用于金屬薄板的雙面液壓成型裝置的制作方法

本發明屬于液壓成型技術，具體涉及一種用于金屬薄板的雙面液壓成型裝置。

背景技術：

板材液壓成型技術是用板料作為原材，通過對板料施加液體壓力使其在給定模具型腔內發生塑性變形，使板材與模具內表面貼合，從而得到所需形狀零件的成型技術。近年來，由于汽車和航空工業的快速發展，大量冷成形性能差的材料和結構復雜的零件得到了越來越多的應用，這為板材液壓成形技術的發展提供了機遇。板材液壓成形作為一種先進的加工工藝，具有模具成本低、 模具制造周期短、 成形極限高等特點，與傳統工藝相比，液壓成形既節約了能源，降低了成本，又適應了當今產品的小批量、多品種的柔性發展方向，受到世界各國學者的一致關注，其中薄板又由于其厚度方向尺寸微小，成形性能較差，所以提高薄板成形性能具有重要意義。

德國學者S.Novotny等研究了鎂合金和鋁合金液壓熱成形，基于材料性能測試，提高溫度，不同鎂、鋁合金的材料性能行為不同，研究了相應材料的合理成形工藝，使之成形性能明顯改善，得到更高的拉深率和延伸率。其成型采用液壓對成型技術，但是溫熱成型（300℃）壓力要達到350Mpa，對于密封要求高，否則存在安全隱患。哈爾濱工業大學蔣萬彪等研制了板材溫熱背壓拉深成形裝置，該裝置包括拉深系統、加熱系統、冷卻系統和背壓系統等。除了傳統拉深功能外，還可以實現對顆粒介質壓力的主動控制以及對板材法蘭區的均勻加熱。背壓主要是靠固體顆粒受壓來實現，固體顆粒做背壓比較適合溫熱成型，但是對薄板的成形意義不大，且不能徑向加壓。

中國號201110157894.1公開了《一種提高板材成形極限的方法》，即板材雙向加壓充液且溫熱成形方法，該方法能在很大程度上提高板材的成形極限，但沒有徑向加壓功能。中國號201210080123.1公開了《一種提高板材成形極限的裝置及利用該裝置提高板材成形極限的方法》，解決了現有的用板材成形零件的過程中由于凹模充液室內壓力增大，導致懸空區成形零件局部過度減薄而反脹破裂，板材成形受限制的問題，但凹模充液室內壓力不可變，沒有徑向加壓功能。中國號201410065771.9公開了《一種板材柔性多點成形裝置》，成形作用力實時可調，但結構比較復雜，尺寸較大，對于大型板材可行，但是對薄板的成形意義不大。中國號200510047029.6公開了《一種板材液壓或氣壓成形方法及裝置》，根據要成形的零件底面尺寸加工墊板，調節放置在凹模腔中的可動單元群構成零件底面輪廓，將墊板放置在可動單元群上，坯料放置在構成凹模腔的凹模座上，凹模腔截面尺寸與零件截面相同，坯料上面采用壓板壓邊，液壓或氣壓從壓板內導入，驅動坯料變形與凹模腔側壁和可動單元群支撐的墊板貼合，成形所需形狀的零件。但結構比較復雜，對于大型板材可行，但是對薄板的成形意義不大。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種用于金屬薄板的雙面液壓成型裝置，能有效地改善金屬薄板的塑性成形能力，尤其針對0.01-0.1mm金屬薄板的成形。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種用于金屬薄板的雙面液壓成型裝置，包括供油系統、第一高壓針閥、第二高壓針閥、上模、下模和油箱，上模和下模對稱分布在待加工的金屬薄板的兩側，供油系統通過高壓油管分別與上模和下模連接；第一高壓針閥分別與油箱和上模連接，第二高壓針閥分別與下模和供油系統連接。

所述上模頂部中心開有一個變直徑的第一通孔，第一通孔大直徑端是上模腔，大直徑端位于上模底部，小直徑端通過高壓油管與供油系統相連；以上模頂部的第一通孔為中心，N個第六通孔均勻分布在上模頂部，3≤N≤8，上模側壁上開有一個與第一通孔垂直相通的第二通孔，第二通孔通過高壓油管與油箱相連，高壓油管與油箱之間設有第一高壓針閥；上模內開有一個與第二通孔垂直相通的第三通孔，第三通孔的軸線與第一通孔的軸線相平行，第三通孔一端與第二通孔相通，另一端貫穿上模底部。

