一种液压成形模具及用其制造复杂板材零件的方法

摘要

一种液压成形模具，包括上下模，下模为型模，上模为空模，下模腔底部设排气孔，上模腔设有进油孔和出油孔，上下模腔之间设有密封圈上下模体通过锁紧螺螺栓锁紧；用该模具制造复杂板材零件的方法，包括：S1：仿真分析，S2：装料，合模预紧；S3：压力机锁紧；S4：注入压缩液体并逐渐增压S5：保压：S6：泄压，排出压缩液体；S7：开模，取出零件。该模具结构简单，设计周期短，制造成本低；用该法制造复杂板材零件中间工序少，节约人力物力，产品减薄率低、壁厚均匀，材料成形极限高，成形质量好，精度高，承载能力强，残余应力低，解决了复杂板材零件拉深易开裂变形以及压边位置褶皱等问题，尤其适用于一次成形的复杂拉深结构件。

说明书

技术领域

本发明涉及一种模具以及用其制造复杂板材零件的方法，特别是一种液压成形模具及用其制造复杂板材零件的方法。

背景技术

制造业中常常遇到有批量小、尺寸多变的复杂形状板材零部件，制造此类零部件传统的方法或采用冲压方法成形，或采取手工钣金成形方法；采用手工钣金成形方法，成本低，但周期太长，质量也不易满足要求；采用冲压方法成形也存在如下问题：

1．工序复杂、难度大、造价高：模具的设计制造与调试需要大量时间与人力物力，压成一个零件，需要多道工序组合，多套模具组合、多个步骤才能冲压成合格零件，冲压每个过程都需要专门的模具进行生产，有些零件还需要后续焊接，裁剪等才能加工完成，模具结构复杂、设计周期长、成本高；

2．在冲压成形的过程中，零件与模具之间的挤压与塑性变形，使得零件刚性和强度减低，容易起皱，破裂；为了改进以上缺陷，在生产实践中，主要依靠设计人员的经验，通过反复的试模和修模、调整工艺参数来实现，质量难以保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压成形模具及用其制造复杂板材零件的方法，以克服上述已有技术存在的不足。

本发明采取的技术方案是：一种液压成形模具，包括上模和下模，所述下模为型模，上模为空模，所述下模包括下模体和开在下模体中部的下模腔，所述下模腔为与待制作的板形零件形状对应的凹模，下模腔底部设排气孔，围绕下模腔四周的下模体上开有下锁紧螺孔和下定位销孔；所述上模包括上模体和开在上模体中部的上模腔，所述上模腔为与下模腔口对口的空模腔，围绕上模腔模腔口周边设有用于装密封圈的安装槽，上模腔内设有通向上模体顶部的进油孔和出油孔，围绕上模腔四周的上模体上开有上锁紧螺孔和上定位销孔，所述上锁紧螺孔和上定位销孔的位置分别与下模体的下锁紧螺孔和下定位销孔对应。

其进一步的的技术方案是：所述上模和下模采用模具钢材料制成，所述上模板两侧安装有上模手柄，所述下模板两侧安装有下模手柄。

更进一步：所述进油孔和出油孔与外部油管的连接部位为圆锥形。

其另一技术方案是：一种用液压成形模具制造复杂板材零件的方法，包括下述步骤：

S1：仿真分析，分析板材零件能够达到的最大变形量以及下述各个生产参数：成形时压缩液体的压力、板材与上模及板材与下模之间润滑系数、板材贴合成形时间、回弹率以与回弹率对应的保压时间、液体加载路径；

所述加载路径包括：

（1）直线加载，即液压值等斜率加载；

（2）恒定加载，即加载参数额定；

（3）阶梯加载，即液压值以一定数值突变加载；

S2：打开上下模，在安装槽内装入密封圈，将尺寸稍小于模具上下模截面的板材放置在下模与上模之间，合模并用锁紧螺栓通过上下模的锁紧螺孔将上下模预紧；

S3：采用专用压力机对上下模进行合模，将上下模合模进一步锁紧，检查排气孔确保通畅；

S4：通过手动增压设备从上模进油口注入压缩液体，并逐渐增压使注入上模腔内的压缩液体压力逐渐增大，迫使板材向下模腔即凹模贴合：

S41：加注压缩液体时采取多次连续、缓慢加载；

S42：增压时每次增压2～4MPa，最后使腔室压力达到S1所述成形时压缩液体的压力值；

S43：贴合过程中板材与凹模之间的空气，从凹模底部的排气孔中排除；

S5：保压：达到S1所述贴合成形时间后，继续按S1所述保压时间保压；

S6：泄压，通过液压回路进行泄压，然后将上模出油口打开，从上模出油口排出上模腔室内液压油；

S7：松开锁紧螺栓，去除上下模预紧，开模，取出成形后板材零件。

由于采用上述技术方案，与传统冲压方法相比，本发明之一种液压成形模具及用其制造复杂板材零件的方法具有如下有益效果：

1．本发明采用液压成形技术制造复杂板材零件，采用多次缓慢、连续加载液体的工艺，利用专门的压力机进行加压，通过液压控制系统对液体介质进行控制，压力可调节，材料成形极限高，成形零件减薄率低、壁厚均匀，成形质量好，解决了复杂板材结构零件拉深易开裂易变形以及压边位置褶皱等问题；

2．用此法可摈弃传统的多组合板材折弯、冲压、落料、回弹保持等多工艺生产流程，减少中间工序，节约人力物力成本，尤其适用于一次成形的复杂形状和复杂拉深结构件，甚至可以制造传统冲压工艺无法成形的零件；

