CN105081046B - 液压成形柔性密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管材液压成形系统领域，尤其涉及一种密封冲压液压成型装置。一种液压成形柔性密封装置，包括上模、下模、管材和密封冲头，所述管材放置在上模与下模拼合后的型腔内，所述密封冲头共有两个，两个所述的密封冲头分别封堵在管材的两端，所述密封冲头上开通有密封段液压水通道，所述的密封冲头的密封面由沿密封冲头端面顺次连接的锥面密封段、平面密封段和台阶密封段三段构成，锥面密封段与密封冲头的轴线具有一定的夹角，所述平面密封段与密封冲头的轴线平行，所述台阶密封段为台阶形。本发明在成形过程中，管端随着密封冲头前行，即使管端形状不齐整，也能实现良好密封，实现管端形状复杂、端部倾斜放置零件的密封，提升了零件密封效果。

Description

液压成形柔性密封装置

技术领域

本发明涉及管材液压成形系统领域，尤其涉及一种密封冲压液压成型装置。

背景技术

在飞机、航天器和汽车领域，减轻重量以节约材料和运行中的能量是现代制造技术发展的趋势之一。液压成形正是在这样的背景下开发出来的一种制造空心轻体结构件的先进制造技术，该技术既提高了成形件的强度和刚度，又节约了材料、降低了成本。该项技术的基本工艺过程如图1、2所示，具体为：首先将管材3放在下模2内,然后闭合上模1,将管的两端用密封冲头4密封,并使管材内充满液体,在加压胀形的过程中,两端的密封冲头同时向内推进补料,这样在内压和轴力的联合作用下使管材贴靠模具而成形为所需的工件；在这种加工方法中，密封方法和密封冲头设计是液压成形的关键技术之一，是成功实现成形过程中密封和补料的前提。目前，液压成形过程中，均采用一次密封方法进行密封，在液压成形过程中，密封冲头4只有一个区域与管材3接触，与管材3接触区域的密封冲头4截面形状为单一形状，整个成形密封过程中，管材与密封冲头密封端面紧密接触，不发生相对滑动，密封局限在非常小的区域内；

对于上述密封方法，仅适用于管材端面平整，密封过程中管材端部与密封冲头密切接触，不能发生相对位移。当管端材料不平整，或在成形补料过程中，受管端零件形状或零件与模具间摩擦力大小不同，管端密封区域的材料在密封过程中相对于密封冲头会产生相对位移，此时上述密封方法将无法实现密封，无法成形出合格零件。

当被加工的管材为异形件时，直管材在经过弯曲或预成形放入模具型腔后，由于弯角内外侧材料变形不均匀，管端易出现端部不齐现象，如图3所示，这种弯管管端的移动距离无法进行准确预测，因此无法据此对密封冲头局部形状进行调整，密封冲头端部尺寸只能依据理论尺寸进行设计，当密封冲头与管端接触后，会出现局部区域已经接触，密封冲头无法前行，但密封冲头4的其余区域与管材3的端部还会具有一定间隙5，无法实现密封。即使弯曲或预成形工序后进行端部切割，受形状限制，液压模具合模过程中材料变形不均匀，管端依然会出现不齐整，无法实现密封。成形过程中，因管端不齐，或管端形状复杂，胀形量大，极易在管端发生密封失效，导致管内高压液体泄漏，且一旦发生泄漏，管内液体压力下降，零件无法胀形，严重影响生产效率和生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种液压成形柔性密封装置，该装置的密封面由三段密封区域构成，在成形过程中，管端随着密封冲头前行，在不同密封区域间移动，避免了传统密封方法因管端不齐、管端变形不均匀出现的漏液、压力下降现象，提升零件密封效果，提高了产品合格率。

本发明是这样实现的：一种液压成形柔性密封装置，包括上模、下模、管材和密封冲头，所述管材放置在上模与下模拼合后的型腔内，所述密封冲头共有两个，两个所述的密封冲头分别封堵在管材的两端，所述密封冲头上开通有密封段液压水通道，所述的密封冲头的密封面由沿密封冲头端面顺次连接的锥面密封段、平面密封段和台阶密封段三段构成，所述锥面密封段与密封冲头的轴线具有一定的夹角，所述平面密封段与密封冲头的轴线平行，所述台阶密封段为台阶形。

该密封装置还包括延长杆，所述延长杆上开设有若干个螺栓孔和一个延长段液压水通道，所述密封冲头上开设有与螺栓孔对应的定位通孔，螺栓穿过定位通孔后利用螺栓孔将延长杆和密封冲头固定连为一体；所述延长段液压水通道与密封段液压水通道连通，并在两段液压水通道的接口处设置有密封圈。

