CN102527812A

CN102527812A - 一种管材自由胀形组合模具

Info

Publication number: CN102527812A
Application number: CN2011104419326A
Authority: CN
Inventors: 郎利辉; 许诺; 程鹏志; 王韬; 段新民
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明的目的在于提供一种管材自由胀形试验组合模具。该模具包括：左框架板、左上压块、左下压块、前支板、下底板、后支板、右上框架板、右上压块、右下压块、右下框架板、内六角螺栓、沉头孔螺栓。模具的优点体现在，可以根据管材自由胀形试验管材直径的不同，相应的制造出尺寸相匹配的压块，然后嵌入到左右框架板中，进行管材自由胀形试验。试验完成后，可以更换压块，进行其他尺寸管材的自由胀形实验，测定不同尺寸管材的胀形成形极限。同时本发明有能实现无轴向补料、灵活性好、模具互换性强、螺栓不易损坏、装卸简单等优点。

Description

一种管材自由胀形组合模具

技术领域

本发明属于金属压力试验技术领域，特别是涉及一种管材自由胀形组合模具。

背景技术

管材液压胀形(Tube Hydro-Forming，THF)是将一定长度的薄壁金属管坯放入模具内，利用高压液体充入管材内腔，同时辅以轴向力(即轴向补料)，使管材变形、充满模具型腔的过程。THF的成败取决于合理的选择材质、合适的预成形、合理的加载路径等。所以，在实施THF工艺前，管材性能的检测及加载路径的确定是两项极其重要的工作，开发相应的胀形、测试装置成为THF技术领域研究的热点。

管材液压胀形试验是为了了解管坯在液压自由胀形时材料在圆周方向上允许的最大许可变形量(或最大许可胀形系数Kz)，从而对管材的胀形性能进行考察的一种模拟试验。

轴向进给力的引入会相应的增加管材的成形极限，因此可能会对管材的最大胀形压力的测定带来影响。因此液压自由胀形实验能准确反映管材胀形成形极限，而液压自由胀形试验是指在无轴向进给、无模具限制(对胀形部分而言)的条件下对管材进行充液胀形。

K_z＝D_max/D₀

δ_θ＝(D_max-D₀)/D₀＝K_z-1

D_max——零件最大变形处变形后的直径

D₀——零件最大变形处的原始直径

目前，国内外学者针对管材液压胀形开展了广泛的研究，并取得了显著的进步。Fllice和Yang等人在分析非外控充液增压式的管材液压胀形原理及特点的基础上，分别提出了推杆式管材液压胀形试验装置和内补液增压式管材液压胀形装置。二者均不需要外部供液系统，但因前者采用的密封方式和增压方法不理想而易造成向成形区补液不足的现象；而后者的轴向力大小不易控制，且在管材胀形初期，若管材内腔液压力未能及时建立起来，就容易出现失稳起皱等缺陷。二者均会造成液室压力不稳定，而且成形区液室压力不够达不到管材胀形成形极限的效果。

桂林电子科技大学机电工程学院的吴丛强、杨连发等人开发了一种可在单动压力机上使用的管材液压胀形装置。通过增压活塞挤压缸体中液体的方式来为管材成形提供液压力和轴向力，通过设计增压缸体和控制增压活塞的行程等来实现两个载荷的合理匹配。该试验装置引入的胀形压力不好控制并定量测定，同时增压活塞挤压时的行程会引入轴向进给力，轴向进给力也不好定量测定，同时轴向进给力提高了胀形极限，不易测定在无轴向进给的管材自由胀形的成形极限。

由此可见，采用非外控充液增压式的管材液压胀形存在严重的局限性，而外部供液系统的引入，能确保液室压力合适，达到管材胀形时的成形极限。一些学者设计了含有外部供液系统、可同时施加胀形液压力和轴向力的试验装置。但都存在着胀形管材尺寸局限性的问题，往往不同管径的自由胀形实验需要制造不同的模具，造成成本费用高，而且不同管径的胀形结果往往不易快速对比分析。同时轴向力无法定量的测定，轴向力和液压力的共同作用会使管材胀形的成形极限不易对比，需要管材自由胀形试验的引入。

总结上述方法存在下列问题：

(1)推杆式管材液压胀形试验装置因采用的密封方式和增压方法不理想而易造成向成形区补液不足的问题；

(2)内补液增压式管材液压胀形装置轴向力大小不易控制，且在管材胀形初期，若管材内腔液压力未能及时建立起来，就容易出现失稳起皱等缺陷；

(3)增压活塞挤压式液压胀形装置胀形压力不好控制和定量测定，同时增压活塞挤压时的行程会引入轴向进给力，轴向进给力也不好定量测定；

(4)有外部供液系统、可同时施加胀形液压力和轴向力的试验装置轴向力无法定量的测定，轴向力和液压力的共同作用会使管材胀形的成形极限不易对比，不易测定管材在无轴向进给时的成形极限；

