CN103008478A - 用于内高压成形件的液压冲孔-翻边模具 - Google Patents

Abstract

用于内高压成形件的液压冲孔-翻边模具，它涉及一种液压冲孔-翻边模具。本发明解决现有的内高压成形件的液压冲孔-翻边模具的落料区掉入待成形管坯内以及翻边镶块难以取出，浪费清理时间，降低生产效率的问题。上模块位于下模块的上端面上，上模块与下模块的对接面上沿长度方向加工有待成形管坯形腔，内高压成形时待成形管坯位于待成形管坯形腔内，上模块上加工有冲头孔，冲头的下端位于冲头孔内，冲头下端的外边缘倒有第一圆角，冲头的下端沿轴向加工有中心盲孔，中心盲孔的左半部加工有第二圆角，第一圆角和第二圆角的半径均为待成形管坯壁厚的0.8～2倍。本发明用于内高压成形件的冲孔-翻边。

Description

用于内高压成形件的液压冲孔-翻边模具

技术领域

本发明涉及一种液压冲孔-翻边模具。

背景技术

内高压成形件是汽车底盘、车身常见轻量化空心构件，为了将内高压成形件与其他零件装配，往往需加工出几个至十余个孔，并对孔进行翻边，获得一定的直壁高度，以便加工出用于装配的内螺纹，或者用于镶嵌其他零件。内高压成形零件上制孔多采用液压冲孔方法，这样可以缩短生产周期、降低生产成本且可提高定位精度，汽车副车架即为典型液压冲孔内高压成形件。对于需要翻边的孔，目前国际上多采用的是由外向内冲孔-翻边工艺，即内高压成形管壁贴模后，保持管内较高内压，以高压液体作为支撑凹模，冲头开始前进，直至完成翻边。由于冲头翻边部分直径大于冲孔部分直径，为了避免内压作用下孔周材料外凸，增大翻边高度，现有的冲孔-翻边模具采用镶块式冲头，即冲孔冲头做成阶梯式，冲孔段直径较小，在冲孔段嵌套翻边镶块，在内高压成形管壁贴模后，冲孔冲头前进，在管壁上冲出一个圆孔，之后冲孔冲头继续前进，冲头台阶推动翻边镶块向前进给完成翻边。

综上，现有的镶块式冲头的液压冲孔-翻边模具存在结构较复杂，翻边完成后翻边镶块被压入成形件翻边孔内，翻边镶块难以取出；同时，由于冲孔后落料区将掉入内高压成形管件中，增加了后续的清理工作，降低了生产效率。

发明内容

本发明为解决现有的内高压成形件的液压冲孔-翻边模具的落料区掉入待成形管坯内以及翻边镶块难以取出，浪费清理时间，降低生产效率的问题，进而提供一种用于内高压成形件的液压冲孔-翻边模具。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明的用于内高压成形件的液压冲孔-翻边模具包括上模块、下模块和冲头，上模块位于下模块的上端面上，上模块与下模块的对接面上沿长度方向加工有待成形管坯形腔，内高压成形时待成形管坯位于待成形管坯形腔内，上模块上加工有冲头孔，冲头的下端位于冲头孔内，冲头下端的外边缘倒有第一圆角，冲头的下端沿轴向加工有中心盲孔，中心盲孔的左半部加工有第二圆角，第一圆角和第二圆角的半径均为待成形管坯壁厚的0.8～2倍。

本发明的有益效果是：

本发明的用于内高压成形件的液压冲孔-翻边模具的冲头内加工有中心盲孔，并且中心盲孔的左半部加工有第二圆角，待成形管坯内液体压力将位于中心盲孔右半部的待成形管坯剪断，即发生由内向外冲孔，而且剪断部分不会与管壁完全分离，而是弯曲到中心盲孔中，然后冲头下行直至翻边完成，本发明与现有技术相比，避免了落料区落入待成形管坯内，无需清理，大大节省了清理的时间，且不采用翻边镶块，避免了翻边完成后，翻边镶块被压入成形件翻边孔内难以取出的问题，大大提高了生产效率；本发明的用于内高压成形件的液压冲孔-翻边模具还具有结构简单、操作方便，可连续作业的优点。

