CN104741432A - 一种内高压成形设备及成形的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内高压成形设备及成形的工艺，旨在提供一种能在相对低压情况下完成管件成形的一种工艺及配套设备。其原理是先利用压力机下压合模的力以及管内的液体压力先将管坯成形出小R（折弯部弧度较小）的管形，如有必要重复多次，直至管形接近完全贴近模腔。然后驱动压力机使得上下模完全合模，在完全合模以后，再继续内部增压，利用内部压力使得小R的管形胀成大R(折弯部弧度较大)的管形。此外，本发明的内高压成形设备在模具两侧的堵头中均开设有液体流道，可以实现双头注水，提高增压效率。

Description

一种内高压成形设备及成形的工艺

技术领域

本发明涉及内高压成形技术领域，特别是涉及一种内高压成形设备以及采用该设备对汽车管件、管梁等进行成形的工艺方法。

背景技术

内高压成形也叫液压成形或液力成形，是一种利用液体作为成形介质，通过控制内压力和材料流动来达到成形零件目的的材料成形工艺。

这种工艺目前在汽车管件类的生产过程中已经得到了广泛的应用，比如在专利号为201010522779.5的中国发明中，就公开了吉林省元隆达工装设备有限公司制造的一套内高压成形设备，包括上座、滑块和设置在所述上座上的液压缸,该液压缸的伸出杆与所述滑块相连,所述液压缸至少包括一个活塞缸和一个柱塞缸。

这种现在比较通用的内高压成形设备以及工艺的原理如下图所示，一般是先通过压力机使得上模和下模完全合模，并通过该合模力将工件锁紧在模具内，随后通过向工件内部注水加压使得工件膨胀，同时由位于模具侧方的液压缸提供轴向加力补料把管坯压入到模具型腔使其成形为所需要的工件（对于轴线为曲线的零件，需要把管坯预弯成接近零件形状，然后加压成形）。

采用这种工艺方法成形复杂管件时，由于在成形过程中管坯内部的压力很大，通常能达到400MPa左右，这就需要压力机具有足够的锁模力以及堵头与管端之间具有极高的密封性才能确保成形工艺的进行，这就增加了配套设施的成本以及降低了整套内高压成形设备的安全性。另外，采用现有技术中的内高压成形设备还需要两端的补料油缸具有足够的推力及推料行程，从而才能满足在成形过程中对材料的补料与成形的要求。

针对于此，在专利号为201310750506.X的中国发明专利中，对此作出了改进，该发明公开了一种管材内高压成形方法，包括以下步骤：先将管材放入到下模的待成形管件的型腔内，由侧推缸带动密封冲头进入管材的两端，完成管材端部密封；上模由合模压力机的滑块带动，下行到距离下模一定的高度，给管材内部通入高压液体，并使管材内部压力与上模行程相匹配，直到完成合模；保压或适当提高压力对管件进行整形。本发明利用合模力来促进直边段材料向成形模具圆角部位移动，从而显著降低圆角部位成形所需的压力，在满足厚壁和高强度钢管件成形要求的同时，降低对合模压力机最大吨位、模具所需承压能力、密封结构的可靠性以及增压器的压力的要求，从而降低生产成本，并有助于管材壁厚均匀，避免成形过程中的壁厚过度减薄和开裂。

但是，该专利中公开的工艺也存在很大缺陷，即管件在上下模分离状态时，只通过堵头进行锁定，一旦内压增大到一定程度，管端受到垂直方向的作用力发生膨胀，则有可能导致堵头无法将管端密封住，引起泄压。具体的，根据特雷斯卡屈服准则，圆角塑性屈服时所需内压，即圆角成形内压Pc为Pc=T/(r+t)σs,以上述专利的说明书中举出的数据为例，在管壁厚T=2MM,管径R=28MM，材料屈服σs在310MPa（304不锈钢）的情况下, 根据计算内压力的公式，计算出来Pc=20.066MPa即内压在20.066MPa以上就可以让管端胀形，而通常内高压成形的内压数值都要远高于20.066MPa。所以，上述专利中公开的工艺根本不适用薄壁管件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种能确保在低压环境下管端具有足够密封性、减少了对材料的补料与成形延伸率的要求的内高压成形设备以及相关工艺。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种内高压成形设备，包括有机架，机架中设置有合模压力机、与外部水箱连接的增压泵、内高压模具和多个用于补料的补料油缸，每个补料油缸上均连接有堵头，堵头能将工件的端部密封。所述的内高压模具包括上模和下模，下模固定在机架上，上模连接在压力机上并且能随压力机下压合模，上模和下模中分别开设有型腔，在合模时，上模与下模的型腔能形成与最终产品轮廓相一致的模腔。其特点在于：还包括了用于锁紧工件的机构，该机构设置在内高压模具的两端侧壁上，位于所述管端的上方。此外，位于内高压模具两侧的堵头上均开设有液体流道，并且分别与增压泵相连，从而可以实现双头注水，加快注水速度，使内压可以迅速增大，提高工作效率。

