CN103464563B - 一种管材外高压充液成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种管材外高压充液成形装置，其包括：模芯，底部有凹槽的上腔体，顶部有凹槽的下腔体，上腔体或下腔体开有连通其内凹槽的流体介质注入通道，上腔体和下腔体上的凹槽在其盖合后形成一个侧边封闭两端开口的容腔，容腔两端开口处截面的内切圆直径≥管材外径,容腔内部截面的内切圆直径＞容腔两端开口处截面的内切圆直径，在容腔两端开口处设有将管材外壁和容腔密封的密封圈。其可以使零件的选坯尺寸突破原有内高压充液成形工艺选坯限制，并可以通过采用更大管径的管材来有效降低材料实际延伸情况，使空心结构零件有更大范围的应用，以达到节约零件材料，延长零件寿命等功效，并能有效推动工业制造领域新技术的革新步伐。

Description

一种管材外高压充液成形装置

技术领域

本发明涉及一种液压成形装置，尤其涉及一种管材外高压充液成形装置。

背景技术

在工业领域中将零件采用“以空代实”的结构越来越普遍，在满足零件承受载荷的前提下，采用空心结构零件以达到减重、节材的目的，从而使零件轻量化、节约化的趋势越来越明显。目前，结构简单的空心结构零件可采用管材内高压充液成形技术制备，同时管内高压充液成形技术的研究发展及相关设备的投入使用，使管材内高压成形零件的工业化应用得到长足发展，尤其在汽车工艺及家电行业；另一方面，在其他行业，如石油化工和建筑业，这些行业采用的结构件及某些功能部件，截面形状复杂，多呈多头螺旋或梅花形结构，受制于管坯延伸极限，不适合采用管材内高压成形工艺成形这类空心结构零件，这严重制约了管材柔性成形零件在石化及建筑行业的开发与应用，也使得这些行业通过采用空心结构件或变换零件材料来达到节约零件材料、延长零件寿命的进程受到阻碍，并最终延缓了行业技术革新步伐。

发明内容

本发明的目的在于提出一种管材外高压充液成形装置，其可以采用管材外高压充液成形工艺制备零件，使零件选坯尺寸突破原有内高压充液成形工艺选坯限制，并可以通过采用更大管径的管材来有效降低材料实际延伸情况，使空心结构零件有更大范围的应用，以达到节约零件材料，延长零件寿命等功效，并能有效推动工业制造领域新技术的革新步伐。

需要说明，业内一般讲压强≥30MPa称为高压，压强≥100MPa则可称为是超高压。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种管材外高压充液成形装置，其包括：模芯，底部有凹槽的上腔体，顶部有凹槽的下腔体，上腔体或下腔体开有连通上述凹槽的流体介质注入通道，上腔体和下腔体上的凹槽在其合模后形成一个侧边封闭两端开口的容腔，容腔两端开口处截面的内切圆直径≥管材外径，容腔内部截面的内切圆直径＞容腔两端开口处截面的内切圆直径，在容腔两端开口处设有将管材外壁和容腔密封的密封圈。

本发明还提供一种使用上述管材外高压充液成形装置对中空管材成形的方法，其包括如下步骤：

步骤1）先将模芯置于中空的管材中，再将管材置于上述管材外高压充液成形装置的下腔体上的凹槽内；

步骤2）合模上下腔体，则管材置于上腔体和下腔体上的凹槽形成一个侧边封闭两端开口的容腔内，因密封圈的作用，管材外壁和容腔壁形成一个密闭腔体；

步骤3）通过泵和超高压流体发生装置向流体介质注入通道内注入流体介质，使流体介质充满密闭腔体，并产生高压，由于上述流体介质为压力传导介质，将密闭腔体内的管材向内产生塑性变形，贴紧模芯；

