一種大變形小圓角薄壁空心構(gòu)件的成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及薄壁管材成形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大變形小圓角薄壁空心構(gòu)件的成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以往的管材成形多采用分體成形的方法，先使用板料分別成形最終零件的一部分，然后使用焊接方法結(jié)合成一體，這樣的方法效率低，零件可靠性差。
[0003]而液壓成形技術(shù)可以對(duì)管件進(jìn)行整體成形，通過施加內(nèi)壓和與之匹配的沖頭位移完成管狀零件的整體成形。
[0004]但是對(duì)于變形比率大、圓角小、薄壁的管狀零件，使用液壓成形技術(shù)會(huì)出現(xiàn)起皺、屈曲、破裂和圓角部位沒有完全貼模等缺陷。起皺和屈曲是因?yàn)閮?nèi)壓力和軸向進(jìn)給不匹配產(chǎn)生的；破裂是因?yàn)檫^度減薄或者變形量要求已經(jīng)超過了材料的成形極限導(dǎo)致;而小圓角的填充又需要很高的內(nèi)壓，對(duì)于增壓器的要求也提高了。因此，對(duì)于大變形小圓角薄壁空心件的成形單獨(dú)使用液壓成形技術(shù)無法滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種大變形小圓角薄壁空心構(gòu)件的成形方法，該方法結(jié)合了液壓成形技術(shù)和擠鍛技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了在液壓輔助下的大變形量管材的柔性成形。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種大變形小圓角薄壁空心構(gòu)件的成形方法，該方法是使用液壓成形與液壓輔助鍛造相結(jié)合的技術(shù)對(duì)空心管件進(jìn)行分步成形，最終獲得所需規(guī)格的空心構(gòu)件。
[0008]該方法所用成形模具包括上模具、下模具、左沖頭、右沖頭、左推頭和右推頭，其中:所述上模具和下模具合模后所形成的內(nèi)腔用于放置空心管件，空心管件的兩端分別設(shè)置左沖頭和右沖頭，左沖頭和右沖頭能夠密封空心管件的兩端；同時(shí)對(duì)左、右沖頭施加軸向力，在低壓脹形階段能夠?qū)崿F(xiàn)軸向補(bǔ)料;所述上模具和下模具合模后形成空心柱狀結(jié)構(gòu)，所述左推頭和右推頭與模具內(nèi)壁以及管材外壁均緊密貼合，中壓階段在左沖頭和右沖頭的配合下，左推頭和右推頭能夠?qū)︻A(yù)制鼓包件產(chǎn)生擠鍛的作用。
[0009]該方法首先將空心管件裝配到所述成形模具中，然后對(duì)空心管件進(jìn)行分步成形，分步成形包括按順序進(jìn)行的如下三個(gè)階段:
[0010](I)第一階段為低壓脹形，過程為:其成形過程和傳統(tǒng)的液壓成形過程相同。上模具、下模具、左推頭和右推頭保持不動(dòng)，四者的組合作用與傳統(tǒng)液壓脹形的外模相同。液壓系統(tǒng)逐漸提高液體壓力P，左沖頭和右沖頭在軸向力F1作用下產(chǎn)生軸向位移，此時(shí)管件完全處于液壓脹形狀態(tài)，其目的是為了形成預(yù)制鼓包，為后續(xù)成形聚集更多的材料，當(dāng)沖頭進(jìn)給結(jié)束時(shí)，管件第一階段成形完成；
