一種基于振動(dòng)的板材軟凸模成形方法
【專利摘要】一種基于振動(dòng)的板材軟凸模成形方法，其加工設(shè)備主要由由下模座、凹模、壓邊圈、顆粒介質(zhì)、壓邊力施加裝置、振動(dòng)裝置、沖頭、上模座、導(dǎo)柱及導(dǎo)套等組成。對(duì)金屬板材加工成形時(shí)，先將金屬板材置于凹模和壓邊圈之間，壓邊圈施加壓邊力后再往壓邊圈和金屬板材形成料筒內(nèi)添加顆粒介質(zhì)，然后壓頭在壓力的作用下壓縮介質(zhì)，對(duì)板材施加壓力實(shí)施軟凸模拉深成形；振動(dòng)裝置在沖頭、壓邊圈及凹模單獨(dú)施加或者聯(lián)合施加振動(dòng)。本發(fā)明的振動(dòng)激勵(lì)作用可使板材與模具間摩擦和變形抗力減小，同時(shí)促進(jìn)顆粒介質(zhì)流動(dòng)性和傳力性能，提高板材成形極限，有利于復(fù)雜形狀零件的加工成形；并且顆粒介質(zhì)可以重復(fù)使用，降低模具加工的成本和能源消耗，有利于綠色環(huán)保。
【專利說(shuō)明】一種基于振動(dòng)的板材軟凸模成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬板材的成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)汽車、航空航天、軍工等行業(yè)的快速發(fā)展和節(jié)能降耗的要求，對(duì)一些高精度、形狀復(fù)雜的輕質(zhì)合金或高強(qiáng)合金鈑金件的需求越來(lái)越大。但是，這些材料用常規(guī)變形方法成形困難，成為其加工成形的瓶頸。所以這類難成形材料的塑性加工技術(shù)已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。為了解決這類難成形材料的加工問(wèn)題，目前的加工方法存在著加工道次繁多、成形設(shè)備復(fù)雜、投入成本較高等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明在于提供一種能降低加工成本和能源消耗、有利于復(fù)雜形狀部件加工成形的基于振動(dòng)的板材軟凸模成形方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]本發(fā)明的成形設(shè)備主要由下模座、凹模、壓邊圈、顆粒介質(zhì)、壓邊力施加裝置、振動(dòng)裝置、沖頭、上模座、導(dǎo)柱及導(dǎo)套等組成。壓頭、導(dǎo)柱、壓邊力施加裝置和上模座構(gòu)成上模組件，凹模、導(dǎo)套和下模座構(gòu)成下模組件，導(dǎo)柱及導(dǎo)套構(gòu)成導(dǎo)向系統(tǒng)。凹模型腔側(cè)壁形狀根據(jù)成形件的形狀而定。上模座和下模座分別固定于沖壓成形機(jī)的上工作臺(tái)和下工作臺(tái)上。壓頭、導(dǎo)柱及壓邊力施加裝置的一端均固定于上模座；凹模及導(dǎo)套固定于下模座，上述壓邊力施加裝置的另一端固定于壓邊圈上，該裝置可由多個(gè)液壓缸、氣壓缸或彈簧等施力裝置均布于壓邊圈上。上述導(dǎo)柱的另一端為自由端插入導(dǎo)套內(nèi)，該導(dǎo)柱能夠在導(dǎo)套中順利上下運(yùn)動(dòng)，從而保證整個(gè)模具拉深成形過(guò)程中各運(yùn)動(dòng)部件的定位準(zhǔn)確性。振動(dòng)裝置采用螺紋或其它方式連接于沖頭、壓邊圈或者凹模上，可在沖頭、壓邊圈及凹模單獨(dú)施加或者聯(lián)合施加振動(dòng)激勵(lì)。