步骤4）成形后撤压，打开上腔体和下腔体，取出管材；

步骤5）脱去模芯，得到制品。

在上述步骤3）中所述的超高压流体发生装置中的超高压是指压强≥100MPa，即此装置其产生的最高压强≥100MPa。

在上述步骤3）中所述的高压是指压强≥30MPa，此方法对管材成形的压强≥30MPa。

优选地，在上述管材外高压充液成形装置中，所述凹槽的截面为半圆形。

优选地，在上述管材外高压充液成形装置中，所述容腔两端开口处截面的内切圆直径＝成型管材外径。

优选地，为了实际使用便利，在上述管材外高压充液成形装置中，还包括固定下腔体的下模板。使用时，将下模板固定在压机的工作台上。

优选地，为了实际使用便利，在上述管材外高压充液成形装置中，还包括用于固定上腔体的上模板。使用时将上模板装于压机的合模滑块上，通过压机上的升降台带动合模滑块移动，其可以实现上腔体和下腔体的合模和分模。

成形时，在高压作用下，置于中空管材内的模芯可能会移动，甚至喷出，因此优选地，在上述成形装置还包括用以抵住固定模芯的左、右堵头。

为了实际使用便利，在上述成形装置中，上述左、右堵头连接在左、右侧推缸上，左、右侧推缸上装有用于控制左、右堵头左右运动的液压集成块和控制堵头移动距离的位移传感器。

为了能更好的控制左、右堵头能平稳工作，在上述成装置中还包括左、右侧推立板，左、右侧推缸安装在左、右侧推立板的外侧，左、右堵头装在左、右侧推立板的内侧，上、下模板开有相对的卡槽，合模时，左、右侧推立板的底部与下模板上的卡槽卡合，侧推立板的顶部与上模板的卡槽卡合。优选地，可先将左、右侧推立板的底部与下模板上的卡槽卡合固定。

为了能确保脱模顺利，在上述成形装置中，所使用的模芯为刚性材料制成的可拆分模芯。

为了能确保脱模顺利，在上述成形装置中，所使用的模芯为高温可燃尽或分解的刚性材料制成的模芯。

在上述成形方法中，所述流体介质优选为油或乳化液。

附图说明

图1是本发明提供的管材外高压充液成形装置在高压充液成形前的横截面示意图。

图2是本发明提供的管材外高压充液成形装置在高压充液成形前沿图1中A-A^/截面结构示意图。

图3是本发明优选实施方式提供的管材外高压充液成形装置在高压充液成形前的横截面示意图。

图4为本发明优选实施方式提供的管材外高压充液成形装置在高压充液成形后的横截面示意图。

图5为管材外高压充液成形后的横截面示意图。

附图说明：1—下腔体；2—上腔体；3—凹槽；4—密封圈；5—管材；6—模芯；7—下模板；8—上模板；9—工作台；10—合模滑块；11—堵头；12—侧推缸；13—位移传感器；14—液压集成块；15—侧推立板；16—卡槽；17—流体介质注入通道；18—密闭的腔体。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。应当说明附图仅为说明本方案，其并未严格按照比例绘制，其中为说明方便会有局部的放大或缩小，而且还会有一些公知的缺省。

参照附图1和附图2，本发明提供一种管材外高压充液成型装置，其包括：模芯6，底部有凹槽3的上腔体2，顶部有凹槽3的下腔体1，上腔体2或下腔体1开有连通上述凹槽3的流体介质注入通道17，上腔体2和下腔体1上的凹槽3在其合模后形成一个侧边封闭两端开口的容腔，容腔两端开口处截面的内切圆直径r≥管材外径γ,容腔内部截面的内切圆直径R＞容腔两端开口处截面的内切圆直径r，在容腔两端开口处设有将管材外壁和容腔密封的密封圈4。

本发明还提供一种使用上述管材外高压充液成形装置对中空管材成形的方法，其包括如下步骤：

步骤1）先将模芯6置于中空的管材5中，再将管材5置于上述管材外高压充液成形装置的下腔体1上的凹槽3内；

步骤2）盖盒上腔体2，将管材5置于上腔体2和下腔体1上的凹槽3形成一个侧边封闭两端开口的容腔内，因密封圈4的作用，管材外壁和容腔壁形成一个密闭腔体18；

步骤3）通过泵和超高压发生装置向流体介质注入通道17内注入流体介质，流体介质充满密闭腔体，并产生高压，由于上述液体介质为压力传导介质，将密闭腔体内的管材5向内产生塑性变形，贴紧模芯6；

