本發明涉及薄壁鈑金件的沖壓成形技術方案設計和應用技術領域，特別提供了一種薄壁鈑金件沖壓成形方法。

背景技術：

一種薄壁鈑金件為新材料0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼板材為原材料的沖壓件，屬于功能構件，對零件的制造質量和使用可靠性有較高要求。0Cr17Ni4Cu4Nb是一種馬氏體沉淀硬化不銹鋼，室溫沖壓性能較差，室溫延伸率不大于20％，根據試驗，厚度1mm的0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼板材普通沖壓拉深成形最大拉深比1.25-1.3。該零件成形變形量較大，通過計算其拉深比超過1.5，再加上零件最小成形轉接半徑僅為R1。因此，采用普通沖壓成形工藝無法直接沖壓成形出零件，見圖1。

目前這種薄壁鈑金件的成形制造工藝為：將零件分成兩個簡單的鈑金件，即件1和件2(見圖2、3)，分別單獨進行拉深成形；然后車加工出焊接配合面，通過氬弧焊接連接在一起成形零件毛坯；經過熱處理消除成形和焊接應力后，再用普通拉深模具沖壓校正獲得零件的全部形狀和尺寸，見圖4。

目前的制造工藝存在的主要問題有：一是零件為拼焊結構，零件表面存在的焊縫影響零件的外表質量和使用可靠性，零件在使用中有時出現焊縫裂紋問題，影響到產品的使用安全；二是拼焊結構造成零件的制造工藝流程長，零件制造成本高。

人們迫切希望獲得一種技術效果優良的薄壁鈑金件沖壓成形方法。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種技術效果優良的薄壁鈑金件沖壓成形方法。關鍵是解決一種薄壁鈑金件制造中存在的焊縫影響零件使用可靠性問題，目的是實現該類零件的整體沖壓成形，取消環形焊縫，從而消除焊縫帶來的使用安全隱患，同時縮短零件的制造流程，降低制造成本。

本發明提供了一種薄壁鈑金件沖壓成形方法，作為被加工件的薄壁鈑金件2材料為0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼板材；薄壁鈑金件2的最小成形轉接半徑為R1mm；其特征在于：首先使用前置工序將薄壁鈑金件整體毛坯預加工出大概輪廓，預加工后的半成品尺寸未到量，尤其是小曲率彎曲變形處仍需重點處理；0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼板材，材料室溫沖壓性能較差，室溫延伸率不大于20％，根據試驗，厚度1mm的0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼板材普通沖壓拉深成形最大拉深比1.25-1.3。該零件成形變形量較大，通過計算其拉深比超過1.5，再加上零件最小成形轉接半徑僅為R1；因此，采用普通沖壓成形工藝無法直接沖壓成形出零件，薄壁鈑金件2見圖1；

然后使用專用的整體沖壓成形校正模具對待加工的薄壁鈑金件半成品進行沖壓成形處理得到合格品；所述整體沖壓成形校正模具構成如下：凹模1、凸模3、壓邊圈4、下模板5、連接螺栓6；其中：下模板5位于整個模具的下部，下模板5通過連接螺栓6和凸模1固定連接為一體；凸模1的上部設置有向上方凸出且與凹模1下部向內凹陷的部分相配合的結構；凸模3外部設置有環狀且能套裝整個凸模3的壓邊圈4，壓邊圈4能與凹模1下部下表面近邊沿處配合構成分別緊貼薄壁鈑金件2。參見圖9.

所述薄壁鈑金件沖壓成形方法，其特征在于：壓邊圈4下方還設置有能調整壓邊圈4高度的壓邊頂桿7，以便保證壓邊圈4能與凹模1下部下表面近邊沿處配合構成分別緊貼薄壁鈑金件2形成密封結構。

所述薄壁鈑金件沖壓成形方法，其特征在于：凸模3被粘性介質填充的腔室替換，下模板5中央處設置有能容納粘性介質的空腔9，被粘性介質填充腔室即能容納粘性介質的空腔9；空腔9上設置有用于向粘性介質世通過加力活塞10施加壓力以便幫助薄壁鈑金件2實現沖壓成形的孔道；所述粘性介質具體是半固態、能流動、具有一定應變速率敏感性的高分子聚合物。類似充液成形。