[0011](2)第二階段為中壓鍛造，過程為:上模具和下模具保持不動(dòng)，液壓系統(tǒng)繼續(xù)增加內(nèi)壓P，左推頭和右推頭在軸向力F2作用下，左沖頭和右沖頭在軸向力Fl作用下，同時(shí)產(chǎn)生軸向進(jìn)給，此時(shí)在內(nèi)壓輔助下，通過模具、沖頭和推頭對(duì)預(yù)制鼓包所產(chǎn)生的變形作用，與實(shí)體零件制造中的鍛造技術(shù)相同，此過程中管材的脹形部分(即預(yù)制鼓包)受到了擠鍛作用，因此被稱為液壓輔助下的鍛造，其優(yōu)勢(shì)在于可以避免成形過程中的過度減薄，并且可以實(shí)現(xiàn)很大的變形量，如果采用傳統(tǒng)液壓成形方法直接脹形，是無法達(dá)到本發(fā)明所述第二階段所示這么大的變形量，會(huì)產(chǎn)生破裂和過度減薄等缺陷。當(dāng)左沖頭和右沖頭以及左推頭、右推頭軸向進(jìn)給結(jié)束時(shí)，管件第二階段成形完成，形成了非常接近于最終零件的過渡形，此時(shí)除小圓角部位外，其他部分已經(jīng)全部貼模成形;在該階段過程中，管件內(nèi)部液體介質(zhì)的壓力始終保壓或繼續(xù)增長(zhǎng)，以防止管件在擠鍛過程中產(chǎn)生起皺或折疊等缺陷。
[0012](3)第三階段為高壓整形，過程為:此時(shí)除小圓角部位外，其他部分已經(jīng)全部貼模成形，因此該過程稱為整形階段。上模具、下模具、左推頭、右推頭、左沖頭、右沖頭都保持不動(dòng)，但是需要施加軸向*FjPF2，此時(shí)模具和推頭的組合構(gòu)成了終成形的模具，繼續(xù)提高系統(tǒng)內(nèi)壓P，小圓角處產(chǎn)生變形并貼模，此時(shí)零件完全成形，管件第三階段成形完成。如果直接采用傳統(tǒng)液壓成形方法，即使其能夠成形到本專利所述第二階段成形后的形狀，但是因?yàn)闇p薄過于嚴(yán)重，直接脹形形成小圓角會(huì)導(dǎo)致破裂缺陷的產(chǎn)生。而經(jīng)過本發(fā)明前兩個(gè)階段的準(zhǔn)備工作，最后一個(gè)階段圓角處的減薄率是完全能夠控制在要求范圍之內(nèi)。
[0013]本發(fā)明將空心管件裝配到所述成形模具中的過程為:將管件置于下模具中，上模具向下運(yùn)動(dòng)合模，左沖頭和右沖頭軸向移動(dòng)并密封管件兩端，同時(shí)對(duì)左、右沖頭施加軸向力，在低壓脹形階段能夠?qū)崿F(xiàn)軸向補(bǔ)料;所述上模具和下模具合模后形成空心柱狀結(jié)構(gòu)，所述左推頭和右推頭與模具內(nèi)壁以及管材外壁均緊密貼合，中壓階段在左沖頭和右沖頭的配合下，左推頭和右推頭能夠?qū)︻A(yù)制鼓包件產(chǎn)生擠鍛的作用;液壓系統(tǒng)對(duì)管件內(nèi)部進(jìn)行充液。
[0014]本發(fā)明方法成形過程中，上模具和下模具始終保持不動(dòng)，整個(gè)成形過程始終以液體作為提供內(nèi)壓力的介質(zhì)。
[0015]經(jīng)本發(fā)明方法成形后，可以獲得變形量大、最小圓角小的管材零件，其徑厚比小于85，變形量能達(dá)到100%，最小圓角達(dá)到Imm。
[0016]本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0017]1、通常來講，鍛造一般用于實(shí)體零件加工，可以實(shí)現(xiàn)很大的變形量，本申請(qǐng)考慮到鍛造的這一優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新性的將鍛造技術(shù)用于管材成形領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了在液壓輔助下的大變形量管材的擠鍛成形。
[0018]2、本發(fā)明方法結(jié)合了液壓成形和液壓輔助鍛造的優(yōu)勢(shì)為一體，提出了低壓脹形、中壓擠鍛、高壓整形的成形方法，可以用于成形大變形小圓角薄壁空心構(gòu)件，可以避免直接采用液壓成形技術(shù)所產(chǎn)生的過度減薄、破裂、小圓角貼模困難等缺陷。
