一种提高复杂薄壁件充液成形中局部反胀高度的方法

摘要

本发明提出了一种用于提高复杂薄壁件充液成形中局部反胀高度的方法，属于航空宇航制造领域。该方法包括模具的设计制造、可拆卸式压边镶块的设计制造、模具工装的安装调试、板材充液成形过程、工艺补充零件的激光切割等步骤。该方法在传统被动式充液成形方法的基础上，将局部的压边圈改成可拆卸的镶块设计，可适用于成形不同深度要求的深腔形薄壁件，解决了在成形该类零件时出现的局部易破裂的问题。这样在充液初期反胀时，局部能达到一个更高的反胀高度，进而补充大量板料，克服了成形后期局部变形过大造成减薄过大甚至破裂的缺点。该方法可根据板材所用材料、板厚及零件结构特点进行适当变动，具有良好的适用性。

说明书

技术领域

本发明属于航空宇航制造领域，特别是涉及到针对复杂薄壁深腔形件的板材充液成形方法。

背景技术

随着我国航空航天事业的飞速发展，如何最大程度地减轻飞行器的整体重量，谋求一个更加合理的空间布局成为当前航空宇航制造领域的重中之重，在此背景下，一些复杂薄壁航空零件的需求大大增加。但传统方法在成形复杂薄壁件以及一些异形曲面件时对人工的要求较高，成品率低，机械化程度还不够，同时零件材料广泛使用铝合金等轻质合金，对零件的表面质量要求较高。

基于上述问题，本发明在传统被动式充液成形方法的基础上，对压边圈进行了一些改良，以解决在成形复杂异形曲面及薄壁深腔形零件时出现的局部易破裂的问题。传统被动式充液成形是指将刚性凹模用液室压力替代，在液体的包裹下成形出所需零件。虽然传统充液成形解决了普通刚性模成形易划伤零件表面的缺点，但是对于局部变形过大的区域，反而更易增大局部的减薄率。而本发明是通过对压边装置进行改良，将局部的压边圈改成可拆卸式的镶块设计，以适用于成形不同深度要求的深腔形薄壁件。这样在充液初期进行反胀时在局部能达到一个更高的反胀高度，进而补充大量板料，克服了成形后期局部变形过大造成减薄过大甚至破裂的缺点。该方法可根据板材所用材料、板厚及零件结构特点进行适当变动，具有良好的适用性。

发明内容

本发明提供的针对提高复杂薄壁件充液成形中局部反胀高度的方法包括按顺序进行的下列步骤：

(1)将成形模具安装在充液成形设备上进行安装调试。

(2)按照成形深度要求将所需规格的压边镶块安装在原始压边圈特定位置。

(3)将板料放置在模具液室上，用定位装置定好位。

(4)准备完毕后，压边圈下行压住板料，压边间隙靠若干均匀分布与模具上的限位块来保证。

(5)启动增压泵，开始向液室内充入液体至液体未从液室边缘溢出为止。

(6)成形开始阶段，凸模下行至板料表面。

(7)给定一个较小的初始反胀压力，在局部将板料反胀至可拆卸压边镶块的位置。

(8)按照既定加载曲线增大液压，同时凸模开始按照既定速度(行程)下行，板料在液体包裹下紧贴凸模发生变形，至成形出所需形状。

(9)泄压开模，将成形后的零件取出。

(10)将残留在零件表面的液体擦拭干净，并切除多余法兰及工艺补充面，得到最终的零件。

(11)所述步骤1中模具由带有零件表面的凸模、液室、压边圈、相匹配的可拆卸压边镶块、密封圈及限位块组成。

(12)所述步骤2中设计的压边块与水平面间的角度以10°～15°为宜，过小会造成该处反胀高度的不足进而影响成形效果，过大则会将板材在反胀初期直接胀裂。

(13)所述步骤3中的板料所使用的材料为5A02铝合金，厚度为1mm。

(14)所述步骤4中的压边间隙为1.1倍的板料厚度。

(15)本发明所述的方法是在传统被动式充液成形技术的基础上改良压边装置，通过增加局部的反胀高度对成形后期起到补料的作用，进而大大降低薄壁件的减薄率。

本发明是一种适应性较强的方法，该方法在成形局部拉深比大的薄壁零件时都有较大的参考意义。对于不同形状的薄壁零件，在设计出相应的模具后，都可以依据成形的形状及深度来调节压边圈镶块的斜面角度和大小，以满足不同零件的成形效果需求。