作为本发明的改进，所述用于锁紧工件的机构为液压缸，所述液压缸的活塞杆能顶压住所述管坯的管端。

作为本发明的另一种改进，所述用于锁紧工件的机构为气缸。

一种采用上述设备进行内高压成形的工艺方法，包括了如下步骤：

1）、由压力机驱动上模下压，在上模离下模一定距离时，用二端锁紧工件机构把管端压紧让堵头对管端进行密封补料并提高管内液体压力，此时模内的管件开始胀形，同时启动上模往下合模,利用该下压力将模腔中的管坯压成接近模腔的管形；

相比于传统的高压成形，这一步骤是通过采用合模压力来取代管件内部的液压作为成形出小R管形时所需的成形力，降低了对管件内部压力的需求，同时也减少了对材料的补料与延伸率的要求。

2）、然后通过压力机提高上模到一定距离（不完全合模），此时位于内高压模具两侧的锁紧工件机构始终压紧管端,随后继续用补料油缸驱动堵头向内补料，同时通过增压泵向管坯内部加高压水，使得管坯进一步成形成更贴近模腔的管形；

3）、根据管形成形的情况进行选择，如果还没成形完全，则重复上述步骤，继续在未完全合模情况下对管坯进行内高压成形，同时由补料油缸驱动堵头向内继续补料，直至成形出小R的管形，此时，随着管件的胀形幅度增大，所需锁紧力也逐渐增大，而上下模的合模力恰好能有效合并锁紧工件机构的锁紧力；

4）、在上下模完全合模后，继续增压，使管件完全成形出贴合模具的管形；

5）、卸压，随后分模，取出管件。

采用本发明的内高压成形工艺，相比于传统的高压成形，通过采用外部的合模力取代内部液压力来制造出小R管形，再通过持续增压使得管形由小R变大R至贴模，降低了整个成形工艺中对管件内部压力的需求，同时也减少了对材料的补料与成形延伸率的要求。另外，通过设置了锁紧工件的机构，可以防止在成形过程中管端密封失效，确保成形过程的顺利完成。

附图说明

图1为本发明中内高压成形设备的结构示意图；

图2-图6为本发明中的内高压成形工艺各步骤的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本实施例为一种内高压成形设备，包括有机架1，机架中设置有合模压力机2、与外部水箱连接的增压泵（图中未示出）、内高压模具3和多个用于补料的补料油缸4。所述的内高压模具3包括上模31和下模32，在所述机架上成形有一个水平的工作台面，所述下模固定放置在该水平台面上，上模连接在压力机的底部并且能随压力机下压合模。在所述上模和下模中分别开设有型腔，当上模和下模合模时，上模与下模的型腔能形成与最终产品轮廓相一致的模腔5。

每个补料油缸上均连接有堵头6，堵头能将放置在模腔中的管坯7的端部密封。此外，该设备还包括了用于锁紧工件的机构8，该机构可以为液压缸或者气缸，又或者是其他驱动机构，其主要目的是提供锁紧力将管坯的端部锁定，从而可以防止在成形过程中管坯端部发生移动导致堵头无法将管坯密封，内压泄漏进而使得成形过程失败。

所述的用于锁紧工件的机构8设置在内高压模具的两端侧壁上，并且位于所述管端的上方。另外，位于内高压模具两侧的堵头的内部均开设有液体流道，并且分别与增压泵相连，这样用于增压的液体可以由水箱通过增压泵进入到堵头内的液体流道中，再进入到管坯的内部，从而可以实现双头注水，加快注水速度，使内压可以迅速增大，提高工作效率。