所述薄壁鈑金件沖壓成形方法，其特征在于：所述薄壁鈑金件沖壓成形方法具體要求是：首先按照整體沖壓成形工藝，是一種新的板料軟模成形技術；應用沖壓成形等面積原理，通過沖壓成形模擬軟件計算并經過實際試驗，以便確定零件毛料尺寸，見圖5；零件毛料直徑在滿足零件成形后尺寸的前提下應盡量小，以減小沖壓成形變形量，利于零件的成形；

等面積原理設計粘性介質沖壓成形零件毛坯，參見圖6；粘性介質成形毛坯的設計至關重要，目的是要充分發揮粘性介質成形能夠提高材料成形極限的優點，在能夠滿足最終成形材料面積的前提下，盡可能設計成利于流動和均勻變形的形狀，各處轉接圓角設計的較大。粘性介質成形屬于半模沖壓成形方法之一，是介于橡皮成形和充液成形之間的一種半模成形方法。粘性介質成形其基本原理是利用粘性介質作為成形用軟凸模軟或凹模，液壓機推動活塞推動粘性介質流動，在粘性介質的壓力下使板料產生塑形變形。通過控制成形過程粘介質壓力,同時實時控制對板料施加的壓力分布，有效地控制材料的流動和變形,從而實現復雜薄壁鈑金件的成形。粘性介質是一種半固態、可流動、具有一定速率敏感性和較高粘度的高聚物，其摩爾質量選擇3×10^5～7×10⁵g/mol。

相應地設計粘性介質沖壓成形零件毛坯模具，參見圖7；該模具主要由上下兩部分組成，上部分為凹模1，下部分主要由下模板5、用于容納粘性介質的空腔9、加力活塞10組成。薄壁鈑金件沖壓成形時先將成形前圓形毛料放到下模板5上，壓機上平臺下行帶動凹模1壓緊零件毛料到下模板5的上表面。通過壓機下頂桿頂住加力活塞10，推動放置在空腔9內的粘性介質上行使零件毛料產生塑性變形，直至零件毛料與凹模1型面貼合，從而完成零件粘介質成形毛坯的成形；

粘性介質成形模具應滿足以下幾點要求：①模具選材和最小壁厚處的強度要能夠安全承受粘性介質成形過程中的最大壓力，薄壁鈑金件沖壓成形過程最大壓強為80MPa；②圖中凹模1和下模板5與毛料接觸部位要有較高的光度和硬度，以便有利于材料的流動，有利于提高模具使用壽命，凹模1和下模板5與毛料接觸部位的表面粗糙度要求小于R_a0.8，其硬度HRC＞45；③為了有效密封粘性介質，避免成形過程中從凹模1下表面和下模板5上表面之間擠出，對凹模1下表面和下模板5上表面之間的平面度和平行度都要較高要求：平面度不大于0.01mm，平行度小于0.015mm；

為了消除粘介質成形產生的應力和材料硬化，在使用模具對薄壁鈑金件進行沖壓成形處理之后還要進行退火熱處理，以便恢復材料塑性性能；由于所用材料的特殊性(成形應力大、熱處理變形大)，該零件粘性介質成形出的毛坯進行退火熱處理對零件裝夾和退火制度都有一定要求。為了避免零件熱處理過程中產生大的變形影響零件最終沖壓成形，將零件法蘭邊對合沿外圓用金屬夾子四處均布固定，放到熱處理平臺上進行退火熱處理，見圖8；為了充分消除成形應力，該零件退火熱處理制度中熱處理保溫時間更長一些，本發明中零件的退火熱處理制度為：裝爐加熱到780±5℃，保溫25-28分鐘，空冷到室溫。

所述薄壁鈑金件沖壓成形方法，其特征在于：所述薄壁鈑金件沖壓成形方法具體要求是：

將使用前述粘介質成形完成的毛坯使用專用的整體沖壓成形校正模具進行后處理；所述整體沖壓成形校正模具構成如下：凹模1、凸模3、壓邊圈4、下模板5、連接螺栓6、壓邊頂桿7；其中：下模板5位于整個模具的下部，下模板5通過連接螺栓6和凸模1固定連接為一體；凸模1的上部設置有向上方凸出且與凹模1下部向內凹陷的部分相配合的結構；凸模3外部設置有環狀且能套裝整個凸模3的壓邊圈4，壓邊圈4能與凹模1下部下表面近邊沿處配合構成分別緊貼薄壁鈑金件2；參見圖9.

