一种材料成型领域的非等高十字筋类件的复合弯曲成形工艺，通过依次先进行高筋成形，然后再进行矮筋成形，通过依次两步工艺避免十字筋交叉区域减薄。本发明利用不同滑块、顶块、凸模及凹模之间的配合运动来成形高矮筋及其交叉区域，可以有效解决传统塑性成形工艺用于非等高十字筋类件存在的不足，且成形力较小，模具寿命高。
1.一种非等高十字筋类件的复合弯曲成形工艺，其特征在于，依次先进行高筋成形，然后再进行矮筋成形，通过依次两步工艺避免十字筋交叉区域减薄；
所述的高筋成形是指：高筋凸模向上运动使坯料发生弯曲，同时将位于坯料左右两侧的滑块和位于坯料顶部的高筋凹模一起压住坯料并向中间运动，从而推动两侧的坯料往中间移动形成高筋；
步骤一，将已高筋成形的坯料定位后，在预期成形的十字筋交叉区域的高筋两侧各设置一个顶块，驱动顶块相向运动至与高筋接触，实现对十字筋交叉部位的高筋压扁形状的预成形；
步骤二，将位于坯料上、下方的凸模以及位于坯料左、右侧的滑块及凹模同时相向运动，推动坯料往中间移动，以避免十字筋交叉区域展开面积增大、两侧补料不足造成的局部厚度减薄，最终完成十字筋成形。
2.根据权利要求1所述的复合弯曲成形工艺，其特征是，步骤一中涉及的两个顶块沿斜向上方向相向运动。
3.一种实现权利要求1或2所述工艺的高筋成形阶段的模具，其特征在于，包括：高筋凸模以及设置于高筋凸模两侧的相向定位机构，其中：待成形坯料的两端分别固定设置于两侧的相向定位机构中，高筋凸模向上运动的同时两侧的相向定位机构水平向中间运动实现成形。
4.根据权利要求3所述的模具，其特征是，所述的相向定位机构包括：用于夹持待成形坯料的凹模和对应滑块。
5.一种实现权利要求1或2所述工艺的矮筋成形阶段的模具，其特征在于，包括：上、下相对设置的矮筋凸模、位于两侧的相向定位机构以及设置于上矮筋凸模内部的左、右顶块，其中：已高筋成形的坯料的两端分别固定设置于两侧的相向定位机构中，上、下矮筋凸模在竖直方向相向运动的同时两侧的相向定位机构水平向中间运动实现成形。
6.根据权利要求5所述的模具，其特征是，所述的上矮筋凸模的下端几何形状呈倒V型结构且两侧倒角，所述的左、右顶块设置于V型腔内。
7.根据权利要求5所述的模具，其特征是，所述的相向定位机构包括：用于夹持已高筋成形的坯料的凹模和对应滑块，其中：凹模的上端型面与已高筋成形的坯料的上型面一致，滑块的下型面与已高筋成形的坯料的下型面一致，从而可以保证坯料在凹模与滑块的共同压紧作用下向内移动。
8.根据权利要求5或6所述的模具，其特征是，所述的左顶块和右顶块的工作面倾斜角设置为10-20°。
非等高十字筋类件的复合弯曲成形工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及的是一种材料成形领域的技术，具体是一种非等高十字筋类件的复合弯曲成形工艺。
背景技术
[0002] 在当前对结构轻量化以及节能降耗日益迫切的需求下，许多零件被设计成薄腹板并带有纵横内筋结构，以减轻质量，但又不损失零件的功能性。这种带筋薄膜构件种类较多，广泛应用于航空、船舶、火箭等高科技领域。不同领域对零件性能的要求各不相同，加工方法和工艺也多种多样，但均要求零件不能发生严重减薄。
[0003] 采用传统的铸造、焊接工艺，材料利用率低、加工成本高且产品力学性能差，而采用拉深胀形复合工艺这类塑性变形方式虽然可以改善力学性能，但是关键部位特别是十字筋交叉区域易发生严重减薄，残余应力也较大，难以避免折叠、起皱和破裂等缺陷。因此，针对上述不足，迫切需要一种新型的成形工艺。
[0004] 经过对现有技术的检索发现，文献《筋板件筋部充填机理及缺陷研究》中通过选用较大的圆角半径和合适的拔模斜度将等温锻造方法用于成形十字筋。但该技术与本发明相比，其无法成形厚度低于1.5mm的薄壁件，且无法在十字筋处完成复杂几何形状的成形。
发明内容
[0005] 本发明针对现有带筋薄膜件成形工艺关键部位减薄的不足，提出一种非等高十字筋类件的复合弯曲成形工艺，利用不同滑块、顶块、凸模及凹模之间的配合运动来成形高矮筋及其交叉区域，可以有效解决传统塑性成形工艺用于非等高十字筋类件存在的不足，且成形力较小，模具寿命高。
[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0007] 本发明涉及一种非等高十字筋类件的复合弯曲成形工艺，依次先进行高筋成形，然后再进行矮筋成形，通过依次两步工艺避免十字筋交叉区域减薄。
[0008] 所述的高筋成形是指：高筋凸模向上运动使坯料发生弯曲，同时将位于坯料左右两侧的滑块和位于坯料顶部的高筋凹模一起压住坯料并向中间运动，从而推动两侧的坯料往中间移动形成高筋。
[0009] 所述的矮筋成形包括：
[0010] 步骤一，将已高筋成形的坯料定位后，在预期成形的十字筋交叉区域的高筋两侧各设置一个顶块，驱动顶块相向运动至与高筋接触，实现对十字筋交叉部位的高筋压扁形状的预成形；
