CN107617664B - 一种面向大型复杂多特征板材零件的刚柔复合成形工艺 - Google Patents
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Abstract
一种面向大型复杂多特征板材零件的刚柔复合成形工艺是基于板材充液成形工艺的一种新型衍生工艺，兼具充液成形和刚性模成形的优点。其包括将液室快速补液，放置板材坯料在液室法兰上，压边圈下行将坯料压住，随后凸模下行接触板料后，以一定速度继续下行，同时向液室腔内加载液体以增压，坯料在凸模和液压力的综合作用下发生弹塑性变形，大部分特征尺寸成形，局部小特征、超小圆角部分成形。下行至一定深度，凸模与设置在液室底部的局部刚性镶块精准合模整形，使未在充液成形阶段成形到位的部分成形到位，实现刚柔复合。本发明可有效提高零件整体成形精度，降低成形所需设备吨位，极大地拓宽充液成形技术成形零件的复杂程度和功能要求范围。
Description
技术领域
本发明属于金属塑性成形技术领域，特别是涉及一种面向大型复杂多特征板材零件的刚柔复合成形工艺。
背景技术
在航空、航天及汽车等制造领域，随着近年来对产品在极端条件下运行性能要求的不断提高，越来越多的薄壁、具有复杂曲面及局部小特征和超小圆角的板材零件被广泛使用，并且成形零件表面质量要求很高，不得有任何划伤，这进一步增加了制造难度，给成形制造带来了较大困难。
板材充液成形技术是一种采用液体作为传力介质代替传统刚性模具传递载荷，使坯料在液体压力作用下贴靠凸模或凹模，实现金属板材零件成形的先进柔性成形工艺。具有节省工序、简化模具结构、降低成本等优点。成形出的零件具有成形精度高，表面质量好，壁厚分布均匀，回弹小、成形极限高等优点。但利用充液成形技术成形复杂多局部特征薄壁零件时，由于介质压力的限制，虽然大部分特征已完全贴模成形，但局部难成形小特征并未充分成形。对于已成形大部分特征的复杂零件，为了成形局部小特征，若只是简单的提高成形压力，则势必会大大增加设备吨位，提高生产成本。同时，因为零件大部分特征在低压阶段已成形，增加设备吨位对零件整体成形质量并不会显著改善。若成形后辅助其他工艺，则会产生二次装配误差，一方面无法保证小特征尺寸的位置精度从而影响了零件的整体性能，严重的话，导致整个大型件报废，造成资源浪费。另一方面无法保证零件的精密性能和整体成形质量。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种不增加设备吨位，一次安装可精准完成成形与整形全部工艺动作的面向大型复杂多特征板材零件的刚柔复合成形工艺。
为了达到上述目的，本发明提供的面向大型复杂多特征板材零件的刚柔复合成形工艺包括按顺序进行的下列步骤：
1)模具安装在板材充液成形设备上，调试完成后，对液室腔内进行清理，防止存留杂质在成形时对零件表面造成划伤。通过液室上的进液口向液室腔内快速加载液体，加载程度为液体未从液室圆角边缘溢流即可。
2)将初始坯料放置在成形模具液室上并通过定位装置定位，密封圈安装在坯料边缘外侧，防止液体泄漏，保持液室压力。压边圈下行合模，通过压边力控制将坯料压紧在液室法兰上。
3)凸模快速下行至坯料上表面后，按设定速度继续下行，同时通过液室上的进液口开始向成形模具液室腔内按设定压力曲线加载液压，板料在高压液体作用下贴靠凸模，发生弹塑性变形，实现复杂多特征零件的大部分特征尺寸成形和局部小特征、超小圆角的部分成形。
4)液室底部设置有局部刚性镶块，对于局部小特征、超小圆角等未在充液成形阶段成形到位的部分，凸模下行过程中，通过与液室底部局部刚性模精准合模整形，使其成形到位，实现大型复杂多特征板材零件的整体精准成形。
5)泄压开模，将零件取出，切除多余的工艺补充面，得到所需的大型复杂多特征板材零件。
所述的刚柔复合成形模具由凸模、压边圈、液室、局部整形镶块和密封圈组成。其中凸模带有零件全部型面(包括关键小特征和非关键特征)；压边圈压料面和液室法兰面，根据工艺需要可采用与零件曲率随形；整形模采用可拆卸镶块形式，材料选用耐磨性好的材料。
本发明提供的一种面向大型复杂多特征板材零件的刚柔复合成形工艺是基于板材液压成形工艺的一种新型衍生工艺。既可以充分发挥液压成形零件表面质量好、尺寸精度高、零件壁厚均匀、回弹小的优点，又可以发挥刚性模成形局部小特征、超小圆角的优势。在航空航天、汽车等领域特种材料复杂构件的制造中，尤其是对于具有多种小特征尺寸(小凸包、超小圆角、小压痕等)的复杂构件的成形、整形等方面具有广阔应用前景，极大地拓宽了液压成形技术成形零件的复杂程度和功能要求范围。