將使用前述粘介質成形完成的毛坯放到凸模3和壓邊圈4上；通過液壓機作用下的壓邊頂桿7頂住壓邊圈4以便壓緊零件法蘭邊，液壓機主缸帶動凹模1下行，完成零件的沖壓成形校正，獲得零件全部形狀和尺寸；最終沖壓成形為了有利于材料的均勻流動，減小材料局部壁厚減薄，要求與零件相接觸的模具部位有較高的光度和表面硬度，本發明成形校正模具表面粗糙度小于R_a0.8，其硬度HRC＞45。

所述薄壁鈑金件沖壓成形方法，其特征在于：所述薄壁鈑金件沖壓成形時，為了提高材料潤滑，減小零件與模具時間的流動摩擦力，沖壓校正前在零件的上下面覆上塑料薄膜，塑料薄膜厚度要求小于0.01mm。

本發明的關鍵技術在于：提出了一種可行性強，技術效果優良的薄壁鈑金件沖壓成形方法。其使用專用模具，

本發明一種薄壁鈑金件沖壓成形方法及其模具，實現了一種薄壁鈑金件的整體沖壓成形，取消了環形氬弧焊縫，提高了零件外觀和表面質量，徹底消除焊縫帶來的使用中焊縫產生裂紋的安全隱患。已經應用于零件的實際生產中，可以推廣應用到類似鈑金件的沖壓成形中，具有很好的推廣應用前景。

采用本發明的成形方法和模具，實現了一種薄壁鈑金件的整體沖壓成形，取消了環形氬弧焊縫，提高了零件外觀和表面質量，徹底消除焊縫帶來的使用中焊縫產生裂紋的安全隱患。

使用本發明所述的成形工藝及模具，較改進前縮短零件制造工藝流程50％，降低零件制造成本30％。其具有可預期的較為巨大的經濟價值和社會價值。

附圖說明

下面結合附圖及實施方式對本發明作進一步詳細的說明：

圖1為薄壁鈑金件2結構示意簡圖；

圖2為拼焊結構件1圖形；

圖3為拼焊結構件2圖形；

圖4為拼焊結構件零件圖形；

圖5為成形前毛料圖；

圖6為粘性介質成形毛坯圖；

圖7為粘性介質成形模具示意圖；

圖8為退火熱處理零件裝夾示意圖；粘性介質成形后毛坯11、金屬卡子12(四周均布4件)；

圖9為專用的整體沖壓成形校正模具結構原理示意簡圖。

具體實施方式

附圖標記含義如下：圖7中附圖標記含義：凹模1、薄壁鈑金件2、凸模3、活塞缸13、下模板5、空腔9、加力活塞10；圖8中附圖標記含義：粘性介質成形后毛坯11、金屬卡子12(四周均布4件)；圖9中附圖標記含義：凹模1、薄壁鈑金件2、凸模3、壓邊圈4、下模板5、連接螺栓6、壓邊頂桿7。

實施例1

一種薄壁鈑金件沖壓成形方法，作為被加工件的薄壁鈑金件2材料為0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼板材；薄壁鈑金件2的最小成形轉接半徑為R1mm；首先使用前置工序將薄壁鈑金件整體毛坯預加工出大概輪廓，預加工后的半成品尺寸未到量，尤其是小曲率彎曲變形處仍需重點處理；0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼板材，材料室溫沖壓性能較差，室溫延伸率不大于20％，根據試驗，厚度1mm的0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼板材普通沖壓拉深成形最大拉深比1.25-1.3。該零件成形變形量較大，通過計算其拉深比超過1.5，再加上零件最小成形轉接半徑僅為R1；因此，采用普通沖壓成形工藝無法直接沖壓成形出零件，薄壁鈑金件2見圖1；

然后使用專用的整體沖壓成形校正模具對待加工的薄壁鈑金件半成品進行沖壓成形處理得到合格品；所述整體沖壓成形校正模具構成如下：然后使用專用的整體沖壓成形校正模具對待加工的薄壁鈑金件半成品進行沖壓成形處理得到合格品；所述整體沖壓成形校正模具構成如下(參見圖7所示)：凹模1、薄壁鈑金件2、活塞缸13、下模板5、空腔9、加力活塞10；其他常規的凹凸配合模具中的凸模3被粘性介質填充腔室替換，下模板5中央處設置有能容納粘性介質的空腔9，(被粘性介質填充腔室即能容納粘性介質的空腔9；)空腔9上設置有用于向粘性介質世通過加力活塞10施加壓力以便幫助薄壁鈑金件2實現沖壓成形的孔道；所述粘性介質具體是半固態、能流動、具有一定應變速率敏感性的高分子聚合物。類似充液成形。

