專利名稱：復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬板材成形裝置和方法，具體涉及一種復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形裝置和方法。
背景技術(shù)：
薄壁復(fù)雜曲面空腔零件是一類較為典型的殼體結(jié)構(gòu)件，成形的主要難點(diǎn)是由于構(gòu)成空腔的殼體為薄壁復(fù)雜曲面，且該空腔的截面尺寸變化較大。對(duì)于截面尺寸變化較小的零件，通常采用管材擴(kuò)徑或縮徑(如管材液壓成形、電磁成形)等成形方法。而對(duì)于截面變化較大的零件，依靠管材擴(kuò)徑成形的方法受到管材最大膨脹率的限制，容易導(dǎo)致管材局部極度減薄，甚至破裂；同樣，依靠管材縮徑成形的方法容易導(dǎo)致局部材料失穩(wěn)起皺和材料堆積、折疊等缺陷。對(duì)于薄壁復(fù)雜曲面空腔零件的成形制造，現(xiàn)有技術(shù)是采用板材沖壓、拉深等方法分別成形出局部曲面，然后通過(guò)焊接組合在一起構(gòu)成空腔零件，這種方法不足之處 在于成形工序多、需要多套成形模具，成形后的復(fù)雜曲面件焊接難度大、焊接變形大、殘余應(yīng)力高、焊縫多。因而，傳統(tǒng)成形方法難以保證該類零件的成形性和可靠性。板材液壓成形是采用液體代替剛性模具作為傳力介質(zhì)，使板材成形的一種柔性成形新技術(shù)，包括液體代替凹模或液體代替凸模兩類。其中，液體代替凸模成形又分為單板液壓成形和雙板液壓成形。雙板液壓成形是將兩張板材周邊焊接后，通過(guò)合模壓力機(jī)壓在上下模具里，然后由兩張板材中間預(yù)留的充液口充入高壓液體，最后兩張板材在內(nèi)部高壓液體作用下分別貼靠到上下模腔內(nèi)，從而可以成形出腔體零件。雙板液壓成形的工藝優(yōu)勢(shì)在于使用一套模具裝置一步成形出零件，取代了傳統(tǒng)沖壓或拉深工藝的單件成形或多步成形；此外，板材可以根據(jù)零件需要配對(duì)組合，可以是不同材料、不同厚度的板材，因此可以顯著提高材料利用率，實(shí)現(xiàn)材料、結(jié)構(gòu)輕量化，縮短了成形工藝步驟，同時(shí)也節(jié)省了模具、設(shè)備和手工的費(fèi)用，因而提高了生產(chǎn)效率。然而，現(xiàn)有雙板液壓成形技術(shù)的不足之處在于充液口的液體密封壓力由合模力提供，因而需要施加足夠的合模力以保證兩張板材之間的液體密封，液體密封無(wú)法控制，從而導(dǎo)致法蘭處的板材很難流入模具型腔，板材是在液壓作用下產(chǎn)生大的脹形變形，而對(duì)于復(fù)雜曲面空腔零件的成形，較大的脹形變形使壁厚減薄嚴(yán)重而導(dǎo)致破裂，最終無(wú)法成形零件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有用于復(fù)雜曲面零件的沖壓和拉深成形技術(shù)存在焊接變形大，焊接殘余應(yīng)力較高的問(wèn)題，以及雙板液壓成形技術(shù)存在在成形初期，需要較大的合模力壓制雙板坯以保證充液口的液體密封，在成形復(fù)雜曲面空腔零件時(shí)，導(dǎo)致型腔兩端的板坯很難流入模具型腔，較大的脹形變形使壁厚減薄，零件難以成形的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形裝置及方法。本發(fā)明為解決上述問(wèn)題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明的復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形裝置，所述裝置包括上模和下模，所述裝置還包括下充液鑲塊、上充液鑲塊、彈性部件、第一密封圈和第二密封圈，上模的下端面上具有上型腔，下模的上端面上具有下型腔，上模和下模完全閉合后上型腔和下型腔構(gòu)成待成形零件的空腔，與上型腔相鄰的上模的下端面上加工有一個(gè)上凹槽，下模的上端面上與上凹槽正對(duì)的位置處加工有一個(gè)下凹槽，上凹槽內(nèi)由上至下依次設(shè)