本发明中的刚柔复合成形模具，一次安装完成后，可精准实现成形与整形全部工艺动作，保证了零件整体精度。同时，局部刚性镶块的使用，可大大降低液压成形该类零件所需的设备吨位，缩短了模具研配调试时间，提高了生产效率。局部刚性模采用镶块形式，增加了模具的柔性，可便于后续修模过程，提高修模效率。
附图说明
图1是本发明提供的面向大型复杂多特征板材零件的刚柔复合成形工艺原理示意图。
图2是本发明提供的面向大型复杂多特征板材零件的刚柔复合成形工艺充液成形阶段示意图。
图3是本发明提供的面向大型复杂多特征板材零件的刚柔复合成形工艺局部刚模整形阶段示意图。
图中：1凸模；2压边圈；3液室进液口；4液室；5液室内腔；6模具密封圈；7板材坯料；8局部刚性镶块及零件关键小特征；9零件上非关键特征。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提供的面向大型复杂多特征板材零件的刚柔复合成形工艺进行详细说明。
如图1-图3所示，本发明提供的面向大型复杂多特征板材零件的刚柔复合成形工艺包括按照顺序进行的下列步骤：
1)模具安装调试完成后，对液室腔5内进行清理，防止内部存留杂质。然后，通过液室4上的进液口3向液室腔5内快速加载液体，加载程度为液体未从液室圆角边缘溢流即可。
2)选择1.0mm厚的铝合金5182板材作为坯料7，将坯料7放置在成形模具液室4上，通过定位装置定位，压边圈2下行合模、施加120MPa压边力，密封圈6密封，压边力将坯料7压紧在液室法兰上。
3)凸模1按设定速度下行，同时通过液室上的进液口3向成形模具液室腔5内按设定压力曲线加载液压，板料7在高压液体作用下贴靠凸模1，发生弹塑性变形，实现复杂多特征零件的大部分特征尺寸成形和局部小特征、超小圆角等关键特征8的部分成形。
4)液室4底部设置有局部刚性镶块8，对于局部小特征、超小圆角等未在充液成形阶段成形到位的部分，凸模1下行过程中，通过与液室4底部局部刚性镶块8精准合模整形，使其成形到位，实现大型复杂多特征板材零件的整体精准成形。
5)泄压开模，将零件取出，切除多余的工艺补充面，得到所需的大型复杂多特征板材零件。
Claims (5)
1.一种面向大型复杂多特征板材零件的刚柔复合成形工艺，其特征在于：所述的面向大型复杂多特征板材零件的刚柔复合成形工艺包括按顺序进行的下列步骤：
1)模具安装调试完成后，对液室腔( 5) 内进行清理，防止内部存留杂质，然后，通过液室( 4) 上的进液口( 3) 向液室腔( 5) 内快速加载液体，加载程度为液体未从液室圆角边缘溢流即可；
2)将初始板料( 7) 放置在成形模具液室( 4) 上，通过定位装置定位，压边圈( 2) 下行合模、密封圈( 6) 密封，压边力将板料( 7) 压紧在液室法兰上；
3)凸模( 1) 按设定速度下行，同时通过液室上的进液口( 3) 向成形模具液室腔( 5)内按设定压力曲线加载液压，板料( 7) 在高压液体作用下贴靠凸模( 1) ，发生弹塑性变形，实现复杂多特征板材零件的大部分特征尺寸成形和局部小特征、超小圆角关键特征(8) 的部分成形；
4)液室( 4) 底部设置有局部刚性镶块( 8) ，所述局部刚性镶块( 8) 上设置有板材零件上的关键小特征；对于局部小特征、超小圆角未在充液成形阶段成形到位的部分，凸模( 1) 下行过程中，通过与液室( 4) 底部局部刚性镶块( 8) 精准合模整形，使其成形到位，实现大型复杂多特征板材零件的整体精准成形；
5)泄压开模，将零件取出，切除多余的工艺补充面，得到所需的大型复杂多特征板材零件。
2.根据权利要求1所述的面向大型复杂多特征板材零件的刚柔复合成形工艺，其特征在于：成形过程既可以充分发挥液压成形零件表面质量好、尺寸精度高、零件壁厚均匀、回弹小的优点，又可以发挥刚性模成形局部小特征、超小圆角的优势。
3.根据权利要求1所述的面向大型复杂多特征板材零件的刚柔复合成形工艺，其特征在于：模具一次安装，完成成形与整形全部工艺动作，保证了零件整体精度。
4.根据权利要求1所述的面向大型复杂多特征板材零件的刚柔复合成形工艺，其特征在于：局部刚性镶块的使用，增加了模具的柔性，缩短了模具研配调试时间，提高了生产效率，同时便于后续修模过程，提高修模效率。
5.根据权利要求1所述的面向大型复杂多特征板材零件的刚柔复合成形工艺，其特征在于：解决了大型复杂多特征板材零件充液成形所需设备吨位大的问题。
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