步骤4）成形后撤压，打开上腔体2和下腔体1，取出管材5；

步骤5）脱去模芯6，得到制品。

在上述步骤3）中所述的超高压流体发生装置中的超高压是指压强≥100MPa，即此装置其产生的最高压强≥100MPa。

在上述步骤3）中所述的高压是指压强≥30MPa，此方法对管材成形的压强≥30MPa。

采用以上管材外高压充液成形装置，制备零件选坯尺寸突破原有内高压充液成形工艺选坯限制，并可以通过采用更大管径的管坯来有效降低材料实际延伸情况，使空心结构零件有更大范围的应用。

优选地，在上述管材外高压充液成形装置中，所述凹槽3的截面为半圆形。如此可以与截面为环形的管材匹配，保证成形时作用在管材外壁上的压力均衡。

优选地，在上述管材外高压充液成形装置中，所述容腔两端开口处截面的内切圆直径r＝管材外径γ。如此可以使管材外壁和容腔壁形成密闭腔体能很好密封，更耐高压。

优选实施例

参照附图3和附图4，其提供了实际使用效果非常好的优选实施例。

在此优选实施方式中为了实际使用便利，使本发明提供的管材外高压充液成形装置更好的应用于实际工作中，其在以上的基础上还包括固定下腔体1的下模板7，使用时，将下模板7固定在压机的工作台9上；当然其还包括用于固定上腔体2的上模板8，使用时将上模板8装于压机的合模滑块10上，通过压机上的升降台带动合模滑块10移动，可以实现上腔体2和下腔体1的合模和分模。

因为在成形时，在高压作用下，置于中空管材5内的模芯6可能会移动，甚至喷出造成事故，因此在此优选的实施例中成形装置还包括用以抵住固定模芯的左、右堵头11。同时为了操控方便，将上述左、右堵头11连接在左、右侧推缸12上，侧推缸12上装有用于控制堵头11左右运动的液压集成块14和控制堵头11移动距离的位移传感器13。同时，为了能更好的控制左、右堵头11能平稳工作，本装置还包括有左、右侧推立板，将左、右堵头11装在侧推立板15的内侧，上模板8和下模板7上开有相对的卡槽16，合模时，左、右侧推立板15的底部与下模板7上的卡槽16卡合，左、右侧推立板15的顶部与上模板8上的卡槽16卡合。当然，如本优选实施例，先将左、右侧推立板15的下部与下模板7上的卡槽16卡合固定，则可以装置更稳定；当然，先将左、右侧推立板15的顶部与上模板8上的卡槽16卡合固定亦可，只是如此需要随合模滑块10在每次成形过程中运动，进而会增大能耗，并降低装置稳定性。

在本优选实施例中，选择对不锈钢管材进行成形。管材外径γ为30mm，厚度为3mm；模芯的形状为星形，其外接圆直径为23mm，材质为和管材相同的不锈钢质，当然，选择其它刚性材质亦可，但不如同材质模芯制备的零件在后续使用过程中稳定，因为不同材质的模芯可能引入杂质，对于某些特殊用途的零件不适用；使用的管材外高压成型装置的上腔体和下腔体上所开的凹槽截面均为半圆形，且凹槽的深度为中间深边缘浅的结构，中间凹槽深度为25mm，边缘凹槽深度为16mm。

成形方法如下：先将模芯6置于中空的管材5中，再将管材5置于上述管材外高压充液成形装置的下腔体1上的凹槽3内，通过合模滑块10盖盒上腔体2，将侧推立板管与在上模板8和下模板7上的卡槽16卡合，同时也将管材5置于上腔体2和下腔体1上的凹槽3形成一个侧边封闭两端开口的容腔内，因密封圈4的作用，管材5外壁和容腔壁形成一个密闭腔体18，再通过左、右侧推缸12上的位移传感器13和液压模块14控制左、右堵头11移动，将模芯6抵住；然后泵和超高压流体发生装置（此装置产生的最大压强为1000MPa）向流体介质注入通道17内注入流体介质，流体介质充满密闭腔体，并产生高压，由液体介质为压力传导介质，将密闭腔体内的管材5向内压产生塑性变形，贴紧模芯6，待成形后撤压，打开上腔体2和下腔体1，取出管材5，脱去模芯6，得到制品。制品横截面如附图5所示。

