一种提高复杂三维薄壁零件底部成形精度的方法与流程

本发明属于金属板材加工成形领域，尤其适用于高性能但难成形的铝合金、镁合金及钛合金等合金板材或者形状复杂的零件，应用于航空、航天以及汽车轻量化等高端技术领域的一种提高复杂三维薄壁零件底部成形精度的方法。

背景技术：

航空、航天以及汽车轻量化等高端技术发展不断要求零构件的高性能化、轻量化、高可靠性、高精度，使得所用材料质轻且强度高但很难变形，如高性能铝合金、镁合金以及钛合金等。尤其汽车领域正快速向着轻量化、高质量且形状复杂发展的趋势，汽车的覆盖件以及结构件成形工艺急需技术的改进和提高，以期实现轻量化和节能环保的要求。针对这一需求与挑战，瞄准先进成形制造研究的前沿，本发明提出一种提高复杂三维薄壁零件底部成形精度的方法，提高零件的成形精度。充液拉深成形是目前板料拉深成形领域中的一种先进成形方式，用水、油、颗粒以及橡胶等作为传力介质，替换传统的刚模，使板料在成形性和成形质量等方面得到极大提高。但是这种技术对具有复杂结构零件的成形还存在一些不足，尤其体现在复杂结构件的局部圆角处，坯料与模具没有紧密贴合，分析是由于在拉深完成后，复杂零件的局部受到较大的径向拉应力作用，使已经紧密贴合的零件与板料之间存在空隙，从而影响成形件成形质量。

由此可见，现有拉深成形技术在提高复杂零件的成形质量方面具有一定的局限性，如何能提高充液拉深成形中复杂三维薄壁零件底部的成形性，以及如何进一步提高复杂三维薄壁零件底部的成形质量是目前急需解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术及目前存在的问题，本发明提供了一种提高复杂三维薄壁零件底部成形精度的方法，该方法具体操作是对坯料施加非线性波形周向力，能够有效阻止复杂底部的板料在拉深中被复位，还可提高在充液拉深成形中复杂三维薄壁底部板料的壁厚，进一步提高复杂三维薄壁底部拉深件的成形质量。

为实现上述目的，本发明提出一种提高复杂三维薄壁零件底部成形精度的方法，步骤如下：

a.模具开始合模，往凹模液室内注入合理的液压完成初始反胀工序，使板料取得凸模异形底的形状；

b.在反胀成形后期，根据复杂三维薄壁零件底部的贴模变化情况，在坯料的复杂周边轮廓上施加合理的周向液压，辅助完成拉深工序；

c.在保持合理液压加载的前提下，凸模继续下行至与板料开始接触时，进行拉深工序；

d.当凸模与板料完全贴合时，此时拉深工序完成，对复杂零件进行保压定形；

e.该充液拉深成形工序完成，卸压开模取件。

作为进一步优选的，所述步骤b具体为：为了保证复杂三维零件底部的良好贴模性，从反胀到保压完成整个过程中，凹模液室内有三种不同的压力，分别是反胀压力、拉深压力和保压压力，这三种压力是逐渐增大的；

作为进一步优选的，所述步骤b具体为：在拉深过程中，由于变形体内的拉应力，在拉深初始时达到峰值，在后续的拉深过程中是逐渐下降的，经过多次模拟分析，确定出周向液压力的变化趋势是先增大后减小。

作为进一步优选的，所述步骤c具体为：在进行拉深工序时，液室内的压力为拉深压力，该拉深压力的加载路径为非线性波形方式

总体而言，通过本发明所提供的以上技术方案与现有技术相比，主要具有以下的技术优点：

1.本技术方案能有效提高充液拉深成形中复杂零件底部坯料的成形性，进一步提高零件的成形质量。

2.坯料轮廓边界处的周向液压采用非线性波形加载的路径，不仅能够提高零件的壁厚值，也提高了复杂零件的成形质量，而且提高了板料在拉深过程中法兰处零件的补料速度以及及整个拉深工序的效率。

3.本发明可以提高轻合金材料成形的最小壁厚值，更好的应用于制造行业。

附图说明

图1是充液拉深成形示意图；

其中：1-凸模、2-压边圈、3-密封环、4-凹模、5-凹模液室的液压介质、6-周向加压的液压介质、7-成形坯料

图2为零件成形过程中的局部成形效果图；

图3为反胀压力加载路径；

图4为周向压力加载路径；

图5为拉深压力加载路径；

图6为保压压力加载路径。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，结合附图和实施例详细说明本发明的技术方案，本案例是示例性的，仅解释本发明的技术方案，不应解释为是对本发明技术方案的限制。

