CN103920786A - 一种基于振动的板材软凸模成形方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于振动的板材软凸模成形方法，其加工设备主要由由下模座、凹模、压边圈、颗粒介质、压边力施加装置、振动装置、冲头、上模座、导柱及导套等组成。对金属板材加工成形时，先将金属板材置于凹模和压边圈之间，压边圈施加压边力后再往压边圈和金属板材形成料筒内添加颗粒介质，然后压头在压力的作用下压缩介质，对板材施加压力实施软凸模拉深成形；振动装置在冲头、压边圈及凹模单独施加或者联合施加振动。本发明的振动激励作用可使板材与模具间摩擦和变形抗力减小，同时促进颗粒介质流动性和传力性能，提高板材成形极限，有利于复杂形状零件的加工成形；并且颗粒介质可以重复使用，降低模具加工的成本和能源消耗，有利于绿色环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属板材的成形方法。
背景技术
随着我国汽车、航空航天、军工等行业的快速发展和节能降耗的要求，对一些高精度、形状复杂的轻质合金或高强合金钣金件的需求越来越大。但是，这些材料用常规变形方法成形困难，成为其加工成形的瓶颈。所以这类难成形材料的塑性加工技术已经成为研究热点。为了解决这类难成形材料的加工问题，目前的加工方法存在着加工道次繁多、成形设备复杂、投入成本较高等问题。
发明内容
本发明在于提供一种能降低加工成本和能源消耗、有利于复杂形状部件加工成形的基于振动的板材软凸模成形方法。
本发明的技术方案如下：
本发明的成形设备主要由下模座、凹模、压边圈、颗粒介质、压边力施加装置、振动装置、冲头、上模座、导柱及导套等组成。压头、导柱、压边力施加装置和上模座构成上模组件，凹模、导套和下模座构成下模组件，导柱及导套构成导向系统。凹模型腔侧壁形状根据成形件的形状而定。上模座和下模座分别固定于冲压成形机的上工作台和下工作台上。压头、导柱及压边力施加装置的一端均固定于上模座；凹模及导套固定于下模座，上述压边力施加装置的另一端固定于压边圈上，该装置可由多个液压缸、气压缸或弹簧等施力装置均布于压边圈上。上述导柱的另一端为自由端插入导套内，该导柱能够在导套中顺利上下运动，从而保证整个模具拉深成形过程中各运动部件的定位准确性。振动装置采用螺纹或其它方式连接于冲头、压边圈或者凹模上，可在冲头、压边圈及凹模单独施加或者联合施加振动激励。
所述振动装置采用超声振动、电磁振动、机械振动或者液(气)压振动等形式，该振动装置可以为单点集中激励，也可以为周向多点均布激励。
本发明的成形方法如下：
（1）将上下模座分别固定于冲压成形机的上工作台和下工作台上，将金属板材置于凹模和压边圈之间；
（2）压边力施加装置通过压边圈对板材施加初始压边力，金属板材坯料被压紧，压边圈和金属板材形成了一个筒形，作为料筒；由压边圈对金属板材施加的压边力可抑制法兰区板材起皱，保证拉深顺利进行；
（3）加料筒内倒入适量颗粒介质，装料高度为1～3倍料筒直径；
（4）启动振动装置，对相应的激励部件(压边圈、压头或凹模)实施振动激励；
（5）压头在导向系统的作用下，下行插入料筒，并逐渐压缩颗粒介质对板材施加压力进行拉深成形，与此同时，压边力随着成形进行不断自动控制调整；
（6）拉深结束，终止振动，上模组件在冲压压力机的作用下上移至初始位置，取出工件，加工成形结束。
所述颗粒介质可以由粒径为0.05～0.8mm固体颗粒组成，该颗粒可以为不锈钢球、陶瓷颗粒、SiC颗粒、SiO2颗粒、天然细砂等，具体介质的采用根据板材成形的温度、内压等条件决定。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
振动激励作用可有效降低金属板材与模具间摩擦力，并且当施加高频振动激励时，可以使板材变形抗力降低、抑制裂纹产生和发展；振动激励同时也促进颗粒介质流动性和传力性能，从而有效提高板材成形极限，有利于复杂形状零件的加工成形，并且颗粒介质可以重复使用，降低模具加工的成本和能源消耗，有利于绿色环保。
附图说明
图1是本发明成形设备剖视示意简图。
图2是本发明成形过程压边圈振动激励剖视示意简图。
图3是本发明成形过程压头振动激励剖视示意简图。
具体实施方式
在图1所示的基于振动的板材软凸模成形设备示意图中，上模座6和下模座11分别固定于冲压成形机的上工作台和下工作台上。压头4、导柱9及压边力施加装置7的一端均固定于上模座；凹模1和导套10固定于下模座，上述压边力施加装置的另一端固定于压边圈3上，该装置由四个气压缸施力装置均布于压边圈上。上述导柱的另一端为自由端插入导套内，该导柱能够在导套中顺利上下运动，从而保证整个模具拉深成形过程中各运动部件的定位准确性。振动装置5采用螺纹连接于压边圈上，在压边圈单独施加振动激励。金属板材5置于凹模和压边圈之间，颗粒介质8置于压边圈和金属板材形成的料筒内。