所述的锥面密封段与密封冲头的轴线之间的夹角为1°~10°。

所述锥面密封段与平面密封段之间通过圆弧倒角过渡。

所述锥面密封段与平面密封段之间通过台阶过渡。

所述的密封段液压水通道设置在密封冲头的轴心处。

所述密封冲头的横截面为圆形、方形、椭圆形、梯形、三角形或与实际管端截面相配合的不规则形状。

本发明液压成形柔性密封装置的密封面由三段密封区域构成，在成形过程中，管端随着密封冲头前行，在不同密封区域间移动，管材可先后经过三重密封区域，在密封过程中，管端材料即使不同时到达同一密封区域，即使管端形状不齐整，也能实现良好密封；可实现管端形状复杂、端部倾斜放置零件的密封，避免了传统密封方法因管端不齐、管端变形不均匀出现的漏液、压力下降现象，提升零件密封效果，提高产品合格率。

附图说明

图1为现有的液压成形成形前的状态示意图；

图2为现有的液压成形成形后的状态示意图；

图3为现有的传统密封方法因管端不齐无法实现有效密封示意图；

图4为本发明液压成形柔性密封装置的结构示意图；

图5为本发明中密封冲头区域的结构示意图；

图6为实施例1中的密封冲头的密封面示意图；

图7为实施例2中的密封冲头的密封面示意图；

图8为本液压成形柔性密封装置的密封面与模具型腔内壁的位置示意图；

图9为使用锥面密封段密封的示意图；

图10为使用平面密封段密封的示意图；

图11为使用台阶密封段密封的示意图。

图中：1上模、2下模、3管材、4密封冲头、5间隙、6延长杆、7螺栓、8密封圈、41锥面密封段、42平面密封段、43台阶密封段、44密封段液压水通道、45定位通孔、46密封冲头端面、61螺栓孔、62延长段液压水通道。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图4、5所示，一种液压成形柔性密封装置，包括上模1、下模2、管材3和密封冲头4，所述管材3放置在上模1与下模2拼合后的型腔内，所述密封冲头4共有两个，两个所述的密封冲头4分别封堵在管材3的两端，所述密封冲头4上开通有密封段液压水通道44，所述的密封冲头4的密封面由沿密封冲头端面46顺次相连的锥面密封段41、平面密封段42和台阶密封段43三段构成，所述锥面密封段41与密封冲头4的轴线具有一定的夹角α，该所述的锥面密封段41与密封冲头4的轴线之间的夹角α在本实施例中为1°~10°；所述平面密封段42与密封冲头4的轴线平行，所述台阶密封段43为台阶形；另外，根据管材3端部的形状配合，密封冲头4的横截面为圆形、方形、椭圆形、梯形、三角形或与实际管端截面相配合的不规则形状。

为了便于推动密封冲头4前进，并与工装位置相配合，在本发明中还包括延长杆6，所述延长杆6上开设有若干个螺栓孔61和一个延长段液压水通道62，所述密封冲头4上开设有与螺栓孔61对应的定位通孔45，螺栓7穿过定位通孔45后利用螺栓孔61将延长杆6和密封冲头4固定连为一体；所述延长段液压水通道62与密封段液压水通道44连通，用于在成形过程中向管材3内冲入高压液体，为了避免液体在接缝处泄露，在延长段液压水通道62与密封段液压水通道44的接口处设置有密封圈8。

在本发明中，所述平面密封段42与台阶密封段43之间和锥面密封段41与密封冲头端面46之间都设置有圆弧倒角，以防止成形过程中划伤管材3的内壁；如图6所示，在本实施例中所述锥面密封段41与平面密封段42之间同样通过圆弧倒角过渡，此种方式适合壁厚较薄的管材3成形。

另外，在本发明中，所述的密封段液压水通道44设置在密封冲头4的轴心处。

本发明的液压成形柔性密封装置，在使用过程中，在密封区域，密封冲头与模具间间隙沿轴向方向各不相同，如图8所示。

在锥面密封段41，密封面与模具间隙从d4逐渐变化至d3；在平面密封段42，密封面与模具间隙为d2；在台阶密封段43，密封面与模具间隙为d1。最终，密封面与模具间间隙最小为d0。

