一种提高封闭回转空体类零件成形性的液压成形方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及空体构件液压成形领域，具体为一种通过调控内压周期性升降，从而 提高封闭回转空体类零件成形能力和成形质量的液压成形方法。
【背景技术】
[0002] 液压成形是利用液体作为传力介质代替刚性凸模或凹模传递载荷，使坯料在传力 介质压力作用下贴靠凸模或凹模以实现金属零件成形的加工工艺。采用液压成形技术，可 制造传统锻造、冲压、拉深等工艺无法成形的各种沿轴线变化的圆形、矩形或异型复杂截面 的空心结构零件，另外液压成形具有较大柔性，一套生产设备就可成形不同形状和尺寸的 产品。液压成形技术的主要应用领域是汽车及航天航空工业，对于促进汽车轻量化进程，提 高零部件的强度、刚度，改善车辆运行的稳定性、安全性，减少零件重量和模具数量，降低生 产成本，正在并已经产生了积极的推动作用。但是液压成形技术属于一种复杂的成形工艺， 影响成形过程和产品质量的因素较多，包括材料自身特性、摩擦及润滑条件、密封、推进补 料以及内压加载路径等。
[0003] 对于轴线为非封闭形式的零件，坯料在模具中初期自由胀形阶段需配合有适量的 进给补料，使坯料在轴向压缩应力和环向拉伸应力的双向应力状态下进行胀形，从而使坯 料获得较大的膨胀量且壁厚不发生过度的减薄。成形时，需要内压与进给补料之间的良好 匹配关系，得到合理的加载路径，如果配合不当，可能会导致坯料在成形过程中出现起皱、 屈曲、破裂等失效现象。因此，进给补料对于液压成形至关重要。但是对于轴线为封闭式的 回转体零件，如环形件，球形件等，因自身封闭特征，模具闭合后形成完全密闭的型腔，无法 进行进给补料，坯料在无进给补料的情况下，只能凭借沿壁厚方向的减薄来协调变形，极易 在圆角等大变形区域出现壁厚的过度减薄以及开裂等缺陷，零件的贴模率和壁厚均匀性以 及几何形状都无法得到保证。
【发明内容】
[0004] 针对封闭回转空体类零件采用现有液压成形工艺无法进给补料易出现局部过度 减薄或破裂等缺陷，以及零件壁厚均匀性和几何形状、尺寸无法得到保证等问题，本发明 提供一种提高封闭回转空体类零件成形性的液压成形方法，该方法通过调控内压周期性升 降，从而提高封闭回转空体类零件成形能力和成形质量。
[0005] 本发明的技术方案是：
[0006] -种提高封闭回转空体类零件成形性的液压成形方法，该方法是在零件液压成形 时，依靠液压系统调控内压周期性的升降，使坯料在反复加载-卸载的加载路径下发生形 变卸载作用，使零件自身的强化能力提高，从而实现在无进给补料的情况下，成形出尺寸精 度符合要求的零件。
[0007] 所述零件种类包括管材、壳体以及非封闭式的板类零件。
[0008] 本发明液压成形过程中，加载方式为依靠液压系统调控内压升降的幅度和频率。
[0009] 本发明液压成形过程中，随着内压的升降，零件形变卸载后再次加载，产生二次强 化作用，提高材料持续抵抗变形的能力，从而提高零件的成形能力。
[0010] 本发明液压成形过程中，随着内压的升降，零件形变卸载后再次加载，产生二次强 化作用，提高壁厚分布均匀性，从而提高零件的成形质量。
[0011] 本发明所述的提高封闭回转空体类零件成形性的液压成形方法，在管材液压成形 时，首先将初始坯料经过焊接形成封闭回转体，通过上、下模具配合，加上一定的密封措施， 形成密封的无进给补料的模具型腔。然后，将高压液体通入坯料内腔，成形过程中，液压系 统调控内压周期性升降，依靠坯料自身强化作用协调变形，最终成形尺寸精度符合要求的 零件。
