[发明专利]一种深腔薄壁盒形构件小圆角推挤成形装置

说明书

本发明属于深腔薄壁金属构件的成形制造领域，提出了一种深腔薄壁盒形构件局部小圆角推挤成形装置。利用刚性模具包裹约束侧壁及底面，能够提供极高的约束力，实现约束侧壁不变形不失稳。将变形限定在圆角区，从而将拉深获得的深腔薄壁构件上的大圆角推挤成形为小圆角，能够实现四周及底面小圆角的推挤成形，有效解决圆角区贴模度差、局部圆角尺寸精度不足等问题。与现有的深腔薄壁构件的成形方法相比，此装置无须加工多种刚性模具，且无需使用昂贵的高档伺服设备，所用动力原件均为简单气动装置，对于大批量生产来说可以大幅降低生产成本。

技术领域

本发明涉及深腔薄壁金属构件的成形制造领域，具体涉及一种深腔薄壁盒形构件小圆角推挤成形装置。

背景技术

在航空、航天、汽车等领域，深腔薄壁金属构件是一种非常重要且应用广泛的构件。图1所示为典型深腔薄壁金属构件，根据构件的几何形状，通常将深腔薄壁金属构件分为轴对称筒形件、非轴对称盒形件；轴对称筒形件具有底面圆角a，非轴对称盒形件具有底面圆角a和侧壁圆角b。目前，深腔薄壁构件的批量化生产大多采用刚性模具多道次拉深成形的方法，每一道次的拉深成形只使坯料发生一定程度的变形，在相邻道次之间需对坯料进行必要的热处理，因此实际生产效率较低。当构件为几何形状非轴对称的盒形件时，则又会出现拉深件法兰区严重增厚、侧壁靠近底部圆角区严重减薄的问题，导致最终构件上壁厚分布不均，出现局部起皱、开裂、贴模度差以及局部圆角尺寸不足等问题。因此，深腔薄壁盒形构件的精密成形及批量化生产难度很大。为了降低制造难度，通常将深腔薄壁构件设计成轴对称的圆筒形状，且底部圆角半径一般大于5倍的原始坯料壁厚。目前，针对圆角半径大于5倍壁厚的圆筒形深腔薄壁构件的成形技术已经比较成熟，可以实现大批量生产。

随着航空航天、汽车、高铁等高端装备对于结构轻量化的要求越来越高，需要实现单个构件的轻量化设计与制造以及多个构件的合理布局和组合。为此，需要将薄壁构件设计成具有更小圆角的非对称深腔薄壁构件，如图1(b)中的方盒形件。当采用具有很小圆角的(如圆角半径为原始坯料壁厚的2～3倍)四边形或多边形盒形深腔构件进行组合时，可显著减小相邻构件之间的间隙、增强组装结构的整体刚度、提高各独立构件内部的有效空腔容积。例如，新能源汽车中的锂电池盒就是一种具有极小圆角半径的方盒形深腔薄壁构件，是一种用量很大且难以替代的重要构件。但是，目前针对这种构件的成形技术还不成熟，更不具备量产条件。

发明专利(专利号CN201610689208.8)提出一种针对薄壁零件小圆角特征的胀压复合成形方法。该方法通过预成形和终成形两道次液压成形工序，预成形为被动式充液拉深，获得高度略大于最终零件、圆角略大于最终小圆角的中间坯料，终成形为胀压复合成形，利用带有局部小圆角的凸模和内部液压复合作用成形出筒形件底部的小圆角。这种方法虽可用于成形筒形件底部的小圆角，但是采用该方法及装置存在如下缺点和不足：(1)由于最终的底部小圆角是通过内部液体压力胀形坯料，使坯料贴靠凸模上的圆角区域而获得的，一套凸模和凹模只能成形出一个特定尺寸的局部小圆角；(2)因凸模和凹模为整体结构，凸模只能单方向压缩预成形坯料以成形底部的小圆角，而无法成形侧壁的小圆角；(3)在预成形获得的形状不规则的深腔薄壁坯料的内腔建立密封环境难度很大，既需要实现充液、增压、调压的复杂液压系统以保证坯料内腔的压力，又需要驱动凸模精确运动的高档伺服压力机，设备复杂且昂贵；(4)所能成形的最小圆角尺寸受限，当圆角尺寸极小时成形质量较差或无法成形，易出现侧壁失稳、圆角与直线段过渡区凸起等问题。上述方法和装置对于深腔薄壁盒形件底部小圆角进行成形的条件较为苛刻，无法实现深腔薄壁盒形构件上底部圆角和侧壁圆角的同时成形，且能够成形的极小圆角尺寸仍然受到一定局限。

针对现有的方法在成形具有极小圆角半径深腔薄壁构件的过程中，出现的拉深件法兰区严重增厚、侧壁靠近底部圆角区严重减薄，导致构件上壁厚分布不均、局部起皱、开裂、贴模度差以及局部圆角尺寸不足，加工适应性差、只能成形底部圆角，以及需要使用高档伺服装备所带来的高生产成本等问题，亟需设计一种深腔薄壁盒形构件小圆角推挤成形装置。

发明内容