專利名稱：一種雙層板材成對脹形成形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及板材成形方法。
背景技術(shù)：
雙層板材的成對脹形是一種先進(jìn)的板材零件成形方法，其原理示意圖如圖1所示，其中1為上模具，2為下模具，3為上板材，4為下板材，5為介質(zhì)通道。成形時，將兩層板材3和4疊在一起，在板材3和4的外圈壓緊實現(xiàn)密封，然后通過介質(zhì)通道5向兩層板材3 和4的中間充入一定壓力的介質(zhì)(氣體或液體)使板材發(fā)生脹形后貼合模具型腔而得到所需零件。利用雙層板材的成對脹形，可以一次成形兩件形狀、尺寸完全相同或不同的零件， 成形效率提高。此外，相比傳統(tǒng)的板材脹形或拉深成形，雙層板材脹形時只有上板上表面和下板下表面與模具接觸，兩板之間的接觸面在成形過程中相互之間無滑動，因此成形后板材該側(cè)的表面質(zhì)量高。但是，在雙層板材成對脹形時，法蘭區(qū)板材將受到一定壓邊力(上、下模具對板材的壓力)的作用，法蘭區(qū)板材向模具型腔內(nèi)流動時將受到一定的摩擦阻力。摩擦阻力的大小主要由模具對板材的壓邊力、模具與板材間的摩擦系數(shù)以及模具與板材間的接觸面積決定。為保證雙層板之間的可靠密封，需要施加足夠的壓邊力。當(dāng)壓邊力較大時，法蘭區(qū)材料將受到較大摩擦力的阻礙而不易向模具型腔流動，難以成形形狀復(fù)雜、變形量大的零件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的雙層板材成對脹形時法蘭區(qū)材料受到較大摩擦力，材料流動困難的技術(shù)問題，而提供一種雙層板材成對脹形成形的方法。本發(fā)明的一種雙層板材成對脹形成形的方法按以下步驟進(jìn)行一、將雙層板材成對脹形成形的上模具和下模具的法蘭區(qū)外圍加工后只保留內(nèi)圈的上凸臺和下凸臺，上凸臺和下凸臺的寬度為IOmm 50mm ；二、將上板材和下板材疊在一起，放在上模具和下模具之間，并將介質(zhì)通道置于上板材和下板材之間；三、將上模具和下模具合模后，對上板材和下板材施加IOkN 2000kN的壓邊力使上板材和下板材密封；四、將5Mpa 200MPa的壓力介質(zhì)通過介質(zhì)通道通入上板材和下板材之間使上板材和下板材發(fā)生脹形變形，待成形結(jié)束后再將壓力介質(zhì)通過介質(zhì)通道釋放出來，得到脹形后的零件。本發(fā)明通過將上模具和下模具的法蘭區(qū)外圍加工后只保留內(nèi)圈較窄的上凸臺和下凸臺，如此設(shè)置，使模具與板材直接接觸的區(qū)域面積大大減小，從而可減小法蘭區(qū)的板材材料向模具型腔流動的阻力。本發(fā)明的上模具和下模具只有內(nèi)圈較小寬度的凸臺需要相互配合，其他部分無需配合，因此降低了模具加工精度要求；在模具法蘭區(qū)的外圍區(qū)域存在較大的間隙，這為控制法蘭區(qū)板材的受力或位移等提供了足夠的空間。
本發(fā)明的雙層板材成對脹形成形的方法可用于板材塑性加工領(lǐng)域。


圖1是現(xiàn)有的雙層板材的成對脹形原理示意圖；其中1為上模具，2為下模具，3為上板材，4為下板材，5為介質(zhì)通道，P表示壓力介質(zhì)；圖2是具體實施方式
二的雙層板材成對脹形成形的方法示意圖，其中6為上模具， 6-1為上凸臺，7為下模具，7-1為下凸臺，8為上板材，9為下板材，10為介質(zhì)通道，P表示壓力介質(zhì)；圖3是具體實施方式
三的雙層板材成對脹形成形的方法示意圖，其中6為上模具， 6-1為上凸臺，7為下模具，7-1為下凸臺，8為上板材，9為下板材，10為介質(zhì)通道，11為壓緊塊，P表示壓力介質(zhì)；圖4是具體實施方式