当使用上述设备进行内高压成形时，先将内高压模具的上模与下模打开，然后将待加工的管坯放入到下模的型腔中开始成形工艺。

上述成形工艺的具体步骤如下：

1）、由压力机驱动上模下压，在上模离下模一定距离时，用二端锁紧工件机构把管端压紧让堵头对管端进行密封补料并提高管内液体压力，此时模内的管件开始胀形，同时启动上模往下合模,利用该下压力将模腔中的管坯压成接近模腔的管形。

相比于传统的高压成形，这一步骤是通过采用合模压力来取代管件内部的液压作为成形出小R管形时所需的成形力，降低了对管件内部压力的需求，同时也减少了对材料的补料与延伸率的要求。

2）、然后通过压力机提高上模到一定距离（不完全合模），继续让位于内高压模具两侧的锁紧工件机构压紧管端，随后用补料油缸驱动堵头向内补料，同时通过增压泵向管坯内部加高压水；

在这一步骤中，是否使用锁紧工件机构根据实际情况而定，如果成形所需的内压较低，则不需要锁紧工件机构，仅凭堵头也能达到将管端密封的要求；另外，本实施例中两侧的堵头均可向内注水，而现有技术中的内高压成形设备只能单侧注水，通过这种改进，可以提高增压效率。

3）、通过增压泵继续向管坯内部增压，使得管坯在内压的作用下胀形，同时由压力机驱动合模，由补料油缸驱动堵头向内继续补料，此时，随着管件的胀形幅度增大，所需锁紧力也逐渐增大，而上下模的合模力恰好能有效合并锁紧工件机构的锁紧力；

4）、在上下模完全合模后，继续增压，使管件完全成形出贴合模具的管形，即大R的管形(折弯部弧度较大)；

5）、卸压，随后分模，取出管件。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种内高压成形设备，包括有机架，机架中固定有合模压力机、与外部水箱连接的增压泵、内高压模具和多个用于补料的补料油缸；

所述的内高压模具包括上模和下模，所述下模固定在机架上，所述上模连接在所述压力机的底部并且能随压力机下压合模，在所述上模和下模中分别开设有型腔，当合模时，所述上模与所述下模中的型腔能形成与最终产品轮廓相一致的模腔，待加工的管坯被放置在该模腔中；

所述的补料油缸对称设置在所述内高压模具的两侧，且每一侧设置的补料油缸数量相同，每个补料油缸上均连接有堵头，所述堵头能将工件的端部密封；

其特征在于：还包括了用于锁紧工件的机构，该机构设置在内高压模具两端的侧壁上，并且位于所述管端的上方；

在每一个堵头中均开设有液体流道，所述液体流道与所述增压泵连通。

2.根据权利要求1所述的内高压成形设备，其特征在于：所述用于锁紧工件的机构为液压缸，所述液压缸的活塞杆能顶压住所述管坯的管端。

3.根据权利要求1所述的内高压成形设备，其特征在于：所述用于锁紧工件的机构为气缸。

4.一种采用如权利要求1所述的内高压成形设备进行低压成形的工艺，包括有如下步骤：

1）、由压力机驱动上模下压，在上模离下模一定距离时，用二端锁紧工件机构把管端压紧让堵头对管端进行密封补料并提高管内液体压力，此时模内的管件开始胀形，同时启动上模往下合模,利用该下压力将模腔中的管坯压成接近模腔的管形；

2）、然后通过压力机提高上模到一定距离，此时位于内高压模具两侧的锁紧工件机构始终压紧管端,随后继续用补料油缸驱动堵头向内补料，同时通过增压泵向管坯内部加高压水，使得管坯进一步成形成更贴近模腔的管形；

3）、根据管形成形的情况进行选择，如果还没成形完全，则重复上述步骤，继续在未完全合模情况下对管坯进行内高压成形，同时由补料油缸驱动堵头向内继续补料，直至成形出小R的管形，此时，随着管件的胀形幅度增大，所需锁紧力也逐渐增大，而上下模的合模力恰好能有效合并锁紧工件机构的锁紧力；

4）、在上下模完全合模后，继续增压，使管件完全成形出贴合模具的管形；

5）、卸压，随后分模，取出管件。