一種金屬板材軟模正反拉深成形方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種金屬板材的加工方法，特別是拉深成形方法。
【背景技術】
[0002]為滿足汽車、航空、航天、電子等工業的發展需要，出現了軟模成形、反拉深等金屬板材成形工藝，這些工藝的出現，促進了板料成形技術的發展。軟模成形工藝主要有以水或油為傳力介質的液壓成形、以粘性材料作為傳力介質的粘性介質成形、以彈性體橡膠為傳力介質的橡膠軟模成形。但由于液壓(粘性介質)成形工藝所采用的介質耐高溫性能差、密封困難，一旦破裂會產生污染等缺點，因此限制了該工藝在生產中大規模應用。這些成形工藝的出現，促進了板材成形技術的發展，但亦存在著密封困難、介質耐熱性差、脹形區變薄嚴重等弱點。專利ZL 200510007167.1公開的板材固體顆粒介質成形(Solid GranulesMedium Forming，縮寫SGMF)工藝是采用固體顆粒代替剛性凸模或凹模(或彈性體、液體)的作用對板材進行軟模成形的工藝。固體顆粒介質內壓具有非均勻分布特性，因此可以實現在坯料不同部位產生不同壓力，控制板材不同部位的變形，有利于提高材料成形極限。目前，關于顆粒介質的軟模成形，主要采用軟凸模成形工藝，雖然取得了滿意效果，但軟凸模成形工藝也存在脹形區變薄嚴重，導致厚度不均，制件強度下降。
[0003]為提高板材拉深比(降低拉深系數，拉深比為拉深系數的倒數)，深拉深件常采用反拉深工藝來提高拉深比。反拉深有利于抵消正拉深形成的殘余應力；原有的外表面內翻，原正拉深時外表面形成的劃痕不影響外觀;相比正拉深可降低拉深系數。由于反拉深具有上述優點，在生產中，經常用于拉深較深的錐形件、曲面類零件。但傳統的剛性模反拉深必須采用兩次拉深，即一次正拉深，然后進行反拉深。由于進行兩次剛性模正反拉深(分別采用兩套模具)，制件的表面劃痕增加，影響制件質量。
[0004]正反拉深復合成形方法是將正拉深與反拉深在同一行程內完成。當正拉深完成進行反拉深時，毛坯的內表面成為外表面，外表面變成內表面。通過正、反拉深復合成形，不僅減少了模具制造費用和設備的占用，而且提高了生產率。專利CN 201889361 U公開了一種厚板大塑性變形正拉與反拉一次拉深模具，該模具特征在于包括上模座、上壓料板、凸模、下模座、下外壓料板、凹模、下內壓料板、甲乙丙氮氣彈簧、側銷、行程限位板、上下導板、插入式導板和蓋板。工作過程中先完成內部形狀的反拉深，然后再完成外部性狀的正拉深，反拉與正拉連續成形到底，保證了拉深的質量。但是目前正反拉深成形方法一般常見于傳統剛性模拉深成形，雖具有前述的優點，但是模具結構復雜，成形產品的表面質量及精度受到剛性模的限制。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種模具結構簡單、成形產品的表面質量及精度高、節能環保、一次成形的金屬板材軟模正反拉深成形方法。本發明主要是采用剛性凸模作為反拉深凸模，避免板材減薄，而將顆粒介質作為正拉深的凸模，同時作為反拉深的凹模，這樣就可以將顆粒介質軟模拉深與反拉深進行完美的結合，從而形成新的拉深工藝。
[0006]一、本發明的模具裝置
