一种用于低塑性马氏体不锈钢多通件成形的装置及方法

本发明涉及金属成形制造，具体涉及一种用于低塑性马氏体不锈钢多通件成形的装置及方法。

背景技术：

1、板材成形在航空航天和汽车制造业中占有非常重要的地位。随着现代工业的发展，人们对板材成形的质量和外观要求越来越高，零件的成形复杂程度也大大增加。对于一些形状复杂的零件，采用传统的冲压模具成形，成形过程中往往会出现减薄不均，裂纹和回弹等问题，严重影响了成形零件的质量，不能适应零件生产的需要，这使得工业生产迫切需要采用更先进的成形装置。

2、现有的复杂薄壁筒件成形方法主要有：1、钢模冲压，它利用材料具有一定的塑性，借助模具的外力使工件成形从而获得所需形状和尺寸的工件。该方法的缺点在于：对于低塑性马氏体不锈钢多通件成形的成形，该加工方法容易出现毛刺，裂纹，起皱等问题，还可能存在回弹现象严重的问题，难以控制零件的精度。2、超塑性成形，该方法的思路是利用某些材料的超塑性，在特定的条件下，即在低的应变速率、一定的变形温度和稳定而细小的晶粒度的条件下，某些金属或合金呈现低强度和大伸长率的一种特性。该方法的缺点在于对材料的组织要求较高，成形壁厚不均匀以及成形构件性能差等,对于低塑性马氏体不锈钢材料成形难度大。3、充液拉深,该方法是指用液体的压力代替刚性凸模对板料进行加工的方法，常用于成形复杂件，但该方法成形效率不高，一般适用于少批量生产。

3、综上可知，针对低塑性马氏体不锈钢多通薄壁件成形，生产上迫切需要一种新型成形技术以解决此类成形的精度和效率问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于低塑性马氏体不锈钢多通件成形的装置及方法，提高了多通件的生产效率，可得到成形特征理想的多通件。

2、具体技术方案如下：

3、一种用于低塑性马氏体不锈钢多通件成形的装置，所述装置包括压力机、坯料拉深组件、环向成形组件、激光切割组件和翻边组件；

4、压力机用于为坯料拉深组件、环向成形组件和翻边组件提供发生塑性形变所需施加的压力；

5、坯料拉深组件用于对坯料拉深，获得目标筒坯深度；

6、环向成形组件用于筒坯形成环向分布凸起特征，获得筒坯的侧向预制；

7、激光切割组件用于切割筒坯的多余部分，获得凸起特征切口；

8、翻边组件用于对筒坯翻边，获得具有翻边特征接口的多通件。

9、所述坯料拉深组件包括柱体冲头、刚性体凹模和弹性体凸模；柱体冲头与压力机的滑块连接；刚性体凹模置于压力机下的平面上，上表面向内开设内凹型槽，坯料水平置于刚性体凹模上表面；弹性体凸模安装在柱体冲头下部且与刚性体凹模位置对正，弹性体凸模与刚性体凹模配合使坯料在二者缝隙中形成筒坯。

10、所述环向成形组件包括柱体冲头、弹性体模具和水平多向加载顶缸；柱体冲头与压力机的滑块连接；弹性体模具包括弹性体凸模、上模具和下模具；下模具置于压力机下的平面上，上模具和下模具之间安装水平多向加载顶缸，弹性体凸模安装在柱体冲头下部且与上模具、下模具对正，水平多向加载顶缸设置位置与多通件的环向分布凸起特征对应。

11、所述弹性体凸模的材质为聚氨酯。

12、所述激光切割组件包括多个激光切头，激光切头与激光加工器电性连接，切除筒坯的多余部分。

13、所述翻边组件包括锥形冲头、外模具、内模具、翻边冲头和限位组件；

14、锥形冲头连接在压力机的滑块下方；

15、外模具置于压力机下的平面上，内部为空腔，顶面中心开孔，避让锥形冲头的行程；

16、内模具包括可拆卸的形块a和形块b，形块a和形块b之间留有与筒坯形状匹配的缝隙，形块b和形块a压紧固定筒坯，形块a和形块b上表面齐平且低于筒坯边缘，形块b的中心预留锥形冲头的避让孔；

