[发明专利]金属薄壁曲面件的局部小特征冲击成形装置及方法

说明书

本发明公开了一种金属薄壁曲面件的局部小特征冲击成形装置及方法，涉及金属薄壁零件成形技术领域，冲击成形模具设有冲击成形部，冲击成形部为与局部小特征相对应的凸起部；成形支撑模具能够对未成形局部小特征的金属薄壁曲面件进行支撑固定，且成形支撑模具设有与冲击成形部相配合的凹陷部；冲击加载单元包括导轨、爆炸弹和引爆块，引爆块和爆炸弹均设置于导轨内，通过引爆块能够击发爆炸弹以对冲击成形模具施加瞬时冲击载荷，在冲击加载单元的冲击加载下，冲击成形部在凹陷部的配合作用下能够对未成形局部小特征的金属薄壁曲面件冲击以成形局部小特征。生产操作方便，生产成本低，生产效率高，成形效果好，并能够在极端环境下成形使用。

技术领域

本发明涉及金属薄壁零件成形技术领域，特别是涉及一种金属薄壁曲面件的局部小特征冲击成形装置及方法。

背景技术

金属薄壁曲面零件在航空、航天、汽车及电子产品中有非常广泛的应用，例如飞机蒙皮、汽车外覆盖件和内部整体B柱、智能电子产品金属外壳等。为了形成合理的气动流场、满足精密的连接关系、获得艺术造型等不同目的，在金属薄壁曲面零件上往往存在局部的凸起、凹陷、棱线等特征。

通常，可将金属薄壁曲面构件的结构特征分为整体宏观形状和局部特殊结构。由于零件的宏观形状和局部特殊结构在曲率变化速度、圆角半径大小等方面差异明显，在成形这些形状和特征时材料的变形流动也完全不同，因此需要采用不同的成形方法来分别成形。对于整体尺寸较大的曲面薄壁件，因坯料刚度小，在成形宏观形状和局部特征时，一般都需要用模具对坯料进行约束，然后利用刚性凸模、流体介质或电磁力进行加载成形，相应的成形方法称为冲压成形、流体胀形、电磁成形。

冲压成形时，需要凸模和凹模相配合实现对板坯的加载。在利用整体模具将板坯成形出大范围的宏观形状后，再利用小模具局部独立成形出内凹、外凸或棱线等小特征。但是，整体成形模具和局部小模具的加工制作、独立控制和配合都很困难。流体胀形时，利用高压的液体或气体等流体介质将坯料压靠到凹模上。在成形宏观形状时，所需介质压力相对较小，但是在成形局部小特征时往往需要50MPa甚至更高的介质压力。由于介质压力一般是同时作用在整个坯料上，因此往往导致需要很大吨位的压力机才能抵消高压介质产生的反力，这就对设备的合模力、控制精度等提出很高要求。而且，不论是冲压成形还是流体胀形，在板坯上施加的都是准静态的载荷，坯料的成形速度相对较慢，所以容易出现明显的整体回弹，在集中载荷作用区的邻近区域也会产生较明显的变形，从而影响最终构件的精度。此外，在成形局部小特征时，因为变形主要集中在较小的区域且变形量大，材料更容易减薄开裂，因此对材料的成形性能提出更高要求。

电磁成形是利用电磁力对板坯进行快速加载，材料在很高的应变速率下变形，而且模具与坯料间不存在复杂的摩擦力作用，因此有利于提高材料的成形性能。但是，在成形局部小特征时，电磁成形需要采用专用且体积较大的装备和模具，其与整体成形模具之间常形成干涉，实施难度大。近年来出现的液体冲击成形是利用高速锤等来驱动液体介质，进而对金属板坯表面产生快速的高压作用。但是，这种成形方法同样需要专用的设备以在模具和板坯上短时间建立起高压环境，实施难度较大，目前还无法用于大尺寸薄壁曲面件的局部小特征成形。

概括而言，在成形金属薄壁曲面件上的局部小特征时，现有的冲压成形、流体胀形、电磁成形或液体冲击成形等方法因需要专用的装备和复杂的模具工装，所以成本很高、效率低。当局部小特征与相邻区域的形状、曲率半径、圆角半径等差异较大时，在有限的狭窄空间中往往难以甚至无法实现整体成形模具和局部小特征成形模具的合理布置和协调工作。为此，需要一种能够灵活地在待成形金属薄壁曲面件的局部区域产生足够大的作用力、足够高的加载速度，以使板坯发生快速、集中变形的成形技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属薄壁曲面件的局部小特征冲击成形装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，生产操作方便，生产成本低，生产效率高，成形效果好，并能够在极端环境下成形使用。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：