一種提高板材成形極限的裝置的製作方法
2023-06-02 04:45:21 1
專利名稱：一種提高板材成形極限的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬板材熱充液(熱介質)成形工藝，具體涉及一種提高板材成形極限的裝置。
背景技術：
板材充液成形技術是採用液體作為傳力介質來代替部分成形模，使板材在高壓液體的作用下貼模，以實現金屬板材零件成形的製造技術。作為一種先進的柔性成形技術，充液成形具有成形極限高、零件尺寸精度高、表面質量好等突出優點，特別適合成形加工航空領域的複雜結構薄壁件及低塑性材料，如鋁合金、鎂合金、鋁鎂合金、高溫合金以及複雜結構拼焊板等。熱介質成形技術是21世紀初期迅速發展起來的最具創新性的塑性成形技術。 熱介質成形是採用高溫熱流體介質作為傳力介質，並以此代替部分模具成形零件的一種製造方法。熱介質成形具有熱成形與充液成形的雙重優點，因此也有人將熱介質成形稱之為熱充液成形。在流體壓力誘導的厚向應力參與下，利用熱介質成形，材料的塑性和延展性顯著提高，屈服強度迅速下降，破裂傾向減小。鑑於這些優點，越來越多的研究者對充液成形、熱介質成形技術展開了更深入的研究工作。然而鋁合金、鎂合金等輕質材料的硬化指數和異性指數小、普通工藝成形性能差、塑性指標低等因素以成為其成形加工的瓶頸，為此，提高零件的成形極限是鋁合金、鎂合金等低塑性、難成形輕質板材零件成形的有效途徑之一。而許多薄壁件由於拉深比大、坯料法蘭部分變形而造成拉深件底部因拉應力過大而破裂，利用普通的充液成形技術成形仍然受到限制。為此，學術界提出了板材雙向加壓充液成形工藝以及板材雙向加壓熱態充液成形工藝。板材雙向加壓充液成形工藝即在成形前，使板材的正反兩面均充有具有一定初始壓力的高壓液體，然後增加正面的壓力，反面的壓力稍減小或保持不變，板材靠其正反兩面的壓力差完成成形。板材雙向加壓充液成形工藝與普通充液成形工藝相比，材料成形極限大大提高；板材雙向加壓熱態充液成形工藝則是在成形前，使板材的正反兩面均充有具有一定初始壓力的高壓液體，加熱板材本身和板材正面的液體介質，使板材加熱至一定的溫度，然後增加板材正面的壓力，反面的壓力稍減小或保持不變；並且和板材直接貼緊的成形模在成形過程中用循環冷卻水冷卻，板材靠其正反兩面的壓力差完成成形工藝；而板材正反兩面流體介質的溫度差有助於實現板材成形極限的提高。在公開號為CN 101274343A的發明專利中，公開了一種提高板材充液拉深成形極限的裝置及方法。該裝置由壓邊圈、凹模、凸模、傳力杆和彈簧組成；壓邊圈置於凹模的上部，壓邊圈的型腔與凹模的凹模型腔同軸且孔徑相同，凸模的一端置於型腔內，傳力杆的一端置於壓邊圈和凹模之間，傳力杆的另一端與彈簧固結。該發明屬於另一種形式的能提高充液拉深成形極限的裝置及方法，該裝置只針對板材的充液拉深成形，沒有考慮板材的充液脹形工藝；該裝置在充液成形過程中也不能對板材進行加熱，不能實現板材的熱態充液成形。目前，國內對於金屬板材雙向加壓充液成形工藝以及金屬板材雙向加壓熱充液成形工藝的研究還僅僅停留在理論階段，同時也缺乏相應的成形設備對這兩種新型工藝的成形性能進行試驗驗證，這極大地限制了新型工藝的發展。
發明內容