置有彈性部件和上充液鑲塊，彈性部件分別與上模和上充液鑲塊固定連接，上充液鑲塊與上凹槽的側(cè)壁滑動(dòng)接觸，上充液鑲塊的下端面上具有凹坑，凹坑的表面為半球面，位于上型腔和上凹槽之間的上模的下端面設(shè)置有第一凹槽，位于第一凹槽和凹坑之間的上充液鑲塊的下端面上設(shè)置有第二凹槽，上模和下模完全閉合后第一凹槽和第二凹槽連通，且第一凹槽和第二凹槽高度相同，所述第一凹槽和第二凹槽用于上板坯形成凸埂，下凹槽內(nèi)設(shè)置有下充液鑲塊，下充液鑲塊與下模的側(cè)壁滑動(dòng)接觸，下充液鑲塊的上端面上與凹坑正對(duì)的位置處設(shè)置有一個(gè)與凹坑相配合的凸棱，凸棱的表面為半球面，下模的側(cè)壁面加工有指向下充液鑲塊的第一通道，下充液鑲塊的下端面上加工有穿過(guò)凸棱并與第一通道連通的第二通道，位于第二通道外側(cè)的下充液鑲塊的下端面上設(shè)置有第一密封槽，第一密封槽內(nèi)安裝有第一密封圈，下充液鑲塊的上端面上沿凸棱的周向設(shè)置有齒，上充液鑲塊的下端面上與齒相對(duì)應(yīng)的位置處設(shè)置有與齒相咬合的齒槽，位于齒外側(cè)的下充液鑲塊的上端面上設(shè)置有第二密封槽，第二密封槽內(nèi)安裝有第二密封圈，上充液鑲塊與下充液鑲塊通過(guò)齒和齒槽相咬合的結(jié)構(gòu)方式以及第二密封圈 密封的方式實(shí)現(xiàn)密封。本發(fā)明的復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形方法的具體步驟為步驟一、根據(jù)復(fù)雜曲面空腔零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)板坯形狀，采用沖孔或鉆孔的方法，在下板坯的一端上加工一個(gè)和凸棱的形狀大小相同的凸孔，采用壓制的方法在上板坯的與第一凹槽和第二凹槽對(duì)應(yīng)位置處壓制出凸梗，以保證成形過(guò)程中高壓液體的充入；步驟二、將下板坯和上板坯沿周邊對(duì)焊形成封閉的焊縫，構(gòu)成雙板坯件；步驟三、將焊接后的下板坯和上板坯形成的雙板坯件放在下模上，使下板坯上的凸孔穿過(guò)下充液鑲塊上的凸棱，上板坯的凸梗的部分進(jìn)入第一凹槽和第二凹槽內(nèi)；步驟四、上模向下運(yùn)動(dòng)與下模合模，在合模的過(guò)程中，在彈性部件的作用下，上充液鑲塊首先與雙板還件接觸，上充液鑲塊和下充液鑲塊之間的雙板還件被逐漸壓緊，在壓緊過(guò)程中，上板坯的凸梗的端部被凸棱和凹坑壓制出一個(gè)與凸棱或凹坑相配合的凸起，直至下模和上模完全閉合，此時(shí)，上模上施加合模力F ；步驟五、經(jīng)第一通道和第二通道注入液體壓力為P的液體，液體通過(guò)下板坯與凸梗之間的間隙充入下板坯與上板坯之間，位于上型腔和下型腔之間的上板坯和下板坯分別發(fā)生拉深和脹形的復(fù)合變形，上板坯逐漸貼靠在上型腔的型腔面上，上板坯逐漸貼靠在下模型腔的型腔面上；步驟六、增加合模力F和液體壓力P，上板坯完全緊密貼合在上型腔的型腔面上，下板坯完全緊密貼合在下型腔的型腔面上，成形得到復(fù)雜曲面空腔零件；步驟七、成形結(jié)束后，通過(guò)第一通道和第二通道導(dǎo)出液體，打開(kāi)上模和下模取出成形后的復(fù)雜曲面空腔零件。本發(fā)明的有益效果是一、本發(fā)明的裝置在下模上設(shè)置了下充液鑲塊，上模上設(shè)置了上充液鑲塊，上模和上充液鑲塊之間內(nèi)置彈性部件，彈性部件分別與上模和上充液鑲塊固定連接，上模和下模閉合后，彈性部件可以單獨(dú)給下充液鑲塊和上充液鑲塊之間提供壓合力，而不受合模力的影響，同時(shí)，上充液鑲塊與下充液鑲塊通過(guò)齒和齒槽相咬合的結(jié)構(gòu)方式以及第二密封圈密封的方式實(shí)現(xiàn)液體密封，上充液鑲塊與下充液鑲塊通過(guò)齒和齒槽相咬合的結(jié)構(gòu)方式，可以約束充液鑲塊之間的板坯移動(dòng)和變形，上充液鑲塊與下充液鑲塊通過(guò)齒和齒槽相咬合的結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要可