CN104438540A - 一种扭力梁的低压内高压成形装置 - Google Patents
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Abstract
一种扭力梁的低压内高压成形装置，包括扭力梁内高压成形模具、双电机驱动的伺服压力控制装置和充液回路，充液回路通过高压管路分别与扭力梁成形模具和双电机驱动的伺服压力控制装置连通，扭力梁内高压成形模具包括上模和下模，双电机驱动的伺服压力控制装置包括压力缸，压力缸中的活塞杆与滑动板连接，两根直杆穿过滑动板，两个滚珠丝杠螺母连接在滑动板上，伺服电机与滚珠丝杠连接，本发明属于“被动内高压成形”，无需超高压源提供超高压力，管材内部的液体压力由模具下移和管材内部液体的密封产生，降低对高压动力源的要求，降低了工艺难度。
Description
技术领域
本发明属于汽车扭力梁成形技术领域，具体涉及一种扭力梁的低压内高压成形装置。
背景技术
扭力梁式后悬架在半独立和非独立后悬架中具备更优秀的性能，它不仅成本低，而且能通过前束控制，使整车具备良好的平顺性能和操控性能。
传统扭力梁都是采用板材冲压成形V型或者U型，然后在中间加上稳定杆的方法实现的，但在汽车轻量化工程中，扭力梁的减重也是一项重要举措。随着内高压成形技术广泛应用于异形截面的汽车零部件的制造过程，国外一些学者相继采用内高压成形方法成形扭力梁零件，提高了成形精度，以及零件整体强度、刚度和抗弯模量等，同时实现了零件减重。
然而，随着扭力梁材料强度的增加，屈服应力可达980MPa，以及壁厚的增加，厚度可达4mm。采用传统内高压成形方法，即合模后在管材坯料内部施加高压水的方法，成形内压可超过450MPa，该内压将超过目前增压器所提供的最大压力，并且导致设备吨位和模具体积显著增大，为了保证扭力梁，特别是高强度扭力梁的制造，需要研制出新的内高压成形设备。
发明内容
为了实现上述目的，本发明的目的在于提供一种扭力梁的低压内高压成形装置，无需超高压源提供超高压力，设备造价低。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种扭力梁的低压内高压成形装置，包括扭力梁内高压成形模具Ⅰ、双电机驱动的伺服压力控制装置Ⅱ和充液回路Ⅲ，充液回路Ⅲ通过高压管路分别与扭力梁成形模具Ⅰ和双电机驱动的伺服压力控制装置Ⅱ连通，充液回路Ⅲ包括注水口15d，注水口15d连通高压单向阀15a的入口端，高压单向阀15a的出口端一路连通扭力梁内高压成形模具Ⅰ的第一冲头11a，另一路连通双电机驱动的伺服压力控制装置Ⅱ的输出口，双电机驱动的伺服压力控制装置Ⅱ的输出口设有传感器40，第一高压截止针阀15b的一端连通扭力梁内高压成形模具Ⅰ的第二冲头11b，另一端连通液箱，第二高压截止针阀15c一端连通双电机驱动的伺服压力控制装置Ⅱ的排气孔18，另一端连通液箱。
所述的扭力梁内高压成形模具Ⅰ，包括上平板1和安装在上平板1的上模4，两个氮气缸3分布在上模4两端，并固定在上平板1上，氮气缸3上安装有上密封压块2，右上楔形块5a、左上楔形块5b分别固定在上平板1上，分别与右连接块6a、左连接块6b连接,右连接块6a、左连接块6b固定在上平板1上,与上模4配合的下模为分瓣模，包括左半下模13a和右半下模13b，左半下模13a、右半下模13b分别固定在左下滑块8a、右下滑块8b上，左下滑块8a和右下滑块8b安装在下平板9上的滑轨上，左下滑块8a、右下滑块8b之间装有第一压缩弹簧12a、第二压缩弹簧12b，压缩弹簧处于压缩状态，左下滑块8a、右下滑块8b上对应安装有左下楔形块7b、右下楔形块7a，右下楔形块7a、左下楔形块7b的斜楔面与上平板1上的右上楔形块5a、左上楔形块5b的斜楔面完全贴合，下密封压块10固定在下平板9上，扭力梁内高压成形模具Ⅰ两侧设有第一冲头11a和第二冲头11b，第一冲头11a、第二冲头11b、上密封压块2和下密封压块10组成密封机构，管坯14放置在上密封压块2和下密封压块10之间，通过第一冲头11a、第二冲头11b的圆锥面与上密封压块2、下密封压块10组成的圆锥面，夹紧管坯14。
