[发明专利]复杂曲面空腔零件液压成形装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属板材成形装置和方法，具体涉及一种复杂曲面空腔零件液压成形装置和方法。

背景技术

薄壁复杂曲面空腔零件是一类较为典型的壳体结构件，成形的主要难点是由于构成空腔的壳体为薄壁复杂曲面，且该空腔的截面尺寸变化较大。对于截面尺寸变化较小的零件，通常采用管材扩径或缩径(如管材液压成形、电磁成形)等成形方法。而对于截面变化较大的零件，依靠管材扩径成形的方法受到管材最大膨胀率的限制，容易导致管材局部极度减薄，甚至破裂；同样，依靠管材缩径成形的方法容易导致局部材料失稳起皱和材料堆积、折叠等缺陷。对于薄壁复杂曲面空腔零件的成形制造，现有技术是采用板材冲压、拉深等方法分别成形出局部曲面，然后通过焊接组合在一起构成空腔零件，这种方法不足之处在于：成形工序多、需要多套成形模具，成形后的复杂曲面件焊接难度大、焊接变形大、残余应力高、焊缝多。因而，传统成形方法难以保证该类零件的成形性和可靠性。

板材液压成形是采用液体代替刚性模具作为传力介质，使板材成形的一种柔性成形新技术，包括：液体代替凹模或液体代替凸模两类。其中，液体代替凸模成形又分为单板液压成形和双板液压成形。双板液压成形是将两张板材周边焊接后，通过合模压力机压在上下模具里，然后由两张板材中间预留的充液口充入高压液体，最后两张板材在内部高压液体作用下分别贴靠到上下模腔内，从而可以成形出腔体零件。双板液压成形的工艺优势在于：使用一套模具装置一步成形出零件，取代了传统冲压或拉深工艺的单件成形或多步成形；此外，板材可以根据零件需要配对组合，可以是不同材料、不同厚度的板材，因此可以显著提高材料利用率，实现材料、结构轻量化，缩短了成形工艺步骤，同时也节省了模具、设备和手工的费用，因而提高了生产效率。然而，现有双板液压成形技术的不足之处在于：充液口的液体密封压力由合模力提供，因而需要施加足够的合模力以保证两张板材之间的液体密封，液体密封无法控制，从而导致法兰处的板材很难流入模具型腔，板材是在液压作用下产生大的胀形变形，而对于复杂曲面空腔零件的成形，较大的胀形变形使壁厚减薄严重而导致破裂，最终无法成形零件。

发明内容

本发明的目的是为解决现有用于复杂曲面零件的冲压和拉深成形技术存在焊接变形大，焊接残余应力较高的问题，以及双板液压成形技术存在在成形初期，需要较大的合模力压制双板坯以保证充液口的液体密封，在成形复杂曲面空腔零件时，导致型腔两端的板坯很难流入模具型腔，较大的胀形变形使壁厚减薄，零件难以成形的问题，进而提供一种复杂曲面空腔零件液压成形装置及方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

本发明的复杂曲面空腔零件液压成形装置，所述装置包括上模和下模，所述装置还包括下充液镶块、上充液镶块、弹性部件、第一密封圈和第二密封圈，上模的下端面上具有上型腔，下模的上端面上具有下型腔，上模和下模完全闭合后上型腔和下型腔构成待成形零件的空腔，与上型腔相邻的上模的下端面上加工有一个上凹槽，下模的上端面上与上凹槽正对的位置处加工有一个下凹槽，上凹槽内由上至下依次设置有弹性部件和上充液镶块，弹性部件分别与上模和上充液镶块固定连接，上充液镶块与上凹槽的侧壁滑动接触，上充液镶块的下端面上具有凹坑，凹坑的表面为半球面，位于上型腔和上凹槽之间的上模的下端面设置有第一凹槽，位于第一凹槽和凹坑之间的上充液镶块的下端面上设置有第二凹槽，上模和下模完全闭合后第一凹槽和第二凹槽连通，且第一凹槽和第二凹槽高度相同，所述第一凹槽和第二凹槽用于上板坯形成凸埂，下凹槽内设置有下充液镶块，下充液镶块与下模的侧壁滑动接触，下充液镶块的上端面上与凹坑正对的位置处设置有一个与凹坑相配合的凸棱，凸棱的表面为半球面，下模的侧壁面加工有指向下充液镶块的第一通道，下充液镶块的下端面上加工有穿过凸棱并与第一通道连通的第二通道，位于第二通道外侧的下充液镶块的下端面上设置有第一密封槽，第一密封槽内安装有第一密封圈，下充液镶块的上端面上沿凸棱的周向设置有齿，上充液镶块的下端面上与齿相对应的位置处设置有与齿相咬合的齿槽，位于齿外侧的下充液镶块的上端面上设置有第二密封槽，第二密封槽内安装有第二密封圈，上充液镶块与下充液镶块通过齿和齿槽相咬合的结构方式以及第二密封圈密封的方式实现密封。

本发明的复杂曲面空腔零件液压成形方法的具体步骤为：

步骤一、根据复杂曲面空腔零件的结构设计板坯形状，采用冲孔或钻孔的方法，在下板坯的一端上加工一个和凸棱的形状大小相同的凸孔，采用压制的方法在上板坯的与第一凹槽和第二凹槽对应位置处压制出凸梗，以保证成形过程中高压液体的充入；