以設(shè)I道至3道齒或齒槽，第二密封圈密封的方式可以根據(jù)需要設(shè)I至3圈，上述結(jié)構(gòu)中，上充液鑲塊受彈性部件的單獨(dú)控制，上充液鑲塊在彈性部件的作用下對(duì)下充液鑲塊提供合適的壓力，能有效克服現(xiàn)有雙板液壓工藝中充液口處，在板坯成形初期，需要較大的合模力壓制雙板坯以保證充液口的液體密封，本發(fā)明在成形初期，在較小的合模力作用下，能實(shí)現(xiàn)板材拉深和脹形復(fù)合成形，有效的解決了現(xiàn)有現(xiàn)有雙板液壓技術(shù)在成形初期，需要較大的合模力壓制雙板坯以保證充液口的液體密封，在成形復(fù)雜曲面空腔零件時(shí)，型腔兩端的板坯很難流入模具型腔，較大的脹形變形使壁厚減薄，零件難以成形的問(wèn)題。二、本發(fā)明的下充液鑲塊和上充液鑲塊均為獨(dú)立可更換的鑲塊式結(jié)構(gòu)，當(dāng)成形板材厚度發(fā)生變化時(shí)，可以根據(jù)板材厚度修改下充液鑲塊和上充液鑲塊之間的配合尺寸，而無(wú)需修改下模和上模；
三、本發(fā)明的成形方法是將焊接工藝安排在成形工藝前，且沿平板的周邊進(jìn)行焊接，避免了傳統(tǒng)制造工藝先成形后焊接導(dǎo)致的復(fù)雜曲面零件焊接變形問(wèn)題，焊接效率明顯提高，提高了 50% _80%，焊接殘余應(yīng)力在成形過(guò)程中隨著變形逐漸釋放，比傳統(tǒng)先成形后焊接殘余應(yīng)力顯著降低，降低了 40% -70% ;兩張板坯的焊接由于是沿周邊的封閉式焊接，焊接強(qiáng)度比傳統(tǒng)的點(diǎn)焊強(qiáng)度顯著提高，提高了 30% -50% ；四、板材在高壓液體作用下發(fā)生拉深和脹形的復(fù)合變形，與傳統(tǒng)沖壓成形相比具有壁厚均勻性好提高了 10% -30%、尺寸精度高，提高了 5% -20%、表面質(zhì)量高和剛性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，成形性和可靠性好；五、本發(fā)明可以根據(jù)零件形狀靈活設(shè)計(jì)板坯尺寸，截面形狀不受變形率制約，板坯件軸線可以是直線或者曲線，板坯件形狀可以是空間不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)不同板材零件或上下腔深度差別較大的復(fù)雜曲面零件成形，適應(yīng)性好。


圖I是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明的彈性部件為由聚氨酯或橡膠制成的彈性部件的局部連接結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是上模和下模閉合后雙板坯件置于上模和下模之間的狀態(tài)圖，圖4是雙板坯件在液體壓力P的作用下成形過(guò)程圖，圖5是圖4中的雙板坯件成形結(jié)束后得到的復(fù)雜曲面空腔零件狀態(tài)圖，圖6是雙板坯件在液體壓力P和下板坯在液體壓力Pl的作用下的成形過(guò)程圖，圖7是雙板坯件在液體壓力P和上板坯在液體壓力P2的作用下的成形過(guò)程圖，圖8是雙板坯件在液體壓力P、下板坯在液體壓力P4，上板坯在液體壓力P3的共同作用下的成形過(guò)程圖，圖9是一種焊接后的雙板坯件的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖10是圖9的A-A向視圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖I-圖10說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形裝置包括上模2和下模I，所述裝置還包括下充液鑲塊3、上充液鑲塊4、彈性部件5、第一密封圈6和第二密封圈7，上模2的下端面上具有上型腔2-1，下模I的上端面上具有下型腔1-1，上模2和下模I完全閉合后上型腔2-1和下型腔1-1構(gòu)成待成形零件的空腔13，與上型腔2-1相鄰的上模2的下端面上加工有一個(gè)上凹槽2-2，下模I的上端面上與上凹槽2-2正對(duì