可適用于大型汽車覆蓋件的沖壓與局部液壓復合成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在一次成形過程中將傳統(tǒng)沖壓成形與液壓成形結(jié)合在一起的復合成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空、汽車等工業(yè)的快速發(fā)展，鋁合金、高強度鋼板等材料應用日趨廣泛，極大的增加了精度要求高、尺寸大、拉延深度深及含有局部復雜特征的大型覆蓋件的成形難度。沖壓成形是目前大型覆蓋件成形的主要方式，該方法通過安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，獲得所需零件的形狀。該方法加工過程效率高，但針對局部復雜特征成形時往往容易出現(xiàn)拉裂或起皺的現(xiàn)象。液壓成形通過用液體作為傳力介質(zhì)來實現(xiàn)板料的成形，可以有效提高鋁鎂合金、鈦合金等材料的成形性能，能成形出形狀非常復雜的零件，但該方法面對拉延深度深、尺寸大的零件成形時，充液時間長，效率低，且所需液壓力大，對合模密封性要求高。
[0003]大型覆蓋件沖壓成形時，往往由于零件局部形狀復雜，沖壓時材料流動性不足，因此在局部容易出現(xiàn)拉裂或起皺的現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本發(fā)明提出了一種將沖壓成形與液壓成形復合在一起的復合成形方法，該方法在一次成形過程中先通過沖壓成形實現(xiàn)大型覆蓋件整體形狀及可適用于沖壓成形的小特征的成形，然后對不適用于沖壓成形的特征采用液壓成形的，由于特征較小，液壓成形所需壓力小，充液量小，因此成形的速度快。這種方法充分利用了沖壓成形和液壓成形的特點，將二者在一次成形的過程中結(jié)合起來，可以有效的改善具有復雜特征的大型覆蓋件的成形。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]—種可適用于大型汽車覆蓋件的沖壓與局部液壓復合成形方法，其特征在于在一次沖程中完成沖壓和局部液壓成形，含以下步驟:
[0007]步驟1:針對大型汽車覆蓋件零件進行沖壓成形仿真分析，獲取需要進行局部液壓成形的小特征部位及液壓成形作用邊界；
[0008]步驟2:對需要進行局部液壓成形的小特征形狀進行分析，確定局部液壓成形時的方向；
[0009]步驟3:根據(jù)局部液壓成形的方向，對零件設(shè)計模型進行去局部液壓成形小特征處理；
[0010]步驟4:針對去除局部液壓成形小特征后的零件模式設(shè)置新的凸模和凹模及相應的液壓成形區(qū)域，建立沖壓與局部液壓復合成形仿真模型；
[0011 ]步驟5:通過沖壓與局部液壓復合成形仿真分析，獲取沖壓過程最大成形力；
[0012]步驟6:在機械式壓力機上成形時，根據(jù)沖壓過程中最大成形力設(shè)置可浮動支撐裝置對模具進行支撐;在伺服壓力機上成形時，增加保壓時間，使保壓時間大于液壓成形的時間；
[0013]其中，在步驟1中，通過對沖壓成形仿真分析的結(jié)果進行分析，獲取沖壓過程中開裂、起皺缺陷產(chǎn)生的特征區(qū)域，并根據(jù)缺陷區(qū)域邊界設(shè)置液壓成形作用邊界；
[0014]進一步的，在步驟2中，通過分析小特征相對周邊曲面是凸起還是凹陷，確定局部液壓成形是向上成形還是向下成形，從而確定局部液壓成形是布置在凸模還是凹模。
[0015]進一步的，在步驟3中，以液壓成形作用邊界曲線為界限，在零件設(shè)計模型上將需要局部液壓成形的特征去除，以方便確定凸?；虬寄Ｐ兔妗?br>[0016]進一步的，在步驟4中，建立沖壓與局部液壓符合成形仿真模型時，凸模或凹模設(shè)置成帶需要局部液壓成形小特征的型面，另一個采用去除局部液壓成形特征后的型面，其中去除的部分用液壓皮囊替代。
