CN105855350A

CN105855350A - 一种薄壁金属管材冲击液压成形方法及成形装置

Info

Publication number: CN105855350A
Application number: CN201610187117.4A
Authority: CN
Inventors: 杨连发; 李坤
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2016-03-29
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2036-03-29
Also published as: CN105855350B

Abstract

本发明公开了一种薄壁金属管材冲击液压成形方法及成形装置，所述方法包括：1）推动成形装置的挤压杆高速向容腔内移动，碰击第一液压腔中的液体获得高压液体，该高压液体使轴压头、密封柱分别对管材两端进行密封；2）挤压杆高速推动轴压头向容腔内移动，挤压第二液压腔中的液体获得高压液体，高压液体通过轴压头的通孔注入到管材内，使管材获得胀形所需液压力，轴压头移动使第二液压腔内液体体积的变化大于管材塑性变形后内腔容积的变化；3）挤压杆推动到轴压头时，给管材端部获得成形所需的轴压力，管材快速充满模腔，得到成形的金属管材。这种方法无需要外部高压供给系统和专用液压成形设备、成形方法方便、对使用要求环境不高、生产效率高。

Description

一种薄壁金属管材冲击液压成形方法及成形装置

技术领域

本发明涉及冲击液压成形领域，涉及用于薄壁金属管材的冲击液压成形方法，特别是一种薄壁金属管材冲击液压成形方法及成形装置。

背景技术

管材液压成形是用于生产截面形状复杂的薄壁管状零件的一种先进的、特殊的、精密（半精密）的净成形技术，具有成本低、工序少、质量轻、刚度高等特点，但是常规的管材液压成形技术需要昂贵的专用设备及模具，而且生产效率低（只有传统冲压方法的1/3）。为克服管材液压成形技术的不足，产生了一种新型管材液压成形技术——管材冲击液压成形技术。

管材冲击液压成形技术是一种将普通冲压与液压成形技术相结合，以液体为传压介质，利用高速合模获得高压液体使管材胀形获得期望胀形件的塑性成形新技术。目前该技术虽然在工业上已得到应用，但尚未得到推广，而且管材冲击液压成形技术是一项极具发展潜力的先进成形技术，因此开发一种管材冲击液压成形方法可挖掘管材冲击液压成形技术的研究和应用价值。

中国专利CN101332480A公开了一种简便的内高压成形方法，它是通过活塞挤压缸体中的液体来获得高压液体，进而使管材获得成形所需的液压力。该方法不仅可对管材实现轴向进给，还可以对管材内部补给液体，具有成形方法简便、对使用环境要求不高、应用成本低等优点。该方法相对于管材冲击液压成形不同之处在于：该方法密封和管材成形同时进行，而本方法在管材成形前对管材两端进行了密封，密封效果更好；并且该方法使用了螺钉，增加了装置的复杂程度。中国专利CN102107240A公开了一种简易的管材液压胀形装置及胀形方法，该发明是通过简单轴向单动装置实现复合式冲头差速双动机制，实现管材液压胀形。该发明无需外部提供液压控制系统，具有设备成本低廉、成形性好、控制简便等优点。而该发明调节内压与进给的匹配关系是通过更换不同种类的螺旋弹簧，且螺旋弹簧的利用不仅增大了轴向推力而且还限制了增压冲头和进给冲头的速度增加。中国专利CN103736810A公开了一种金属薄壁管冲击液压胀形装置及使用方法，它是通过压力机冲压头下行使上下模高速闭合而获得的高压液体使管材充满型腔。该装置是使管材先变形后获得高压液体，而且该装置在管材胀形时管材外部的液体不能对管材内部进行补给，这可能使管材不能充满型腔；该装置没有外部对管材两端施加轴向力，使管材在胀形时得不到轴向进给，进而可能影响管材的均匀变形。

发明内容

本发明的目的是针对现有管材液压成形技术的不足，而提供一种薄壁金属管材冲击液压成形方法及成形装置。

这种装置可在普通压力机、高速压力机上使用，无需专用液压成形设备，结构简单；生产效率高、成本低；可以实现最大液压力与轴向进给量的匹配；可通过斜楔等机构，管材两端可实现等距、非等距轴向进给运动。

这种方法无需要外部高压供给系统和专用液压成形设备、成形方法方便、对使用要求环境不高、生产效率高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种薄壁金属管材冲击液压成形装置，所述成形装置为立式结构，包括