)的位置處加工有一個(gè)下凹槽1-3，上凹槽2-2內(nèi)由上至下依次設(shè)置有彈性部件5和上充液鑲塊4，彈性部件5分別與上模2和上充液鑲塊4固定連接，上充液鑲塊4與上凹槽2-2的側(cè)壁滑動(dòng)接觸，上充液鑲塊4的下端面上具有凹坑4-1，凹坑4-1的表面為半球面，位于上型腔2-1和上凹槽2-2之間的上模2的下端面設(shè)置有第一凹槽2-4，位于第一凹槽2-4和凹坑4-1之間的上充液鑲塊4的下端面上設(shè)置有第二凹槽4-3，上模2和下模I完全閉合后第一凹槽2-4和第二凹槽4-3連通，且第一凹槽2-4和第二凹槽4-3高度相同，所述第一凹槽2-4和第二凹槽4-3用于上板坯10形成凸埂10-1，下凹槽1-3內(nèi)設(shè)置有下充液鑲塊3，下充液鑲塊3與下模I的側(cè)壁滑動(dòng)接觸，下充液鑲塊3的上端面上與凹坑4-1正對(duì)的位置處設(shè)置有一個(gè)與凹坑4-1相配合的凸棱3-1,凸棱3-1的表面為半球面,下模I的側(cè)壁面加工有指向下充液鑲塊3的第一通道1-2，下充液鑲塊3的下端面上加工有穿過(guò)凸棱3-1并與第一通道1-2連通的第二通道3-5，位于第二通道3-5外側(cè)的下充液鑲塊3的下端面上設(shè)置有第一密封槽3-4，第一密封槽3-4內(nèi)安裝有第一密封圈6，下充液鑲塊3的上端 面上沿凸棱3-1的周向設(shè)置有齒3-2，上充液鑲塊4的下端面上與齒3-2相對(duì)應(yīng)的位置處設(shè)置有與齒3-2相咬合的齒槽4-2,位于齒3-2外側(cè)的下充液鑲塊3的上端面上設(shè)置有第二密封槽3-3，第二密封槽3-3內(nèi)安裝有第二密封圈7，上充液鑲塊4與下充液鑲塊3通過(guò)齒3-2和齒槽4-2相咬合的結(jié)構(gòu)方式以及第二密封圈7密封的方式實(shí)現(xiàn)密封。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖I說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述彈性部件5為彈簧。如此設(shè)置，上模和下模閉合后，彈簧可以給上充液鑲塊與下充液鑲塊之間提供壓合力，而不受上模和下模的合模力的影響，液體密封可單獨(dú)控制，滿足設(shè)計(jì)要求和成形需要。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述彈性部件5為由聚氨酯制成的彈性部件。如此設(shè)置，上模和下模閉合后，聚氨酯可以給上充液鑲塊與下充液鑲塊之間提供壓合力，而不受上模和下模的合模力的影響，液體密封可單獨(dú)控制，滿足設(shè)計(jì)要求和成形需要。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述彈性部件5為由橡膠制成的彈性部件。如此設(shè)置，上模和下模閉合后，橡膠可以給上充液鑲塊與下充液鑲塊之間提供壓合力，而不受上模和下模的合模力的影響，液體密封可單獨(dú)控制，滿足設(shè)計(jì)要求和成形需要。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖7說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述裝置還包括第三密封圈12，位于上型腔2-1的外側(cè)的上模2的下端面上設(shè)置有一圈第三密封槽2-5，第三密封槽2-5內(nèi)安裝有第三密封圈12，上模2的側(cè)壁面上加工有與上型腔2-1連通的第三通道2-6。本實(shí)施方式通過(guò)第三通道2-6給上板坯10施加一個(gè)背向液體壓力，單獨(dú)控制上板坯10的變形，從而有效改善上板坯10的壁厚分布，使上板坯10的變形更加均勻，可以實(shí)現(xiàn)上型腔較深的復(fù)雜曲面零件成形。如此設(shè)置，滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際成形需要。其它與具體實(shí)施方式