本發明的目的是為了解決上述問題，提出一種提高板材成形極限的裝置，該裝置能很好的完成金屬板材的雙向加壓充液成形加工及試驗、板材的雙向加壓熱充液成形加工以及試驗功能。該板材雙向加壓熱充液成形裝置的自動化程度高、應用範圍廣，其高集成度能有效的降低加工成本；能有效地提高板材的成形極限；且該板材雙向加壓熱充液成形裝置使用安全，便於操作，使用過程噪音低、無汙染。—種提高板材成形極限的裝置，包括上模裝置、下凹模、流體壓力產生裝置A、流體壓力產生裝置B、溢流閥A和溢流閥B ；板材位於上模裝置和下凹模之間；上模裝置中的具體部件內部設有型腔，型腔側面設置有注液孔B，注液孔B和型腔接通，注液孔B的外埠與流體壓力產生裝置B連接，流體壓力產生裝置B中的低壓腔連接溢流閥B ；上模裝置中與板材接觸的成形模內部還設有冷卻水孔；下凹模內部空腔形成下凹模型腔，下凹模內設置有加熱單元，下凹模底面設置有注液孔A，注液孔A和下凹模型腔接通，注液孔A的外埠與流體壓力產生裝置A連接，流體壓力產生裝置A中的低壓腔連接溢流閥A。本發明的優點在於(1)本發明提出一種提高板材成形極限的裝置，自動化程度高、應用範圍廣；(2)本發明提出一種提高板材成形極限的裝置，其高集成度能有效的降低試驗成本；(3)本發明提出一種提高板材成形極限的裝置，使用安全，便於操作，能很好的滿足現代企事業單位的工作要求；(4)本發明提出一種提高板材成形極限的裝置，使用過程中噪音低、無汙染。(5)本發明提出一種提高板材成形極限的裝置的加熱單元對板材進行加熱與恆溫控制，升溫效率高、誤差小；(6)本發明提出一種提高板材成形極限的裝置的冷卻水孔在板材熱充液成形過程中注入冷卻水，用於保持和板材接觸的成形模是冷的，從而保證板材在熱充液成形過程中為差溫成形，以實現板材成形極限的提高，並且提高了裝置的使用壽命及效率。(7)本發明提出一種提高板材成形極限的裝置的流體壓力產生裝置A與下凹模型腔連接，流體壓力產生裝置B與背壓型腔、成形凹模型腔連接，流體壓力產生裝置A和流體壓力產生裝置B各自獨立，在板材成形過程中兩者提供的液體壓力不相等，便於板材的成形，並且便於兩者採用不同的流體介質。(8)本發明提出一種提高板材成形極限的裝置不僅適用於常溫金屬板材的充液成形工藝，也適用於高溫金屬板材的充液成形工藝。
圖1為本發明的具體實施方式
一的結構示意圖；圖2為本發明的具體實施方式
二的結構示意圖中1-下凹模，2-下凹模型腔，3-加熱單元，4-板材，5-壓邊圈，6-背壓型腔， 7-密封圈，8-凸模，9-冷卻水孔，10-注液孔B，11-流體壓力產生裝置B，12-溢流閥B， 13-注液孔A，14-流體壓力產生裝置A，15-溢流閥A，16-成形凹模型腔；17-成形凹模。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。本發明是一種提高板材成形極限的裝置，裝置主要包括上模裝置、下凹模1、流體壓力產生裝置A14、流體壓力產生裝置B11、溢流閥A15和溢流閥B12。板材4位於上模裝置和下凹模1之間。上模裝置中的具體部件內部設有型腔，用於儲存高壓液體；型腔側面設置有注液孔B10，注液孔BlO和型腔接通，注液孔BlO的外埠通過管路與流體壓力產生裝置Bll連接，流體壓力產生裝置Bll中的低壓腔連接溢流閥B12 ；上模裝置內部還設有冷卻水孔9，用於注入冷卻水以保持上模裝置中與板材緊貼的成形模在板材4的成形過程中是冷的。下凹模1內部空腔形成下凹模型腔2，用於儲存高壓液體；下凹模1內設置有加熱單元3，用於板材成形時對板材4和下凹模型腔2內的液體進行加熱；下凹模1底面設置有注液孔A13，注液孔A13和下凹模型腔2接通，注液孔A13的外埠通過管路與流體壓力產生裝置A14連接，流體壓力產生裝置A14中的低壓腔連接溢流閥A15 ；型腔的內部形狀根據板材需要的成形形狀確定。