CN102921791A - 变截面空心构件成形装置及方法 - Google Patents

变截面空心构件成形装置及方法 Download PDF

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Abstract

变截面空心构件成形装置及方法，属于液压成形技术领域，为了解决传统管材液压成形截面尺寸差别较大的空心构件成形时，轴向补料困难且变形均匀性差等问题。所述上模座、左冲头、右冲头和下模座围成一个封闭型腔，在左或右冲头上开有一个冲头液体注入孔，增压器通过液体通道与冲头液体注入孔连通，冲头液体注入孔用于向置于向管坯内注入液体介质。管坯放入模腔中并利用两端冲头将其固定，上模座下移与下模座合形成封闭空腔，通过一侧冲头注入孔向管材内注入传力介质并开始增压，在左右冲头向内侧运动的配合作用下实现变径管件成形。成形后分别卸去模腔内压力，移除上模座及并将左右冲头分离，取出成形零件。适于截面尺寸变化较大且变径部位为圆截面或非圆截面的空心构件的成形。

Description

变截面空心构件成形装置及方法
技术领域
本发明涉及一种金属空心构件的加工成形装置及方法，具体涉及一种变截面空心构件的成形装置及方法，属于液压成形技术领域。
背景技术
随着生产需求的日益增大和工业化进程的逐渐加快，给零部件的加工及制造提供了前所未有的机遇和挑战，特别是航空航天、汽车等为代表的先进制造领域，对零件精度、复杂程度及综合性能等方面均提出了较高要求。
减轻重量以节约原料及能源消耗是人们长期追求的目标，轻量化则是理想的途径之一。实现途径主要有两方面：一是材料途径，采用铝合金、镁合金、钛合金和复合材料等轻质材料；二是结构途径，对于承受弯扭载荷为主的结构，采用空心变截面构件，既可减轻重量又可充分利用材料强度及刚度。例如某飞机用双拐曲轴采用管材液压成形技术后实现了“以空代实”的效果。同样抗扭能力下，空心双拐曲轴比实心曲轴重量减轻了近55％，因此，管材液压成形技术的产生是在结构轻量化和充分利用材料强度及刚度之间找到了一个最佳的平衡点。
动力系统、排气系统等部位的多种异型空心构件是飞行器及汽车结构中的重要组成部分，该类部件除铸造工艺外，主要采用冲压两个半壳后组焊而成或采用管坯进行数控弯曲、扩管、缩径后组焊而成。这样制造的费用较高、生产周期较长、成本较高，难以适应当前装备制造业在减轻自重、低成本和提高市场竞争力等方面所提出的要求。以汽车排气管为例，该件为变截面空心构件，采用管材液压成形制造可以较精确地控制该件的尺寸精度，便于在后续工序中与其它构件进行装配且能够进一步减轻排气系统的重量，减少焊缝数量，内表面光滑，排气阻力小，使得成形后的产品质量及使用寿命得到进一步提高。此外，还可减少工艺流程和模具数量，达到降低生产成本等实效。
对于截面尺寸差别较大的空心构件成形时，不仅要提高内压，同时还需由两侧向中间进行补料，以避免变径部位因截面尺寸增大而引起的过度减薄。传统改善管材液压成形性能的方法是通过精确地控制加载路径，这对成形设备的控制精度提出了较高要求，同时还需施加预成型或热处理等工序来提高管件成形能力，增加了工序及成本且难于成形铝合金等低硬化指数材料和大膨胀量的空心构件，如图5所示。
发明内容
本发明为了解决传统管材液压成形截面尺寸差别较大的空心构件成形时，轴向补料困难且变形均匀性差等问题，进而提供了一种变截面空心构件成形装置及方法。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种变截面空心构件成形装置，所述成形装置包括上模座、左冲头、右冲头、下模座、液体通道和增压器，左冲头、右冲头位于上模座和下模座之间，所述上模座、左冲头、右冲头和下模座围合成一个封闭型腔，在左冲头或右冲头上开有一个冲头液体注入孔，增压器通过液体通道与冲头液体注入孔连通，冲头液体注入孔用于向置于向左冲头、右冲头上的管坯内注入液体介质。
一种利用上述成形装置的变截面空心构件成形装置方法，所述方法是按照以下步骤实现的：步骤一、把下模座固定于压力机下工作台上；步骤二、把右冲头移至下模座的右端部，并将管坯的一端部放置于右冲头的模腔内；步骤三、将左冲头移至下模座的左端部，并将管坯的另一端部放置于左冲头的模腔内；步骤四、下移压力机上工作台，使上模座与左冲头、右冲头和下模座形成一个封闭型腔；步骤五、通过增压器向管料内增压；步骤六、左冲头和右冲头同时推动管料向中部运动；步骤七、成形后卸掉管内压力，并上移压力机上工作台，使上模座移除；步骤八、移去左冲头和右冲头，取出终成形件。