附图说明

图1是本发明的具体实施方式一的主视剖视图，图2是具体实施方式一中待成形管坯由内向外冲孔弯曲示意图，图3是具体实施方式一中待成形管坯由外向内翻边示意图，图4是本发明的具体实施方式二的主视剖视图，图5是具体实施方式二中待成形管坯由内向外冲孔弯曲示意图，图6是具体实施方式二中待成形管坯由外向内翻边示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～3所示，本实施方式的用于内高压成形件的液压冲孔-翻边模具包括上模块2、下模块3和冲头4，上模块2位于下模块3的上端面上，上模块2与下模块3的对接面上沿长度方向加工有待成形管坯形腔，内高压成形时待成形管坯位于待成形管坯形腔内，上模块2上加工有冲头孔，冲头4的下端位于冲头孔内，冲头4下端的外边缘倒有第一圆角4-1，冲头4的下端沿轴向加工有中心盲孔4-2，中心盲孔4-2的左半部加工有第二圆角4-3，第一圆角4-1和第二圆角4-3的半径均为待成形管坯壁厚的0.8～2倍。

本发明的用于内高压成形件的液压冲孔-翻边模具需保证在内高压成形完成前落料区8不会发生断裂引起成形失败，因此需合理设计冲头结构尺寸。内高压成形件截面过渡圆角的成形所需压力p_c为：

$p_c=\frac{t^{,}}{r_c}{\mathrm{\σ}}_s$ 式(1)

式中r_c为工件截面最小过渡圆角半径(mm)；

t’为过渡圆角处的平均厚度(mm)；

σ_s为整形时材料流动应力(MPa)。

液压作用于落料区8上的推力F_P：

$F_P=\frac{\mathrm{\π}{d}^2}{4}p$ 式(2)

式中d为中心盲孔4-2的孔径(mm)；

p为管内液压；

使落料区8剪切断裂需要的力F_c：

F_c＝ηπdtk    式(3)

式中d为中心盲孔4-2的孔径(mm)；

η为系数，一般取0.65～0.8；

t为管壁厚度(mm)；

k-材料抗剪强度(MPa)

若使材料分离，则F_P＞F_c，则由内向外冲孔所需最小内压p_min为：

$p_{\min }=\frac{4\mathrm{\ηtk}}{d}$ 式(4)

为保证内高压成形件截面过渡圆角的成形，冲孔所需的最小压力应大于使圆角成形所需的压力，即p_min＞p_c，则

则

即当时，可采用具体实施方式一进行液压冲孔-翻边。

具体实施方式二：如图4～6所示，本实施方式所述液压冲孔-翻边模具还包括弹簧14和芯棒15，芯棒15通过弹簧14安装在中心盲孔4-2内。如此设计，其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

当冲孔孔径

时，为保证内高压成形件截面过渡圆角的成形，设计冲头结构如图4～6所示，冲头4的外径为D，冲头4的中心盲孔4-2的内径为d，且中心盲孔4-2的左半部加工有第二圆角4-3。为防止在内高压成形完成以前落料区8断裂而造成内压下降，在中心盲孔4-2内装有弹簧14和芯棒15，弹簧14上端与冲头4相连接，下端与芯棒15相连接，中心盲孔4-2的长度为h₁，在不受外力的情况下，芯棒15与弹簧14的总长度为h₂，使h₂＞h₁。冲头4下端面的初始位置与模腔保持一段距离h₃，使h₃≥h₂-h₁，以保证管坯顺利放入模腔，如图4所示，当管坯置入模腔以后，冲孔缸活塞前进，使冲头4端部到达与模腔平齐的位置，同时，弹簧14发生一定的压缩，通过芯棒15对管坯施加一定推力，在内高压成形阶段，芯棒15始终与管壁贴紧，随内压P的增大，弹簧14被压缩产生更大的弹力，抵消一部分内压力，避免落料区8在成形内压的作用下发生破裂。待内高压成形完成后，继续增大内压p直到落料区8发生局部断裂，同时冲头4开始下行，随冲头的下行，翻边区7、落料区8被翻成竖边，从而翻边完成，翻边高度为H，如图6所示，在翻边完成以前，始终通过高压源保持管坯内的液体压力p，避免压力过低造成管坯塌陷。最后，泄压，冲头4回到初始位置，弹簧14复位。

在这个过程中，当冲头4端部到达与模腔平齐的位置时，弹簧14发生一定的压缩，这个预压缩力应保证不能使落料区8发生断裂，则此时的预压缩力F_y应满足：

F_y＜F_c＝ηπdtk    式(5)