[0012] 本发明所述的提高封闭回转空体类零件成形性的液压成形方法，在壳体液压成形 时，首先将板材经预先焊接成形为密闭多面壳体；然后，将高压液体介质通入坯料内部，液 压系统调控内压周期性升降，依靠坯料自身强化作用协调变形，最终成形尺寸精度符合要 求的壳体类零件。
[0013] 本发明的有益效果如下：
[0014] 1、采用本发明，在液压成形过程中仅依靠材料自身协调变形补料，无需外加推进 补料系统，方法简单，操作简便。
[0015] 2、本发明主要用于封闭回转空体类零件的液压成形，在无法实现进给补料的情况 下，使零件在变形过程中周期性形变卸载，零件局部圆角等应变较大区域，在加载时，材料 自身发生形变强化。形变卸载后再次加载，产生二次强化现象，从而能够提高材料持续抵抗 变形的能力。因此圆角部位的强度进一步提高，有效抑制壁厚减薄和破裂等缺陷的发生。另 外，卸载再次加载时，强度较低的区域将优先发生塑性变形，可以提高零件的壁厚分布均匀 性。经过内压的周期性升降，产品的几何形状和尺寸都能得到更好保证。
[0016] 3、通过控制周期性内压的幅度和频率，可以有效控制成形零件不同部位的强度 差。应变较大处，如圆角等部位，减薄较大，将成为零件工作时的寿命薄弱处。形变卸载使 应变较大处强度提高，可以一定程度弥补壁厚减薄带来的性能不足，提高零件的整体工作 性能。
【附图说明】：
[0017] 图1(a)为本发明实施例1中的环形零件三维示意图。
[0018] 图1(b)为本发明实施例1中的变形区横截面示意图。
[0019] 图1(c)为本发明实施例1中的加载时变形区横截面放大图。
[0020] 图1(d)为本发明实施例1中的卸载后再次加载时变形区横截面放大图。
[0021] 图2为实施例1采用的正弦脉动方式的内压升降示意图。
[0022] 图3 (a)为本发明实施例2中的球形零件三维示意图。
[0023] 图3(b)为本发明实施例2中的变形区横截面示意图。
[0024] 图4为实施例2采用的矩形脉动方式的内压升降示意图；
[0025] 图中：1_上模；2 -初始还料；3-下模；4-成形后零件。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0027] 实施例1 :
[0028] 图1(a)为管材环形零件的三维示意图。由图1(b)可知，将初始坯料2放入由上 模1和下模3相互配合组成密封型腔，无进给补料系统，向密闭的管腔内通入周期性升降的 内压成形零件。最后打开上模1，从下模3中取出成形后的零件4。
[0029] 本实施例中，周期性升降的内压加载方式为正弦脉动加载，如图2所示。其波峰与 以单调增加加载方式的内压保持相等，波峰的轨迹沿着原来的单调增加的加载路径。
[0030] 本实施例中，正弦函数方程如下：P = p(t)+Λ PXsin(2 π cot')
[0031] 式中，p(t)为一般线性加载曲线；ΛΡ为脉动型加载曲线的振幅，本实施例中，ΛΡ =IOMPa ; ω为脉动的频率，本实施例中，ω = 〇. IHz ;压力ρ为时间t的函数；t'取值范 围为120~400s。
[0032] 本实施例中，一般线性加载曲线的函数方程如下：
[0033] p (ti) = 0. 17t 0 < h < 300s ;
[0034] p (t2) = 0· 7t_160 300 < t2 < 400s。
[0035] 由图1(c)可知，在加压成形初期，坯料发生自由胀形，中间部位金属优先参与变 形，因此中心壁厚小于两边壁厚。如图1(d)所示，当压力卸载后再加载，材料发生二次强化 作用，中心金属的强度进一步提高，即中心部位金属强度高于两边金属，故两边金属优先参 与变形，零件的壁厚均匀性提高，中心部分因强度升高，其成形能力也得到提高，即不易发 生减薄和破裂缺陷。经过周期性的内压作用，零件的几何形状和尺寸都能得到有效保证。