(5)以上的管材液压胀形方法都存在着胀形管材尺寸局限性的问题，往往不同管径的自由胀形实验需要制造不同的模具，造成成本费用高，而且不同管径的胀形结果往往不易快速对比分析；

(6)以上的管材液压胀形方法存在着实验模具装卸复杂，管件不易取出的问题；

(7)以上的管材液压胀形的模具螺栓会由胀形引起的拉应力或者剪切力带来螺栓寿命降低、螺纹破损的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种无轴向补料、灵活性好、模具互换性强、螺栓不易损坏、装卸简单的管材自由胀形试验组合模具。

一种管材自由胀形组合模具包括：左框架板、左上压块、左下压块、前支板、下底板、后支板、右上框架板、右上压块、右下压块、右下框架板、内六角螺栓、沉头孔螺栓。

所述的模具连接后为左端和右端相通的长方体箱体结构，并且上端面为开口。所述左框架板通过横向的八个内六角螺栓与前后支板左端相连，同时通过底部的三个内六角螺栓与下底板相连。左框架板为一体结构，可以从外向里在中间嵌入左上压块和左下压块，并通过左框架板里侧的圆孔结构在水平方向约束左上压块和左下压块，竖直方向通过左框架板上端的两个个沉头孔螺栓固定。

所述的右框架板分为右上框架板和右下框架板，右下框架板通过横向的六个内角螺栓与前后支板右端相连，同时通过底部的3个内六角螺栓与下底板相连。右上框架板通过靠外的两个沉头孔螺栓与下框架板固定。固定后，即可在右框架板中部嵌入右上压块和右下压块。右上压块和右下压块通过右框架板里侧的圆孔结构在水平方向约束，右上压块和右下压块可以通过右上框架的靠里的两个沉头孔螺栓在竖直方向固定。

下底板中部的台阶板固定在管材液压胀形机中的模架上，模具左右框架板的中部分别与管材液压胀形机的左推头和右推头相连，左推头设有进油孔，与液压系统的外部供液系统相连。右推头不设通油孔。

所述模具的四个压块可以随时更换。根据管材自由胀形试验管材直径的不同，相应的制造出尺寸相匹配的压块，然后嵌入到左右框架板中，进行管材自由胀形试验。试验完成后，可以更换压块，进行其他尺寸管材的自由胀形实验，测定不同尺寸管材的无轴向补料作用下的胀形成形极限。