一、二、三、或四相同。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述裝置還包括第四密封圈8，位于下型腔1-1外側(cè)的下模I的上端面上設(shè)置有一圈第四密封槽1-5，第四密封槽
1-5內(nèi)安裝有第四密封圈8，下模I的側(cè)壁面上加工有與下型腔1-1連通的第四通道1-4。本實(shí)施方式通過(guò)第四通道1-4給下板坯9施加一個(gè)背向液體壓力，單獨(dú)控制下板坯9的變形，從而有效改善下板坯9的壁厚分布，使下板坯9的變形更加均勻，可以實(shí)現(xiàn)下型腔較深的復(fù)雜曲面零件成形。如此設(shè)置，滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際成形需要。其它與具體實(shí)施方式
一、二、三、或四相同。
具體實(shí)施方式
七，結(jié)合圖3-圖10說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式利用如具體實(shí)施方式
一至六中任意一個(gè)具體實(shí)施方式
所述的復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形裝置實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面空腔零件成形方法，所述的復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形方法的具體步驟為步驟一、根據(jù)復(fù)雜曲面空腔零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)板坯形狀，采用沖孔或鉆孔的方法，在下板還9的一端上加工一個(gè)和凸棱3-1的形狀大小相同的凸孔9-1,米用壓制的方法在上板坯10的與第一凹槽2-4和第二凹槽4-3對(duì)應(yīng)位置處壓制出凸梗10-1，以保證成形過(guò)程中高壓液體的充入； 步驟二、將下板坯9和上板坯10沿周邊對(duì)焊形成封閉的焊縫11，構(gòu)成雙板坯件；步驟三、將焊接后的下板坯9和上板坯10形成的雙板坯件放在下模I上，使下板坯9上的凸孔穿過(guò)下充液鑲塊3上的凸棱3-1，上板坯10的凸梗10-1的部分進(jìn)入第一凹槽
2-4和第二凹槽4-3內(nèi)；步驟四、上模2向下運(yùn)動(dòng)與下模I合模，在合模的過(guò)程中，在彈性部件5的作用下，上充液鑲塊4首先與雙板坯件接觸，上充液鑲塊4和下充液鑲塊3之間的雙板坯件被逐漸壓緊，在壓緊過(guò)程中，上板坯10的凸梗10-1的端部被凸棱3-1和凹坑4-1壓制出一個(gè)與凸棱3-1或凹坑4-1相配合的凸起，直至下模2和上模I完全閉合，此時(shí)，上模2上施加合模力F;步驟五、經(jīng)第一通道和第二通道7注入液體壓力為P的液體，液體通過(guò)下板坯9與凸梗10-1之間的間隙充入下板坯9與上板坯10之間，位于上型腔2-1和下型腔1-1之間的上板坯10和下板坯9分別發(fā)生拉深和脹形的復(fù)合變形，上板坯9逐漸貼靠在上型腔2-1的型腔面上，上板坯10逐漸貼靠在下模型腔1-1的型腔面上；步驟六、增加注入液體壓力P，上板坯10完全緊密貼合在上型腔2-1的型腔面上，下板坯9完全緊密貼合在下型腔1-1的型腔面上，成形得到復(fù)雜曲面空腔零件；步驟七、成形結(jié)束后，通過(guò)第一通道1-2和第二通道3-5導(dǎo)出液體，打開(kāi)上模2和下模I取出成形后的復(fù)雜曲面空腔零件。本實(shí)施方式中將成形后的空腔零件，根據(jù)實(shí)際需要機(jī)械切除上充液鑲塊和下充液鑲塊所壓區(qū)域的板坯，并焊接封口，進(jìn)而形成需要的封閉腔體。本實(shí)施方式所述的液體介質(zhì)可以為礦物油或水。
具體實(shí)施方式
