[發明專利]一種高精度空心構件的成形裝置及方法

有效

• 申請號: 201410162317.5
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN104001781B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 初冠南;賈彬彬;陳鋼;王凱;殷康康;胡琳琳;王一杰;于小燕
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）;山東鴻基機械科技有限公司
• 主分類號: B21D26/047
• 分類號: B21D26/047;B21D51/00;B21D37/12
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司37107
• 代理人: 羅文遠

技術領域

本發明涉及機械制造領域，特別涉及一種高精度空心構件的成形裝置及方法。

背景技術

????目前，矩形截面空心構件是理想的承載結構形式，對于抗彎、抗扭載荷，矩形截面空心構件的破壞模式最少，能夠有效平衡強度與穩定性失效問題，進而獲得最大的極限抗彎、抗剪承載能力，因此，矩形截面空心構件是航空、航天和汽車裝備的重要結構形式。

在當前的矩形截面空心構件制造工藝中，一般通過沖壓-焊接和內高壓直接成形等方式成形，第一種方式引入了兩條縱向焊縫，破壞了結構的完整性并導致焊接熱變形；第二種方式則需要極高的成形壓力，導致直邊區與圓角區的過渡處存在應力集中，壁厚減薄劇烈甚至開裂，而該類構件在形狀與精度方面影響航空裝備的突防能力、打擊精度和氣動性能，特別是疲勞性能。

為避免受成形壓力的制約并提高壁厚均勻性，有學者提出通過花瓣預成型來提高圓角成形能力，但是該方式主要是起到降低成形初期的整形壓力，并且對提高壁厚均勻性作用不大，而且由于花瓣形狀是通過預成型實現的，因此需專門的預成型工序，特別是花瓣形狀只在成形初期起作用，由于只在花瓣截面形狀消失前才起到降低整形壓力的作用，因此需要的花瓣特征一般比較明顯，反變形量較大，這反而削弱了整形推力的作用。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術存在的上述缺陷，提供一種高精度空心構件的成形裝置及方法，通過在模具中設置反變形機構，實現花瓣形狀的重復和累積利用，在消除摩擦的定軋作用同時，降低了成形壓力，避免了破裂缺陷的發生，提高了壁厚均勻性，以滿足航空航天等領域對該類構件在維型精度和壁厚均勻性上的高精度要求。

一種高精度空心構件的成形方法，其技術方案是包括以下步驟實現：

步驟一：模具準備，首先根據構件形狀的需要設計下模具、上模具、左沖頭和右沖頭，上、下模具分別與壓力機的工作臺和上滑塊連接，沖頭開設介質注入孔，并通過單向閥與高壓源連接；

步驟二：在模具上設置反變形機構，反變形機構一端朝向模具型腔，一端伸出模具型腔，并能實現沿需要方向的送進和后退；

步驟三：初始管坯準備，選用尺寸合適的初始管坯，其要點為初始管坯的橫截面周長與終成形件的橫截面周長相近，一般初始管坯的橫截面周長應等于終成形件截面周長的0.7-1.2倍；

步驟四：將初始管坯放入模具型腔，合模，沖頭沿軸向進給至管坯端部密封，施加合模力；

步驟五：從介質填充孔向管坯內部填充液體介質至管坯型腔充滿；

步驟六：反變形機構朝向模具型腔內部做對向移動，管坯直壁部位形成微小凹陷，內部液體體積被不斷壓縮，液體壓力升高，材料向圓角部位填充成形；

步驟七：反變形機構逐漸后退至初始位置，然后升高內部液體壓力，在液體壓力作用下，直壁部位的凹陷不斷展平，形成了沿切向的水平推力，同時由于凹陷的存在管坯與模具不接觸，消除了摩擦的釘扎作用，材料非常容易被推至圓角區域，圓角進一步減小；

步驟八：重復步驟六和步驟七，直至達到終成形件形狀；

步驟九：打開單向閥，卸掉內部液體，沖頭后退至成形件可方便取出，打開模具，取出成形件。

上述的下模具與壓力機的下工作臺連接，上模具與壓力機的上滑塊連接，左沖頭與高壓源之間加裝單向閥。

反變形機構的寬度a₁為0.1a~0.3a，b₁為0.1b~0.3b，長度l₁為0.9l~1.0l，且能隨頂出機構做前進和后退動作。

反變形機構朝向模具型腔內部對向移動，管坯直壁部位形成微小凹陷，管坯截面形狀變為微花瓣形狀，同時由于內部液體體積被不斷壓縮，液體壓力升高，材料向圓角部位填充，圓角半徑不斷減小并逐漸成形，其中，反變形機構9和反變形機構13的壓下量為0.01a-0.3a，反變形機構11和反變形機構15的壓下量為0.01b-0.3b。

本發明提到的高精度空心構件的成形裝置，包括下工作臺、下模具、介質填充孔、左沖頭、上模具、上滑塊、右沖頭、四個頂出機構、四個反變形機構、高壓源、單向閥，下模具與壓力機的下工作臺連接，上模具與壓力機的上滑塊連接，左沖頭與高壓源之間加裝單向閥，在模具上設置四個反變形機構，四個反變形機構的一端朝向中間的模具型腔，另一端伸出模具型腔，并與壓力機的四個頂出機構連接；左沖頭和右沖頭沿軸向進給至管坯端部密封，施加合模力。