在后续为保证内高压成形件圆角的成形精度，弹簧最终提供的弹力F_z应大于整形压力作用于落料区8上的推力与使落料区8断裂所需的剪切力F_c之差，即

则

设完成由内向外液压冲孔可施加的最高内压为p_max，则弹簧最终提供的弹力F_z应满足： $F_Z<p_{\max }\frac{\mathrm{\&pi;}{d}^2}{4}-F_c,$ 即 $F_Z<p_{m\mathrm{ax}}\frac{\mathrm{\&pi;}{d}^2}{4}-\mathrm{\&eta;\&pi;dtk},$ 总的来看弹簧最终提供的弹力F_z应满足：

$p_c\frac{\mathrm{\&pi;}{d}^2}{4}-\mathrm{\&eta;\&pi;dtk}<F_Z<p_{\max }\frac{\mathrm{\&pi;}{d}^2}{4}-\mathrm{\&eta;\&pi;dtk}$ 式(6)

实施例一：当冲孔孔径

时

结合图1～3说明本实施方式：

步骤一、内高压成形：将待成形管坯放入模具中，合模，使待成形管坯内充满液体并排出气体，将待成形管坯两端用密封冲头密封，对管内液体加压，同时轴向补料，使管壁贴模，然后进一步提高压力使过渡区圆角贴模，内高压成形完成，

步骤二、由内向外液压冲孔：内高压成形完成后，继续增大内压，落料区8被局部剪断，发生由内向外冲孔，而且落料区8不会与管壁完全分离，而是弯曲到中心盲孔4-2内；

步骤三、翻边：由内向外冲孔后，冲头4立即下行，翻边区7、落料区8两部分材料随冲头4下行，产生塑性变形，直至翻边完成，翻边高度为H，泄压，冲头4回程。

实施例二：当冲孔孔径时，

结合图3～6说明本实施方式：

步骤一、合模：将待成形管坯放入模腔前，冲头4端部初始位置与模腔保持一段距离h₃，使h₃≥h₂-h₁，以保证管坯顺利放入模腔，当管坯置入模腔以后，合模，冲孔缸活塞前进，使冲头4端部到达与模腔平齐的位置，同时，弹簧14发生一定的压缩，通过芯棒15对管坯施加一定推力；

步骤二、内高压成形：使管坯内冲满液体并排出气体，管两端用密封冲头密封，对管内液体加压，同时轴向补料，使管壁贴模，然后进一步提高压力使过渡区圆角贴模。在内高压成形阶段，芯棒15始终与管壁贴紧，随内压的增大，弹簧14被压缩产生更大的弹力，抵消一部分内压力，避免落料区8在成形内压的作用下发生破裂；

步骤三、由内向外液压冲孔-翻边：待内高压成形完成后，继续增大内压p直到落料区8发生断裂，同时冲头4开始下行，随冲头的下行，翻边区7、落料区8被翻成竖边，从而完成翻边，翻边高度为H，在翻边完成以前，始终通过高压源保持管坯内的液体压力p，避免压力过低造成管坯塌陷，泄压，冲头4回到初始位置，弹簧14复位。

Claims (2)

1.一种用于内高压成形件的液压冲孔-翻边模具，其特征在于：所述液压冲孔-翻边模具包括上模块(2)、下模块(3)和冲头(4)，上模块(2)位于下模块(3)的上端面上，上模块(2)与下模块(3)的对接面上沿长度方向加工有待成形管坯形腔，内高压成形时待成形管坯位于待成形管坯形腔内，上模块(2)上加工有冲头孔，冲头(4)的下端位于冲头孔内，冲头(4)下端的外边缘倒有第一圆角(4-1)，冲头(4)的下端沿轴向加工有中心盲孔(4-2)，中心盲孔(4-2)的左半部加工有第二圆角(4-3)，第一圆角(4-1)和第二圆角(4-3)的半径均为待成形管坯壁厚的0.8～2倍。

2.根据权利要求1所述的用于内高压成形件的液压冲孔-翻边模具，其特征在于：所述液压冲孔-翻边模具还包括弹簧(14)和芯棒(15)，芯棒(15)通过弹簧(14)安装在中心盲孔(4-2)内。

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