四的雙層板材成對脹形成形的方法示意圖，其中6為上模具， 6-1為上凸臺，7為下模具，7-1為下凸臺，8為上板材，9為下板材，10為介質(zhì)通道，11為壓緊塊，12為密封圈，P表示壓力介質(zhì)；圖5是具體實施方式
五的雙層板材成對脹形成形的方法示意圖，其中6為上模具， 6-1為上凸臺，7為下模具，7-1為下凸臺，8為上板材，9為下板材，10為介質(zhì)通道，13為壓緊夾，F(xiàn)表示水平推力，P表示壓力介質(zhì)；圖6是具體實施方式
六的雙層板材成對脹形成形的方法示意圖，其中6為上模具， 6-1為上凸臺，7為下模具，7-1為下凸臺，8為上板材，9為下板材，10為介質(zhì)通道，12為密封圈，13為壓緊夾，F(xiàn)表示水平推力，P表示壓力介質(zhì)；圖7是試驗一中雙層板材成對脹形成形過程中脹形中的狀態(tài)圖，其中6為上模具， 6-1為上凸臺，7為下模具，7-1為下凸臺，8為上板材，9為下板材，10為介質(zhì)通道，11為壓緊塊，P表示壓力介質(zhì)；圖8是試驗一中雙層板材成對脹形成形過程中脹形后的狀態(tài)圖，其中6為上模具， 6-1為上凸臺，7為下模具，7-1為下凸臺，8為上板材，9為下板材，10為介質(zhì)通道，11為壓緊塊，P表示壓力介質(zhì)；圖9是試驗二中雙層板材成對脹形成形過程中脹形中的狀態(tài)圖；其中6為上模具， 6-1為上凸臺，7為下模具，7-1為下凸臺，8為上板材，9為下板材，10為介質(zhì)通道；13為壓緊夾，F(xiàn)表示水平推力，P表示壓力介質(zhì)；圖10是試驗二中雙層板材成對脹形成形過程中脹形后的狀態(tài)圖；其中6為上模具，6-1為上凸臺，7為下模具，7-1為下凸臺，8為上板材，9為下板材，10為介質(zhì)通道；13為壓緊夾，F(xiàn)表示水平推力，P表示壓力介質(zhì)；
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式的一種雙層板材成對脹形成形的方法按以下步驟進(jìn)行一、將雙層板材成對脹形成形的上模具6和下模具7的法蘭區(qū)外圍加工后只保留內(nèi)圈的上凸臺6-1和下凸臺7-1，上凸臺6-1和下凸臺7-1的寬度為IOmm 50mm;二、將上板材8和下板材9疊在一起，放在上模具6和下模具7之間，并將介質(zhì)通
4道10置于上板材8和下板材9之間；三、將上模具6和下模具7合模后，對上板材8和下板材9施加IOkN 2000kN的壓邊力使上板材8和下板材9密封；四、將5MPa-200MPa的壓力介質(zhì)通過介質(zhì)通道10通入上板材8和下板材9之間使上板材8和下板材9發(fā)生脹形變形，待成形結(jié)束后再將壓力介質(zhì)通過介質(zhì)通道10釋放出來，得到脹形后的零件。本實施方式通過將上模具6和下模具7的法蘭區(qū)外圍加工后只保留內(nèi)圈較窄的上凸臺6-1和下凸臺7-1，如此設(shè)置，使模具與板材直接接觸的區(qū)域面積大大減小，從而可減小法蘭區(qū)的板材材料向模具型腔流動的阻力。本實施方式的上模具和下模具只有內(nèi)圈較小寬度的凸臺需要相互配合，其他部分無需配合，因此降低了模具加工精度要求；在模具法蘭區(qū)的外圍區(qū)域存在較大的間隙，這為控制法蘭區(qū)板材的受力或位移等提供了足夠的空間。
具體實施方式
二 (參見附圖2)本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟三中上模具6和下模具7合模后通過上凸臺6-1和下凸臺7-1將上板材8和下板材9壓緊以實現(xiàn)密封。其它與具體實施方式