[0011] 步骤二，将位于坯料上、下方的凸模以及位于坯料左、右侧的滑块及凹模同时相向运动，推动坯料往中间移动，以避免十字筋交叉区域展开面积增大、两侧补料不足造成的局部厚度减薄，最终完成十字筋成形。
[0012] 为保证十字筋交叉部位的金属材料不出现折叠缺陷，步骤一中涉及的两个顶块优选沿斜向上方向相向运动。
[0013] 本发明涉及实现上述工艺的高筋成形阶段的模具，包括：高筋凸模以及设置于高筋凸模两侧的相向定位机构，其中：待成形坯料的两端分别固定设置于两侧的相向定位机构中，高筋凸模向上运动的同时两侧的相向定位机构水平向中间运动实现成形。
[0014] 所述的相向定位机构包括：用于夹持待成形坯料的凹模和对应滑块。
[0015] 所述的高筋凸模的上端几何形状与所需成形的高筋几何形状一致，通过向上运动成形高筋。
[0016] 本发明涉及实现上述工艺的矮筋成形阶段的模具，包括：上、下相对设置的矮筋凸模、位于两侧的相向定位机构以及设置于上矮筋凸模内部的左、右顶块，其中：已高筋成形的坯料的两端分别固定设置于两侧的相向定位机构中，上、下矮筋凸模在竖直方向相向运动的同时两侧的相向定位机构水平向中间运动实现成形。
[0017] 所述的下矮筋凸模的上端几何形状与所需成形的矮筋几何形状一致，通过向上运动成形矮筋。
[0018] 所述的上矮筋凸模的下端几何形状呈倒V型结构且两侧倒角，所述的左、右顶块设置于V型腔内。
[0019] 所述的上矮筋凸模向下运动，配合下矮筋凸模的向上运动，使得高筋和矮筋在交叉处成形所需形状。
[0020] 所述的相向定位机构包括：用于夹持待成形坯料的凹模和对应滑块，其中：凹模的上端型面与已高筋成形的坯料的上型面一致，滑块的下型面与已高筋成形的坯料的下型面一致，从而可以保证坯料在凹模与滑块的共同压紧作用下向内移动。
[0021] 技术效果
[0022] 与现有技术相比，本发明利用滑块、顶块、凸模和凹模之间的动作配合，使坯料向发生局部大变形的区域作材料流动补充，以避免板料局部厚度发生严重减薄。从图4给出的第一阶段高筋成形后的厚度场分布来看，高筋成形区域未出现明显的厚度减薄现象。由图7和图8分别给出的第二阶段步骤一和步骤二完成后的厚度场可知，均不存在明显的局部严重减薄现象，且成形后的十字筋交叉部位的几何形状与目标零件基本一致。因此，本发明可以有效解决传统塑性成形工艺用于非等高十字筋类件存在的不足，且成形力较小，模具寿命高。
附图说明
[0023] 图1为非等高十字筋件的正面示意。
[0024] 图2为非等高十字筋件的反面示意。
[0025] 图3为高筋成形阶段的模具结构示意图。
[0026] 图4为高筋成形完成后的厚度场分布。
[0027] 图5为矮筋成形阶段的模具结构示意图。
[0028] 图6为矮筋成形阶段拆除凸、凹模和滑块后的示意图
[0029] 图7为矮筋成形阶段步骤一完成后的厚度场分布。
[0030] 图8为矮筋成形阶段步骤二完成后的厚度场分布。
具体实施方式
[0031] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0032] 实施例1
[0033] 如图1所示，本实施例包括两个阶段实施：
[0034] 1)首先，将厚度为1.2mm的坯料4置于图3所示的高筋成形模具内，并采用左高筋滑块1、右高筋滑块2与第一和第二高筋凹模3以及6一起将坯料4压紧。随后，高筋凸模5向上移动，同时左高筋滑块1与第一高筋凹模3向右移动，右高筋滑块2与第二高筋凹模6向左移动，通过两者的相向移动使坯料4两侧的金属材料往中间区域进给，高筋成形完成的同时避免高筋凸模5向上移动进行坯料弯曲时造成的局部板料厚度减薄。
[0035] 所述的左高筋滑块1和右高筋滑块2的移动距离之和等于高筋截面轮廓线长度与其投影长度的差值。
[0036] 2)将步骤1得到的坯料4置于图5所示的矮筋成形模具内，利用左矮筋滑块7、右矮筋滑块8、第一和第二矮筋凹模9以及10将其压紧。按图6所示，左矮筋顶块14和右矮筋顶块15作相向运动与高筋相接触，预成形十字筋交叉部位的高筋压扁形状。随后，上矮筋凸模11向下移动，同时下矮筋凸模12向上移动，伴随左矮筋滑块7与第一矮筋凹模9向右移动，右矮筋滑块8与第二矮筋凹模10向左移动，推动坯料4两侧的金属材料往中间流动，使坯料4产生弯曲变形。
[0037] 所述的左矮筋滑块7和右矮筋滑块8的移动距离之和恰好是矮筋截面轮廓线长度与其投影长度的差值。
[0038] 如图6所示，由于在上矮筋凸模11下移和下矮筋凸模12上移的过程中会使中间部位的金属材料外流，因此左矮筋顶块14和右矮筋顶块15仍需沿图6所示方向移动，保持与坯料4接触，以形成十字筋交叉部位的高筋压扁形状；该顶块的工作面倾斜角可设置为10-20°。