本发明方案使用的模芯为刚性材料制成，例如硬质合金、陶瓷、玻璃、硬质橡胶等。

为了能确保脱模顺利，在本发明提供的成形装置中，所使用的模芯为刚性材料制成的可拆分模芯。例如中间窄两端宽的哑铃状零件，可以制成两部分或三部分拼接而成的模芯。

为了能确保脱模顺利，在本发明提供的成形装置中，所使用的模芯为高温可燃尽或分解的刚性材料制成的模芯。例如硬质橡胶等有机材料。

本领域技术人员可以知晓，在本发明提供的成形方法中成形方法中，所述流体介质可以选用大多数可以流动的物质，例如水、油、有机溶剂等。优选采用乳化液，因其有较高的密度和适宜的流动性，而且不会对成形管材造成损伤。

在本发明提供的成形方法中，成形压力一般参照管材的材质、管材的壁厚、模芯的形状等因素确定，根据材料及零件结构的复杂性不同，成形压力也不同，一般不低于30—100Mpa，高的可达200—1000Mpa。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种管材外高压充液成形装置，其包括：模芯，底部有凹槽的上腔体，顶部有凹槽的下腔体，所述凹槽的截面为半圆形；上腔体或下腔体开有连通所述凹槽的流体介质注入通道，上腔体和下腔体上的凹槽在其合模后形成一个侧边封闭两端开口的容腔，容腔两端开口处截面的内切圆直径≥管材外径,容腔内部截面的内切圆直径＞容腔两端开口处截面的内切圆直径，在容腔两端开口处设有将管材外壁和容腔密封的密封圈；其特征在于，其还包括用以抵住固定所述模芯的左、右堵头；其还包括左、右侧推立板和安装在所述左、右侧推立板外侧的左、右侧推缸，所述左、右堵头安装在所述左、右侧推立板的内侧并连接所述左、右侧推缸，所述左、右侧推缸上装有用于控制左、右堵头左右运动的液压集成块和控制左、右堵头移动距离的位移传感器，其还包括固定所述下腔体的下模板和用于固定所述上腔体的上模板，所述上模板和下模板上还开有对应的卡槽，所述左、右侧推立板的下端固定卡合在下模板上的卡槽内。

2.如权利要求1所述的一种管材外高压充液成形装置，其特征在于，所述容腔两端开口处截面的内切圆直径＝成型管材外径。

3.如权利要求1或2所述的一种管材外高压充液成形装置，其特征在于，所述模芯为刚性材料制成的可拆分模芯。

4.如权利要求1或2所述的一种管材外高压充液成形装置，其特征在于，所述模芯为高温可燃尽或分解的刚性材料制成的模芯。

5.一种使用如权利要求1所述的管材外高压充液成形装置对中空管材成形的方法，其包括如下步骤：

步骤1）先将模芯置于中空的管材中，再将管材置于上述管材外高压充液成形装置的下腔体上的凹槽内；

步骤2）合模上下腔体，则管材置于上腔体和下腔体上的凹槽形成一个侧边封闭两端开口的容腔内，因密封圈的作用，管材外壁和容腔壁形成一个密闭腔体；

步骤3）通过泵和超高压流体发生装置向流体介质注入通道内注入流体介质，使流体介质充满密闭腔体，并产生高压，所述流体介质为压力传导介质，将密闭腔体内的管材向内产生塑性变形，贴紧模芯；

步骤4）成形后撤压，打开上腔体和下腔体，取出管材；

步骤5）脱去模芯，得到制品；

其特征在于，所述步骤2）和步骤3）之间还包括使用左、右堵头伸入所述管材内将所述模芯固定的步骤。