17、翻边冲头位于锥形冲头的下方，包括两部分，内侧端带有斜面且与锥形冲头抵接，外侧端压在筒坯两个边缘的内侧；

18、限位组件包括限位块和限位槽；限位块包括两块l形凸块，设置在外模具顶面中心开孔的下方，且限位块靠近开孔的一端带有与锥形冲头倾斜度一致的斜面；限位槽开设在翻边冲头的顶面外侧，与l形凸块配合限制向外滑动的最大行程；

19、内模具固定在外模具的底部，翻边冲头在内模具和限位组件之间水平滑动运动。

20、所述压力机和水平多向加载顶缸均与机械控制柜电性连接。

21、一种用于低塑性马氏体不锈钢多通件成形的方法，首先采用坯料拉深组件拉深坯料，获得目标筒坯深度，然后采用环向成形组件成形环向分布凸起特征，利用厚向压应力抑制减薄，再采用激光切割组件对凸起特征切口，最后采用翻边组件翻边成形，获得多通件，具体操作步骤如下：

22、步骤一、坯料拉深

23、使用坯料拉深组件，将刚性体凹模置于压力机下的平面上，柱体冲头与压力机的滑块连接，弹性体凸模安装在柱体冲头下部且与刚性体凹模位置对正，坯料水平置于刚性体凹模上表面；启动压力机带动弹性体凸模下行与坯料接触，使坯料发生塑性形变，进入弹性体凸模与刚性体凹模的缝隙中形成筒坯；

24、步骤二、环向成形和侧向预制

25、取下步骤一中得到筒坯，将坯料拉深组件更换为环向成形组件，下模具置于压力机下的平面上，上模具和下模具之间安装水平多向加载顶缸，弹性体凸模安装在柱体冲头下部且与上模具、下模具对正，将筒坯重新放置在上模具和下模具之间形成的凹槽内，调整水平多向加载顶缸位置，使之与多通件的环向分布凸起特征对应；启动压力机带动弹性体凸模下行与筒坯接触形成环向分布凸起特征，获得完成侧向预制的筒坯；

26、步骤三、激光切割

27、取下步骤二中完成侧向预制的筒坯，使用激光切割组件的激光切头对筒坯侧壁凸起接口进行切割；

28、步骤四、整件翻边

29、首先将环向成形组件更换为翻边组件，将步骤三中完成激光切口的筒坯压紧固定在内模具的形块b和形块a之间；然后将内模具固定在外模具的底部，锥形冲头连接在压力机的滑块下方且底端与翻边冲头的内侧端抵接，翻边冲头的外侧端压在筒坯两个边缘的内侧；最后启动压力机带动锥形冲头下行与翻边冲头的内侧端抵接使之水平向外滑动，在此过程中，形块b中心的避让孔为锥形冲头的下行提供空间，限位槽与l形凸块配合限制翻边冲头向外滑动的最大行程，翻边冲头将筒坯的两个边缘向外推平，实现翻边，得到多通件产品。

30、所述柱体冲头或锥形冲头匀速下压的速度v为100～200mm/s。

31、下压的高度δh由公式一进行计算，

32、v＝δh*s(πr2)

33、(公式一)

34、其中，δh(cm)为下压的高度，包括弹性体凸模、柱体冲头或锥形冲头下压的高度；s(cm2)为截面积，与柱体冲头或锥形冲头截面积保持一致，r(cm)为截面圆的半径。

35、与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

36、(1)对于复杂件的成型质量而言，传统方法中完全使用刚性凸模，容易出现零件厚度不均造成的各类问题。而本发明采用弹性体凸模进行胀形筒胚，完成环向分布凸起特征的成形，零件厚度更为均匀，各个接口处的减薄率保持在21％-24％，减少了试件出现毛刺，开裂等畸变现象的可能，不仅能获得理想特征的多通件，而且保证了多通件的成形质量；

37、(2)对于生产效率而言，复杂刚性凸模制造成本和精度要求较高，而本发明采用聚氨酯等弹性体凸模生产更加便利；

38、(3)对于低塑性马氏体不锈钢材料而言，由于其常温塑性较差，使用钢模冲压进行加工容易出现开裂等现象，不易保证完成环向分布凸起特征的和壁厚均匀成形精度，本发明使用弹性体凸模加工可以达到更好的成形质量。