所述下模頂部中心開有一個變直徑的第四通孔，第四通孔大直徑端為下模腔，位于下模頂部，且與上模底部的上模腔重合，另一端通過高壓油管與供油系統相連；以下模頂部的第四通孔為中心，M個第七通孔均勻分布在下模頂部，M=N，M個第七通孔的軸線與上模的N個第六通孔的軸線分別對應重合；下模側壁上開有一個與第四通孔垂直相通的第五通孔，第五通孔通過高壓油管與供油系統相連，高壓油管與供油系統之間設有第二高壓針閥，其中第五通孔不與第七通孔相通。

所述供油系統包括PLC觸摸屏一體機、液壓站、增壓器、單向閥和電磁溢流閥，PLC觸摸屏一體機與液壓站通過電線相連，液壓站、增壓器、單向閥通過高壓油管依次相連，電磁溢流閥與PLC觸摸屏一體機通過電線相連，單向閥通過高壓油管與上模的第一通孔相連，高壓油管與第一通孔之間設有快速接頭，給上模腔供油；第二高壓針閥通過高壓油管與下模的第五通孔相連，高壓油管與下模的第五通孔之間設有快速接頭，給下模腔供油；下模的第四通孔下端通過快接接頭與高壓油管一端相連，高壓油管的另一端與電磁溢流閥相連，電磁溢流閥由PLC觸摸屏一體機控制，電磁溢流閥出口接油箱；上模的第二通孔通過快接接頭與第一高壓針閥連接，第一高壓針閥出口接油箱。

所述待加工的金屬薄板位于上模底部的第一通孔和下模頂部的第四通孔之間，且不遮擋上模的第三通孔。

所述第一通孔與待加工的金屬薄板接觸處設有倒圓角，所述第四通孔與待加工的金屬薄板接觸處設有倒圓角。

待加工的金屬薄板與上模底部和下模頂部的接觸面上對稱設有第一密封圈，形成動密封；上模和下模的合模面之間設有第二密封圈，形成靜密封，且第二密封圈位于第三通孔與上模外壁之間。

所述下模的下模腔內設有成型模具。

本發明與現有技術相比，其顯著優點在于：

（1）實現厚度為0.01-0.1mm金屬薄板的雙面液壓成型。

（2）軟沖頭、凹模成形大大提高金屬薄板成形性能。

（3）在金屬薄板成型過程中，能夠對金屬薄板徑向施壓，提高金屬薄板的成型性能。

（4）通過PLC觸摸屏一體機精確控制電磁溢流閥，使高壓油管輸出的壓力可以按照要求變化，從而可以達到對板材成形過程中加載曲線的精確控制，同時使得徑向加壓壓力可變、可控。

（5）在下模腔內放入不同形狀的模具，成型不同形狀的零件。

（6）因上模和下模對稱性好，可以進行正反向超塑性成型。

附圖說明

圖1為本發明提出的用于金屬薄板的雙面液壓成型裝置的整體結構示意圖。

圖2為本發明提出的用于金屬薄板的雙面液壓成型裝置的俯視圖。

圖3為圖2中C-C剖視圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。

結合圖1，一種用于金屬薄板的雙面液壓成型裝置，包括供油系統、第一高壓針閥6-1、第二高壓針閥6-2、上模7、下模8和油箱9，上模7和下模8對稱分布在待加工的金屬薄板19的兩側，供油系統通過高壓油管分別與上模7和下模8連接。第一高壓針閥6-1分別與油箱9和上模7連接，第二高壓針閥6-2分別與下模8和供油系統連接。

結合圖2和圖3，沿上模7頂部中心開有一個變直徑的第一通孔11，第一通孔11大直徑端是上模腔，大直徑端位于上模7底部，小直徑端通過高壓油管與供油系統相連；以上模7頂部的第一通孔11為中心，N個第六通孔12均勻分布在上模7頂部，3≤N≤8，上模7側壁上開有一個與第一通孔11垂直相通的第二通孔13，第二通孔13通過高壓油管與油箱9相連，高壓油管與油箱9之間設有第一高壓針閥6-1。第二通孔13不與第六通孔12相通。上模7內開有一個與第二通孔13垂直相通的第三通孔10，第三通孔10的軸線與第一通孔11的軸線相平行，第三通孔10一端與第二通孔13相通，另一端貫穿上模7底部。