[0007]該模具主要包括:上壓邊圈、壓頭、減力柱、顆粒介質、下壓邊圈、凸模及料筒。其中，下端固定在成形設備或模具固定裝置上的凸模，其上端形狀與成形件成品的外形相同，在該凸模外面套有下壓邊圈，該下壓邊圈為一中間空心的環形零件，其中心通孔尺寸2凸模外尺寸，在下壓邊圈中心通孔上設有深度為H、寬度為L的環形溝槽，稱為拉深槽，該拉深槽深度H及寬度L的數值可以根據成形板材的材質及尺寸參數進行變化。在下壓邊圈上面設有與其對應的上壓邊圈，該上壓邊圈也為一中間空心的環形零件，其中心通孔的尺寸=凸模外尺寸+下壓邊圈拉深槽寬度L，該上壓邊圈的中心通孔上也設有環形溝槽，即為連接槽，該連接槽內設有與其相連的料筒，該料筒內徑與上壓邊圈內徑相同。在料筒內設有減力柱，該減力柱外徑小于料筒內徑，兩者之間設有空心壓頭。上述減力柱下端為與凸模上端形狀對應的凹面。
[0008]二、本發明的成形方法
[0009]1、將模具裝置中的凸模頂與下壓邊圈的上表面保持在同一水平面上，板材放置于苴上.,N ~I~-，
[0010]2、將上壓邊圈壓住板材邊緣，減力柱置于板材中心區域，上下壓邊圈上分別由雙動壓機上壓邊滑塊對壓實現對壓邊力的有效控制；可以采用變壓邊力控制，也可以在上下壓邊圈間設置調整墊片，采用固定壓邊間隙拉深成形；
[0011]3、將固體顆粒介質4置于由上壓邊圈、減力柱、料筒與板材之間構成一環形空腔內；
[0012]4、壓頭在外載力P的作用下以速度^下行，壓縮顆粒介質對板材實施正拉深變形；同時減力柱在背壓力P1作用下，始終與板料保持接觸狀態，抑制顆粒介質進入減立柱與板材之間的空腔;壓頭繼續下行，由雙動壓機提供的上下壓邊圈的支反力FjPF2保證有效防皺壓邊力，并且上下壓邊圈隨壓頭的壓下而浮動，浮動速度為V2，保證正拉深深度H不變;其中壓頭壓力P與上壓邊圈支反力F1、下壓邊圈支反力F2匹配，從而保證以下動作的實現，即開始時壓邊圈浮動速度V2小于壓頭壓下速度V1，待正拉深達到深度H時，二者速度一致，直至產品最終成形。成形過程中，顆粒介質既是反拉深的凸模(軟凸模)，也是正拉深的凹模(軟凹模)，二者統一于一個工藝之中。
[0013]該方法中，減力柱背壓力丹及上下壓邊圈支反力FjPF2可以來自彈簧或液壓缸。
[0014]本發明與現有技術相比具有如下優點:
[0015]I)在拉深過程中，顆粒介質對板料產生一定壓力，使得板料緊緊包覆于凸模上，零件成形精度高，且危險斷面不斷轉移(由凸模圓角與筒壁相切處向凹模圓角與筒壁相切處轉移)，使傳力區抗拉強度提高。由于凸模與板料間的摩擦作用，使得成形零件壁厚均勻，變薄率減少甚至略有增厚。
[0016]2)凹模圓角半徑可以適當加大，有利于正拉深時減少板料的彎曲變形阻力。
[0017]3)由于在顆粒介質的內壓作用，使得反拉深區可以起到軟拉深筋的作用，有效防止內皺的產生，特別是對錐形件、曲面類零件成形極為有利。本工藝對復雜形狀零件，如錐形件、曲面類零件、斜底類零件均可一次成形，而用剛性模拉深很難一次成形。
[0018]4)由于在一套模具中同時實現正反拉深，反拉深材料流動方向與正拉深流動方向相反，有利于相互抵消正拉深產生的殘余應力，從而改善板料的成形條件，增大板材成形極限。
[0019]5)由于采用反拉深，使得正拉深內表面外翻，顆粒介質對成形件外表面不會產生劃痕，有利于提尚成形件表面質量。
[0020]6)由于采用減力柱，壓機壓力大為降低，同時，該減力柱在實施背壓的條件下可以對制件底部起到抑制板料減薄的作用。
[0021]7)將正拉深與反拉深工藝及顆粒介質軟模成形集中于一體，將兩套模具變為一套模具，兩個工藝合二為一，節省成本，提高效率。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明例I模具裝置加工前主視剖面示意簡圖。
[0023]圖2為本發明例I模具裝置加