如图9所示，当管材3端部进入到锥面密封段41时；

在锥面密封段41的端部直径为D4，D4尺寸小于管材3成形前的内径，锥面密封段41端部与模具间隙d4大于管材3的壁厚t，这样，即使前工序管端部塌陷使某一方向尺寸变小，也可保证密封冲头顺利进入管材3。同时，该段锥形区域还可以把管材端部“扩口”成与后续密封段相似形状，减少后续零件端部与密封区域的形状偏差，以提升密封效果，同时减少密封冲头推进过程中的摩擦阻力，有利于密封冲头补料。此阶段中零件端部还未与模具完全接触。锥面密封段41末端与模具间隙d3小于管材3的壁厚t，对应位置密封冲头直径D3大于管材3内径。在d3与d4之间，存在一点使锥形面把管壁“紧压”在模具内壁上，实现密封。

如图10所示，当管材3端部进入到平面密封段42时；

平面密封段42与模具内壁间隙为d2，d2<d3<t，可保证进入此区域的管材能够被密封冲头更紧密的“挤压”在模具内表面上，实现密封。若零件在锥面密封段41难以实现完全密封，随着密封冲头前行，管端首先会有部分材料从锥形段进入水平密封段，一方面，水平密封段冲头与模具间间隙小于零件壁厚，零件被密封冲头及模具“夹紧”而实现密封，另一方面，在摩擦力的作用，首先进入水平段的材料会随冲头前行，从而使局部材料发生“增厚”，更加贴紧模具与密封冲头，有利于进一步加大密封效果。此阶段中，有两重密封，一为锥形段密封，一为水平段密封。

如图11所示，当管材3端部进入到台阶密封段43时；

密封面与模具内壁间间隙由d2变化为d1，d1<d2<t，可以确保密封效果。在密封冲头末端，其与模具间隙为d0，即此区域的密封冲头直径D0小于管材3的外径；在密封冲头运动过程中，间隙d0可避免密封冲头与模具直接接触发生磨损，有利于延长模具寿命；台阶密封段43的台阶嵌入管材3，使管材3端部变形成与密封冲头端面一致的形状，利用密封冲头端部和管材端部变形区域的联合作用实现管端密封。在密封过程中，密封冲头台阶区域逐渐“嵌入”管材端部，管的端部材料开始发生变形，直至最后管端部形状变成与密封冲头台阶完全一样的形状。此时，密封冲头与管端部已经完全贴合。至此，管材与模具和密封冲头间形成三重密封。

实施例2

如图7所示，一种液压成形柔性密封装置，实施例2与实施例1的区别在于，所述锥面密封段41与平面密封段42之间的通过台阶过渡，这样就能更加好的保证壁厚较厚的管材3成形。

Claims (6)

1.一种液压成形柔性密封装置，包括上模(1)、下模(2)、管材(3)和密封冲头(4)，所述管材(3)放置在上模(1)与下模(2)拼合后的型腔内，所述密封冲头(4)共有两个，两个所述的密封冲头(4)分别封堵在管材(3)的两端，所述密封冲头(4)上开通有密封段液压水通道(44)，其特征是：所述的密封冲头(4)的密封面由沿密封冲头端面(46)顺次连接的锥面密封段(41)、平面密封段(42)和台阶密封段(43)三段构成，所述锥面密封段(41)与密封冲头(4)的轴线具有一定的夹角，所述平面密封段(42)与密封冲头(4)的轴线平行，所述台阶密封段(43)为台阶形；所述的锥面密封段(41)与密封冲头(4)的轴线之间的夹角为1°~10°。

2.如权利要求1所述的液压成形柔性密封装置，其特征是：该密封装置还包括延长杆(6)，所述延长杆(6)上开设有若干个螺栓孔(61)和一个延长段液压水通道(62)，所述密封冲头(4)上开设有与螺栓孔(61)对应的定位通孔(45)，螺栓(7)穿过定位通孔(45)后利用螺栓孔(61)将延长杆(6)和密封冲头(4)固定连为一体；所述延长段液压水通道(62)与密封段液压水通道(44)连通，并在两段液压水通道的接口处设置有密封圈(8)。

3.如权利要求1或2所述的液压成形柔性密封装置，其特征是：所述锥面密封段(41)与平面密封段(42)之间通过圆弧倒角过渡。

4.如权利要求1或2所述的液压成形柔性密封装置，其特征是：所述锥面密封段(41)与平面密封段(42)之间通过台阶过渡。

5.如权利要求1或2所述的液压成形柔性密封装置，其特征是：所述的密封段液压水通道(44)设置在密封冲头(4)的轴心处。

6.如权利要求1或2所述的液压成形柔性密封装置，其特征是：所述密封冲头(4)的横截面为圆形、方形、椭圆形、梯形、三角形或与实际管端截面相配合的不规则形状。