[0017]進一步的，在步驟5中，通過復合成形仿真計算出沖壓過程的成形力，以確定在應用機械式壓力機沖壓時液壓或彈簧支撐模具時所需要要的力。
[0018]進一步的，在步驟6中，可以選擇機械式壓力機或者伺服壓力機進行成形。選擇機械式壓力機時將壓力機滑塊總的運動行程分為沖壓行程和液壓成形行程兩個部分。在沖壓過程中為了確保凸凹模固定不動采用液壓或彈簧支撐模具，支撐力超過沖壓最大成形力，但小于壓力機產(chǎn)生的力。在液壓成形過程中，壓力機產(chǎn)生的力超過液壓或彈簧支撐力，凸凹模及壓邊圈隨滑塊往下運動。選擇伺服壓力機或油壓機時可以按機械式壓力機同樣的方式成形，也可以去除液壓或彈簧支撐，采用外置液壓設(shè)備提供液壓成形力，在沖壓行程結(jié)束后增加保壓時間，保壓時間大于液壓成形的時間。
[0019]本發(fā)明充分利用了沖壓成形和液壓成形的特點，將二者在一次成形的過程中結(jié)合起來，可以有效的改善具有復雜特征的大型覆蓋件的成形。
【附圖說明】
[0020]圖1為需要沖壓的覆蓋件；
[0021]圖2為沖壓仿真模型；
[0022]圖3為仿真分析獲得的成形極限圖；
[0023]圖4為小特征部分的厚度云圖；
[0024]圖5為沖壓模具模型；
[0025]圖6為復合成形中沖壓過程的仿真模型；
[0026]圖7為沖壓與局部液壓復合成形仿真計算獲得的成形極限圖；
[0027]圖8為沖壓與局部液壓復合成形仿真計算獲得的厚度云圖。
【具體實施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖對【具體實施方式】進行說明:
[0029]圖1為需要沖壓的覆蓋件，該零件的頂部有一個小特征，為帶十字筋的凸包。依據(jù)該零件建立沖壓仿真模型如圖2所示，其中壓邊圈為零件的法蘭面延伸獲得，坯料尺寸為370 X 298mm，厚度為1.0mm，單元大小為1mm，材料為DP600高強度鋼板，壓邊力為10噸。沖壓方式采用凹模在上，凸模在下的單動成形方式。
[0030]圖3為仿真分析獲得的成形極限圖，可以看出零件頂部的小特征在沖壓時邊緣會出現(xiàn)拉裂，成形力為12噸。
[0031]小特征部分的厚度云圖如圖4所示，可以看出整個特征的厚度分布不均勻，在邊緣處的厚度明顯小于其他部分。
[0032]因此對該特征采用局部液壓成形。小特征相對周邊曲面向外凸起，因此液壓成形方向朝上，凸模對應的小特征部分掏空，將裝有液體的皮囊放置在掏空的部位，形成的沖壓模具模型如圖5所示，在機械式壓力機上進行沖壓與局部液壓復合成形。
[0033]建立復合成形中沖壓過程的仿真模型進行計算以獲得最大成形力，沖壓仿真模型如圖6所示，最顯著的改變是凸模不在有小特征。通過仿真計算獲得成形力為10噸，按1.3的安全系數(shù)放大為13噸。
[0034]復合成形按照圖5成形的方式，首先設(shè)置底座支撐彈簧(6)的支撐力超過沖壓最大成形力13噸，液體(10)由皮囊(9)包含，設(shè)置在掏空的凸模(4)之內(nèi)，通過預先確定液壓的量使得沖壓時液壓皮囊與小特征周邊曲面高度一致。由于支撐彈簧(6)的支撐力超過了最大成形力13噸，因此沖壓時凸模(4)保持不動。當凸模(4)與凹模(1)處于合模狀態(tài)后沖壓過程結(jié)束，隨壓力機繼續(xù)往下運動壓縮支撐彈簧(6)，凸模(4)、凹模(1)、壓邊圈(2)及板料(3)往下運動，液壓頂桿(5)固定在模具底座(7)之上，擠壓皮囊(9)，由于液體(10)不可壓縮，因此小特征通過液體(10)擠壓皮囊(9)得到成形。
[0035]圖7為沖壓與局部液壓復合成形仿真計算獲得的成形極限圖，成形極限圖表明采用沖壓和局部液壓復合成形后沒有出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象。圖8為沖壓與局部液壓復合成形仿真計算獲得的厚度云圖，可以看出小特征處的厚度分布更均勻，減薄量更小。
【主權(quán)項】