[0006]所述振動(dòng)裝置采用超聲振動(dòng)、電磁振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)或者液(氣)壓振動(dòng)等形式，該振動(dòng)裝置可以為單點(diǎn)集中激勵(lì)，也可以為周向多點(diǎn)均布激勵(lì)。
[0007]本發(fā)明的成形方法如下:
[0008](I)將上下模座分別固定于沖壓成形機(jī)的上工作臺(tái)和下工作臺(tái)上，將金屬板材置于凹模和壓邊圈之間；
[0009](2)壓邊力施加裝置通過(guò)壓邊圈對(duì)板材施加初始?jí)哼吜?，金屬板材坯料被壓緊，壓邊圈和金屬板材形成了一個(gè)筒形，作為料筒；由壓邊圈對(duì)金屬板材施加的壓邊力可抑制法蘭區(qū)板材起皺，保證拉深順利進(jìn)行；
[0010](3)加料筒內(nèi)倒入適量顆粒介質(zhì)，裝料高度為I?3倍料筒直徑；
[0011](4)啟動(dòng)振動(dòng)裝置，對(duì)相應(yīng)的激勵(lì)部件(壓邊圈、壓頭或凹模)實(shí)施振動(dòng)激勵(lì)；
[0012](5)壓頭在導(dǎo)向系統(tǒng)的作用下，下行插入料筒，并逐漸壓縮顆粒介質(zhì)對(duì)板材施加壓力進(jìn)行拉深成形，與此同時(shí)，壓邊力隨著成形進(jìn)行不斷自動(dòng)控制調(diào)整；[0013](6)拉深結(jié)束，終止振動(dòng)，上模組件在沖壓壓力機(jī)的作用下上移至初始位置，取出工件，加工成形結(jié)束。
[0014]所述顆粒介質(zhì)可以由粒徑為0.05?0.8mm固體顆粒組成，該顆?？梢詾椴讳P鋼球、陶瓷顆粒、SiC顆粒、Si02顆粒、天然細(xì)砂等,具體介質(zhì)的采用根據(jù)板材成形的溫度、內(nèi)壓等條件決定。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0016]振動(dòng)激勵(lì)作用可有效降低金屬板材與模具間摩擦力，并且當(dāng)施加高頻振動(dòng)激勵(lì)時(shí)，可以使板材變形抗力降低、抑制裂紋產(chǎn)生和發(fā)展；振動(dòng)激勵(lì)同時(shí)也促進(jìn)顆粒介質(zhì)流動(dòng)性和傳力性能，從而有效提高板材成形極限，有利于復(fù)雜形狀零件的加工成形，并且顆粒介質(zhì)可以重復(fù)使用，降低模具加工的成本和能源消耗，有利于綠色環(huán)保。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明成形設(shè)備剖視示意簡(jiǎn)圖。
[0018]圖2是本發(fā)明成形過(guò)程壓邊圈振動(dòng)激勵(lì)剖視示意簡(jiǎn)圖。
[0019]圖3是本發(fā)明成形過(guò)程壓頭振動(dòng)激勵(lì)剖視示意簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]在圖1所示的基于振動(dòng)的板材軟凸模成形設(shè)備示意圖中，上模座6和下模座11分別固定于沖壓成形機(jī)的上工作臺(tái)和下工作臺(tái)上。壓頭4、導(dǎo)柱9及壓邊力施加裝置7的一端均固定于上模座；凹模I和導(dǎo)套10固定于下模座，上述壓邊力施加裝置的另一端固定于壓邊圈3上，該裝置由四個(gè)氣壓缸施力裝置均布于壓邊圈上。上述導(dǎo)柱的另一端為自由端插入導(dǎo)套內(nèi)，該導(dǎo)柱能夠在導(dǎo)套中順利上下運(yùn)動(dòng)，從而保證整個(gè)模具拉深成形過(guò)程中各運(yùn)動(dòng)部件的定位準(zhǔn)確性。振動(dòng)裝置5采用螺紋連接于壓邊圈上，在壓邊圈單獨(dú)施加振動(dòng)激勵(lì)。金屬板材5置于凹模和壓邊圈之間，顆粒介質(zhì)8置于壓邊圈和金屬板材形成的料筒內(nèi)。