所述薄壁鈑金件沖壓成形方法具體要求是：首先按照整體沖壓成形工藝，是一種新的板料軟模成形技術；應用沖壓成形等面積原理，通過沖壓成形模擬軟件計算并經過實際試驗，以便確定零件毛料尺寸，見圖5；零件毛料直徑在滿足零件成形后尺寸的前提下應盡量小，以減小沖壓成形變形量，利于零件的成形；

等面積原理設計粘性介質沖壓成形零件毛坯，參見圖6；粘性介質成形毛坯的設計至關重要，目的是要充分發揮粘性介質成形能夠提高材料成形極限的優點，在能夠滿足最終成形材料面積的前提下，盡可能設計成利于流動和均勻變形的形狀，各處轉接圓角設計的較大。粘性介質成形屬于半模沖壓成形方法之一，是介于橡皮成形和充液成形之間的一種半模成形方法。粘性介質成形其基本原理是利用粘性介質作為成形用軟凸模軟或凹模，液壓機推動活塞推動粘性介質流動，在粘性介質的壓力下使板料產生塑形變形。通過控制成形過程粘介質壓力,同時實時控制對板料施加的壓力分布，有效地控制材料的流動和變形,從而實現復雜薄壁鈑金件的成形。粘性介質是一種半固態、可流動、具有一定速率敏感性和較高粘度的高聚物，其摩爾質量選擇3×10^5～7×10⁵g/mol。

相應地設計粘性介質沖壓成形零件毛坯模具，參見圖7；該模具主要由上下兩部分組成，上部分為凹模1，下部分主要由下模板5、用于容納粘性介質的空腔9、加力活塞10組成。薄壁鈑金件沖壓成形時先將成形前圓形毛料放到下模板5上，壓機上平臺下行帶動凹模1壓緊零件毛料到下模板5的上表面。通過壓機下頂桿頂住加力活塞10，推動放置在空腔9內的粘性介質上行使零件毛料產生塑性變形，直至零件毛料與凹模1型面貼合，從而完成零件粘介質成形毛坯的成形；

粘性介質成形模具應滿足以下幾點要求：①模具選材和最小壁厚處的強度要能夠安全承受粘性介質成形過程中的最大壓力，薄壁鈑金件沖壓成形過程最大壓強為80MPa；②圖中凹模1和下模板5與毛料接觸部位要有較高的光度和硬度，以便有利于材料的流動，有利于提高模具使用壽命，凹模1和下模板5與毛料接觸部位的表面粗糙度要求小于R_a0.8，其硬度HRC＞45；③為了有效密封粘性介質，避免成形過程中從凹模1下表面和下模板5上表面之間擠出，對凹模1下表面和下模板5上表面之間的平面度和平行度都要較高要求：平面度不大于0.01mm，平行度小于0.015mm；

為了消除粘介質成形產生的應力和材料硬化，在使用模具對薄壁鈑金件進行沖壓成形處理之后還要進行退火熱處理，以便恢復材料塑性性能；由于所用材料的特殊性(成形應力大、熱處理變形大)，該零件粘性介質成形出的毛坯進行退火熱處理對零件裝夾和退火制度都有一定要求。為了避免零件熱處理過程中產生大的變形影響零件最終沖壓成形，將零件法蘭邊對合沿外圓用金屬夾子四處均布固定，放到熱處理平臺上進行退火熱處理，見圖8；為了充分消除成形應力，該零件退火熱處理制度中熱處理保溫時間更長一些，本實施例中零件的退火熱處理制度為：裝爐加熱到780±5℃，保溫25-28分鐘，空冷到室溫。