图1是充液拉深成形示意图，图2为零件成形过程中的局部成形效果图。成形开始时，压边圈2和凹模4进行合模，在保证合理压边间隙的同时，由密封环3分布在压边圈2和凹模4上。当在板料周向施加液压力时，由密封环3保证径向加压液室的密封性，同时也起到对板料润滑的作用。在整个成形过程中，利用板料周向推力和凹模液室内的压力对三维薄壁零件的进行成形，拉深件成形质量得到进一步提升。

本发明实施例提供的通过周向加压提高充液拉深零件局部的成形质量的方法，包括以下步聚：

a.在整个成形过程中需要设置四种不同的压力，在凹模液室内分别设置反胀压力、拉深压力和保压压力，这三种压力值是逐渐增大的；还有在法兰处施加的周向压力；模具开始合模，往凹模液室内注入合理的反胀液压，反胀压力加载路径如图3所示；目的是使板料取得凸模异形底的形状，完成反胀工序；

b.在反胀成形后期，根据复杂三维薄壁零件底部的贴模变化情况，在坯料的复杂周边轮廓上施加合理的周向液压，辅助完成拉深工序；在拉深过程中，由于变形体内的拉应力，在拉深初始时达到峰值，在后续的拉深过程中是逐渐下降的，经过多次模拟分析，确定出周向液压力的变化趋势是先增大后减小，周向压力加载路径如图4所示；

c.在保持合理液压加载的前提下，凸模继续下行至与板料开始接触时，进行拉深工序，随着液室内的压力逐渐增大，法兰处的补料变得十分困难，通过模拟分析，确定出拉深压力的加载路径如图5所示。

d.当凸模与板料完全贴合时，此时拉深工序完成，对复杂零件进行保压定形，保压压力加载路径如图6所示；

e.该充液拉深成形工序完成，卸压开模取件。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种提高复杂三维薄壁零件底部成形精度的方法，包括以下步骤:

a.模具合模后，往凹模液室内注入合理的液压完成初始反胀工序，使板料取得凸模复杂底部的形状，此时液室内的压力为反胀压力；

b.反胀成形后期，在坯料的复杂周边轮廓上施加合理的周向液压，辅助完成拉深工序；

c.在保持合理液压加载的前提下，凸模继续下行至与板料开始接触时，进行拉深工序，此时液室内的压力为拉深压力；

d.当凸模与板料完全贴合时，此时拉深工序完成，对复杂零件进行保压定形，此时液室内的压力为保压压力；

e.卸压开模取件。

2.根据权利要求1所述的一种提高复杂三维薄壁零件底部成形精度的方法，其特征在于：为了保证复杂三维零件底部的良好贴模性，从反胀到保压完成整个过程中，凹模液室内有三种不同的压力，分别是反胀压力、拉深压力和保压压力，这三种压力是逐渐增大的。

3.根据权利要求1所述的一种提高复杂三维薄壁零件底部成形精度的方法，其特征在于，所述步骤b具体为：在拉深过程中，由于变形体内的拉应力，在拉深初始时达到峰值，在后续的拉深过程中是逐渐下降的，经过多次模拟分析，确定出周向液压力的变化趋势是先增大后减小。

4.根据权利要求1所述的一种提高复杂三维薄壁零件底部成形精度的方法，其特征在于，所述步骤c具体为：在进行拉深工序时，液室内的压力为拉深压力，该拉深压力的加载路径为非线性波形方式。

技术总结
本发明属于金属板材成形领域，尤其应用在航空航天等高端装备制造领域中，采用高性能且难成形的铝合金、镁合金及钛合金等合金材料制造的具有复杂形状的零件中。具体公开了一种提高复杂三维薄壁零件底部成形精度的方法，包括：合模后往凹模液室内注入液压完成初始反胀工序，使板料取得凸模复杂底部的形状；在反胀后期，保持合理的液压值加载，在坯料的复杂周边轮廓上施加合理的周向液压力；当凸模与板料完全贴合时，拉深工序完成，随后保压定形；最后卸压开模取件。本发明能够有效阻止复杂三维薄壁零件底部在拉深过程中，由于较大的拉应力使已成形部分被拉开，提高复杂三维薄壁零件底部的成形精度。

技术研发人员：刘晓晶;彭聪;曹洪营
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2020.01.12
技术公布日：2020.05.19