3．用此法制造复杂轮廓外形的薄壳零件，仅需要制作一套模具的一半（凹模），模具具有通用性，不同材质、不同厚度的坯料可以采用同一副模具，模具结构简单，设计周期短，制造成本低；

4．由于用高压液体代替凸模来传递载荷实现板料成形，可显著提高零件成形质量和成形性能，零件具有质量轻、刚性好、尺寸精度高、承载能力强、残余应力低和表面质量好等优点；

5．此外还具有如下优点：

（1）由于上模上开有进油孔和出油孔，进油孔和出油孔与外部油管的连接部位为圆锥形，连接紧密，可防止液体泄漏；另可通过油孔调节上模腔内液体的液压；

（2）上下模留有模具连接锁紧螺孔，进行上下模合模时，可在没有压力机构的情况下通过螺栓连接锁紧；

（3）下模预留排气孔，该排气孔能够在生产过程中排出板料和凹腔内的气体，避免该气体在压强增大的情况下，影响零件结构形状；

（4）上下模设有用于安装导位销的导位销孔，便于在合模时进行导向，准确合模对位。

下面结合附图和实施例对本发明之一种液压成形模具及用其制造复杂板材零件的方法的技术特征做进一步说明。

附图说明

图1～图4为本发明之一种液压成形模具上模结构示意图：

图1为仰视立体效果，图2为俯视立体效果，图3为翻转180°俯视（去掉上模手柄）,图4为图3之A-A剖视图；

图5～图6为本发明之一种液压成形模具下模结构示意图（立体效果）：

图5俯视立体，图6仰视立体；

图7为密封圈结构示意图（立体效果）；

图8为导位销结构示意图（立体效果）；

图9为上模、密封圈、上模和板材零件拆分图；

1—上模，11—上模板，12—上模腔， 13—上锁紧螺孔，14—上定位销孔，15—密封圈安装槽，16—进油孔，17—出油孔，18—上模手柄；

2—下模，21—下模板，22—下模腔， 23—下锁紧螺孔，24—下定位销孔，25—排气孔， 26—下模手柄；

3—导位销，4—密封圈，5—板材零件。

具体实施方式

实施例一

一种液压成形模具，包括上模1和下模2，所述下模为型模，上模为空模，所述下模包括下模体21和开在下模体中部的下模腔22，所述下模腔为与待制作的板形零件形状对应的凹模（下模具内腔设计成所需要生产出的零件的外形），下模腔底部设排气孔25，围绕下模腔四周的下模体上开有下锁紧螺孔23和下定位销孔24；所述上模1包括上模体11和开在上模体中部的上模腔12，所述上模腔为与下模腔口对口的空模腔，围绕上模腔模腔口周边设有用于装密封圈的安装槽15，上模腔内设有通向上模体顶部的进油孔16和出油孔17，围绕上模腔四周的上模体上开有上锁紧螺孔13和上定位销孔14，所述上锁紧螺孔和上定位销孔的位置分别与下模体的下锁紧螺孔和下定位销孔对应。

所述上模和下模采用模具钢材料制成，所述上模板两侧安装有上模手柄，所述下模板两侧安装有下模手柄。所述进油孔和出油孔与外部油管的连接部位为圆锥形。

实施例二

一种用液压成形模具制造复杂板材零件的方法，包括下述步骤：

S1：仿真分析，分析板材零件能够达到的最大变形量以及下述各个生产参数：成形时压缩液体的压力、板材与上模及板材与下模之间润滑系数、板材贴合成形时间、回弹率以与回弹率对应的保压时间、液体加载路径；

所述加载路径包括：

（1）直线加载，即液压值等斜率加载；

（2）恒定加载，即加载参数额定；

（3）阶梯加载，即液压值以一定数值突变加载；

S2：打开上下模，在安装槽内装入密封圈，将尺寸稍小于模具上下模截面的板材放置在下模与上模之间，合模并用锁紧螺栓通过上下模的锁紧螺孔将上下模预紧；

S3：采用专用压力机对上下模进行合模，将上下模合模进一步锁紧，检查排气孔确保通畅；

S4：通过手动增压设备从上模进油口注入压缩液体，并逐渐增压使注入上模腔内的压缩液体压力逐渐增大，迫使板材向下模腔即凹模贴合：

S41：加注压缩液体时采取多次连续、缓慢加载；

S42：增压时每次增压2～4MPa，最后使腔室压力达到S1所述成形时压缩液体的压力值；

S43：贴合过程中板材与凹模之间的空气，从凹模底部的排气孔中排除；

S5：保压：达到S1所述贴合成形时间后，继续按S1所述保压时间保压；

S6：泄压，通过液压回路进行泄压，然后将上模出油口打开，从上模出油口排出上模腔室内液压油；

S7：松开锁紧螺栓，去除上下模预紧，开模，取出成形后板材零件。

工作原理：

下模腔设计成所需要生产零件的外形，在液压胀型的过程中，板材被上模加进的高压液体加压，逐渐变形贴合下模腔，形成与下模腔形状一致即所需要生产零件的产品。

附注说明

1.关于腔室的压力：

板材零件设定的压值是由板材的材料，板材的厚度决定的，根据实验，厚1mm的普通钢板材料，冲压压力为70MPa；

2.关于成形时间：

贴合过程一般在几秒钟到几分钟不等，具体因零件结构不同，成形时间不同，实际生产中，贴合过程时间一般根据仿真结果最优进行操作，即以仿真确定的成形时间作参考和指导；

3.关于保压时间：

保压时间主要是为了减小板材在成形后的回弹，该时间视实验材料、板材厚度而；在实际操作中，保压时间根据板材回弹率来定，仿真结果显示，板材回弹大时，保压时间应适量增加。