下模8頂部中心開有一個變直徑的第四通孔15，第四通孔15大直徑端為下模腔，位于下模8頂部，且與上模7底部的上模腔重合，另一端通過高壓油管與供油系統相連。模具設置在下模腔內。以下模8頂部的第四通孔15為中心，M個第七通孔16均勻分布在下模8頂部，M=N，M個第七通孔16的軸線與上模7的N個第六通孔12的軸線分別對應重合。下模8側壁上開有一個與第四通孔15垂直相通的第五通孔14，第五通孔14通過高壓油管與供油系統相連，高壓油管與供油系統之間設有第二高壓針閥6-2，其中第五通孔14不與第七通孔16相通。

待加工的金屬薄板19位于上模7底部的第一通孔11和下模8頂部的第四通孔15之間，且不遮擋上模7的第三通孔10。第一通孔11與待加工的金屬薄板19接觸處設有倒圓角，第四通孔15與待加工的金屬薄板19接觸處設有倒圓角。接觸處設置倒圓角用于防止板材成型過程中的應力集中，第二通孔13用于排氣。待加工的金屬薄板19與上模7底部和下模8頂部的接觸面上，對稱設有第一密封圈18，形成動密封。上模7和下模8的合模面之間設有第二密封圈17，形成靜密封。第二密封圈17位于第三通孔10與上模7外壁之間。

供油系統包括PLC觸摸屏一體機1、液壓站2、增壓器3、單向閥4和電磁溢流閥5，PLC觸摸屏一體機1與液壓站2通過電線相連，液壓站2、增壓器3、單向閥4通過高壓油管依次相連，電磁溢流閥5與PLC觸摸屏一體機1通過電線相連，PLC觸摸屏一體機1通過控制液壓站2的輸出壓力，液壓油從液壓站2輸出后，經過增壓器3增壓，再經三通，一路經單向閥4進入上模腔，即單向閥4通過高壓油管與上模7的第一通孔11相連，高壓油管與第一通孔11之間設有快速接頭，給上模腔供油，上模腔中的液壓油充當沖頭，即為軟沖頭。另一路經第二高壓針閥6-2進入下模腔，即第二高壓針閥6-2通過高壓油管與下模8的第五通孔14相連，高壓油管與下模8的第五通孔14之間設有快速接頭，給下模腔供油。

下模8的第四通孔15下端通過快接接頭與高壓油管一端相連，高壓油管的另一端與電磁溢流閥5相連，電磁溢流閥5由PLC觸摸屏一體機1控制，電磁溢流閥5出口接油箱9。上模7的第二通孔13通過快接接頭與第一高壓針閥6-1連接，第一高壓針閥6-1出口接油箱9。

實施例1

以加工厚度為0.1mm的金屬薄板為例。所采用的薄板材料為304不銹鋼，薄板截面為圓形，直徑為16mm，厚度為0.1mm。

結合圖1，一種用于金屬薄板的雙面液壓成型裝置，包括供油系統、第一高壓針閥6-1、第二高壓針閥6-2、上模7、下模8和油箱9，上模7和下模8對稱分布在待加工的金屬薄板19的兩側，供油系統通過高壓油管分別與上模7和下模8連接。第一高壓針閥6-1分別與油箱9和上模7連接，第二高壓針閥6-2分別與下模8和供油系統連接。

結合圖2和圖3，沿上模7頂部中心開有一個變直徑的第一通孔11，第一通孔11大直徑端是上模腔，大直徑端位于上模7底部，小直徑端通過高壓油管與供油系統相連；以上模7頂部的第一通孔11為中心，四個第六通孔12呈十字對稱均勻分布在上模7頂部，上模7側壁上開有一個與第一通孔11垂直相通的第二通孔13，第二通孔13通過高壓油管與油箱9相連，高壓油管與油箱9之間設有第一高壓針閥6-1。上模7內開有一個與第二通孔13垂直相通的第三通孔10，第三通孔10的軸線與第一通孔11的軸線相平行，第三通孔10一端與第二通孔13相通，另一端貫穿上模7底部。