一相同。本實施方式通過上模具6和下模具7合模后通過上凸臺6-1和下凸臺7-1將上板材8和下板材9壓緊實現(xiàn)密封，上模具和下模具只有內(nèi)圈較小寬度的配合凸臺需要相互配合，模具與板材直接接觸的區(qū)域面積大大減小，從而減小法蘭區(qū)的板材材料向模具型腔的流動阻力。
具體實施方式
三(參見附圖3)本實施方式與具體實施方式
一不同的是在上板材8和下板材9的外圈采用獨立的壓緊塊11將板材壓緊實現(xiàn)密封，壓緊塊11與上模具6 和下模具7之間存在0. Imm 1. Omm的空隙，壓緊塊11與上凸臺6-1和下凸臺7-1之間的水平間距為IOmm 100mm，上凸臺6_1與上板材8存在0. Imm 1. Omm的空隙，下凸臺7_1 與下板材9存在0. Imm 1. Omm的空隙。其它與具體實施方式
一相同。本實施方式中用壓緊塊11壓緊上板材8和下板材9并實現(xiàn)密封，壓緊塊11與上模具和下模具之間存在一定間隙，而且上凸臺6-1和下凸臺7-1在成形時也不壓靠上板材 8和下板材9。如此設(shè)置，將密封位置轉(zhuǎn)移到外圍壓緊塊11的位置，脹形成形時，壓緊塊11 將隨著上板材8和下板材9 一起向模具型腔方向移動。采用這種徑向隨動的密封結(jié)構(gòu)，使脹形成形時的阻力大大減小，成形更容易。
具體實施方式
四(參見附圖4)本實施方式與具體實施方式
三不同的是在上板材8和下板材9之間，于壓緊塊11所在的位置放置截面為圓形或方形的密封圈12以實現(xiàn)密封。其它與具體實施方式
三相同。本實施方式采用密封圈12，用較小的壓緊力就可以達(dá)到雙層板材的良好密封，增強密封效果。
具體實施方式
五(參見附圖5)本實施方式與具體實施方式
一不同的是在上板材8和下板材9的外圈采用獨立的壓緊夾13將板材壓緊實現(xiàn)密封，壓緊夾13與上模具6 和下模具7之間存在0. Imm 1. Omm的空隙，壓緊夾13與上凸臺6-1和下凸臺7-1的水平間距為IOmm 100mm，上凸臺6_1與上板材8存在0. Imm 1.0mm的空隙，下凸臺7_1與下板材9存在0. Imm 1. Omm的空隙。脹形成形時，沿水平方向?qū)壕o夾13施加IOkN IOOkN的推力。其它與具體實施方式
一相同。
5
本實施方式中用壓緊夾13壓緊上板材8和下板材9并實現(xiàn)密封，壓緊夾13與上模具和下模具之間存在一定間隙，而且上凸臺6-1和下凸臺7-1在成形時也不壓靠上板材 8和下板材9。如此設(shè)置，將密封位置轉(zhuǎn)移到外圍壓緊夾13的位置，脹形過程中，沿水平方向?qū)壕o夾13施加一定的水平推力，以促進(jìn)上板材8和下板材9向模具型腔流動。采用這種徑向加力的密封結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步促進(jìn)板材向模具型腔流動，使成形更容易。
具體實施方式
六(參見附圖6)本實施方式與具體實施方式
五不同的是在上板材8和下板材9之間，于壓緊夾13所在的位置放置截面為圓形或方形的密封圈12以實現(xiàn)密封。其它與具體實施方式