附图说明

图1为采用本发明提供的用于提高复杂薄壁件充液成形中局部反胀高度的方法所成形的复杂薄壁深腔形件的零件示意图。

图2为采用本发明提供的用于提高复杂薄壁件充液成形中局部反胀高度的方法所成形的复杂薄壁深腔形件的压边圈剖切图。

图3为采用本发明提供的用于提高复杂薄壁件充液成形中局部反胀高度的方法所成形的复杂薄壁深腔形件的压边圈俯视图。

图4为采用本发明提供的用于提高复杂薄壁件充液成形中局部反胀高度的方法所成形的复杂薄壁深腔形件的模具工装简图。

图5为采用本发明提供的用于提高复杂薄壁件充液成形中局部反胀高度的方法所成形的复杂薄壁深腔形件的成形示意图。

图中：1为零件型面；2为压边圈；3为凸模；4为可拆卸压边块；5为密封圈；6为限位块；7为液室进液孔；8为板料；9为液室；FP为凸模的下行力；FB为压边力。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明提供的用于提高复杂薄壁件充液成形中局部反胀高度的方法所成形的复杂薄壁深腔形件所成形的复杂薄壁异形件进行详细说明。

如图1-图5所示，本发明提供的用于提高复杂薄壁件充液成形中局部反胀高度的方法所成形的复杂薄壁异形件包括下列步骤：

(1)根据图1的零件型面图设计相应的模具。

(2)安装模具后，将相应的压边镶块4安装在压边圈2特定位置上。

(3)将板料8放置在液室9上，用定位装置定好位。

(4)压边圈下行，压边间隙靠限位块6保证。

(5)启动增压泵，通过液室进液孔7向液室内充入液体至液体未从液室边缘溢出为止。

(6)成形开始，凸模3下行至紧贴板料8上方，通过增压泵在液室9内给定一个较小的初始反胀压力，将板料8反胀至紧贴压边镶块4的位置。

(7)按既定液压加载曲线增大液室压力，同时凸模3开始按照既定速度(行程)下行，板料8在液体的包裹下紧贴凸模发生变形，至成形出所需的形状。

(8)泄压开模，取出零件后。

(9)将步骤8的零件表面清理干净后，利用线切割机去除工艺补充面得到最终零件。

(10)所述步骤1中模具由带有零件表面的凸模3、液室9、压边圈2、相匹配的可拆卸压边镶块4、密封圈5及限位块6组成。

(12)所述步骤2中设计的压边镶块4与水平面间的角度以10°～15°为宜，过小会造成该处反胀高度的不足进而影响成形效果，过大则会将板材在反胀初期直接胀裂。

(13)所述步骤3中的板料8所使用的材料为5A02铝合金，厚度为1mm。

(14)所述步骤4中的压边间隙为1.1倍的板料厚度。

(15)本发明所述的方法是在传统被动式充液成形技术的基础上改良压边装置，通过增加局部的反胀高度对成形后期起到补料的作用，进而大大降低复杂薄壁深腔形件的减薄率。

(16)本发明的工艺适应性较强，该方法在成形局部拉深比大的薄壁零件时都有较大的参考意义。对于不同形状的薄壁零件，在设计出相应的模具后，都可以依据成形的形状及深度来调节压边圈镶块的斜面角度和大小，以满足不同零件的成形效果需求。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于该具体实施方式的范围。对本技术领域的技术人员而言，在不脱离本发明精神和实质的前提下所做出的等同变化、调整与修改，均应属于本发明保护的范围。