[0019]3、本發(fā)明方法中所用裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，成本低廉，所生產(chǎn)的零件變形量高，減薄率低、貼模效果好。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明方法所用模具結(jié)構(gòu)示意圖；圖中:1_上模具，2-下模具，3-左沖頭，4-右沖頭，5-左推頭，6-右推頭，7-管材(空心管件)，8-充液孔。
[0021 ]圖2為本發(fā)明準(zhǔn)備階段和第一階段對(duì)比示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明第一階段和第二階段示對(duì)比意圖。
[0023]圖4為本發(fā)明第二階段和第三階段示對(duì)比意圖。
[0024]圖5位本發(fā)明成形過程中使用的加載路徑示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下以某一Ω型零件為例，結(jié)合附圖詳述本發(fā)明。
[0026]本發(fā)明方法所用成形模具如圖1所示，包括上模具1、下模具2、左沖頭3、右沖頭4、左推頭5和右推頭6，所述上模具I和下模具2合模后所形成的內(nèi)腔用于放置空心管件7，空心管件7的兩端分別設(shè)置左沖頭3和右沖頭4，左沖頭3和右沖頭4能夠密封空心管件7的兩端，同時(shí)對(duì)左、右沖頭施加軸向力，在低壓脹形階段能夠?qū)崿F(xiàn)軸向補(bǔ)料;所述上模具I和下模具2合模后形成空心柱狀結(jié)構(gòu)，所述左推頭5和右推頭6與模具內(nèi)壁以及管材7外壁均緊密貼合，中壓階段在左沖頭3和右沖頭4的配合下，左推頭5和右推頭6能夠?qū)︻A(yù)制鼓包件產(chǎn)生擠鍛的作用。
[0027]利用上述模具并使用液壓成形與液壓輔助鍛造相結(jié)合的技術(shù)對(duì)空心管件進(jìn)行分步成形，最終獲得所需規(guī)格的Ω形空心構(gòu)件。初始管件進(jìn)行成形的過程如下:
[0028]1、圖2至圖4中Fi表不作用于沖頭3和沖頭4的軸向力，F(xiàn)2表不作用于推頭5和推頭6的軸向力。在成形過程中，上模具I和下模具2始終保持合模狀態(tài)。圖5所示加載路徑是提供液體壓力與沖頭位移數(shù)據(jù)的曲線。
[0029]2、準(zhǔn)備階段，如圖1及圖2上半部分所示。將管材7置于下模具2中，上模具I向下運(yùn)動(dòng)合模，左沖頭3和右沖頭4軸向移動(dòng)，密封管材端部，同時(shí)左推頭5和右推頭6進(jìn)入工作位置。液壓系統(tǒng)對(duì)管件內(nèi)部進(jìn)行充液。
[0030]3、第一階段，低壓脹形，如圖2下半部分和圖3的下半部分所示。第一階段的成形過程和傳統(tǒng)的液壓成形過程相同，加載路徑如圖5的I階段所示。上模具I和下模具2保持不動(dòng)，左推頭5和右推頭6也保持不動(dòng)，4者的組合作用與傳統(tǒng)液壓脹形的外模相同。液壓系統(tǒng)逐漸提高液體壓力P，左沖頭3和右沖頭4在軸向作用下產(chǎn)生軸向位移，此時(shí)管件完全處于液壓脹形狀態(tài)，其目的是為了形成預(yù)制鼓包，為后續(xù)成形聚集更多的材料，當(dāng)沖頭進(jìn)給結(jié)束時(shí)，管件第一階段成形完成。