本发明具有以下有益效果：
利用本发明方法成形时两侧冲头与管坯端部不发生相对运动(如图1和2所示)，因此，随着内压的增大，送料区管材壁厚基本保持不变且随着两侧冲头向内运动而易于实现轴向补料。该方法所需工序流程短、效率高、成本较低，不仅提高了变截面空心构件壁厚的均匀性，并显著地增加了构件的综合使用性能。从方法原理和变截面空心构件成形装置结构来看，与传统内高压有一定本质区别，包括凹模结构，冲头结构，密封形式(传统内高压在冲头端部)。本发明所述封闭型腔是用于成形变截面空心构件的型腔；左冲头、右冲头不仅具有密封管坯的两端的作用，而且和上模座、下模座一同构成用于成形变截面空心构件的封闭型腔。本发明中管坏的两端分别插入左冲头、右冲头内，而现有技术中的左冲头、右冲头是插入管坏两端内的，作用方式完全不同。
本发明解决了传统管材液压成形时过大的内压引起送料区摩擦阻力的增大，因钉扎作用而使该部位材料堆积引起管壁增厚产生轴向补料困难和壁厚均匀性差等技术瓶颈问题。首先将管坯放入模腔中并利用两端冲头将其固定，将上模座下移并与下模座合形成封闭空腔，通过一侧冲头注入孔向管材内注入传力介质并开始增压，同时在左右冲头向内侧运动的配合作用下实现变径管件成形。成形后分别卸去模腔内压力，移除上模座及并将左右冲头分离，取出成形零件。
本发明具体优点如下：一、成形过程中管坯两端的送料区与冲头之间不发生相对运动，因而该部位管坯壁厚不发生改变；二、利用该方法成形时补料较容易，避免了变截面部位引起的局部过度减薄等缺陷，与传统管材液压成形工艺相比，显著地提高了变截面空心构件壁厚的均匀性及成形性能(同比条件下，本发明与传统内高压成形相比，本发明方法获得的空心构件壁厚均匀性提高了10～30％，最大截面处的减薄率可控制在10％以内，管端部壁厚几乎不发生变化，且仅需传统内高压成形时压力的50％～70％即可成形)；三、在单侧冲头上开注入孔并与增压器独立连接相连，两侧冲头实施进给同时增大内压的合理匹配作用下实现变截面空心构件的一次性整体成形；四、首次设计并采用了滑块式冲头结构形式进行设计，不仅利于其在模腔内的导向运动，避免了传统管材液压成形时对管材端部密封要求较高的技术难题；五、装置整体结构采用了模块化的设计思想，不仅便于拆卸、更换且易于成形后取出工件；六、该方法不仅适于变径部位为非圆截面(如方形、异形等截面形状)的空心构件成形，对于沿轴向厚度有变化的空心构件成形也适用，因此说，本发明适于截面尺寸变化较大且变径部位为圆截面或非圆截面的空心构件的成形。设计本发明装置结构简单可靠，制造技术较成熟，易于在生产中实施、推广和应用。
附图说明
图1是本发明所述的变截面空心构件成形装置的主视图(1-压力机上工作台，6-压力机下工作台)；
图2是另一幅本发明所述的变截面空心构件成形装置的主视图(1-压力机上工作台，6-压力机下工作台)；
图3是是图2的A-A部面图(变径部位为圆形)；
图4是是图2的A-A部面图(变径部位为菱形)；
图5是传统内高压原理图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1-4所示，所述变截面空心构件成形装置包括上模座2、左冲头7、右冲头4、下模座5、液体通道9和增压器10，左冲头7、右冲头4位于上模座2和下模座5之间，所述上模座2、左冲头7、右冲头4和下模座5围合成一个封闭型腔11，在左冲头7或右冲头4上开有一个冲头液体注入孔8，增压器10通过液体通道9与冲头液体注入孔8连通，冲头液体注入孔8用于向置于向左冲头7、右冲头上的管坯3内注入液体介质。
所述封闭型腔11的变径部位的横截面可以为圆形、菱形、正方形或长方形。
具体实施方式二：如图1-4所示，本实施方式为利用上述成形装置的变截面空心构件成形装置方法，所述方法是按照以下步骤实现的：步骤一、把下模座5固定于压力机下工作台6上；步骤二、把右冲头4移至下模座5的右端部，并将管坯3的一端部放置于右冲头4的模腔内；步骤三、将左冲头7移至下模座5的左端部，并将管坯3的另一端部放置于左冲头7的模腔内；步骤四、下移压力机上工作台1，使上模座2与左冲头7、右冲头4和下模座5形成一个封闭型腔11；步骤五、通过增压器10向管料3内增压；步骤六、左冲头7和右冲头4同时推动管料3向中部运动；步骤七、成形后卸掉管内压力，并上移压力机上工作台1，使上模座2移除；步骤八、移去左冲头7和右冲头4，取出终成形件。

