CN102107240B - 一种简易的管材液压胀形装置及胀形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及管材液压成形领域，具体为一种简易的管材液压胀形装置及胀形方法。该装置的增压冲头和进给冲头组成复合式冲头，增压冲头和进给冲头之间依靠弹性元件连接并且保持一致的同轴度，增压冲头的一端穿过进给冲头，伸进液压胀形模具的型腔内，增压冲头和进给冲头由于速度差形成相对运动，进给冲头外径与所述型腔内待胀形的管坯外径相等，增压冲头的另一端直接连接到轴向单动装置上，液压胀形模具的型腔内通有液体介质。采用本发明，通过简单轴向单动装置实现复合式冲头差速双动机制，实现管材液压胀形。本发明无需提供专用的高压油源供给设备，其成形装置简易、设备成本低廉、控制简便、成形性好且对应用环境要求低。
Description
技术领域：
本发明涉及管材液压成形领域，具体为一种简易的管材液压胀形装置及胀形方法，尤其是无需提供专用的高压油源供给设备，即可获得管件成形所需内高压的液压胀形装置及胀形方法。
背景技术：
提高零部件使用性能、减轻零部件重量、节约材料是现代先进制造技术所追求的目标和发展趋势；在航空航天等应用领域，提高推重比、增大航程是未来发展的趋势；以节省能源为目的的汽车轻量化也是汽车制造业的重要研究课题。在这样的背景下，除了采用轻质材料以外，通过“以空代实”实现构件轻量化的管材液压胀形技术——THF(Tube Hydroforming)，也因顺应了时代的要求而迅速发展起来。液压胀形技术是利用柔性成形介质(液体)直接作用于管坯内部进行成形的方法，也属于软模成形工艺，具有柔性成形的特点。近年来，该技术发展较快，在国外内压力最大达到690MPa(也有报道达到1380MPa)，因此被称为内高压成形——IHPF(Internal High Pressure Forming)，但与其他传统工艺相比，使用液压成形技术时，依然存在许多不足之处，如生产周期长、液体密封困难，特别是制造应用外控高压及超高压油源供给系统的费用昂贵。
因此，研制和开发能够充分发挥液压成形工艺优势，又能有效避免其高成本的新型液压胀形技术，是提高生产效率和进一步提升企业经济效益的必然趋势。
中国专利申请(专利号ZL02104881.9)公开了一种低压源内高压成形方法，通过增压活塞杆产生内高压。该方法中需要两种执行机构分别控制增压活塞及送料器的运动：对使用环境要求高，增压能力有限且密封效果不佳。
中国专利申请(200810073612.8)公开了一种简便的内高压成形方法，通过外部活塞的运动挤压增压腔体中的液体来获得高压液体，压头置于缸体内，当活塞推动到压头时，开始对管坯施加轴向力。整个过程是活塞首先挤压液体，使高压液体进入管坯内，这个阶段管坯已经开始发生塑性形变，之后活塞接触到压头才能提供必要的轴向力，并且推动管坯的过程中液体的内压力增长程度也大大降低。因此，该方法中液体内压力的增长与轴向进给不能很好的匹配，且需要专用的成形装置。
发明内容：
为解决现有技术和设备的不足，本发明的目的是提供一种简易的管材液压胀形装置及胀形方法，其成形装置简易、设备成本低廉、控制简便、成形性好且对应用环境要求低。
本发明具体技术方案如下：