八，結(jié)合圖7說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟五中經(jīng)第一通道1-2和第二通道3-5注入液體，同時(shí)，向上型腔2-1內(nèi)充入液體壓力為P2的液體，且P2小于P，P_P2記為Λ P2，其中AP2的取值范圍為IMPa lOOMPa，液體壓力為P2的液體對(duì)上板坯10施加背向壓力。本實(shí)施方式在上板坯10施加一個(gè)背向壓力，單獨(dú)控制上板坯10的變形，從而有效改善上板坯10的壁厚分布，使上板坯10的變形更加均勻，可以實(shí)現(xiàn)上型腔較深的復(fù)雜曲面零件成形。如此設(shè)置，滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際成形需要。其它與具體實(shí)施方式
七相同。
具體實(shí)施方式
九，結(jié)合圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟五中經(jīng)第一通道1-2和第二通道3-5注入液體，同時(shí)，向下型腔1-1內(nèi)充入液體壓力為Pl的液體，且Pl小于P,P-Pl記為AP1，其中AP1的取值范圍為IMPa lOOMPa，液體壓力為Pl的液體對(duì)下板坯9施加背向壓力。本實(shí)施方式在下板坯9施加一個(gè)背向壓力，單獨(dú)控制下板坯9的變形，從而有效改善下板坯9的壁厚分布，使下板坯9的變形更加均勻，可以實(shí)現(xiàn)下型腔較深的復(fù)雜曲面零件成形。如此設(shè)置，滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際成形需要。其它與具體實(shí)施方式
七相同。
具體實(shí)施方式
十，結(jié)合圖8說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟五中經(jīng)第一通道1-2和第二通道3-5注入液體，同時(shí)，向上型腔2-1內(nèi)充入液體壓力為P3的液體，且P3小于P，P_P3記為Λ P3,其中AP3的取值范圍為IMPa lOOMPa，液體壓力為P3的液體對(duì)上板坯10施加背向壓力，向下型腔1-1內(nèi)充入液體壓力為P4的液體，且P4小于P，P-P4記為ΛΡ4，其中AP4的取值范圍為IMPa lOOMPa，液體壓力為P4的液體對(duì)下板坯9施加背向壓力。本實(shí)施方式可以通過(guò)給上板還10和下板還9各施加一個(gè)背向壓力，從而分別控制上板還和 下板坯的變形，使兩張板坯變形更加均勻或協(xié)調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)不同板材零件或上下腔深度差別較大的復(fù)雜曲面零件成形。如此設(shè)置，滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際成形需要。其它與具體實(shí)施方式
七相同。
權(quán)利要求
1.復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形裝置，所述裝置包括上模(2)和下模(I)，其特征在于所述裝置還包括下充液鑲塊(3)、上充液鑲塊(4)、彈性部件(5)、第一密封圈(6)和第二密封圈(7)，上模(2)的下端面上具有上型腔(2-1)，下模(I)的上端面上具有下型腔(1-1)，上模(2)和下模(I)完全閉合后上型腔(2-1)和下型腔(1-1)構(gòu)成待成形零件的空腔(13)，與上型腔(2-1)相鄰的上模(2)的下端面上加工有一個(gè)上凹槽(2-2)，下模(I)的上端面上與上凹槽(2-2)正對(duì)的位置處加工有一個(gè)下凹槽(1-3)，上凹槽(2-2)內(nèi)由上至下依次設(shè)置有彈性部件(5)和上充液鑲塊(4)，彈性部件(5)分別與上模(2)和上充液鑲塊(4)固定連接，上充液鑲塊(4)與上凹槽(2-2)的側(cè)壁滑動(dòng)接觸，上充液鑲塊(4)的下端面上具有凹坑(4-1)，凹坑(4-1)的表面為半球面，位于上型腔(2-1)和上凹槽(2-2)之間的上模(2)的下端面設(shè)置有第一凹槽(2-4)，位于第一凹槽(2-4)和凹坑(4-1)之間的上充液鑲塊(4)的下端面上設(shè)置有第二凹槽(4-3)，上模(2)和下模(I)完全閉合后第一凹槽(2-4)和第二凹槽(4-3)連通，且第一凹槽(2-4)和第二凹槽(4-3)高度相同，所述第一凹槽(2-4)和第二凹槽(4-3)