流體壓力產生裝置A14、流體壓力產生裝置Bll用於提供成形過程中所需的高壓液體壓力，流體壓力產生裝置A14產生高壓液體壓力的壓力為P1，流體壓力產生裝置Bll產生高壓液體壓力的壓力為P2,流體壓力產生裝置A14將高壓液體通過注液孔A13注入下凹模型腔2，流體壓力產生裝置Bll將高壓液體通過注液孔BlO注入型腔，溢流閥A15、溢流閥B12分別與流體壓力產生裝置A14、流體壓力產生裝置Bll中的低壓腔連接，通過設定溢流閥A15、溢流閥B12的壓力，可間接控制和平衡下凹模型腔2、型腔內的高壓液體壓力大小。所述的上模裝置具體可根據成形零件的需要而確定。所述的加熱單元3可為加熱管、加熱絲或者其他加熱元件。所述的流體壓力產生裝置A14、流體壓力產生裝置Bll為增壓器、倍加器、放大器、 手動泵、電動泵、普通油缸、伺服油缸、普通氣缸、伺服氣缸、數字油缸或數字氣缸。所述的高壓液體即為流體介質，流體介質為油、氣體、玻璃膠或者陶瓷顆粒。所述的上模裝置適用於但不限於以下兩種具體實施方式
。
具體實施方式
一一種提高板材成形極限的裝置，如圖1所示，上模裝置具體為 壓邊圈5、背壓型腔6、密封圈7和凸模8。壓邊圈5置於下凹模1的上部，壓邊圈5中間為中空結構，與下凹模1的下凹模型腔2同軸且孔徑相同，凸模8的一端位於壓邊圈5中空結構內部，與壓邊圈5之間形成背壓型腔6，壓邊圈5上設置有注液孔B10，注液孔BlO和背壓型腔6連接，注液孔BlO外埠通過管路和流體壓力產生裝置Bll連接，用於板材成形時將流體壓力產生裝置Bll產生的高壓液體引入背壓型腔6內；背壓型腔6用於儲存從流體壓力產生裝置Bll注入的高壓液體； 凸模8內設置有冷卻水孔9，用於注入冷卻水以保持凸模8在板材4的成形過程中是冷的； 密封圈7安裝在壓邊圈5上，凸模8下行時，密封圈7和凸模8 —起將背壓型腔6的上端密封，以防止背壓型腔6內的高壓液體外溢。所述密封圈7為高溫密封圈，以承受對板材進行高溫成形時的溫度。板材4位於壓邊圈5和下凹模1之間，凸模8下行，進行板材成形。在板材4成形過程中，背壓型腔6內的高壓液體壓力小於下凹模型腔2內的高壓液體壓力。
具體實施方式
二 一種提高板材成形極限的裝置，如圖2所示，上模裝置具體為 成形凹模17和成形凹模型腔16。成形凹模17置於下凹模1的上部，成形凹模17內部設有凹形空腔，凹形空腔形成成形凹模型腔16，成形凹模17分別設置有冷卻水孔9和注液孔B10，冷卻水孔9用於注入冷卻水以保持成形凹模17在板材4的成形過程中是冷的；注液孔BlO和成形凹模型腔16 接通，注液孔BlO外埠通過管路與流體壓力產生裝置Bll連接，用於板材成形時將流體壓力產生裝置Bll產生的高壓液體引入成形凹模型腔16內。成形凹模型腔16用於儲存從流體壓力產生裝置Bll注入的高壓液體。板材4位於成形凹模17和下凹模1之間。在板材4成形過程中，成形凹模型腔16 內的高壓液體壓力小於下凹模型腔2內的高壓液體壓力。應用本發明所述的具體實施方式
一對板材進行常溫下的充液成形加工，包括以下幾個步驟(1)調節流體壓力產生裝置A14，使之產生持續的流體介質經注液孔A13注入到下凹模型腔2內，流體液面與下凹模1的上表面基本持平；(2)在下凹模1的上表面放置板材4 ；(3)控制壓邊圈5下行至與板材4接觸；(4)控制凸模8在壓邊圈5的中空結構內下移，與板材4接觸後繼續向下凹模型腔 2下壓，同時通過控制流體壓力產生裝置A14，使流體介質經注液孔A13注入到下凹模型腔 2內，並通過對流體介質加壓，對板材4施加正向壓力P1 ；同時控制流體壓力產生裝置B11， 使流體介質經注液孔BlO注入到背壓型腔6內並對背壓型腔6內的流體介質加壓，使流體介質對板材4施加與P1反向的壓力P2，直到板材4全部壓入下凹模1，並且在液壓力P1的作用下板材4貼緊凸模8，加壓過程結束；(5)將反向壓力P2、正向壓力P1洩壓，然後控制凸模8、壓邊圈5上移，取出成形零件，加工完成。應用本發明所述的具體實施方式