所述的双电机驱动的伺服压力控制装置Ⅱ，包括底板19和安装在底板19上的左立板16、中立板23、右立板28、电机支撑板29，其中左立板16、中立板23和右立板28，由两根直杆17连接固定，左立板16与中立板23之间安装有压力缸20，压力缸20上方设有排气孔18，下方有泄液孔21，中立板23和右立板28之间安装有滑动板26，压力缸20中的活塞杆24与滑动板26连接，两根直杆17穿过滑动板26，并通过滑动导套25连接在一起，第一滚珠丝杠27、第二滚珠丝杠37两端通过轴承23安装在中立板23和右立板28之间，并由轴承端盖31固定，第一滚珠丝杠螺母33、第二滚珠丝杠螺母38均连接在滑动板26上，第一伺服电机30、第二伺服电机36的输出轴分别与第一滚珠丝杠27、第二滚珠丝杠37连接，第一伺服电机30、第二伺服电机36固定在电机支撑板29上。
本发明具有以下优点：
一、本发明实现扭力梁的一次快速成形，成形精度高。在上模下移过程中，管材零件内部保持一定压力，随着上模下移，管材内部压力保持不变或呈脉动式波动，从而使扭力梁零件小圆角处的变形为推挤入模具型腔，不同于传统内高压成形小圆角处变形为胀形，所需内压力大，且模具填充性差。
二、相比于传统内高压成形，本发明属于“被动内高压成形”，无需超高压源提供超高压力，以所述伺服压力控制装置代替超高压源，设备造价低。管材内部的液体压力由模具下移和管材内部液体的密封产生，采用专用低压内高压成形装置，降低了工艺难度。
三、本发明即可用于V型扭力梁的管材内高压成形，也可用于U型扭力梁的管材内高压成形。
附图说明
图1是本发明的结构图。
图2是扭力梁内高压成形模具轴测图。
图3是图2的A-A剖视图。
图4是图2的B方向视图。
图5是图3的C-C剖视图。
图6是双电机驱动的伺服压力控制装置Ⅱ的主视图。
图7是双电机驱动的伺服压力控制装置Ⅱ的俯视图。
图8是双电机驱动的伺服压力控制装置Ⅱ的左视图。
图9是扭力梁成形装置控制曲线示意图。
图10是伺服压力控制装置脉动压力值曲线示意图。
图11是成形后扭力梁工件示意图。
图12是扭力梁内高压成形模具Ⅰ的成形过程示意图。
具体实施方案
下面结合附图对本发明做详细描述。
如图1所示，一种扭力梁的低压内高压成形装置，包括扭力梁内高压成形模具Ⅰ、双电机驱动的伺服压力控制装置Ⅱ和充液回路Ⅲ，充液回路Ⅲ通过高压管路分别与扭力梁成形模具Ⅰ和双电机驱动的伺服压力控制装置Ⅱ连通，充液回路Ⅲ包括注水口15d，注水口15d连通高压单向阀15a的入口端，高压单向阀15a的出口端一路连通扭力梁内高压成形模具Ⅰ的第一冲头11a，另一路连通双电机驱动的伺服压力控制装置Ⅱ的输出口，双电机驱动的伺服压力控制装置Ⅱ的输出口设有传感器40，第一高压截止针阀15b的一端连通扭力梁内高压成形模具Ⅰ的第二冲头11b，另一端连通液箱，第二高压截止针阀15c一端连通双电机驱动的伺服压力控制装置Ⅱ的排气孔18，另一端连通液箱。
如图2、图3，图4和图5所示，所述的扭力梁内高压成形模具Ⅰ，包括上平板1和安装在上平板1的上模4，两个氮气缸3分布在上模4两端，并固定在上平板1上，氮气缸3上连接有上密封压块2，右上楔形块5a、左上楔形块5b分别通过螺钉连接在上平板1上，并与右连接块6a、左连接块6b连接,右连接块6a、左连接块6b通过螺钉固定在上平板1上,与上模4配合的下模为分瓣模，包括左半下模13a和右半下模13b，左半下模13a、右半下模13b分别固定在左下滑块8a和右下滑块8b上，左下滑块8a和右下滑块8b安装在下平板9上的滑轨上，左下滑块8a、右下滑块8b之间装有第一压缩弹簧12a、第二压缩弹簧12b，压缩弹簧处于压缩状态，左下滑块8a、右下滑块8b上对应安装有左下楔形块7b、右下楔形块7a，右下楔形块7a、左下楔形块7b的斜楔面与上平板1上的右上楔形块5a、左上楔形块5b的斜楔面完全贴合，下密封压块10固定在下平板9上，扭力梁内高压成形模具Ⅰ两侧设有第一冲头11a和第二冲头11b，第一冲头11a、第二冲头11b、上密封压块2、下密封压块10组成密封机构，管坯14放置在上密封压块2和下密封压块10之间，通过第一冲头11a、第二冲头11b的圆锥面与上密封压块2、下密封压块10组成的圆锥面，夹紧管坯14。