用于上板坯(10)形成凸埂(10-1)，下凹槽(1-3)內(nèi)設(shè)置有下充液鑲塊(3)，下充液鑲塊(3)與下模(I)的側(cè)壁滑動(dòng)接觸，下充液鑲塊(3)的上端面上與凹坑(4-1)正對(duì)的位置處設(shè)置有一個(gè)與凹坑(4-1)相配合的凸棱(3-1),凸棱(3-1)的表面為半球面,下模(I)的側(cè)壁面加工有指向下充液鑲塊(3)的第一通道(1-2)，下充液鑲塊(3)的下端面上加工有穿過(guò)凸棱(3-1)并與第一通道(1-2)連通的第二通道(3-5)，位于第二通道(3-5)外側(cè)的下充液鑲塊(3)的下端面上設(shè)置有第一密封槽(3-4)，第一密封槽(3-4)內(nèi)安裝有第一密封圈￠)，下充液鑲塊(3)的上端面上沿凸棱(3-1)的周向設(shè)置有齒(3-2)，上充液鑲塊(4)的下端面上與齒(3-2)相對(duì)應(yīng)的位置處設(shè)置有與齒(3-2)相咬合的齒槽(4-2)，位于齒(3-2)外側(cè)的下充液鑲塊(3)的上端面上設(shè)置有第二密封槽(3-3)，第二密封槽(3-3)內(nèi)安裝有第二密封圈(7)，上充液鑲塊⑷與下充液鑲塊(3)通過(guò)齒(3-2)和齒槽(4-2)相咬合的結(jié)構(gòu)方式以及第二密封圈(7)密封的方式實(shí)現(xiàn)密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形裝置，其特征在于所述彈性部件(5)為彈黃。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形裝置，其特征在于所述彈性部件(5)為由聚氨酯制成的彈性部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形裝置，其特征在于所述彈性部件(5)為由橡膠制成的彈性部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形裝置，其特征在于所述裝置還包括第三密封圈(12)，位于上型腔(2-1)的外側(cè)的上模(2)的下端面上設(shè)置有一圈第三密封槽(2-5)，第三密封槽(2-5)內(nèi)安裝有第三密封圈(12)，上模(2)的側(cè)壁面上加工有與上型腔(2-1)連通的第三通道(2-6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形裝置，其特征在于所述裝置還包括第四密封圈(8)，位于下型腔(1-1)外側(cè)的下模(I)的上端面上設(shè)置有一圈第四密封槽(1-5)，第四密封槽(1-5)內(nèi)安裝有第四密封圈(8)，下模(I)的側(cè)壁面上加工有與下型腔(1-1)連通的第四通道(1-4)。
7.利用如權(quán)利要求I至6的任意一個(gè)權(quán)利要求所述的復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形裝置實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面空腔零件成形方法，其特征在于所述的復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形方法的具體步驟為 步驟一、根據(jù)復(fù)雜曲面空腔零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)板坯形狀，采用沖孔或鉆孔的方法，在下板坯(9)的一端上加工一個(gè)和凸棱(3-1)的形狀大小相同的凸孔(9-1)，采用壓制的方法在上板坯(10)的與第一凹槽(2-4)和第二凹槽(4-3)對(duì)應(yīng)位置處壓制出凸梗(10-1)，以保證成形過(guò)程中高壓液體的充入； 步驟二、將下板坯(9)和上板坯(10)沿周邊對(duì)焊形成封閉的焊縫(11)，構(gòu)成雙板坯件； 步驟三、將焊接后的下板坯(9)和上板坯(10)形成的雙板坯件放在下模(I)上，使下板坯(9)上的凸孔穿過(guò)下充液鑲塊(3)上的凸棱(3-1)，上板坯(10)的凸梗(10-1)的部分進(jìn)入第一凹槽(2-4)和第二凹槽(4-3)內(nèi)； 