阀和阻尼调节装置以实时调节背压；

所述行程控制器设置于球冠底圆圆心的正下方，其行程触发位置与球冠定型板板上表面的垂直高度差为球冠曲面的高；

所述背压调节器，包含压力表、比例控制阀、连接管和阻尼调节装置，球冠曲面成型的背压通过比例控制阀和阻尼调节装置实时调节背压压力；

所述金属薄板置于球冠定型板和注油板之间，但金属薄板在工作状态时不与注油板直接接触，在注油板与金属薄板之间的密封采用多级密封圈来实现，让密封圈产生一定的泄流量，让油压在密封圈两侧产生一定的压力降，那密封圈之间形成的环形槽油压，由外至里各环形槽的油压形成阶跃变化，其密封圈环形槽的油压对于金属薄板来说其相当于压边圈的作用，使压边圈的压力由外至里形成阶跃台阶，薄板成型时凸缘由外至里板变厚的趋势逐渐增大，里圈需要更大的压边力，而这种设计完美的吻合这种压边力需要；

所述挡油圈，可避免金属薄板由于拉深变形进入凹模背压室形成球冠曲面而导致最外密封圈压缩量突然减小出现的泄漏现象。

本实用新型提供一种一种金属薄板球冠曲面成型工艺，其特征在于，

1）金属薄板无织构，微观组织为等轴晶，晶粒尺寸不大于0.5μm；

2）加工薄板的材质为金属但不限于钢铁、铜及铜合金、铝及铝合金；

3）所述球冠曲面的高不大于球面半径；

具体工艺参数为，成型方式采用上述装置冷冲压成形，高压油供给系统采用恒流量控制的方式，球冠成型时间控制为5-30min，球冠曲面成型的背压压力控制为实时高压油供给系统油压的0.1-0.4倍。

本实用新型的优点在于：

1.由于采用高压油压成型，无凸模与金属坯料之间无摩擦，因而金属塑性增大，薄板的成型能力提高；

2.由于没有凹模与金属薄板接触，因此减少了摩擦，最大程度保证金属薄板变形的均匀性，由于球冠曲面各点应力状态相同使球冠曲面成型不需要凹模成为可能；

3.凹模背压室底部开有阻尼孔与背压调节器相连，背压调节器的比例控制阀与高压油供给系统的压力表实现实时联动，既可可保证金属薄板与凹模之间的润滑，又可增大金属成型时的静水压力实现稳定变形，从而提高了金属薄板的塑性，也能提高制品的表面质量；

4.金属薄板坯料与注油板之间的密封采用多级密封圈，多级密封圈由里至外，其密封圈的之间的油压逐渐减小，两密封圈之间的油压相当于一个压边圈的作用，使压边圈的压力由里至外形成下降的梯度，与拉深起皱的趋势吻合，从而减小起皱提高拉深表面质量；

5.由于在球冠定型板与金属薄板之间涂抹有适用于高压的润滑剂，使金属薄板与球冠定型板的摩擦减小，最大限度的增大金属薄板成型能力，提高了制品的表面质量；

6.更换不同的球冠定型板和调节行程控制位置，即可满足不同球冠曲面的成型，最大程度的降低了模具制作成本；

7.同时金属薄板无织构的等轴晶组织，由于薄壳球面各点的应力状态均相同，采取较慢的应变速率，在无摩擦的条件下可实现较为理想的均匀变形，采用行程控制器来控制球冠曲面的最终形状成为可能；

8.采用挡油圈，可避免金属薄板由于拉深变形进入凹模成型室导致密封圈压缩量的突然减小，从而防止出现泄漏现象。

附图说明

结合附图，对本实用新型作进一步说明

图1为本实用新型结构示意图。（1）为多级密封圈，采用橡胶、硅胶高弹性材料制成；（2）为注油口；（3）为高压油供给系统，包含油泵、压力表、安全阀、流量调节阀、高压油管；（4）为模具压紧装置，采用钢铁材料制成，模具压紧力采用液压、气压或机械方式；（5）为注油板，采用钢铁制成，注油口与高压油供给系统连接采用螺纹连接方式；（6）为挡油圈，采用橡胶、硅胶等材料制成；（7）为球冠定型板，采用钢铁材料制成；（8）为金属薄板；（9）为润滑油；（10）为行程控制器；（11）为凹模背压室，中心开有孔，其孔尺寸大于球冠成型曲面，采用钢铁、工程塑料等结构材料制成；（12）为背压调节器，包含压力表、比例控制阀、连接管、安全装置和阻尼调节装置，球冠曲面成型时通过比例控制阀和背压调节装置实时调节凹模背压室的背压；（13）为阻尼孔。

具体实施方式

例1.低碳钢薄板球冠曲面成型装置及工艺

图1为本实用新型结构示意图。（1）为多级密封圈，密封圈的级数为3级结构，密封圈材质采用橡胶制成；2）注油口；（3）高压油供给系统，包含油泵、压力表、安全阀、流量调节阀、高压油管，油泵采用柱塞泵，流量调节阀采用小流量调节阀，油管采用铜管；（4）为模具压紧装置，采用钢铁材料制成，模具压紧力采用液压方式实现；（5）为注油板，采用钢铁制成，注油板的注油口与高压铜管之间采用螺纹连接方式；（6）为挡油圈，采用橡胶材料制成；（7）为球冠定型板，采用模具钢制成；（8）为金属薄板，金属薄板材料状态采用退火态；（9）为润滑油，采用蓖麻油；（10）为行程控制器；（11）为凹模背压室，凹模背压室中心开有孔，其孔尺寸大于球冠成型曲面，凹模背压室采用钢铁材料制成；（12）为背压调节器，包含压力表、连接管、比例控制阀、安全装置和阻尼调节装置；（13）为阻尼孔。