如图6、图7和图8所示，所述的双电机驱动的伺服压力控制装置Ⅱ，包括底板19和安装在底板19上的左立板16、中立板23、右立板28、电机支撑板29，其中左立板16、中立板23和右立板28，由两根直杆17通过螺母22连接固定，左立板16与中立板23之间安装有压力缸20，压力缸20上方设有排气孔18，下方设有泄液孔21，中立板23和右立板28之间安装有滑动板26，压力缸20中的活塞杆24与滑动板26通过螺纹连接，两根直杆17穿过滑动板26，并通过滑动导套25连接在一起，第一滚珠丝杠27和第二滚珠丝杠37两端通过轴承23安装在中立板23和右立板28之间，并由轴承端盖31固定，第一滚珠丝杠螺母33、第二滚珠丝杠螺母38均连接在滑动板26上，第一伺服电机30、第二伺服电机36的输出轴通过联轴器34和键35分别与第一滚珠丝杠27、滚珠丝杠37连接，第一伺服电机30、第二伺服电机36固定在电机支撑板29上。
本发明的工作原理为：
将管坯14放入下密封压块10上，上平板1下移，参照图9，即图9中的上平板位移曲线C1的0-t0段，上平板1上的氮气缸3连带上密封压块2向下运动，上密封压块2先于上模4接触到管坯14，上平板1继续下行一定距离，在氮气缸3的作用下，上密封压块2紧压在下密封压块10上，夹紧管坯14，此时上模4未接触到管坯14，第一冲头11a和第二冲头11b顶紧管坯14，即通过第一冲头11a和第二冲头11b的圆锥面与上密封压块2和下密封压块10组成的圆锥面，夹紧管坯14，实现密封。
上平板1保持位置不变，参照图9，即图9中的上平板位移曲线C1的t0-t1段，从充液回路Ⅲ的注水口15d向管坯14及伺服压力控制装置高压腔39注水，液体经过高压单向阀15a与第一冲头11a进入管坯14，管坯14内气体经由第二冲头11b与第一高压截止针阀15b排出，待第一高压截止针阀15b处无气体排出后，关闭第一高压截止针阀15b；液体经过高压单向阀15a进入伺服压力控制装置高压腔39，腔内气体经由排气孔18与第二高压截止针阀15c排出，待第二高压截止针阀15c处无气体排出后，关闭第二高压截止针阀15c，即完成充液过程。
上平板1继续下行，参照图9，即图9中的上平板位移曲线C1的t1-t2段，固定在上平板1上的上模4随着向下运动，同时通过上平板1上的右上楔形块5a和左上楔形块5b，分别带动与其贴合的安装在左下滑块8a和右下滑块8b上的楔形块7a和楔形块7b，从而使左下滑块8a和右下滑块8b向靠近管坯14的方向运动，即左下滑块8a和右下滑块8b上的左半下模13a和右半下模13b与上模4同步运动，对管坯14进行被动式内高压成形。
与此同时，启动双电机驱动的伺服压力控制装置Ⅱ，结合传感器40反馈的压力值信息，形成闭环控制，从而控制管坯内液体压力值保持在所需压力值。
上平板1继续下行，参照图9，即图9中的上平板位移曲线C1的t1-t2段，上模4与左半下模13a和右半下模13b同步运动，即上模4向下运动，左半下模13a和右半下模13b向靠近管坯14的方向运动，实现对管坯14的三向挤压，对管坯14进行被动式内高压成形，如图12所示，在挤压过程中，管坯14内的高压液体使管坯14能够紧贴在成形模具的型面上，管坯14内的空间减小，伺服压力控制装置的压力缸20中的活塞杆24向后移动，即图9中的活塞位移曲线C2的t1-t2段，管坯14内多余的液体将经由第一冲头11a流入伺服压力控制装置高压腔39，通过对第一伺服电机30和第二伺服电机36的闭环控制，实现对活塞杆24的运动控制，即控制活塞杆24向后移动或保持静止，从而保证成形管坯14内的液体压力值曲线与图9中定值压力值曲线C3吻合，压力缸20内经由活塞杆24泄露的液体通过泄液孔21回到液箱中，另外，所述伺服压力控制装置通过控制活塞杆24的位移曲线，还能实现如图10中的脉动压力值曲线C4，以提高成形效果，使管坯14更易贴合模具型腔。