一种简易的管材液压胀形装置，该装置设有增压冲头、进给冲头、弹性元件、模具、液体介质，增压冲头和进给冲头组成复合式冲头，增压冲头和进给冲头之间依靠弹性元件连接并且保持一致的同轴度，增压冲头的一端穿过进给冲头，伸进液压胀形模具的型腔内，增压冲头和进给冲头由于速度差形成相对运动，进给冲头外径与所述型腔内待胀形的管坯外径相等，增压冲头的另一端直接连接到轴向单动装置上，液压胀形模具的型腔内通有液体介质。
所述简易的管材液压胀形装置，弹性元件采用螺旋弹簧，增压冲头和进给冲头之间通过配套使用的螺杆和螺母连接，螺旋弹簧套在增压冲头和进给冲头之间的螺杆上。
所述简易的管材液压胀形装置，弹性元件采用气动弹簧，增压冲头与进给冲头通过气动弹簧连接。
所述简易的管材液压胀形装置，增压冲头伸进液压胀形模具的一端的头部安装增压头。
所述简易的管材液压胀形装置，弹性元件采用圆柱螺旋拉伸弹簧，圆柱螺旋拉伸弹簧连接于增压头与增压冲头之间。
利用所述简易的管材液压胀形装置的胀形方法，包括如下步骤：
(1)将管坯放进液压胀形模具中，在闭合的模具两侧使用增压冲头和进给冲头组成的复合式冲头，将增压冲头的外端直接连接到轴向单动装置上，由轴向单动装置提供单一的轴向力，推动复合式冲头前进，当进给冲头与管坯端部接触、密封后通入液体介质；
(2)当轴向单动装置继续推动复合式冲头运动，并使弹性元件开始产生压缩或拉伸，此时使增压冲头和进给冲头在运动方向上产生速度差，即增压冲头的速度大于进给冲头的速度，进一步提高轴向推力，速度差仍然存在，从而使进入液压胀形模具型腔内的增压冲头的体积不断增大，腔内的液体介质被不断压缩，内压力升高，管坯发生胀形并逐步充满模具型腔，进给冲头在与管坯端部接触实现密封作用的同时，实现进给补料；
(3)弹性元件继续被压缩或拉伸，内压力升高，反向推力增大，使增压冲头的速度降低，增压冲头和进给冲头之间的速差逐渐减小，至弹性元件达到压缩或拉伸极限即不可压缩或拉伸状态时，此时增压冲头和进给冲头之间速差为零，二者以相同速度运动，实现管材液压胀形。
所述步骤(1)中，增压冲头和进给冲头之间通过配套使用的螺杆和螺母组合在一起，保证一致的同轴度，将弹性元件螺旋弹簧套在增压冲头和进给冲头之间的螺杆上。
所述步骤(1)中，增压冲头和进给冲头之间通过弹性元件气动弹簧组合在一起，保证一致的同轴度。
所述步骤(1)中，增压冲头伸进液压胀形模具的一端的头部安装增压头。
所述步骤(1)中，弹性元件连接于增压头与增压冲头之间。
如图1所示，本发明的原理如下：
将管坯4放进液压胀形模具中，在闭合的模具两侧使用复合式冲头，由简单轴向单动装置连接并推动复合式冲头，使其能够实现密封、充液、进给、增压四个功能。复合式冲头由增压冲头1和进给冲头2共同组成，两个冲头之间依靠弹性元件3连接并且保持一致的同轴度。增压冲头1的一端能够穿过进给冲头2，伸进液压胀形模具型腔内，二者可以实现相对运动，进给冲头2外径与待胀形的管坯4外径相等。将增压冲头1的另一端直接连接到轴向单动装置上，由轴向单动装置提供单一的轴向力F，推动复合式冲头前进，当进给冲头2与管坯4端部接触、密封后通入液体介质(水、乳化液、液压油等)6。当轴向单动装置继续推动复合式冲头运动，并使弹性元件3开始产生压缩或拉伸，此时使增压冲头1和进给冲头2在运动方向上产生速度差，即增压冲头1的速度V1大于进给冲头2的速度V2，进一步提高轴向推力，速度差仍然存在，从而使进入液压胀形模具型腔内的增压冲头1的体积不断增大，腔内的液体介质被不断压缩，内压力升高，管坯4发生胀形并逐步充满模具型腔。进给冲头2在与管坯4端部接触实现密封作用的同时，实现进给补料。此后弹性元件3继续被压缩或拉伸，内压力升高，反向推力增大，使增压冲头1的速度降低，增压冲头1和进给冲头2之间的速差逐渐减小，至弹性元件达到压缩或拉伸极限即不可压缩或拉伸状态时，此时增压冲头1和进给冲头2之间速差为零，二者以相同速度运动，实现管材液压胀形。