一對板材進行高溫下的充液成形加工，包括以下幾個步驟(1)調節流體壓力產生裝置A14，使之產生持續的流體介質經注液孔A13注入到下凹模型腔2內，流體液面與下凹模1的上表面基本持平；(2)在下凹模1的上表面放置板材4 ；(3)開啟加熱單元3，開始加熱，直至板材4加熱到所需的溫度；(4)控制壓邊圈5下行至與板材4接觸；(5)控制凸模8在壓邊圈5的中空結構內下移，同時將循環冷卻水注入冷卻水孔 9，凸模8與板材4接觸後繼續向下凹模型腔2下壓，同時通過控制流體壓力產生裝置A14， 使流體介質經注液孔A13注入到下凹模型腔2內，並通過對流體介質加壓，對板材4施加正向壓力P1 ；同時控制流體壓力產生裝置B11，使流體介質經注液孔BlO注入到背壓型腔6內並對背壓型腔6內的流體加壓，使流體對板材4施加與P1反向的壓力P2，直到板材4全部壓入下凹模1，並且在液壓力P1的作用下板材4貼緊凸模8，加壓過程結束；(6)關閉加熱單元，將反向壓力P2、正向壓力P1洩壓，然後控制凸模8、壓邊圈5上移，取出成形零件，加工完成。應用本發明所述的具體實施方式
二對板材進行常溫下的充液成形加工，包括以下幾個步驟(1)調節流體壓力產生裝置A14，使之產生持續的流體介質經注液孔A13注入到下凹模型腔2內，流體液面與下凹模1的上表面基本持平；(2)在下凹模1的上表面放置板材4 ；(3)控制成形凹模17下行至與板材4接觸；(4)控制流體壓力產生裝置A14，使流體介質經注液孔A13繼續注入到下凹模型腔 2內，並通過對流體加壓，對板材4施加正向壓力P1 ；同時控制流體壓力產生裝置B11，使流體介質經注液孔BlO繼續注入到背壓型腔6內並對背壓型腔6內的流體介質加壓，使流體介質對板材4施加與P1反向的壓力P2，板材4在液壓力P1的作用下變形，並逐漸向成形凹模型腔16內貼靠，直至板材4完全貼緊到成形凹模型腔16上，加壓過程結束；(5)將反向壓力P2、正向壓力P1洩壓，然後控制成形凹模17上移，取出成形零件， 加工完成。應用本發明所述的具體實施方式
二對板材進行高溫下的充液成形加工，包括以下幾個步驟(1)調節流體壓力產生裝置A14，使之產生持續的流體介質經注液孔A13注入到下凹模型腔2內，流體液面與下凹模1的上表面基本持平；(2)在下凹模1的上表面放置板材4 ；(3)開啟加熱單元3，開始加熱，直至板材4加熱到所需的溫度；(4)控制成形凹模17下行至與板材4接觸，並將循環冷卻水注入冷卻水孔9 ；(5)控制流體壓力產生裝置A14，使流體介質經注液孔A13繼續注入到下凹模型腔 2內，並通過流體加壓，對板材4施加正向壓力P1 ；同時控制流體壓力產生裝置B11，使流體介質經注液孔BlO繼續注入到背壓型腔6內並對背壓型腔6內的流體介質加壓，使流體介質對板材4施加與P1反向的壓力P2，板材4在液壓力P1的作用下變形，並逐漸向成形凹模型腔16內貼靠，直至板材4完全貼緊到成形凹模型腔16上，加壓過程結束；(6)關閉加熱單元，將反向壓力P2、正向壓力P1洩壓，然後控制成形凹模17上移， 取出成形零件，加工完成。
權利要求