Claims (4)

1.一种变截面空心构件成形装置，其特征在于：所述成形装置包括上模座(2)、左冲头(7)、右冲头(4)、下模座(5)、液体通道(9)和增压器(10)，左冲头(7)、右冲头(4)位于上模座(2)和下模座(5)之间，所述上模座(2)、左冲头(7)、右冲头(4)和下模座(5)围合成一个封闭型腔(11)，在左冲头(7)或右冲头(4)上开有一个冲头液体注入孔(8)，增压器(10)通过液体通道(9)与冲头液体注入孔(8)连通，冲头液体注入孔(8)用于向置于向左冲头(7)、右冲头上的管坯(3)内注入液体介质。
2.根据权利要求1所述的一种变截面空心构件成形装置，其特征在于：所述封闭型腔(11)的变径部位的横截面为圆形。
3.根据权利要求1所述的一种变截面空心构件成形装置，其特征在于：所述封闭型腔(11)的变径部位的横截面为菱形、正方形或长方形。
4.一种利用权利要求1所述成形装置的变截面空心构件成形装置方法，其特征在于：所述方法是按照以下步骤实现的：步骤一、把下模座(5)固定于压力机下工作台(6)上；步骤二、把右冲头(4)移至下模座(5)的右端部，并将管坯(3)的一端部放置于右冲头(4)的模腔内；步骤三、将左冲头(7)移至下模座(5)的左端部，并将管坯(3)的另一端部放置于左冲头(7)的模腔内；步骤四、下移压力机上工作台(1)，使上模座(2)与左冲头(7)、右冲头(4)和下模座(5)形成一个封闭型腔(11)；步骤五、通过增压器(10)向管料(3)内增压；步骤六、左冲头(7)和右冲头(4)同时推动管料(3)向中部运动；步骤七、成形后卸掉管内压力，并上移压力机上工作台(1)，使上模座(2)移除；步骤八、移去左冲头(7)和右冲头(4)，取出终成形件。
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