步驟四、上模(2)向下運(yùn)動(dòng)與下模(I)合模，在合模的過(guò)程中，在彈性部件(5)的作用下，上充液鑲塊(4)首先與雙板坯件接觸，上充液鑲塊(4)和下充液鑲塊(3)之間的雙板坯件被逐漸壓緊，在壓緊過(guò)程中，上板坯(10)的凸梗(10-1)的端部被凸棱(3-1)和凹坑(4-1)壓制出一個(gè)與凸棱(3-1)或凹坑(4-1)相配合的凸起，直至下模(2)和上模(I)完全閉合，此時(shí)，上模(2)上施加合模力F ； 步驟五、經(jīng)第一通道和第二通道(7)注入液體壓力為P的液體，液體通過(guò)下板坯(9)與凸梗(10-1)之間的間隙充入下板坯(9)與上板坯(10)之間，位于上型腔(2-1)和下型腔(1-1)之間的上板坯(10)和下板坯(9)發(fā)生拉深和脹形的復(fù)合變形，上板坯(10)逐漸貼靠在上型腔(2-1)的型腔面上，下板坯(9)逐漸貼靠在下模型腔(1-1)的型腔面上； 步驟六、增加合模力F和液體壓力P，上板坯(10)完全緊密貼合在上型腔(2-1)的型腔面上，下板坯(9)完全緊密貼合在下型腔(1-1)的型腔面上，成形得到復(fù)雜曲面空腔零件；步驟七、成形結(jié)束后，通過(guò)第一通道(1-2)和第二通道(3-5)導(dǎo)出液體，打開(kāi)上模(2)和下模(I)取出成形后的復(fù)雜曲面空腔零件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形方法，其特征在于步驟五中經(jīng)第一通道(1-2)和第二通道(3-5)注入液體，同時(shí)，向上型腔(2-1)內(nèi)充入液體壓力為P2的液體，且P2小于P，P-P2記為A P2，其中AP2的取值范圍為IMPa lOOMPa，液體壓力為P2的液體對(duì)上板坯(10)施加背向壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形方法，其特征在于步驟五中經(jīng)第一通道(1-2)和第二通道(3-5)注入液體，同時(shí)，向下型腔(1-1)內(nèi)充入液體壓力為Pl的液體，且Pl小于P，P-Pl記為A P1，其中，AP1的取值范圍為IMPa lOOMPa，液體壓力為Pl的液體對(duì)下板坯(9)施加背向壓力。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形方法，其特征在于步驟五中經(jīng)第一通道(1-2)和第二通道(3-5)注入液體，同時(shí)，向上型腔(2-1)內(nèi)充入液體壓力為P3的液體，且P3小于P，P-P3記為A P3,其中AP3的取值范圍為IMPa lOOMPa，液體壓力為P3的液體對(duì)上板坯(10)施加背向壓力，向下型腔(1-1)內(nèi)充入液體壓力為P4的液體，且P4小于P，P-P4記為A P4，其中AP4的取值范圍為IMPa lOOMPa，液體壓力為P4的液體對(duì)下板坯(9)施加背向壓力。
全文摘要
復(fù)雜曲面空腔零件液壓成形裝置及方法，它涉及一種金屬板材成形裝置和方法，以解決現(xiàn)有用于復(fù)雜曲面零件的沖壓和拉深成形技術(shù)存在焊接變形大，焊接殘余應(yīng)力較高的問(wèn)題，以及雙板液壓成形技術(shù)存在在成形初期，需要較大的合模力壓制雙板坯以保證充液口的液體密封，在成形復(fù)雜曲面空腔零件時(shí)，導(dǎo)致型腔兩端的板坯很難流入模具型腔，較大的脹形變形使壁厚減薄，零件難以成形的問(wèn)題。它包括上模、下模、下充液鑲塊、上充液鑲塊、彈性部件、第一密封圈和第二密封圈，上凹槽內(nèi)有上至下依次設(shè)置有彈性部件和上充液鑲塊，下凹槽內(nèi)設(shè)置有下充液鑲塊，第二密封槽內(nèi)安裝有第二密封圈。本發(fā)明用于復(fù)雜曲面空腔零件的成形。
文檔編號(hào)B21D26/031GK102806261SQ20121029242
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者劉偉, 劉鋼, 苑世劍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)