五相同。本實施方式采用密封圈12，用較小的壓緊力就可以達(dá)到雙層板材的良好密封，增強密封效果。本發(fā)明用以下試驗驗證本發(fā)明的有益效果試驗一(參見附圖3、圖7、圖8)本試驗的一種雙層板材成對脹形成形的方法按以下步驟進(jìn)行一、將雙層板材成對脹形成形的上模具6和下模具7的法蘭區(qū)外圍加工后只保留內(nèi)圈的上凸臺6-1和下凸臺7-1，上凸臺6-1和下凸臺7-1的寬度為50mm ；二、將上板材8和下板材9疊在一起，放在上模具6和下模具7之間，并將介質(zhì)通道10置于上板材8和下板材9之間；三、將上模具6和下模具7合模后，通過壓緊塊11對上板材8和下板材9施加 IOOOkN的壓邊力使上板材8和下板材9密封，壓緊塊11與上模具6和下模具7之間留有 0. 5mm的間隙，壓緊塊11與上凸臺6-1和下凸臺7-1之間的水平間距為50mm，上凸臺6-1 與上板材8存在0. 5mm的空隙，下凸臺7_1與下板材9存在0. 5mm的空隙；四、將IOOMPa的壓力介質(zhì)通過介質(zhì)通道10通入上板材8和下板材9之間使上板材8和下板材9發(fā)生脹形變形，然后再將壓力介質(zhì)通過介質(zhì)通道10釋放出來，得到脹形后的零件。用圖3、圖7和圖8來表示本試驗一中雙層板材成對脹形成形過程，其中步驟三的脹形前的狀態(tài)如圖3所示，壓緊塊11與上模具6和下模具7之間留有空隙，壓緊塊11與上凸臺6-1和下凸臺7-1之間的水平間距為50mm ；脹形過程中的狀態(tài)如圖7所示，位于模腔中的板材向模腔壁膨脹，壓緊塊11隨著板材一起向模腔方向移動；脹形完成后得到零件時的狀態(tài)如圖8所示，板材完全貼合在型腔壁上，得到型腔的形狀。上模具6和下模具7的內(nèi)圈配合凸臺在成形時不壓緊雙層板材，采用這種徑向隨動密封結(jié)構(gòu)的方法，使脹形成形時的阻力很小，成形更容易。試驗二 (參見附圖5、圖9和圖10)本試驗的一種雙層板材成對脹形成形的方法按以下步驟進(jìn)行一、將雙層板材成對脹形成形的上模具6和下模具7的法蘭區(qū)外圍加工后只保留內(nèi)圈的上凸臺6-1和下凸臺7-1，上凸臺6-1和下凸臺7-1的寬度為30mm ；二、將上板材8和下板材9疊在一起，放在上模具6和下模具7之間，然后將介質(zhì)通道10置于上板材8和下板材9之間；三、將上模具6和下模具7合模后，通過壓緊夾13對上板材8和下板材9施加 IOOOkN的壓邊力使上板材8和下板材9密封，壓緊夾13與上模具6和下模具7之間留有0. 5mm的間隙，壓緊夾13與上凸臺6-1和下凸臺7-1的水平間距為80mm，上凸臺6-1與上板材8存在0. 5mm的空隙，下凸臺7_1與下板材9存在0. 5mm的空隙；四、將IOOMPa的壓力介質(zhì)通過介質(zhì)通道10通入上板材8和下板材9之間，同時在壓緊夾13上沿水平方向施加50kN的推力F使上板材8和下板材9發(fā)生脹形變形，然后再將壓力介質(zhì)通過介質(zhì)通道10釋放出來，得到脹形后的零件。本試驗中雙層板材成對脹形成形過程如圖5、圖9和圖10所示，其中圖5為脹形前的狀態(tài)圖；圖9為脹形中的狀態(tài)圖；圖10是脹形后的狀態(tài)圖。上模具6和下模具7的內(nèi)圈配合凸臺在成形時將不壓緊雙層板材。用壓緊夾13實現(xiàn)上下板材的密封，同時施加一個徑向的水平推力F，使脹形成形快速完成，使脹形成形更容易。
權(quán)利要求
1.一種雙層板材成對脹形成形的方法，其特征在于雙層板材成對脹形成形的方法按以下步驟進(jìn)行一、將雙層板材成對脹形成形的上模具(6)和下模具(7)的法蘭區(qū)外圍加工后只保留內(nèi)圈的上凸臺(6-1)和下凸臺(7-1)，上凸臺(6-1)和下凸臺(7-1)的寬度為IOmm 50mm ；二、將上板材⑶和下板材(9)疊在一起，放在上模具(6)和下模具(7)之間，并將介質(zhì)通道(10)置于上板材⑶和下板材(9)之間；三、將上模具(6)和下模具(7)合模后，對上板材(8)和下板材(9)施加IOkN 2000kN的壓邊力使上板材(8)和下板材(9)密封； 四、將5MPa 