本发明的有益效果是：
1、采用本发明，在管材液压胀形工艺中，通过简单轴向单动装置实现复合式冲头差速双动机制。整个成形过程中不需要额外的补液作用，增压冲头的端部还可以安装和更换不同直径的增压头，从而满足不同增压能力的需要，可以根据生产不同直径规格管件的需要更换进给冲头的直径尺寸。
2、采用本发明，当生产不同形状的液压胀形管件时需更换不同模具，模具内腔体积不同所需的最大成形内压力和进给量也不同，可以通过更换弹性元件的长度，调节最大增压量以实现生产不同胀形量的管件。
3、采用本发明，当更换不同种类的弹性元件时，能够调节内压与进给的匹配关系，从而选择最优化的液压胀形加载路径，实现最佳的液压胀形效果。
附图说明：
图1是本发明液压胀形方法原理示意图。
图2(a)-图2(b)是本实施例1、2和3中的增压冲头1示意图；其中，图2(a)为主视图；图2(b)为俯视图。
图3(a)-图3(b)是本实施例1、2和3中的进给冲头2示意图；其中，图3(a)为主视图；图3(b)为俯视图。
图4是实施本发明方法的一种简易的液压胀形三通管装置结构示意图。
图5是实施本发明方法的一种简易的液压胀形盒形件装置结构示意图。
图6是实施本发明方法的一种简易的液压胀形阶梯管件装置结构示意图。
图中：1.增压冲头；2.进给冲头；3.弹性元件；4.管坯；5.模具；6.液体介质(水、乳化液、液压油)；7.充液孔；8.充液装置；9.螺旋弹簧；10.螺钉；11.垫片；12.增压头；13.V形密封圈；14.螺杆；15.螺母；16.气动弹簧；17.楔形端面；18圆柱螺旋拉伸弹簧；V1.增压冲头速度；V2.进给冲头速度；F.轴向力。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明液压胀形装置主要包括增压冲头1、进给冲头2、弹性元件3、模具5、液体介质(水、乳化液或液压油)6等，由增压冲头1和进给冲头2共同组成复合式冲头，两个冲头之间依靠弹性元件3连接并且保持一致的同轴度。增压冲头1的一端能够穿过进给冲头2，伸进液压胀形模具5的型腔内，增压冲头1和进给冲头2二者可以实现相对运动，进给冲头2外径与待胀形的管坯4外径相等，增压冲头1的另一端直接连接到轴向单动装置上，由轴向单动装置提供单一的轴向力F，推动复合式冲头前进，当进给冲头2与管坯4端部接触、密封后通入液体介质(水、乳化液或液压油等)6。本发明中，进给冲头2伸进液压胀形模具5的一端为楔形端面17。
实施例1：
如图4所示，将图2(a)-图2(b)所示的两个增压冲头1的一端各自穿过图3(a)-图3(b)所示的进给冲头2，二者通过配套使用的螺杆14和螺母15组合在一起，保证一致的同轴度，将螺旋弹簧9套在增压冲头1和进给冲头2之间的螺杆14上，增压冲头1和进给冲头2可以实现相对运动，进给冲头2外径与待胀形的管坯4外径相等。将增压冲头1另一端直接连接到轴向单动装置上，由轴向单动装置提供单一的轴向力F，推动复合式冲头前进，当进给冲头2与管坯4端部接触，通过其楔形端面17将管坯4密封，随后利用充液装置8将液体介质6通过一侧的进给冲头中的充液孔7注入密封的模具型腔内。