一种管材自由胀形组合模具的使用方法，具体包括如下步骤：

步骤1、将匹配的左上压块和左下压块嵌入左框架板，并在压块中间插入所需胀形的管材。拧紧左框架板上的两个沉头孔螺栓，使左上压块和左下压块固定。

步骤2、将右下压块嵌入到右下框架板中，并将管材右端放置于右下压块的U型槽上。将右上框架板放在右下框架板上对齐，拧紧右上框架板四个沉头孔螺栓。

步骤3、将液压机的左推头水平向右缓慢进给，到开始接触到管材的左端面时，继续进给直到压紧。

步骤4、将液压机的右推头水平向左缓慢进给，当开始接触管材的右端面时，停止进给。

步骤5、启动液压机补油装置，从左推头的通油孔开始通油。当右推头处油溢出并将管内空气基本排尽时，液压机右推头水平向左进给，堵住管材右端面。

步骤6、启动液压机的增压装置，使管内液体缓慢增压，注意点动增压防止油压上升太快以致管材提前胀破。

步骤7、管材胀破后，将液压机卸压。

步骤8、控制液压机左右推头退回。先取出左上压块和左下压块，使管左端悬空，再取出右上压块、有下压块，进而取出胀破的管材。

本发明的优点与积极效果在于：

(1)该管材自由胀形组合模具采用液压机外部供液系统，保证成形区足够大的压力达到管材成形极限，并能避免管材出现的起皱等缺陷的产生。

(2)该管材自由胀形组合模具通过较好的密封和液压系统准确控制轴向力，达到无轴向补料的管材自由胀形试验条件，更准确的反映管材的成形极限。

(3)可以随时更换不同尺寸的压块来满足不同直径管材胀形的需要，增加了试验的灵活性和模具的互换性，降低了模具成本费用，可以快速对不同管径的胀形结果进行对比分析。

(4)左右框架板上螺栓液压胀形时受压应力，增加了螺栓的承载能力，解决了胀形引起的拉应力或者剪切力带来螺栓寿命降低、螺纹破损的问题。

(5)试验模具装卸简单，管件不需要拆卸整体模具即可取出。

附图说明

图1为本发明的管材自由胀形组合模具立体结构示意图；

图2为本发明的管材自由胀形组合模具结构剖视图；

图3为本发明的管材自由胀形组合模具压块结构示意图；

图4为本发明的管材自由胀形组合模具左框架板结构示意图；

图5为本发明的管材自由胀形组合模具右上框架板结构示意图；

图6为本发明的管材自由胀形组合模具右下框架板结构示意图；

图7为本发明的管材自由胀形组合模具下底板局部剖视图；

图8为本发明的管材自由胀形组合模具使用步骤流程图。

图中：

1-左框架板；2-左上压块；3-左下压块；4-前支板；5-下底板；6-后支板；7-右上框架板；8-右上压块；9-右下压块；10-右下框架板；11-液压机左推头；12-液压机右推头；13-管材；14-液压机左推头；15-液压机右推头；16-圆孔固定结构；17-方槽嵌入结构；18-台阶结构。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1和图2，本发明的管材自由胀形试验组合模具包括：左框架板1、左上压块2、左下压块3、前支板4、下底板5、后支板6、右上框架板7、右上压块8、右下压块9、右下框架板10、沉头孔螺栓11、内六角螺栓12。

如图1，模具连接后为左端和右端相通的长方体箱体结构，并且上端面为开口。如图3，四个压块(2、3、8、9)形状相同，均为中间有U型槽的长方体结构。

如图1，所述左框架板1通过横向的八个内六角螺栓11与前后支板4、6左端相连，同时通过底部的三个内六角螺栓11与下底板5相连。

如图2和图4，左框架板1为整体结构，可以从方槽嵌入结构17中放入左上压块2和左下压块3，并通过左框架板1里侧的圆孔固定结构16在水平方向约束左上压块2和左下压块3，竖直方向通过左框架板1上端的两个沉头孔螺栓12固定。

如图1，右框架板分为右上框架板7和右下框架板10，右下框架板10通过横向的六个内六角螺栓11与前后支板4、6右端相连，同时通过底部的三个内六角螺栓11与下底板5相连。

如图5和图6，右上框架板7通过外侧的两个沉头孔螺栓12与右下框架板10固定。固定后，即可在方槽嵌入结构17中放入右上压块8和右下压块9。右上压块8和右下压块9通过右框架板的圆孔固定结构16在水平方向约束，右上压块8和右下压块9可以通过右上框架板7的中间的2个沉头孔螺栓12在竖直方向固定。

如图2和图7，下底板5通过中部的台阶结构18固定在管材液压胀形机中的模架上，管材13直径与四个压块2、3、8、9的U型槽直径相同，并通过左右框架板1、7上的沉头孔螺栓12与压块竖直方向约束不滑动。模具左框架板1和右框架板的中部分别与管材液压胀形机的左推头14和右推头15相连，左右推头中心线与管材中心线重合。左推头14设有进油孔，与液压系统的外部供液系统相连。右推头15不设通油孔。

步骤1、将匹配的左上压块2和左下压块3嵌入左框架板1，并从方槽嵌入结构17中插入所需胀形的管材13。拧紧左框架板1上的两个沉头孔螺栓12，使左上压块2和左下压块3固定。

步骤2、将右下压块9嵌入到右下框架板10中，并将管材13右端放置于右下压块9的U型槽上。将右上框架板7放在右下框架板10上对齐，将右上压块8嵌入到右上框架板7中，并使其与管材13右端上部接触良好。先拧紧右上框架板7靠外的两个沉头孔螺栓12，使右上框架板7与右下框架板10固定，再拧紧右上框架板7中间的两个个沉头孔螺栓12，使右上压块8和右下压块9固定。步骤1、2进行后，须确保管材13水平方向不能滑动。

步骤3、将液压机的左推头14水平向右缓慢进给，到开始接触到管材13的左端面时，继续进给直到压紧。

步骤4、将液压机的右推头15水平向左缓慢进给，当开始接触管材13的右端面时，停止进给。

步骤5、启动液压机的补油装置，从左推头14的通油孔开始通油。当右推头15处油溢出并将管内空气基本排尽时，液压机右推头15水平向左缓慢进给，直至堵住管材13右端面，不再溢出油时，完成通油排气的工序。

步骤7、当液压不再上升但管材13还未胀破时，可以微调左右推头14、15向里进给，来使管材压紧密封(管材胀形时轴向长度变短)。

步骤8、如此重复6和7步骤，直至管材胀破。

步骤9、管材13胀破后，将液压机卸压。

步骤10、控制液压机左右推头退回。拧出左框架板1的两个沉头孔螺栓12、右上框架板7的中间两个沉头孔螺栓12，右上框架板7的外侧两个沉头孔螺栓12拧松即可。先取出左上压块2和左下压块3，使管13左端悬空，再取出右上压块8、右下压块9，进而取出胀破的管材13。