200MPa的壓力介質(zhì)通過介質(zhì)通道(10)通入上板材(8)和下板材(9)之間使上板材(8)和下板材(9)發(fā)生脹形變形，待成形結(jié)束后再將壓力介質(zhì)通過介質(zhì)通道(10)釋放出來，得到脹形后的零件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層板材成對脹形成形的方法，其特征在于步驟三中上模具(6)和下模具(7)合模后通過上凸臺(6-1)和下凸臺(7-1)將上板材(8)和下板材 (9)壓緊以實現(xiàn)密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層板材成對脹形成形的方法，其特征在于步驟三中在上板材(8)和下板材(9)的外圈采用獨立的壓緊塊(11)將板材壓緊實現(xiàn)密封，壓緊塊(11) 與上模具(6)和下模具(7)之間存在0. Imm 1.0mm的空隙，壓緊塊(11)與上凸臺(6-1) 和下凸臺(7-1)之間的水平間距為IOmm 100mm，上凸臺(6-1)與上板材⑶存在0. Imm 1. Omm的空隙，下凸臺(7-1)與下板材(9)存在0. Imm 1. Omm的空隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙層板材成對脹形成形的方法，其特征在于在上板材 (8)和下板材(9)之間，于壓緊塊(11)所在的位置放置截面為圓形或方形的密封圈(12)以實現(xiàn)密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙層板材成對脹形成形的方法，其特征在于步驟三中在上板材⑶和下板材(9)的外圈采用獨立的壓緊夾(13)將板材壓緊實現(xiàn)密封，壓緊夾(13) 與上模具(6)和下模具(7)之間存在0. Imm 1.0mm的空隙，壓緊夾(13)與上凸臺(6-1) 和下凸臺(7-1)的水平間距為IOmm 100mm，上凸臺(6-1)與上板材(8)存在0. Imm 1.0mm的空隙，下凸臺(7-1)與下板材(9)存在0. Imm 1. Omm的空隙，脹形成形時，沿水平方向?qū)壕o夾(13)施加IOkN IOOkN的推力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雙層板材成對脹形成形的方法，其特征在于在上板材 (8)和下板材(9)之間，于壓緊夾(13)所在的位置放置截面為圓形或方形的密封圈(12)以實現(xiàn)密封。
全文摘要
一種雙層板材成對脹形成形的方法，它涉及板材成形方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的雙層板材成對脹形時法蘭區(qū)材料受到較大摩擦力，材料流動困難的技術(shù)問題。方法將模具的法蘭區(qū)外圍加工后只保留內(nèi)圈較窄的凸臺；將板材疊放在模具間，設(shè)置好介質(zhì)通道；合模后，對板材施加壓邊力使板材密封；將壓力介質(zhì)通入板材間使板材發(fā)生脹形；成形后，釋放壓力介質(zhì)，得到零件。本發(fā)明成形過程中，模具法蘭區(qū)與板材的直接接觸區(qū)域面積小，板材向模具型腔流動阻力小。本發(fā)明的雙層板材成對脹形成形的方法可用于板材塑性加工領(lǐng)域。
文檔編號B21D26/021GK102357584SQ201110341820
公開日2012年2月22日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者何祝斌, 劉偉, 劉鋼, 苑世劍 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)