由于密封后管坯4对进给冲头2的反作用力，当轴向单动装置继续推动复合式冲头运动时，螺旋弹簧开始产生压缩，此时使增压冲头1和进给冲头2在运动方向上产生速度差，即V1＞V2，增压冲头1和进给冲头2产生相对运动，因此进入模具型腔内的增压冲头1的体积增大，腔内的液体介质6被挤压，内压力升高。在车有螺纹的增压冲头1的头部，安装了增压头12，增大了与液体介质6的接触体积，从而能够大大提高增压能力。进一步提高轴向推力F，速度差仍然存在，腔内的液体介质被不断压缩，内压力升高，管坯4发生胀形并使三通管支管高度不断提高。同时，当轴向推力F升高到某一值后，进给冲头2对管坯4的推力达到其屈服极限，推动管坯4一起运动，实现进给补料作用。此后弹性元件(螺旋弹簧9)继续被压缩，内压力升高，反向推力增大，使增压冲头1的速度降低，增压冲头1和进给冲头2之间的速差逐渐减小，至螺旋弹簧9达到压缩极限时，增压冲头1和进给冲头2之间速差为零，即V1＝V2，二者以相同速度运动，实现管材液压胀形。
在本实施例胀形三通管过程中，增压冲头1和进给冲头2与模具型腔接触一端要承受高压液体6，并且增压冲头1和进给冲头2之间还要实现相对运动，因此要在增压冲头1和进给冲头2之间添加密封元件，以免腔内液体介质6在高的压力下从型腔内流出。由于V形密封圈具有耐高压，寿命长等优点，因此采用V形密封圈进行密封。在增压冲头1与进给冲头2端面接触的位置上开设圆槽，将V形密封圈13放置在槽里，外面加上垫片11，并用螺钉10固定，提供压紧力。
由于胀形不同直径、不同材料、不同支管高度的三通管，所需的内压力和进给量各不相同，因此这种简易的液压胀形三通管装置必须具备足够的调节能力。增压冲头1的端部可以更换不同直径大小的增压头12，从而满足不同增压能力的需要，可以根据生产不同直径规格管件的需要更换进给冲头2的直径尺寸。当生产不同支管高度的三通管时需要不同的胀形量，所需的最大成形内压力和进给量也不同，可以通过更换螺旋弹簧9和螺杆14的长度，调节最大增压量以实现生产不同胀形量的管件。当更换不同种类的螺旋弹簧时，能够调节内压与进给的匹配关系。可见，此简易的液压胀形装置的调节能力很强。
实施例2：
与实施例1不同之处在于：
如图5所示，将图4中的模具5换成液压胀形盒形件型腔的模具，由于盒形件的胀形量小，需要的内压力小，因此将增压头12去掉。把图4中的螺旋弹簧9、螺杆14、螺母15换成气动弹簧16，用气动弹簧16将增压冲头1与进给冲头2连接起来，设置气动弹簧16中的不同气体压力或者不同直径和长度的活塞杆，可以实现对胀形内压力和轴向进给的调节，实现的功能与实施例1中的螺旋弹簧9相同。重复实施例1中的方法进行操作，即可获得此液压胀形盒形件。
实施例3：
与实施例1不同之处在于：
如图6所示，将图4中的模具5换成液压胀形阶梯管件型腔的模具，由于阶梯管件的胀形量大，需要的内压力大，因此换大直径的增压头12。把图4中的螺旋弹簧9换成圆柱螺旋拉伸弹簧18，圆柱螺旋拉伸弹簧18连接于增压头12与增压冲头1之间，从而用圆柱螺旋拉伸弹簧18将增压冲头1与进给冲头2连接起来，通过更换圆柱螺旋拉伸弹簧18的种类和长度，可以实现对胀形内压力和轴向进给的调节，实现的功能与实施例1中的螺旋弹簧9相同。重复实施例1中的方法进行操作，即可获得此液压胀形阶梯管件。
Claims (9)