步骤11、如果继续进行相同尺寸的管材自由胀形试验，即可将卸下来的压块重复步骤1进行下一组试验。如果需要做其他尺寸的管材自由胀形试验，需要更换其他尺寸对应的压块。

步骤12、后期测量。管材13取出后，测量管材的最大截面周长和最大胀形高度，即可算出管材最大许用胀形系数，定量表示管材自由胀形的成形极限。

Claims

1.一种管材自由胀形组合模具，其特征在于，所述的模具包括：左框架板(1)、左上压块(2)、左下压块(3)、前支板(4)、下底板(5)、后支板(6)、右上框架板(7)、右上压块(8)、右下压块(9)、右下框架板(10)、内六角螺栓(11)、沉头孔螺栓(12)；

所述的模具连接后为左端和右端相通的长方体箱体结构，并且上端面为开口。四个压块(2、3、8、9)形状相同，均为中间有U型槽的长方体结构。所述左框架板(1)通过横向的八个内六角螺栓(11)与前后支板(4、6)左端相连，同时通过底部的三个内六角螺栓(11)与下底板(5)相连。左框架板(1)为整体结构，可以从方槽嵌入结构(17)中放入左上压块(2)和左下压块(3)，并通过左框架板(1)里侧的圆孔固定结构(16)在水平方向约束左上压块(2)和左下压块(3)，竖直方向通过左框架板(1)上端的两个沉头孔螺栓(12)固定。右框架板分为右上框架板(7)和右下框架板(10)，右下框架板(10)通过横向的六个内六角螺栓(11)与前后支板(4、6)右端相连，同时通过底部的三个内六角螺栓(11)与下底板(5)相连。右上框架板(7)通过外侧的两个沉头孔螺栓(12)与右下框架板(10)固定。固定后，即可在方槽嵌入结构(17)中放入右上压块(8)和右下压块(9)。右上压块(8)和右下压块(9)通过右框架板的圆孔固定结构(16)在水平方向约束，右上压块(8)和右下压块(9)可以通过右上框架板(7)的中间的两个沉头孔螺栓(12)在竖直方向固定。

2.根据权利要求1所述的一种管材自由胀形组合模具，其特征在于，所述的下底板(5)通过中部的台阶结构(18)固定在管材液压胀形机中的模架上，管材(13)直径与四个压块(2、3、8、9)的U型槽直径相同，并通过左右框架板(1、7)上的沉头孔螺栓(12)与压块竖直方向约束不滑动。模具左框架板(1)和右框架板的中部分别与管材液压胀形机的左推头(14)和右推头(15)相连，左右推头中心线与管材中心线重合。左推头(14)设有进油孔，与液压系统的外部供液系统相连。右推头(15)不设通油孔。

3.根据权利要求1所述的一种管材自由胀形组合模具，其特征在于，所述的模具的四个压块(2、3、8、9)可以随时更换。根据管材自由胀形试验管材(13)直径的不同，相应的制造出尺寸相匹配的压块，然后嵌入到左右框架板(1、7、10)中，进行管材自由胀形试验。试验完成后，可以更换压块，进行其他尺寸管材的自由胀形实验，测定不同尺寸管材的无轴向补料作用下的胀形成形极限。

4.一种应用权利要求1所述的管材自由胀形组合模具的使用方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

步骤1、将匹配的左上压块(2)和左下压块(3)嵌入左框架板(1)，并在压块中插入所需胀形的管材(13)。拧紧左框架板(1)上的两个沉头孔螺栓(12)，使左上压块(2)和左下压块(3)固定。

步骤2、将右下压块(9)嵌入到右下框架板(10)中，并将管材(13)右端放置于右下压块(9)的U型槽上。将右上框架板(7)放在右下框架板(10)上对齐，拧紧右上框架板(7)的四个沉头孔螺栓(12)。

步骤3、将液压机的左推头(14)水平向右缓慢进给，到开始接触到管材(13)的左端面时，继续进给直到压紧。

步骤4、将液压机的右推头(15)水平向左缓慢进给，当开始接触管材(13)的右端面时，停止进给。

步骤5、启动液压机的补油装置，从左推头(14)的通油孔开始通油。当右推头(15)处油溢出并将管内空气基本排尽时，液压机右推头(15)水平向左缓慢进给，、堵住管材(13)右端面。

步骤7、管材胀破后，将液压机卸压。

步骤8、控制液压机左右推头退回。先取出左上压块(2)和左下压块(3)，使管(13)左端悬空，再取出右上压块(8)、右下压块(9)，进而取出胀破的管材(13)。