所述薄壁鈑金件沖壓成形方法還有下述要求：將使用前述粘介質成形完成的毛坯使用專用的整體沖壓成形校正模具進行后處理；所述整體沖壓成形校正模具構成如下：凹模1、凸模3、壓邊圈4、下模板5、連接螺栓6、壓邊頂桿7；其中：下模板5位于整個模具的下部，下模板5通過連接螺栓6和凸模1固定連接為一體；凸模1的上部設置有向上方凸出且與凹模1下部向內凹陷的部分相配合的結構；凸模3外部設置有環狀且能套裝整個凸模3的壓邊圈4，壓邊圈4能與凹模1下部下表面近邊沿處配合構成分別緊貼薄壁鈑金件2；參見圖9。壓邊頂桿7用于保證壓邊圈4能與凹模1下部下表面近邊沿處配合構成分別緊貼薄壁鈑金件2形成密封結構；

將使用前述粘介質成形完成的毛坯放到凸模3和壓邊圈4上；通過液壓機作用下的壓邊頂桿7頂住壓邊圈4以便壓緊零件法蘭邊，液壓機主缸帶動凹模1下行，完成零件的沖壓成形校正，獲得零件全部形狀和尺寸；最終沖壓成形為了有利于材料的均勻流動，減小材料局部壁厚減薄，要求與零件相接觸的模具部位有較高的光度和表面硬度，本實施例成形校正模具表面粗糙度小于R_a0.8，其硬度HRC＞45。

所述薄壁鈑金件沖壓成形時，為了提高材料潤滑，減小零件與模具時間的流動摩擦力，沖壓校正前在零件的上下面覆上塑料薄膜，塑料薄膜厚度要求小于0.01mm。

本實施例的關鍵技術在于：提出了一種可行性強，技術效果優良的薄壁鈑金件沖壓成形方法。其使用專用模具，

本實施例一種薄壁鈑金件沖壓成形方法及其模具，實現了一種薄壁鈑金件的整體沖壓成形，取消了環形氬弧焊縫，提高了零件外觀和表面質量，徹底消除焊縫帶來的使用中焊縫產生裂紋的安全隱患。已經應用于零件的實際生產中，可以推廣應用到類似鈑金件的沖壓成形中，具有很好的推廣應用前景。

采用本實施例的成形方法和模具，實現了一種薄壁鈑金件的整體沖壓成形，取消了環形氬弧焊縫，提高了零件外觀和表面質量，徹底消除焊縫帶來的使用中焊縫產生裂紋的安全隱患。使用本實施例的成形工藝及模具，較改進前縮短零件制造工藝流程50％，降低零件制造成本30％。

實施例2

本實施例與實施例1內容基本相同，其不同之處在于：

一種薄壁鈑金件沖壓成形方法，作為被加工件的薄壁鈑金件2材料為0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼板材；薄壁鈑金件2的最小成形轉接半徑為R1mm；首先使用前置工序將薄壁鈑金件整體毛坯預加工出大概輪廓，預加工后的半成品尺寸未到量，尤其是小曲率彎曲變形處仍需重點處理；0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼板材，材料室溫沖壓性能較差，室溫延伸率不大于20％，根據試驗，厚度1mm的0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼板材普通沖壓拉深成形最大拉深比1.25-1.3。該零件成形變形量較大，通過計算其拉深比超過1.5，再加上零件最小成形轉接半徑僅為R1；因此，采用普通沖壓成形工藝無法直接沖壓成形出零件，薄壁鈑金件2見圖1；

然后使用專用的整體沖壓成形校正模具對待加工的薄壁鈑金件半成品進行沖壓成形處理得到合格品；所述整體沖壓成形校正模具構成如下：凹模1、凸模3、壓邊圈4、下模板5、連接螺栓6；其中：下模板5位于整個模具的下部，下模板5通過連接螺栓6和凸模1固定連接為一體；凸模1的上部設置有向上方凸出且與凹模1下部向內凹陷的部分相配合的結構；凸模3外部設置有環狀且能套裝整個凸模3的壓邊圈4，壓邊圈4能與凹模1下部下表面近邊沿處配合構成分別緊貼薄壁鈑金件2。參見圖9.

壓邊圈4下方還設置有能調整壓邊圈4高度的壓邊頂桿7，以便保證壓邊圈4能與凹模1下部下表面近邊沿處配合構成分別緊貼薄壁鈑金件2形成密封結構。

之后為了消除粘介質成形產生的應力和材料硬化，在使用模具對薄壁鈑金件進行沖壓成形處理之后還要進行退火熱處理，以便恢復材料塑性性能；

再之后將使用前述粘介質成形完成的毛坯使用專用的整體沖壓成形校正模具進行后處理；所述整體沖壓成形校正模具參見附圖9。