[发明专利]锥形件充液拉深成形时防止悬空区破裂的装置及成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及锥形件充液拉深成形悬空区破裂的装置及成形方法。

背景技术

板材成形加工中，对于成形与凸模形状尺寸一致的高径比大于1的板材零件，普通拉深难以一次成形。目前通常采用流体作为传力介质来辅助成形加工，其原理是使板材在流体背压力作用下贴靠凸模，背压作用增强坯料与凸模的摩擦效果，形成有益摩擦力，可抵消凸模圆角处坯料的部分拉应力，提高变形坯料的承载能力，从而避免凸模圆角处材料的破裂，实现板材零件成形。以流体为传力介质的板材零件充液拉深成形技术以其工艺柔性高、制模简单、成形零件质量好等优点日益得到广泛的重视，能够克服常规冲压成形方式的不足，尤其适合在一道工序内成形变形量大的复杂板材零件。该工艺问世后，大高径比、型面复杂的零件已被应用到航空、汽车、电子产品等制造业中。近年来，随着高压液压系统和相关控制技术的发展，以流体为传力介质的板材成形技术在国内外得到了广泛应用并得以迅猛发展。由于许多新材料受板材成形性能以及成形技术本身的约束，对于高径比大、锥角大的锥形件，采用刚性压边装置的充液拉深在成形过程中会形成较大的悬空区。在压边圈施加一定压边力，拉深凸模以一定速度向下进行拉深，在液室(凹模)内的背压力的作用下进行充液拉深成形，形成悬空区。由于没有任何支撑，悬空区在液压作用下容易被胀破，所以施加的背压力大小受到限制，而锥形件拉深时要克服凸模底部圆角处的破裂，需要更大的背压力。所以，为避免悬空区破裂要降低背压力与为克服凸模圆角处破裂需要增大背压力二者产生矛盾，施加的背压力大小受到限制，在一道工序仍无法实现较深或者锥角大的零件的成形。而多道次成形不仅造成加工成本增加、加工周期延长，而且多道成形的累积，影响零件壁厚的均匀性，无法满足航空、航天领域特殊使用条件对零件壁厚、气动力学性能等方面的要求。

发明内容

本发明为了解决现有成形技术对于高径比大、锥角大的锥形件，采用刚性压边装置的充液拉深在成形过程中会形成较大的悬空区，在压边圈施加一定压边力，拉深凸模以一定速度向下进行拉深，在液室(凹模)内的背压力的作用下进行充液拉深成形，受悬空区胀形破裂因素的影响，施加的背压力大小受到限制，靠一道工序仍无法实现较深或者锥角大的零件的成形，多道次成形增加成本、加工周期延长，而且多道成形的累积，影响零件壁厚均匀性的问题，提供了一种锥形件充液拉深成形时防止悬空区破裂的装置及成形方法，解决上述问题的具体技术方案如下：

本发明防止悬空区破裂的装置，它包含流体介质腔体1、凹模2、刚性压边圈3、凸模4和柔性支撑环5，凹模2设置在流体介质腔体1的上方，凹模2的下平面与流体介质腔体1的上平面固定连接，刚性压边圈3设在凹模2的上方，刚性压边圈3内环开有凹槽，柔性支撑环5设在凹槽内，板材坯料6放置在刚性压边圈3与凹模2之间，流体介质腔体1的上表面中心处开有口的介质腔8，流体介质腔体1的左下方设有与介质腔8相通的注液孔9，注液孔9与液压系统连通。

柔性支撑环5采用橡胶材料。

采用本发明的装置进行充液拉深锥形件成形的方法，该方法的步骤如下：

步骤一、首先将腔体1上的注液孔9与液压系统连接，然后向介质腔8内注入流体介质10；

步骤二、然后在凹模2上表面放置预成形板材坯料6；

步骤三、通过液压机的压边缸控制刚性压边圈3向下移动至与成形板材坯料6的上平面相接触，并施加压边力，压边力的大小为刚性压边圈3、凹模2之间的板材坯料6所受到夹持部分的法兰区面积与单位压边力的乘积；

步骤四、通过液压机的主缸控制凸模4向下移动，施加到凸模4上的力大于凸模最大截面面积与反向压力的乘积，凸模4与成形板材坯料6接触后，继续下压，同时通过液压系统对腔体1内的流体介质10加压使其对成形板材坯料6产生反向压力，反向压力控制在15Mpa～25Mpa，直到成形板材坯料6随凸模4进入凹模2内，反向压力卸载，即完成锥形件充液拉深成形。