实施例1：
（1）将上下模座分别固定于冲压成形机的上工作台和下工作台上，将AA1020铝板材置于凹模和压边圈之间；
（2）压边力施加装置由四个弹簧组成，通过压边圈对板材施加初始压边力，金属板材坯料被压紧，压边圈和金属板材形成了一个筒形，作为料筒；由压边力施加装置通过压边圈对金属板材施加的压边力可抑制法兰区板材起皱，保证拉深顺利进行；
（3）加料筒内倒入粒径为0.125～0.25mm的陶瓷颗粒，倒入高度为1.2倍料筒直径；
（4）均布安装于压边圈上的振动装置即四个电磁高频振动器同时启动，对压边圈实施轴向振动激励；
（5）压头在压力机作用下，并经过导向系统的作用，下行插入料筒，并逐渐压缩颗粒介质对板材施加压力进行拉深成形，与此同时，由压缩弹簧产生的压边力随着成形进行逐渐增大；
（6）拉深结束，终止振动，上模组件在冲压压力机的作用下上移至初始位置，取出工件，加工成形结束。（如图2所示。）
实施例2：
（1）将上下模座分别固定于冲压成形机的上工作台和下工作台上，将304不锈钢板材置于凹模和压边圈之间；
（2）压边力施加装置由四个液压缸组成，该液压缸通过压边圈对板材施加初始压边力，金属板材坯料被压紧，压边圈和金属板材形成了一个筒形，作为料筒；由压边力施加装置通过压边圈对金属板材施加的压边力可抑制法兰区板材起皱，保证拉深顺利进行；
（3）加料筒内倒入粒径为0.2～0.3mm的钢丸颗粒，装料高度为2倍料筒直径；
（4）均布安装于压边圈上的振动装置即四个气动振动器同时启动，对相应的压边圈实施轴向振动激励；
（5）压头在压力机下，并经过导向系统的作用，下行插入料筒，并逐渐压缩颗粒介质对板材施加压力进行拉深成形，与此同时，由压边气压缸设定的压边力在成形过程中保持某一恒定值，该值以板材法兰区不起皱为准，尽量接近临界值；
（6）拉深结束，终止振动，上模组件在冲压压力机的作用下上移至初始位置，取出工件，加工成形结束。
实施例3：
（1）将上下模座分别固定于冲压成形机的上工作台和下工作台上，将6061铝合金板置于凹模和压边圈之间；
（2）压边力施加装置由四个弹簧组成，通过压边圈对板材施加初始压边力，金属板材坯料被压紧，压边圈和金属板材形成了一个筒形，作为料筒；由压边力施加装置通过压边圈对金属板材施加的压边力可抑制法兰区板材起皱，保证拉深顺利进行；
（3）加料筒内倒入粒径为0.15～0.20mm的SiO2颗粒8，倒入高度为1.5倍料筒直径；
（4）安装于压头顶端的超声振动器启动，对压头实施轴向振动激励；
（5）压头在压力机作用下，并经过导向系统的作用，下行插入料筒，并逐渐压缩颗粒介质对板材施加压力进行拉深成形，与此同时，由压缩弹簧产生的压边力随着成形进行逐渐增大；
（6）拉深结束，终止振动，上模组件在冲压压力机的作用下上移至初始位置，取出工件，加工成形结束。（如图3所示。）
Claims (4)
1.一种基于振动的板材软凸模成形设备，它主要由下模座、凹模、压边圈、颗粒介质、压边力施加装置、振动装置、冲头、上模座、导柱及导套等组成，压头、导柱、压边力施加装置和上模座构成上模组件，凹模、导套和下模座构成下模组件，导柱的一端连接于上模座，另一端为自由端插入固定于下模座上的导套内，凹模型腔侧壁形状根据成形件的形状而定，上模座和下模座分别固定于冲压成形机的上工作台和下工作台上，其特征在于：压头及压边力施加装置的一端均固定于上模座；凹模固定于下模座，上述压边力施加装置的另一端固定于压边圈上，该压边力施加装置由多个液压缸、气压缸或弹簧等施力装置均布于压边圈上，振动装置采用螺纹或其它方式连接于冲头、压边圈或凹模上。
2.根据权利要求1所述的基于振动的板材软凸模成形设备，其特征在于：所述振动装置采用超声振动、电磁振动、机械振动、气压或者液压振动等形式，该振动装置为单点集中激励或周向多点均布激励。
3.一种基于振动的板材软凸模成形方法，其特征在于：
（1）将上、下模座分别固定于冲压成形机的上工作台和下工作台上，将金属板材置于凹模和压边圈之间；
（2）压边力施加装置通过压边圈对板材施加初始压边力，金属板材坯料被压紧，压边圈和金属板材形成了一个筒形，作为料筒；
（3）向料筒内倒入适量颗粒介质，装料高度为1～3倍料筒直径；
（4）启动振动装置，对相应的激励部件即压边圈、压头或凹模实施振动激励；
（5）压头在导向系统的作用下，下行插入料筒，并逐渐压缩颗粒介质对板材施加压力进行拉深成形，与此同时，压边力随着成形进行不断自动控制调整；
（6）拉深结束，终止振动，上模组件在冲压压力机的作用下上移至初始位置，取出工件，加工成形结束。
4.根据权利要求4所述的基于振动的板材软凸模成形方法，其特征在于:所述颗粒介质由粒径为0.05～0.8mm固体颗粒组成，该颗粒介质为钢丸颗粒、陶瓷颗粒、SiC颗粒、SiO2颗粒、天然细砂等。
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