下模8頂部中心開有一個變直徑的第四通孔15，第四通孔15大直徑端為下模腔，位于下模8頂部，且與上模7底部的上模腔重合，另一端通過高壓油管與供油系統相連。以下模8頂部的第四通孔15為中心，四個第七通孔16呈十字對稱均勻分布在下模8頂部，四個第七通孔16與上模7的第六通孔12重合。下模8側壁上開有一個與第四通孔15垂直相通的第五通孔14，第五通孔14通過高壓油管與供油系統相連，高壓油管與供油系統之間設有第二高壓針閥6-2。

待加工的金屬薄板19位于上模7底部的第一通孔11和下模8頂部的第四通孔15之間，且不遮擋上模7的第三通孔10。第一通孔11與待加工的金屬薄板19接觸處設有倒圓角，第四通孔15與待加工的金屬薄板19接觸處設有倒圓角。接觸處設置倒圓角用于防止板材成型過程中應力集中，第二通孔13用于排氣。待加工的金屬薄板19與上模7底部和下模8頂部的接觸面上，對稱設有第一密封圈18，形成動密封。上模7和下模8的合模面之間設有第二密封圈17，形成靜密封。第二密封圈17位于第三通孔10與上模7外壁之間。

供油系統包括PLC觸摸屏一體機1、液壓站2、增壓器3、單向閥4和電磁溢流閥5，PLC觸摸屏一體機1與液壓站2通過電線相連，液壓站2、增壓器3、單向閥4通過高壓油管依次相連，電磁溢流閥5與PLC觸摸屏一體機1通過電線相連，PLC觸摸屏一體機1通過控制液壓站2的輸出壓力，液壓油從液壓站2輸出后，經過增壓器3增壓，再經三通，一路經單向閥4進入上模腔，即單向閥4通過高壓油管與上模7的第一通孔11相連，高壓油管與第一通孔11之間設有快速接頭，給上模腔供油，上模腔中的液壓油充當沖頭，即為軟沖頭。另一路經第二高壓針閥6-2進入下模腔，即第二高壓針閥6-2通過高壓油管與下模8的第五通孔14相連，高壓油管與下模8的第五通孔14之間設有快速接頭，給下模腔供油。

下模8的第四通孔15下端通過快接接頭與高壓油管一端相連，高壓油管的另一端與電磁溢流閥5相連，電磁溢流閥5由PLC觸摸屏一體機1控制，電磁溢流閥5出口接油箱9。上模7的第二通孔13通過快接接頭與第一高壓針閥6-1連接，第一高壓針閥6-1出口接油箱9。

工作流程如下：

首先使上模7和下模8合模，為了上模7和下模8更好的合模，在上模7和下模8上分別開有導柱孔，在導柱的導向和定位作用下，再安裝螺釘，這樣上模7和下模8就能很好的合模，完成合模后，通過快接接頭將供油系統和上模7、下模8都連接好，第一步供油系統通過上模7上的第一通孔11給上模腔初步供油，通過下模8的第五通孔14給下模腔初步供油，初步供油的過程也是讓模腔中的空氣排出的一個過程，上模腔和下模腔的充滿液壓油后壓力均維持在2Mpa，液壓油依次通過第一通孔11、第二通孔13、第三通孔10進入第一密封圈18、第二密封圈17之間的環形空腔，對板材形成徑向推力。上、下模腔初步供油后，關閉第一高壓針閥6-1，供油系統通過調節液壓站來調節上模腔的壓力，板材所受的徑向推力也隨著上模腔的壓力變化而變化，而下模腔的壓力通過控制電磁溢流閥5壓力來調節。這樣板材兩面的壓力都是可以變化的，只要保持一定壓差，就能使板材成型，并可以通過實驗得出該種板材最好的成型條件。

采用這種用于金屬薄板的雙面液壓成型裝置能顯著的提高板材的塑性成形能力，與傳統的單面液壓成型工藝相比，金屬薄板的成形能力能提高15%左右。

本發明可以實現厚度0.01-0.1mm金屬薄板的液壓成型；采用PLC觸摸屏一體機對供油過程及板材雙面壓力進行控制，與傳統的手動操作控制相比，PLC控制更加精準、可靠，響應速度更快。并且，該用于金屬薄板的雙面液壓成型裝置采用高壓傳感器來測量高壓油管內的壓力，比傳統的讀數式儀表的測量精度更高，更準確。

由于上模7和下模8對稱性好，故本發明可以進行正反向超塑性成型。