[发明专利]一种基于管内充液成形的特殊工艺零件的成形方法

说明书

本发明公开了一种基于管内充液成形的特殊工艺零件的成形方法，包括三维模型的创建，成形参数数值的确定，内低压压力的理论公式推导，对零件进行数值模拟分析等步骤。本发明的特征在于所用管材坯料的径向尺寸是大于模具型腔的闭合尺寸，坯料不能完全放入到模具型腔内，模具在合模时会对坯料产生挤压变形，提出在模具合模时就向管内注入了低压支撑液体辅助零件成形，并推导得到了该低压压力的理论值，定义该成形方法为内低压成形方法；后续结合管材内高压成形方法，得到了成形质量好的零件。本发明提供了一种内低压与内高压充液成形技术相结合的成形方法，丰富了现有的管材充液成形的技术，对管材内高压成形具有重要的意义。

技术领域

本发明属于管材液压成形技术领域，是一种涉及管材内低压和内高压技术相结合的管材充液成形方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的日益发展，产品的轻量化要求已经成为人们追求的目标。据统计，汽车车重每减少100kg，每公里就可以降低燃油0.28升，还能减少6～8g二氧化碳排放。汽车的轻量化指在保证汽车零件的强度和刚度等生产要求下，减轻汽车本身的重量。近几年，汽车轻量化技术发展迅速，板材内高压成形技术成为了汽车轻量化的主要方法之一。管材内高压成形技术是通过往管材内部注入液态的水、油或者其他粘性的物质，让它们充当传力介质使坯料在成形时发生塑性变形，在管材内部高压力的状态下使坯料紧密贴合模具型腔，进而获得所需要的零件。管材内高压成形技术的优势在于，凹模和板料的下表面之间增加了流体润滑，可以减小有害的摩擦阻力，可以降低零件的局部缺陷，成形出质量更好的零件。

由于轻量化时代的要求，冷成形性差的材料以及具有复杂结构的零件得到了广泛应用。随着有限元分析技术的发展，管材成形的数值模拟精度大幅提高，这也为研究管材内高压成形方法提供了有力的支撑技术。国内外的研究者在相关领域已经开展了大量的工作，但都主要集中在研究管内高压成形的参数上，主要研究坯料管径小于模具尺寸，可以完全放入已经闭合的模具型腔内。多数学者都是对管材的内高压成形过程进行分析，很少考虑到坯料尺寸对零件成形的影响。事实上，如果坯料径向尺寸大，在模具闭合过程中会受到凸模和凹模的挤压作用，容易出现起皱、屈曲、和开裂问题，会产生加工硬化及壁厚尺寸的变化，难以满足零件的成形要求。基于此问题，本发明提出一种涉及管材内低压和内高压技术相结合的管材充液成形方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种涉及管材内低压和内高压技术相结合的管材充液成形方法，主要是解决管件坯料径向尺寸大，在模具闭合过程中会受到凸模和凹模的挤压作用的问题，本发明提出了具有普遍意义的一种涉及管材内低压和内高压技术相结合的管材充液成形方法，使用此方法成形所需要的零件，可以降低零件在成形过程中表面出现起皱和破裂的可能，可以得到成形质量更好的产品。基于背景技术里提出的问题，本发明提出在坯料径向尺寸大的情况下时，在模具合模时，先往管内注入较低压力的液体，在坯料内部提供一个内部支撑力，防止由于合模力过大而使坯料出现起皱和破裂的情况。然后再结合管材内高压成形技术对坯料进行成形，最终得到成形质量更好的产品。

本文涉及一种基于管内充液成形的特殊工艺零件的成形方法，其步骤包括：

步骤1、利用三维软件构建零件模型，并建立管材零件三维模具型面；

步骤2、推导得到了内低压压力p₀的理论计算公式：

其中：p₀为内低压压力，单位：Mpa；σ_s为材料的屈服强度，单位：Mpa；r为圆坯材料的内管半径，单位：mm；t为圆坯材料的厚度，单位：mm；F为模具的合模力，单位：N；S为坯料在水平面上的投影面积，单位：mm²；σ₀为合模时坯料所受到的压应力，单位：Mpa；在模具合模时，把由推导得到的内低压压力，注入到管材内部；