針對傳統板材沖壓成形中存在的成形極限低、模具型腔復雜,以及零件表面品質差等缺點,發展了板材液壓成形技術。其基本原理是采用液體作為傳力介質以代替剛性的凸模或凹模來傳遞載荷,使坯料在液體壓力作用下貼靠凹模或凸模,從而實現金屬板材零件的成形。
自從該技術推出以來,在航空航天及汽車領域不斷獲得應用,特別適于結構形狀復雜的零件及冷成形性能差的材料成形,如鋁合金、高強鋼、高溫合金以及拼焊板等。板材液壓成形技術現也日漸成為國內外業界的研究熱點,并產生了可控徑向加壓充液拉深技術及液體凸模拉深成形新技術。
板材液壓成形原理及分類
板材液壓成形是利用液體作為傳力介質來傳遞載荷,使板材成形到單側模具上的一種板材成形方法,根據液體介質取代凹模或凸模可將之進一步分類為充液拉深成形和液體凸模拉深成形。
前者(圖1)是用液體介質代替凹模傳遞載荷,液壓則作為輔助成形的手段,可減小普通拉深成形中凸、凹模之間坯料的懸空區,使該部分坯料緊貼凸模,零件形狀尺寸最終靠凸模來保證。
圖1 充液拉深成形原理
充液拉深成形中的液壓作用形成了坯料與凸模之間的摩擦保持效果,提高了凸模圓角區板料的承載能力,抑制坯料減薄和開裂,可有效提高成形極限、減少成形道次。同時,液體從坯料與凹模上表面間溢出可形成流體潤滑,促進外圍板材進入凹模,緩解了零件表面的劃傷。
這一成形技術因其獨特優勢在國際上受到普遍重視,發展出主動背壓(預脹)拉深法,其過程是預先脹形,然后拉深,通過預先脹形達到變形硬化的效果。
液體凸模拉深成形(圖2)則是以液體介質代替凸模傳遞載荷,液壓作為主驅動力使坯料變形,坯料法蘭區逐漸流入凹模,最終在高壓作用下使坯料貼靠凹模型腔,零件形狀尺寸靠凹模來保證。這一成形法通過合理控制壓邊力可使坯料產生拉-脹成形,應變硬化可提高曲面薄殼零件的剛性、壓曲抗力和抗沖擊能力。因此,它非常適于鋁合金和高強鋼等輕合金板料形狀復雜(特別是局部帶有小圓角)、深度較淺的零件成形。
圖2 液體凸模拉深成形技術
板材液壓成形的優點及典型零件
與傳統板材沖壓加工相比,板材液壓成形技術具有以下優點:
1. 成形極限高
由于充液拉深成形中液壓的作用,使坯料與凸模緊緊貼合,產生