1.一種可適用于大型汽車覆蓋件的沖壓與局部液壓復合成形方法，其特征在于在一次沖程中完成沖壓和局部液壓成形，具體采用以下步驟: 步驟1:針對大型汽車覆蓋件零件進行沖壓成形仿真分析，獲取需要進行局部液壓成形的小特征部位及液壓成形作用邊界； 步驟2:對需要進行局部液壓成形的小特征形狀進行分析，確定局部液壓成形時的方向； 步驟3:根據(jù)局部液壓成形的方向，對零件設(shè)計模型進行去局部液壓成形小特征處理； 步驟4:針對去除局部液壓成形小特征后的零件模式設(shè)置新的凸模和凹模及相應的液壓成形區(qū)域，建立沖壓與局部液壓復合成形仿真模型； 步驟5:通過沖壓與局部液壓復合成形仿真分析，獲取沖壓過程最大成形力； 步驟6:在機械式壓力機上成形時，根據(jù)沖壓過程中最大成形力設(shè)置可浮動支撐裝置對模具進行支撐;在伺服壓力機上成形時，增加保壓時間，使保壓時間大于液壓成形的時間。2.如權(quán)利要求1所述的方法，在步驟1中，通過對沖壓成形仿真分析的結(jié)果進行分析，獲取沖壓過程中開裂、起皺缺陷產(chǎn)生的缺陷特征區(qū)域，并根據(jù)該缺陷特征區(qū)域邊界設(shè)置液壓成形作用邊界。3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，在步驟2中，通過分析小特征相對周邊曲面是凸起還是凹陷，確定局部液壓成形是向上成形還是向下成形，從而確定局部液壓成形是布置在上模型面還是下模型面。4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，在步驟3中，以液壓成形作用邊界曲線為界限，在零件設(shè)計模型上將需要局部液壓成形的特征去除，以方便確定凸?；虬寄Ｐ兔?。5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，在步驟4中，建立沖壓與局部液壓復合成形仿真模型時，凸?；虬寄ＴO(shè)置成帶需要局部液壓成形小特征的型面，凸模和凹模中的另一個采用去除局部液壓成形特征后的型面，其中去除的局部液壓成形特征用液壓皮囊填充。6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，在步驟5中，通過復合成形仿真計算出沖壓過程的成形力，以確定在應用機械式壓力機沖壓時液壓或彈簧支撐模具所需要的支撐力。7.如權(quán)利要求1或2所述的方法，在步驟6中，可以選擇機械式壓力機或者伺服壓力機進行成形，選擇機械式壓力機時將壓力機滑塊總的運動行程分為沖壓成形行程和液壓成形行程兩個部分，在沖壓過程中為了確保凸凹模固定不動采用液壓或彈簧支撐模具，支撐力超過沖壓最大成形力，小于壓力機產(chǎn)生的力，在液壓成形過程中，壓力機產(chǎn)生的力超過液壓或彈簧支撐力，凸凹模及壓邊圈隨滑塊往下運動;選擇伺服壓力機時可以按機械式壓力機同樣的方式成形，也可以去除液壓或彈簧支撐，在沖壓行程結(jié)束后增加保壓時間，保壓時間大于液壓成形的時間。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可適用于大型汽車覆蓋件的沖壓與局部液壓復合成形方法。該方法首先通過仿真計算選取需要進行液壓成形的小特征區(qū)域并根據(jù)特征形狀設(shè)置液壓成形的方向，建立沖壓與局部液壓復合成形的模具型面。成形時將零件成形分解為沖壓成形和局部液壓成形兩個連續(xù)的過程，沖壓成形過程仍采用傳統(tǒng)的沖壓模式獲得覆蓋件整體形狀，局部液壓成形實現(xiàn)覆蓋件上各種小特征的成形。該方法可以有效地提高局部小特征成形質(zhì)量，相比傳統(tǒng)的液壓成形具有更高的成形效率。
【IPC分類】B21D35/00
【公開號】CN105414325
【申請?zhí)枴緾N201510920176
【發(fā)明人】龔志輝, 趙樹武, 張益豪, 韓磊, 陳杰
【申請人】湖南大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月11日