[0021]實(shí)施例1:
[0022](I)將上下模座分別固定于沖壓成形機(jī)的上工作臺(tái)和下工作臺(tái)上，將AA1020鋁板材置于凹模和壓邊圈之間；
[0023]( 2)壓邊力施加裝置由四個(gè)彈簧組成，通過(guò)壓邊圈對(duì)板材施加初始?jí)哼吜?，金屬板材坯料被壓緊，壓邊圈和金屬板材形成了一個(gè)筒形，作為料筒；由壓邊力施加裝置通過(guò)壓邊圈對(duì)金屬板材施加的壓邊力可抑制法蘭區(qū)板材起皺，保證拉深順利進(jìn)行；
[0024](3)加料筒內(nèi)倒入粒徑為0.125?0.25mm的陶瓷顆粒，倒入高度為1.2倍料筒直徑;
[0025](4)均布安裝于壓邊圈上的振動(dòng)裝置即四個(gè)電磁高頻振動(dòng)器同時(shí)啟動(dòng)，對(duì)壓邊圈實(shí)施軸向振動(dòng)激勵(lì)；
[0026](5)壓頭在壓力機(jī)作用下，并經(jīng)過(guò)導(dǎo)向系統(tǒng)的作用，下行插入料筒，并逐漸壓縮顆粒介質(zhì)對(duì)板材施加壓力進(jìn)行拉深成形，與此同時(shí)，由壓縮彈簧產(chǎn)生的壓邊力隨著成形進(jìn)行逐漸增大；
[0027](6)拉深結(jié)束，終止振動(dòng)，上模組件在沖壓壓力機(jī)的作用下上移至初始位置，取出工件，加工成形結(jié)束。(如圖2所示。)[0028]實(shí)施例2:
[0029](I)將上下模座分別固定于沖壓成形機(jī)的上工作臺(tái)和下工作臺(tái)上，將304不銹鋼板材置于凹模和壓邊圈之間；
[0030](2)壓邊力施加裝置由四個(gè)液壓缸組成，該液壓缸通過(guò)壓邊圈對(duì)板材施加初始?jí)哼吜Γ饘侔宀呐髁媳粔壕o，壓邊圈和金屬板材形成了一個(gè)筒形，作為料筒；由壓邊力施加裝置通過(guò)壓邊圈對(duì)金屬板材施加的壓邊力可抑制法蘭區(qū)板材起皺，保證拉深順利進(jìn)行；
[0031](3)加料筒內(nèi)倒入粒徑為0.2?0.3mm的鋼丸顆粒，裝料高度為2倍料筒直徑；
[0032](4)均布安裝于壓邊圈上的振動(dòng)裝置即四個(gè)氣動(dòng)振動(dòng)器同時(shí)啟動(dòng)，對(duì)相應(yīng)的壓邊圈實(shí)施軸向振動(dòng)激勵(lì)；
[0033](5)壓頭在壓力機(jī)下，并經(jīng)過(guò)導(dǎo)向系統(tǒng)的作用，下行插入料筒，并逐漸壓縮顆粒介質(zhì)對(duì)板材施加壓力進(jìn)行拉深成形，與此同時(shí)，由壓邊氣壓缸設(shè)定的壓邊力在成形過(guò)程中保持某一恒定值，該值以板材法蘭區(qū)不起皺為準(zhǔn)，盡量接近臨界值；
[0034](6)拉深結(jié)束，終止振動(dòng)，上模組件在沖壓壓力機(jī)的作用下上移至初始位置，取出工件，加工成形結(jié)束。
[0035]實(shí)施例3:
[0036](I)將上下模座分別固定于沖壓成形機(jī)的上工作臺(tái)和下工作臺(tái)上，將6061鋁合金板置于凹模和壓邊圈之間；
[0037]( 2)壓邊力施加裝置由四個(gè)彈簧組成，通過(guò)壓邊圈對(duì)板材施加初始?jí)哼吜?，金屬板材坯料被壓緊，壓邊圈和金屬板材形成了一個(gè)筒形，作為料筒；由壓邊力施加裝置通過(guò)壓邊圈對(duì)金屬板材施加的壓邊力可抑制法蘭區(qū)板材起皺，保證拉深順利進(jìn)行；
[0038](3)加料筒內(nèi)倒入粒徑為0.15?0.20mm的Si02顆粒8，倒入高度為1.5倍料筒
直徑；
[0039](4)安裝于壓頭頂端的超聲振動(dòng)器啟動(dòng)，對(duì)壓頭實(shí)施軸向振動(dòng)激勵(lì)；