1.一種提高板材成形極限的裝置，其特徵在於，包括上模裝置、下凹模、流體壓力產生裝置A、流體壓力產生裝置B、溢流閥A和溢流閥B ；板材位於上模裝置和下凹模之間；上模裝置中的具體部件內部設有型腔，型腔側面設置有注液孔B，注液孔B和型腔接通，注液孔B的外埠與流體壓力產生裝置B連接，流體壓力產生裝置B中的低壓腔連接溢流閥B ；上模裝置中與板材接觸的成形模內部還設有冷卻水孔；下凹模內部空腔形成下凹模型腔，下凹模內設置有加熱單元，下凹模底面設置有注液孔A，注液孔A和下凹模型腔接通，注液孔A的外埠與流體壓力產生裝置A連接，流體壓力產生裝置A中的低壓腔連接溢流閥A。
2.根據權利要求1所述的一種提高板材成形極限的裝置，其特徵在於，所述的型腔的內部形狀根據板材零件所需的成形形狀確定。
3.根據權利要求1所述的一種提高板材成形極限的裝置，其特徵在於，所述的加熱單元為加熱管、加熱絲或者其他加熱元件。
4.根據權利要求1所述的一種提高板材成形極限的裝置，其特徵在於，所述的流體壓力產生裝置A、流體壓力產生裝置B為增壓器、倍加器、放大器、手動泵、電動泵、普通油缸、 伺服油缸、普通氣缸、伺服氣缸、數字油缸或數字氣缸。
5.根據權利要求1所述的一種提高板材成形極限的裝置，其特徵在於，所述的流體壓力產生裝置A、流體壓力產生裝置B向下凹模型腔、型腔提供的流體介質為油、氣體、玻璃膠或者陶瓷顆粒。
6.根據權利要求1、3、4、5任意一項所述的一種提高板材成形極限的裝置，其特徵在於，所述的上模裝置具體為壓邊圈、背壓型腔、密封圈和凸模；壓邊圈置於下凹模的上部， 壓邊圈中間為中空結構，與下凹模的下凹模型腔同軸且孔徑相同，凸模的一端位於壓邊圈中空結構內部，與壓邊圈之間形成背壓型腔，壓邊圈上設置有注液孔B，注液孔B和背壓型腔連接，注液孔B外埠和流體壓力產生裝置B連接，凸模內設置有冷卻水孔，密封圈安裝在壓邊圈上，防止背壓型腔內的高壓液體外溢。
7.根據權利要求6所述的一種提高板材成形極限的裝置，其特徵在於，所述的密封圈為高溫密封圈。
8.根據權利要求6所述的一種提高板材成形極限的裝置，其特徵在於，所述的背壓型腔內的高壓液體壓力小於下凹模型腔內的高壓液體壓力。
9.根據權利要求1、3、4、5任意一項所述的一種提高板材成形極限的裝置，其特徵在於，所述的上模裝置具體為成形凹模和成形凹模型腔；成形凹模置於下凹模的上部，成形凹模內部設有凹形空腔，凹形空腔形成成形凹模型腔，成形凹模分別設置有冷卻水孔和注液孔B，注液孔B和成形凹模型腔接通，注液孔B外埠與流體壓力產生裝置B連接。
10.根據權利要求9所述的一種提高板材成形極限的裝置，其特徵在於，所述的成形凹模型腔內的高壓液體壓力小於下凹模型腔內的高壓液體壓力。
全文摘要
本發明公開了一種提高板材成形極限的裝置，包括上模裝置、下凹模、流體壓力產生裝置A、流體壓力產生裝置B、溢流閥A和溢流閥B；上模裝置內部設有型腔，型腔側面設置有注液孔B，注液孔B和型腔接通，注液孔B的外埠與流體壓力產生裝置B連接，流體壓力產生裝置B中的低壓腔連接溢流閥B；上模裝置內部還設有冷卻水孔；下凹模內部空腔形成下凹模型腔，下凹模內設置有加熱單元，下凹模底面設置有注液孔A，注液孔A和下凹模型腔接通，注液孔A的外埠與流體壓力產生裝置A連接，流體壓力產生裝置A中的低壓腔連接溢流閥A。本發明可提高板材充液成形工藝中的成形極限，且其自動化程度高、應用範圍廣、使用安全，便於操作。
文檔編號B21D26/031GK102284588SQ201110157938
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月13日 優先權日2011年6月13日
發明者劉寶勝, 李慧麗, 杜平梅, 蔡高參, 郎利輝 申請人:北京航空航天大學