上平板1上行，参照图9，即图9中的上平板位移曲线C1的t2-t3段，第二冲头11b和第一冲头11a后撤，解除密封，同时，伺服压力控制装置的活塞杆24向前移动，排出高压腔39内多余液体，上平板1带动上模4上行，左下滑块8a和右下滑块8b在第一压缩弹簧12a和第二压缩弹簧12b的弹簧力作用下向外张开，带动左半下模13a和右半下模13b向远离管坯14的方向运动，实现开模。
上平板1继续上行，直至上密封压块2与下密封压块10分离，取下成形后扭力梁工件41，扭力梁工件41如图11所示，成形过程如图12所示。
Claims (3)
1.一种扭力梁的低压内高压成形装置，包括扭力梁内高压成形模具(Ⅰ)、双电机驱动的伺服压力控制装置(Ⅱ)和充液回路(Ⅲ)，其特征在于：充液回路(Ⅲ)通过高压管路分别与扭力梁成形模具(Ⅰ)和双电机驱动的伺服压力控制装置(Ⅱ)连通，充液回路(Ⅲ)包括注水口(15d)，注水口(15d)连通高压单向阀(15a)的入口端，高压单向阀(15a)的出口端一路连通扭力梁内高压成形模具(Ⅰ)的第一冲头(11a)，另一路连通双电机驱动的伺服压力控制装置(Ⅱ)的输出口，双电机驱动的伺服压力控制装置(Ⅱ)的输出口设有传感器(40)，第一高压截止针阀(15b)的一端连通扭力梁内高压成形模具(Ⅰ)的第二冲头(11b)，另一端连通液箱，第二高压截止针阀(15c)一端连通双电机驱动的伺服压力控制装置(Ⅱ)的排气孔(18)，另一端连通液箱。
2.根据权利要求1所述的一种扭力梁的低压内高压成形装置，其特征在于：所述的扭力梁内高压成形模具(Ⅰ)，包括上平板(1)和安装在上平板(1)的上模(4)，两个氮气缸(3)分布在上模(4)两端，并固定在上平板(1)上，氮气缸(3)上安装有上密封压块(2)，右上楔形块(5a)、左上楔形块(5b)分别固定在上平板(1)上，分别与右连接块(6a)、左连接块(6b)连接,右连接块(6a)、左连接块(6b)固定在上平板(1)上,与上模(4)配合的下模为分瓣模，包括左半下模(13a)和右半下模(13b)，左半下模(13a)、右半下模(13b)分别固定在左下滑块(8a)、右下滑块(8b)上，左下滑块(8a)和右下滑块(8b)安装在下平板(9)上的滑轨上，左下滑块(8a)、右下滑块(8b)之间装有第一压缩弹簧(12a)、第二压缩弹簧(12b)，压缩弹簧处于压缩状态，左下滑块(8a)、右下滑块(8b)上对应安装有左下楔形块(7b)、右下楔形块(7a)，右下楔形块(7a)、左下楔形块(7b)的斜楔面与上平板(1)上的右上楔形块(5a)、左上楔形块(5b)的斜楔面完全贴合，下密封压块(10)固定在下平板(9)上，扭力梁内高压成形模具(Ⅰ)两侧设有第一冲头(11a)和第二冲头(11b)，第一冲头(11a)、第二冲头(11b)、上密封压块(2)和下密封压块(10)组成密封机构，管坯(14)放置在上密封压块(2)和下密封压块(10)之间，通过第一冲头(11a)、第二冲头(11b)的圆锥面与上密封压块(2)、下密封压块(10)组成的圆锥面，夹紧管坯(14)。
3.根据权利要求1所述的一种扭力梁的低压内高压成形装置，其特征在于：所述的双电机驱动的伺服压力控制装置(Ⅱ)，包括底板(19)和安装在底板(19)上的左立板(16)、中立板(23)、右立板(28)、电机支撑板(29)，其中左立板(16)、中立板(23)和右立板(28)，由两根直杆(17)连接固定，左立板(16)与中立板(23)之间安装有压力缸(20)，压力缸(20)上方设有排气孔(18)，下方有泄液孔(21)，中立板(23)和右立板(28)之间安装有滑动板(26)，压力缸(20)中的活塞杆(24)与滑动板(26)连接，两根直杆(17)穿过滑动板(26)，并通过滑动导套(25)连接在一起，第一滚珠丝杠(27)、第二滚珠丝杠(37)两端通过轴承(23)安装在中立板(23)和右立板(28)之间，并由轴承端盖(31)固定，第一滚珠丝杠螺母(33)、第二滚珠丝杠螺母(38)均连接在滑动板(26)上，第一伺服电机(30)、第二伺服电机(36)的输出轴分别与第一滚珠丝杠(27)、第二滚珠丝杠(37)连接，第一伺服电机(30)、第二伺服电机(36)固定在电机支撑板(29)上。
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