大型曲面薄壁构件冲压成形防皱装置

1.本发明涉及冲压成形领域，更具体地说，涉及一种大型曲面薄壁构件冲压成形防皱装置。


背景技术：

2.为满足航空航天、汽车等工业领域的严格要求，成形精度高的大型曲面薄壁构件需求量不断上升，如卫星反射面和火箭贮箱箱底等。目前对于大型曲面薄壁构件大部分采用板料冲压成形，由于板材的厚度远小于板材的长度和宽度，当板材局部产生的切向压应力使板厚达到失稳极限时，就会在厚度方向产生塑性失稳，通常采用压边装置辅助板材成形，以达到消除起皱缺陷的目的。
3.传统的压边装置为整体性刚性压边装置，在板材压边变形过程中，压边块只对板材施加恒定大小的压边力，其局限性在于不能根据实际生产需要的变化而改变，导致其成形效果不理想；此外，其只能解决零件法兰起皱缺陷，对于板料与凹模圆角接触区以及位于凸、凹模间隙的自由表面区的起皱抑制效果不明显。
4.目前对于抑制大型曲面薄壁构件拉深时的失稳起皱，有采用柔性压边成形的方法，其能根据板材变形的需要而调节出合适压边力以抑制薄板成形的起皱缺陷；此外，采用力
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位移可调多点模具成形的方法，将力和位移分别控制，使板材各区域始终在法向约束下发生变形，因模具的法向约束力作用，增加了板材起皱所需的能量，板材抗失稳起皱能力明显提高。但上述的方法均以多点成形模具为依托，模具形状复杂，维护成本昂贵，因此，适用于通用模具的防皱方法成为本领域亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于，提供一种大型曲面薄壁构件冲压成形防皱装置，减小了板料成形时自由表面区域，抑制板料冲压时的起皱缺陷。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种大型曲面薄壁构件冲压成形防皱装置，包括凹模和凸模，所述凹模和凸模之间设有使凹模在板料成形时始终保持与板料的充分接触的弹性装置。
7.上述方案中，所述弹性装置包括弹性件、楔块和弹性圈，所述楔块通过导向杆安装在凹模上，所述弹性件与导向杆连接，所述弹性件为楔块提供回复力，所述弹性圈设置在楔块的端部。
8.上述方案中，所述弹性件为螺旋弹簧，所述螺旋弹簧套装在导向杆上，螺旋弹簧的两端分别抵在所述楔块和凹模上。
9.上述方案中，所述弹性件为液压缸，所述液压缸与所述导向杆连接。
10.上述方案中，所述弹性圈由聚氨酯或橡皮制成。
11.上述方案中，所述弹性装置为弹性垫，所述凹模内设有与所述弹性垫配合的凹槽。
12.上述方案中，楔块在凸模的压力下逐渐向内压缩弹性元件，利用弹性元件的反作
用力使楔块对板料施加压力，控制板料起皱现象，改善壁厚均匀性。
13.上述方案中，楔块在凸模的压力下逐渐向内压缩弹性元件，利用弹性元件的反作用力使楔块外端的弹性圈始终与板料贴合，减小板料成形时自由表面区，改善此区域应力状态，减小切向压应力，增大径向拉应力及胀形成分，使得应力分布更均匀，控制板料起皱现象，改善壁厚均匀性。
14.实施本发明的大型曲面薄壁构件冲压成形防皱装置，具有以下有益效果：
15.1、相比于柔性压边等需要与多点成形相配合，本发明对模具的改变做到最小化，更适用于通用模具；
16.2、采用楔块与弹性件配合或整体弹性垫的方式实现对板料成形时的压紧，将凸模的运动转变为楔块或弹性垫的随动，使得凹模在板料成形时始终保持与板料的充分接触，减少传统冲压时板料的自由表面区，改善其应力状态及胀形成分，以防止卫星反射面及火箭贮箱箱底等大型球面类零件冲压起皱缺陷，改善构件成形精度，提高构件成形质量。
附图说明
17.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
18.图1为本发明方法实施实例一模具成形前结构及示意图；
19.图2为本发明方法实施实例一模具成形后结构及示意图；
20.图3为本发明方法实施实例二模具成型前结构及示意图；
21.图4为本发明方法实施实例二模具成型后结构及示意图；
22.图5为本发明方法实施实例三模具成型前结构及示意图；
23.图6为本发明方法实施实例三模具成型后结构及示意图；
24.图中：1
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压力机横梁；2
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冲压成形凸模；3
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板料；4
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冲压成形凹模；5
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压力机底座；6
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螺旋弹簧；7
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楔块导向杆；8
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楔块；9
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弹性圈；10
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成形件；11
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弹性垫；12
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压边圈；13
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液压挺杆。
具体实施方式
25.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
26.实施例一：
27.本实施例以火箭贮箱箱底为实验对象，防皱装置主要由凸模2，凹模4，螺旋弹簧6，楔块8以及弹性圈9组成。楔块8通过楔块导向杆7实现与凹模2的相对运动，螺旋弹簧6设置在楔块导向杆7中，弹性圈9设置在楔块8外侧。成型前如图1所示，螺旋弹簧6处于自由状态，将楔块8限制在指定位置，当凸模向下运动时，楔块8由于受到压力作用沿着楔块导向杆7向内做水平移动并压缩螺旋弹簧6，如图2所示，螺旋弹簧6由于压缩给楔块8一反向作用力，使弹性圈9在成形时始终与板料3贴合，最终得到成形构件。
28.本实施例大型曲面薄壁构件冲压成形防皱方法将凸模的垂向运动转化为楔块的横向运动，并设置弹性圈弥补了楔块由于相对运动而产生的间隙，减小了成形时板料自由表面区域，抑制了火箭贮箱箱底成形件的起皱现象。
29.实施例二：
30.本实施例以火箭贮箱箱底为实验对象，防皱装置将实施例一中螺旋弹簧、楔块、弹性圈替换成一整体弹性垫11。成型前如图3所示，弹性垫不受力作用；当凸模向下运动，弹性垫将随着板料一起运动，由于弹性垫的反作用力，使得板料始终贴合弹性垫，改变板料原有的应力状态，减小板料在起皱区域的拉应力，抑制板料起皱现象，成形最终结果如图4所示，弹性垫11最终将与凹模4中预留的凹槽配合，使板料冲压至指定形状。
31.本实施例大型曲面薄壁构件冲压成形防皱方法采用整体弹性垫，替代凹模的运动，改变板料原有的应力状态，减小板料在起皱区域的拉应力，抑制了火箭贮箱箱底成形件的起皱现象。
32.实施例三：
33.本实施例以卫星反射面为实验对象，为满足其模具凸、凹模倒装的情形，本实施例中防皱装置如图5所示，与图1类似，也采用楔块配合弹簧的方式，当凹模随着压力机横梁1下降时，首先与压边圈12接触，接着与压边圈一起向下沿着液压挺杆运动，整个过程中，凸模均固定不动，成形结果如图6所示。
34.本实施例大型曲面薄壁构件冲压成形防皱方法同实施例一类似，均利用弹性元件的相对运动达到模具随板料变形而变化的效果，使得成形开始阶段无支撑的区域始终有弹性支撑，从而抑制卫星反射面的起皱现象。
35.采用本发明所述的一种大型曲面薄壁构件冲压成形防皱方法与装置，与现有的方法相比，其有益效果是：改善大型曲面薄壁构件冲压成形时的应变均匀性，在通用模具中加入防皱机构，使构件壁厚分布更均匀，抑制构件起皱，同时提高材料的成形极限。
36.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。