[0040](5)壓頭在壓力機(jī)作用下，并經(jīng)過(guò)導(dǎo)向系統(tǒng)的作用，下行插入料筒，并逐漸壓縮顆粒介質(zhì)對(duì)板材施加壓力進(jìn)行拉深成形，與此同時(shí)，由壓縮彈簧產(chǎn)生的壓邊力隨著成形進(jìn)行逐漸增大；
[0041](6)拉深結(jié)束，終止振動(dòng)，上模組件在沖壓壓力機(jī)的作用下上移至初始位置，取出工件，加工成形結(jié)束。(如圖3所示。)
【權(quán)利要求】
1.一種基于振動(dòng)的板材軟凸模成形設(shè)備，它主要由下模座、凹模、壓邊圈、顆粒介質(zhì)、壓邊力施加裝置、振動(dòng)裝置、沖頭、上模座、導(dǎo)柱及導(dǎo)套等組成，壓頭、導(dǎo)柱、壓邊力施加裝置和上模座構(gòu)成上模組件，凹模、導(dǎo)套和下模座構(gòu)成下模組件，導(dǎo)柱的一端連接于上模座，另一端為自由端插入固定于下模座上的導(dǎo)套內(nèi)，凹模型腔側(cè)壁形狀根據(jù)成形件的形狀而定，上模座和下模座分別固定于沖壓成形機(jī)的上工作臺(tái)和下工作臺(tái)上，其特征在于:壓頭及壓邊力施加裝置的一端均固定于上模座；凹模固定于下模座，上述壓邊力施加裝置的另一端固定于壓邊圈上，該壓邊力施加裝置由多個(gè)液壓缸、氣壓缸或彈簧等施力裝置均布于壓邊圈上，振動(dòng)裝置采用螺紋或其它方式連接于沖頭、壓邊圈或凹模上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于振動(dòng)的板材軟凸模成形設(shè)備，其特征在于:所述振動(dòng)裝置采用超聲振動(dòng)、電磁振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、氣壓或者液壓振動(dòng)等形式，該振動(dòng)裝置為單點(diǎn)集中激勵(lì)或周向多點(diǎn)均布激勵(lì)。
3.一種基于振動(dòng)的板材軟凸模成形方法，其特征在于: (1)將上、下模座分別固定于沖壓成形機(jī)的上工作臺(tái)和下工作臺(tái)上，將金屬板材置于凹模和壓邊圈之間； (2)壓邊力施加裝置通過(guò)壓邊圈對(duì)板材施加初始?jí)哼吜Γ饘侔宀呐髁媳粔壕o，壓邊圈和金屬板材形成了一個(gè)筒形，作為料筒； (3)向料筒內(nèi)倒入適量顆粒介質(zhì)，裝料高度為I?3倍料筒直徑； (4)啟動(dòng)振動(dòng)裝置，對(duì)相應(yīng)的激勵(lì)部件即壓邊圈、壓頭或凹模實(shí)施振動(dòng)激勵(lì)； (5)壓頭在導(dǎo)向系統(tǒng)的作用下，下行插入料筒，并逐漸壓縮顆粒介質(zhì)對(duì)板材施加壓力進(jìn)行拉深成形，與此同時(shí)，壓邊力隨著成形進(jìn)行不斷自動(dòng)控制調(diào)整； (6)拉深結(jié)束，終止振動(dòng)，上模組件在沖壓壓力機(jī)的作用下上移至初始位置，取出工件，加工成形結(jié)束。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于振動(dòng)的板材軟凸模成形方法，其特征在于:所述顆粒介質(zhì)由粒徑為0.05?0.8mm固體顆粒組成,該顆粒介質(zhì)為鋼丸顆粒、陶瓷顆粒、SiC顆粒、Si02顆粒、天然細(xì)砂等。
【文檔編號(hào)】B21D22/22GK103920786SQ201410135376
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】曹秒艷, 趙長(zhǎng)財(cái), 董國(guó)疆 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)