[发明专利]一种变径筒形件的液压成形装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属板材的液压成形装置及方法，具体涉及一种用于成形变径筒形件的液压装置及方法，特别涉及一种由底部向上外径逐渐减小或呈阶梯状减小的变径筒形件的液压成形装置及方法。

背景技术

为了实现节能减排，轻量化设计的意义被日益突显出来。实现轻量化的途径有两种：材料轻量化与结构轻量化。板材液压成形技术采用液态的水或油作为传力介质，代替传统的刚性凸模或凹模，使坯料在传力介质压力作用下贴合凹模或凸模成形。液压成形技术在板材或管材成形方面均能克服传统工艺的不足之处，易于实现柔性化成形，有效地提高了板材或管材的成形能力，减少了零件的表面划痕，在结构强度与功能应用等都有所提高的前提下降低了零件的总重量，使结构轻量化得以实现。

液压成形技术适于在一道工序内加工制造外形较为复杂的薄壁空心类构件，且对成形与凸模形状一致的大高径比筒形件有着显著优势。相比于普通板材拉深成形需要多道工序而言，采用液压成形技术可实现一次成形。其主要特征在于采用水或乳化液作为液态传力介质，将其注入凹模型腔内，通过外接增压器向型腔内施加内压，所产生的流体压力作用于成形板材上，使其贴紧凸模，成形板材与凸模之间的摩擦力在流体背压的作用下逐渐增大，形成有益摩擦，改善凸模圆角处拉应力对该处材料流动行为的影响，从而避免该处材料产生减薄甚至破裂等缺陷。法兰处压边部位的流体在板材与密封圈之间起到溢流润滑作用，从而确保了提高板材成形性能及表面质量的目的。基于上述优势，板材液压成形技术在航空航天与汽车等领域得到了广泛应用，并在此推动下得到了迅猛发展。

随着先进领域产品设计在使用要求的多元化、几何特征的复杂化、设计理念的人性化等方面的发展，具有更为复杂结构外形的产品也为当前的成形工艺带来了挑战。如外径呈阶梯状变化的瓶状变径筒形件拉深成形，该类筒形件可以通过对凸模形状进行优化设计在板材液压成形技术中予以实现，但该方法仅限于从底部向上外径呈阶梯状增大的筒形件成形。若变径筒形件由底部向上的外径逐渐减小时，传统液压成形方法则难以成形，换言之，根本无法通过对凸模形状进行设计来实现；对于此类构件，可先将板料弯曲加工成阶梯状，通过卷焊成形出直臂和阶梯部分，再与筒底焊接成形，不仅工序繁多，同时焊接后的零件存在着残余应力、可靠性差、成本高、效率低等缺点。

发明内容

本发明为了解决针对由底部向上外径逐渐减小或呈阶梯状减小的变径筒形件采用传统板材液压拉深成形方法难以加工成形，而采用卷焊工艺存在成本较高、周期长、成形性能差的瓶颈问题，进而提供了一种变径筒形件的液压成形装置及方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明所述变径筒形件的液压成形装置包括组合式凹模、凸模、压边圈、凹模注入孔和凸模注入孔，所述凸模为圆柱状的冲头且与压边圈密闭配合，所述组合式凹模由上凹模和下凹模构成且二者的连接面密闭连接，凹模内的型腔为传力介质腔体；所述凹模内的型腔与终成形筒形件的外轮廓形状一致，呈由底部向上孔径逐渐减小或呈阶梯状减小的变径筒形；压边圈置于上凹模的上方且二者之间的间隙用于夹置板材坯料；下凹模的侧壁上开有与传力介质腔体相通的凹模注入孔，通过凹模注入孔向传力介质腔体内注入传力介质以对预成形筒形件的外表面施加流体背向压力；所述凸模上开有凸模注入孔，通过凸模注入孔向预成形筒形件腔体内注入传力介质，从而使传力介质对成形过程中的板材坯料施加主动的液压胀形力。