[0031]4、第二階段，中壓擠鍛，如圖3上半部分和圖4的上半部分所示。上模具I和下模具2保持不動(dòng)，加載路徑如圖5的II階段所示，液壓系統(tǒng)繼續(xù)增加內(nèi)壓P，左推頭5和右推頭6在軸向力F2，左沖頭3和右沖頭4在軸向力FHt用下，同時(shí)產(chǎn)生軸向進(jìn)給，此時(shí)在內(nèi)壓輔助下，通過模具、沖頭和推頭對(duì)預(yù)制鼓包所產(chǎn)生的變形作用，與實(shí)體零件制造中的鍛造技術(shù)相同，此過程中管材的脹形部分受到了擠鍛作用，因此被稱為液壓輔助下的鍛造，其優(yōu)勢(shì)在于可以避免成形過程中的過度減薄，并且可以實(shí)現(xiàn)很大的變形量，如果采用傳統(tǒng)液壓成形方法直接脹形，是無法達(dá)到圖3、圖4第二階段所示這么大的變形量，會(huì)產(chǎn)生破裂和過度減薄等缺陷。當(dāng)左沖頭3和右沖頭4以及左推頭5、右推頭6軸向進(jìn)給結(jié)束時(shí)，管件第二階段成形完成，形成了非常接近于最終零件的過渡形，此時(shí)除小圓角部位外，其他部分已經(jīng)全部貼模成形。
[0032]5、第三階段，高壓整形，此時(shí)除小圓角部位外，其他部分已經(jīng)全部貼模成形，因此該過程稱為整形階段，如圖4的下半部分所示，其加載路徑如圖5中III所示。上模具I和下模具2保持不動(dòng)，左推頭5和右推頭6以及左沖頭3、右沖頭4也保持不動(dòng)，但是需要施加軸向力FjPF2,此時(shí)模具和推頭的組合構(gòu)成了終成形的模具，繼續(xù)提高系統(tǒng)內(nèi)壓P，小圓角處產(chǎn)生變形并貼模，此時(shí)零件完全成形，管件第三階段成形完成。如果直接采用傳統(tǒng)液壓成形方法，即使其能夠成形到本專利所述第二階段成形后的形狀，但是因?yàn)闇p薄過于嚴(yán)重，直接脹形形成小圓角會(huì)導(dǎo)致破裂缺陷的產(chǎn)生。而經(jīng)過本發(fā)明前兩個(gè)階段的準(zhǔn)備工作，最后一個(gè)階段圓角處的減薄率是完全能夠控制在要求范圍之內(nèi)。
[0033]6、成形結(jié)束，開模，取出零件。
[0034]該成形后的Ω形空心構(gòu)件其變形量達(dá)到100%，最小圓角達(dá)到1mm，且該Ω形空心構(gòu)件未出現(xiàn)起皺、屈曲、破裂和圓角部位沒有完全貼模等缺陷。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大變形小圓角薄壁空心構(gòu)件的成形方法，其特征在于:該方法是使用液壓成形與液壓輔助鍛造相結(jié)合的技術(shù)對(duì)空心管件進(jìn)行分步成形，最終獲得所需規(guī)格的空心構(gòu)件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大變形小圓角薄壁空心構(gòu)件的成形方法，其特征在于:整個(gè)成形過程始終以液體作為提供內(nèi)壓力的介質(zhì)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大變形小圓角薄壁空心構(gòu)件的成形方法，其特征在于:該方法所用成形模具包括上模具、下模具、左沖頭、右沖頭、左推頭和右推頭，其中:所述上模具和下模具合模后所形成的內(nèi)腔用于放置空心管件，空心管件的兩端分別設(shè)置左沖頭和右沖頭，左沖頭和右沖頭能夠密封空心管件的兩端；同時(shí)對(duì)左、右沖頭施加軸向力，在低壓脹形階段能夠?qū)崿F(xiàn)軸向補(bǔ)料;所述上模具和下模具合模后形成空心柱狀結(jié)構(gòu)，所述左推頭和右推頭與模具內(nèi)壁以及管材外壁均緊密貼合，中壓階段在左沖頭和右沖頭的配合下，左推頭和右推頭能夠?qū)︻A(yù)制鼓包件產(chǎn)生擠鍛的作用。