1.一种简易的管材液压胀形装置，其特征在于：该装置设有增压冲头、进给冲头、弹性元件、模具、液体介质，增压冲头和进给冲头组成复合式冲头，增压冲头和进给冲头之间依靠弹性元件连接并且保持一致的同轴度，增压冲头的一端穿过进给冲头，伸进液压胀形模具的型腔内，增压冲头和进给冲头由于速度差形成相对运动，进给冲头外径与所述型腔内待胀形的管坯外径相等，增压冲头的另一端直接连接到轴向单动装置上，液压胀形模具的型腔内通有液体介质；进给冲头伸进液压胀形模具的一端为楔形端面；
增压冲头伸进液压胀形模具的一端的头部安装增压头。
2.按照权利要求1所述简易的管材液压胀形装置，其特征在于：弹性元件采用螺旋弹簧，增压冲头和进给冲头之间通过配套使用的螺杆和螺母连接，螺旋弹簧套在增压冲头和进给冲头之间的螺杆上。
3.按照权利要求1所述简易的管材液压胀形装置，其特征在于：弹性元件采用气动弹簧，增压冲头与进给冲头通过气动弹簧连接。
4.按照权利要求1所述简易的管材液压胀形装置，其特征在于：弹性元件采用圆柱螺旋拉伸弹簧，圆柱螺旋拉伸弹簧连接于增压头与增压冲头之间。
5.一种利用权利要求1所述简易的管材液压胀形装置的胀形方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将管坯放进液压胀形模具中，在闭合的模具两侧使用增压冲头和进给冲头组成的复合式冲头，将增压冲头的外端直接连接到轴向单动装置上，由轴向单动装置提供单一的轴向力，推动复合式冲头前进，当进给冲头与管坯端部接触、密封后通入液体介质；
(2)当轴向单动装置继续推动复合式冲头运动，并使弹性元件开始产生压缩或拉伸，此时使增压冲头和进给冲头在运动方向上产生速度差，即增压冲头的速度大于进给冲头的速度，进一步提高轴向推力，速度差仍然存在，从而使进入液压胀形模具型腔内的增压冲头的体积不断增大，腔内的液体介质被不断压缩，内压力升高，管坯发生胀形并逐步充满模具型腔，进给冲头在与管坯端部接触实现密封作用的同时，实现进给补料；
(3)弹性元件继续被压缩或拉伸，内压力升高，反向推力增大，使增压冲头的速度降低，增压冲头和进给冲头之间的速差逐渐减小，至弹性元件达到压缩或拉伸极限即不可压缩或拉伸状态时，此时增压冲头和进给冲头之间速差为零，二者以相同速度运动，实现管材液压胀形。
6.按照权利要求5所述简易的管材液压胀形装置的胀形方法，其特征在于，所述步骤(1)中，增压冲头和进给冲头之间通过配套使用的螺杆和螺母组合在一起，保证一致的同轴度，将弹性元件螺旋弹簧套在增压冲头和进给冲头之间的螺杆上。
7.按照权利要求5所述简易的管材液压胀形装置的胀形方法，其特征在于，所述步骤(1)中，增压冲头和进给冲头之间通过弹性元件气动弹簧组合在一起，保证一致的同轴度。
8.按照权利要求5所述简易的管材液压胀形装置的胀形方法，其特征在于，所述步骤(1)中，增压冲头伸进液压胀形模具的一端的头部安装增压头。
9.按照权利要求5所述简易的管材液压胀形装置的胀形方法，其特征在于，所述步骤(1)中，弹性元件连接于增压头与增压冲头之间。
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2009
- 2009-12-25 CN CN2009102487637A patent/CN102107240B/zh not_active Expired - Fee Related
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| JP特开2001-212627A 2001.08.07 |
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