一种空间多特征空体构件的液压成形装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及异型截面空体构件液压成形领域，具体涉及一种空间多特征空体构件的液压成形装置及方法。
【背景技术】
[0002]复杂截面空体构件的精密成形技术是最节省材料的零件制造技术，有利于装备的轻量化、无余量化、高精度及整体化发展，目前，汽车、高铁及航空航天事业发展对高结构效率的构件整体化、轻量化、空心薄壁化和精确化制造技术提出越来越强烈的需求。其中具有连接换向功能的空体构件，如薄壁四通管、回转空心多孔件等在工程中的应用十分普遍。传统工艺生产四通零件的过程为:先弯曲板材制作主圆管，然后在成形的圆管上打孔，再通过焊接的方法将圆管与支路连接。传统工艺步骤较多，要用到滚弯机、切割机等设备，劳动强度大，而且生产过程中，使用焊接工艺，四通管的接头部位质量和性能无法得到有效的保证，生产成本较高。并且对于薄壁结构零件，存在弯曲困难、焊接难度大等一系列技术难题。
[0003]而液压成形技术作为现代最主要的轻量化先进塑性加工技术，是制备异型截面空体构件的核心技术，可以用于汽车、航空及航天领域典型零部件的制备，可使整体结构重量得到大幅降低，并且提高零部件的强度和刚度，减少零件和模具数量，降低生产成本。此外液压成形属于柔性介质成形的范畴，对成形具有小圆角尺寸零件能够获得很好的效果。但是传统液压成形技术对于结构特征在同一平面内的零部件，通过进给补料和内压的合理匹配最终可获得质量优异且尺寸精度高得产品。而对于具有三维空间多特征结构的零件，即零件结构特征不在同一平面内，采用传统液压成形工艺，有时存在无法及时补料，导致局部过度减薄开裂以及成形后零件无法脱模取出等关键技术问题。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术在制备具有三维空间多特征结构零件时存在的难题，本发明的目的在于提供一种空间多特征空体构件的液压成形装置和方法。其成形装置简易、设备成本低廉、控制简便、成形质量优异且对应用环境要求低。
[0005]本发明的技术方案是:
[0006]一种空间多特征空体构件的液压成形装置，该装置为分块式组合液压成形模具，包括上模、下模和模芯，所述上模、下模和模芯紧密配合后其内形成模具的型腔(模具的型腔与空体构件的形状相适应)；所述模具的型腔内包含空体构件的特征部分的型腔，即模芯型腔，所述模具内的模芯型腔高度H = (1.1?1.2)h，h是空体构件特征部分的高度。这样设计是为防止特征部分顶部变形过大导致过度减薄而破裂，成形时坯料上端可先与模芯接触，受到模芯模具的约束作用，提高成形壁厚的均匀性，并且使坯料处于三向压应力状态，提高材料的成形性能。
[0007]所述空间多特征空体构件是指三维方向上均有伸出特征的空体构件，所述空体构件包括管类、壳体以及板类零件。根据实际情况将所需数量的模芯型腔设于所述模芯的内侧，所述空体构件的最大截面所在平面设置为模具的分模面(模具的分模面是指上模和下模之间的分界面)。
[0008]当所述空间多特征空体构件为板类零件时，所述分块式组合液压成形模具也可以只包括下模和模芯，下模和模芯紧密配合后其内形成模具的型腔。
[0009]利用上述装置进行空间多特征空体构件的液压成形方法，包括如下步骤:
[0010](I)将初始坯料装入模具的型腔内并密封型腔；
[0011](2)将高压介质导入模具内密封的型腔中，依靠高压介质的压力成型出壁厚均匀的空体构件；
[0012](3)开启模具，取出成型的空体构件；该过程中，模芯需沿空体构件其特征部分的轴向方向取出。
[0013]上述液压成形过程中，可以在模具的上模或下模上开出键槽，键槽内放置定位键，通过定位键和模芯的配合限制模芯的运动。
[0014]根据空间多特征零件的种类不同，各类零件的成型过程具体如下:
[0015]直管类空间多特征零件液压成形时，将管坯放入下模内，上下模闭合，左侧冲头和右侧冲头通过水平运动将管坯两端口进行密封，形成密封的模具型腔；之后将高压介质液体导入密封的模具型腔中，依靠高压介质的压力成形出壁厚均匀的零件。起模时，先提起上模，然后沿直管上特征部分的轴线方向拔出模芯，再取出零件。
[0016]回转体管材空间多特征零件液压成形时，将坯料放入下模型腔中，依靠模具形成的型腔实现自身密封；之后，将高压介质导入密封的模具型腔中，依靠高压介质的压力成形出符合要求的回转体多特征空体构件。起模时，需要先沿零件上特征部分的轴线方向取出模芯，然后开起模具，取出成形零件。
[0017]板类空间多特征零件液压成形时，将初始板坯放入下模上，将上垫板压下，与板坯接触进行密封；之后将高压介质液体导入密封的模具型腔中，依靠高压介质的压力成形出壁厚均匀的构件。取出零件时，先要沿特征部分的轴线方向取出模芯。然后打开上垫板，取出零件。
[0018]封闭壳体空间多特征零件液压成形时，将初始板料焊接成初始壳体，放入下模上，将模芯放入上模，上模压下形成密封型腔，然后通入高压液体成形出合格的球形零件，取出模芯，打开上模，取出零件。
[0019]本发明的有益效果如下:
[0020]1、本发明可以实现传统液压成形工艺难以生产的具有三维空间结构特征空体构件的制备加工，如薄壁多通管件，斜体回转多特征构件等。
[0021]2、本发明通过液压成形模具和模芯的分块式设计，能够实现具有三维空间结构特征零件的脱模和取出，并且可以针对零件具体的结构特征，设计出不同的模具和模芯的取出顺序，节省模具数量和工序，提高生产效率。
[0022]3、本发明通过对模芯尺寸的控制，可以缓解管坯壁厚的过度减薄，提高贴模能力和壁厚分布均匀性，从而提高零件的成形质量。
【附图说明】
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[0023]图1是实施例1的直轴线管材空间多特征零件三维示意图。
[0024]图2是实施例1的直轴线管材空间多特征零件轴向二维示意图。
[0025]图3是图2中A-A横截面示意图。
[0026]图4是实施例2的板材空间多特征零件三维示意图。
[0027]图5是实施例2板材的横截面示意图。
[0028]图6是实施例3的回转体管材空间多特征零件三维示意图。
[0029]图7是实施例3零件的横截面示意图。
[0030]图中:1-高压油源系统；2-上模；3_初始坯料；4-构件；5_右侧冲头；6-下模；7-左侧冲头；8_上垫板；9-模芯；10_下垫板；11_定位键。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0032]实施例1:
[0033]图1为本实施例构件三维示意图，其为直轴线管材空间多特征零件，构件上包含特征部分(零件外表面上突出部分)，由图2-3可知，上模2和模芯9配合，形成模芯型腔(构件特征部分所对应的型腔，