[0036] 实施例2 :
[0037] 图3(a)为本实施例中的球形零件三维示意图，图3(b)为本实施例零件的变形区 横截面示意图。初始坯料2为封闭的球形壳体，将初始坯料2放入由上模1和下模3相互 配合组成密封型腔，无进给补料系统。将高压液体介质通入初始坯料2内部，液压系统调控 内压周期性升降，依靠坯料自身强化作用协调变形，最终成形尺寸精度符合要求的壳体类 零件。最后打开上模1，从下模3中取出成形后的零件4。
[0038] 本实施例中，周期性升降的内压加载方式为矩形脉动加载，如图4所示。本实施例 中，矩形脉动的波峰与以单调增加加载方式的内压保持相等，波峰的轨迹沿着原来的单调 增加的加载路径。
[0039] 本实施例中，矩形脉动的函数方程如下
[0040] 式中，p(t)为一般线性加载曲线；ΛΡ为脉动型加载曲线的振幅，本实施例中，ΛΡ =IOMPa ; ω为脉动的频率，本实施例中，ω = 〇. IHz ;压力p为时间t的函数；t'取值范 围为20~100s。
[0041] 本实施例中，一般线性加载曲线的函数方程如下：
[0042] p (t) = 0. 58t 0 < t < 100s。
【主权项】
1. 一种提高封闭回转空体类零件成形性的液压成形方法，其特征在于：该方法是在零 件液压成形时，依靠液压系统调控内压周期性的升降，使坯料在反复加载-卸载的加载路 径下发生形变卸载作用，使零件自身的强化能力提高，从而实现在无进给补料的情况下，成 形出尺寸精度符合要求的零件。2. 根据权利要求1所述的提高封闭回转空体类零件成形性的液压成形方法，其特征在 于：所述零件种类包括管材、壳体以及非封闭式的板类零件。3. 根据权利要求1所述的提高封闭回转空体类零件成形性的液压成形方法，其特征在 于：液压成形过程中，加载方式为依靠液压系统调控内压升降的幅度和频率。4. 根据权利要求1所述的提高封闭回转空体类零件成形性的液压成形方法，其特征在 于：管材液压成形时，首先将初始坯料经过焊接形成封闭回转体，通过上、下模具配合，形成 密封的无进给补料的模具型腔；然后，将高压液体通入坯料内腔，成形过程中，液压系统调 控内压周期性升降，依靠坯料自身强化作用协调变形，最终成形尺寸精度符合要求的零件。5. 根据权利要求1所述的提高封闭回转空体类零件成形性的液压成形方法，其特征在 于：壳体液压成形时，首先将板材经预先焊接成形为密闭多面壳体；然后，将高压液体介质 通入坯料内部，液压系统调控内压周期性升降，依靠坯料自身强化作用协调变形，最终成形 尺寸精度符合要求的壳体类零件。
【专利摘要】本发明公开了一种提高封闭回转空体类零件成形性的液压成形方法，属于空体构件液压成形技术领域。该方法是在零件液压成形时，依靠液压系统调控内压周期性的升降，使坯料在反复加载-卸载的加载路径下发生形变卸载作用，提高零件自身的强化能力，从而实现在无进给补料的情况下，成形出尺寸精度符合要求的零件。本发明液压成形过程中，随着内压的升降，零件形变卸载后再次加载，产生二次强化作用，提高材料持续抵抗变形的能力，从而提高零件的成形能力。本发明液压成形过程中，随着内压的升降，零件形变卸载后再次加载，产生二次强化作用，提高壁厚分布均匀性，从而提高零件的成形质量。
【IPC分类】B21D26/041, B21D26/02, B21D26/033
【公开号】CN104998950
【申请号】CN201410168413
【发明人】徐勇, 张士宏, 程明, 宋鸿武, 陈帅峰, 张晓嵩
【申请人】中国科学院金属研究所
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2014年4月24日