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大變形小圓角薄壁空心構(gòu)件的成形方法，其特征在于:該方法首先將空心管件裝配到所述成形模具中，然后對(duì)空心管件進(jìn)行分步成形，分步成形包括按順序進(jìn)行的如下三個(gè)階段: (1)第一階段為低壓脹形，過程為:上模具、下模具、左推頭和右推頭保持不動(dòng)，液壓系統(tǒng)逐漸提高液體壓力P，左沖頭和右沖頭在軸向力F1作用下產(chǎn)生軸向位移，此時(shí)管件完全處于液壓脹形狀態(tài)，形成預(yù)制鼓包后，沖頭進(jìn)給結(jié)束，管件第一階段成形完成； (2)第二階段為中壓擠鍛，過程為:上模具和下模具保持不動(dòng)，液壓系統(tǒng)繼續(xù)增加內(nèi)壓P，左推頭和右推頭在軸向力F2作用下，左沖頭和右沖頭在軸向力Fl作用下，同時(shí)產(chǎn)生軸向進(jìn)給，此時(shí)在內(nèi)壓輔助下，通過模具、沖頭和推頭對(duì)預(yù)制鼓包所產(chǎn)生的變形作用，使管材的脹形部分受到了擠鍛作用，當(dāng)左沖頭和右沖頭以及左推頭、右推頭軸向進(jìn)給結(jié)束時(shí)，管件第二階段成形完成，此時(shí)除管材脹形部分的小圓角部位外，其他部分均已經(jīng)全部貼模成形； (3)第三階段為高壓整形，過程為:上模具、下模具、左推頭、右推頭、左沖頭和右沖頭都保持不動(dòng)，但是需要施加軸向力FdPF2,，繼續(xù)提高系統(tǒng)內(nèi)壓P，使小圓角處產(chǎn)生變形并貼模，此時(shí)零件完全成形，管件第三階段成形完成。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大變形小圓角薄壁空心構(gòu)件的成形方法，其特征在于:將空心管件裝配到所述成形模具中的過程為:將管件置于下模具中，上模具向下運(yùn)動(dòng)合模，左沖頭和右沖頭軸向移動(dòng)并密封管件兩端，液壓系統(tǒng)對(duì)管件內(nèi)部進(jìn)行充液。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大變形小圓角薄壁空心構(gòu)件的成形方法，其特征在于:該方法成形過程中，上模具和下模具始終保持不動(dòng)。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大變形小圓角薄壁空心構(gòu)件的成形方法，其特征在于:經(jīng)該方法成形后，空心管件的其徑厚比小于85，變形量能達(dá)到100%，最小圓角達(dá)至Ijlmm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大變形小圓角薄壁空心構(gòu)件的成形方法，屬于薄壁管材成形技術(shù)領(lǐng)域。所用成形模具主要由上下模具、左右沖頭、左右推頭組成。該方法結(jié)合了液壓成形和液壓輔助鍛造的優(yōu)勢(shì)為一體，提出了低壓脹形、中壓擠鍛、高壓整形的成形方法，可以用于成形大變形小圓角薄壁空心構(gòu)件，可以避免直接采用液壓成形技術(shù)所產(chǎn)生的過度減薄、破裂、小圓角貼模困難等缺陷。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，成本低廉，所生產(chǎn)的零件變形量大，減薄率低、貼模效果好。
【IPC分類】B21D15/10, B23P15/00, B21J5/04
【公開號(hào)】CN105710181
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610076317
【發(fā)明人】徐勇, 馬彥, 張士宏, 陳大勇
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院金屬研究所