可填充液体的容腔，所述容腔分为第一液压腔和第二液压腔；

定位圈，所述定位圈中部设有通孔，通孔的下部设有密封柱，定位圈上表面依次设置冲击液压成形模具和容腔；

轴压头和挤压杆，所述轴压头设置在容腔内，轴压头与挤压杆之间的内腔为第一液压腔，轴压头与容腔底部之间的内腔为第二液压腔；

第二液压腔与模具的成形模腔相通；

所述轴压头外形为阶梯轴状的下部分与容腔同轴的开有T形状的通孔，轴压头的下部分在容腔通入液体后处于容腔下端的通孔中；

所述容腔壁设有与第一液压腔相贯通的第一通孔，第一通孔设有溢流阀和压力表；

所述容腔壁设有与第二液压腔相贯通的第二通孔，第二通孔设有溢流阀和压力表。

所述容腔为圆柱形，容腔体内垂直于轴向开设成上端部大、下端部小阶梯形内腔，并相互贯通，在其下端部的端平面上开着一个以小内腔圆为内圆的环形凹槽。

所述定位圈的中心开有与小内腔圆对应的通孔且与环形凹槽同轴。

同一思路下的另一种结构的薄壁金属管材冲击液压成形装置，所述成形装置为卧式结构，所述的卧式结构分为左、右对称设置的装置左部和装置右部，所述装置左部包括

轴压头和挤压杆，所述轴压头设置在容腔内，轴压头与挤压杆之间的内腔为第一液压腔，轴压头与容腔右部之间的内腔为第二液压腔；

所述轴压头外形为阶梯轴状的右部分与容腔同轴的开有T形状的通孔，轴压头的右部分在容腔通入液体后处于容腔右端的通孔中；

所述容腔壁设有与第二液压腔相贯通的第二通孔，第二通孔设有溢流阀和压力表；

所述挤压杆的外端部为斜坡状，斜坡状的外端部配装有滑动配接的斜楔；

所述装置右部的结构与装置左部相同；

装置左部与装置右部分别设置在模具的左、右两边，模具的左部与所述装置左部的第二液压腔相通，模具的右部与所述装置右部的第二液压腔相通。

包括垫块，所述模具、装置左部和装置右部的容腔设置在垫块上。

所述挤压杆的外端部的下部通过第一滑块与垫块滑动配接。

所述挤压杆的斜坡状的外端部通过第二滑块与斜楔滑动配接。

所述装置左部与装置右部的挤压杆外端部的斜度相同或不同。

采用上述装置的薄壁金属管材冲击液压成形方法，包括薄壁金属管材冲击液压成形装置，所述方法包括如下步骤：

1）推动成形装置的挤压杆高速向容腔内移动，碰击第一液压腔中的液体获得高压液体，该高压液体使轴压头、密封柱分别对管材两端进行密封，或者是该高压液体使装置左部的轴压头、装置右部的轴压头分别对管材两端进行密封；

2）挤压杆高速推动轴压头向容腔内移动，挤压第二液压腔中的液体获得高压液体，该高压液体通过轴压头的通孔注入到管材内，使管材获得胀形所需液压力，轴压头移动使第二液压腔内液体体积的变化大于管材塑性变形后内腔容积的变化；

3）挤压杆推动到轴压头时，给管材端部获得成形所需的轴压力，在轴向进给量和最大液压力的共同作用下，管材快速充满模腔，得到成形的金属管材。

步骤1）中，当第一液压腔中的液压力达到初始密封管端所需的液压力时，第一通孔处的溢流阀泄压。

步骤3）中，当第二液压腔中的液压力达到胀形时最大液压力时，第二通孔处的溢流阀泄压。

用于实现上述管材冲击液压成形方法的装置只要具备如下特征即可：成形的薄壁金属管材装入冲击液压成形模具后，在冲击液压成形模腔外部设置容腔、定位圈和密封柱，在容腔内注入部分液体，将轴压头装入容腔的环形凹槽中，形成第二液压腔，并将容腔注满液体后与设置在容腔上端口的挤压杆形成第一液压腔，通过外力（如压力机）高速推动挤压杆，使挤压杆挤压容器中的液体产生高压液体，高压液体经设置在管端轴压头的通液孔被导向管材内部，实现为胀形管材提供成形所需的液压力；第一液压腔中液压力急速增大时，其液体推动轴压头移动，对管材进行密封；具有通液孔的轴压头孔端头为阶梯轴状，阶梯台阶顶在管端，小直径一端插入管材端部，另一端伸长在容腔中，当运动的挤压杆被推到轴压头时，轴压头开始给成形管材提供轴向力；在容腔侧面设置两个溢流口，用于接溢流阀和压力表组件，可以实现初始密封管端所需的液压力和胀形时最大液压力的控制。

上述的方法具有如下性质：1.可在普通压力机、高速压力机上使用，无需专用液压成形设备，结构简单；2.利用压力机中滑块的高速运动，实现冲击液压成形，无需外部供液系统，生产效率高、成本低；3.通过溢流阀控制第一液压腔和第二液压腔内的最大液压力，可以实现最大液压力与轴向进给量的匹配；4.可以是立式或卧式工作方式；5.可通过斜楔等机构，管材两端可实现等距、非等距轴向进给运动。

本发明是利用压力机滑块高速运动，碰击液压腔内的液体，使液体压力急速增大，作用于管材内部；高压液体通过轴压头的通液孔注入到全闭封的管材内，使成形管材获得胀形所需的液压力；本发明中，轴压头移动使第二液压腔内液体体积的变化应大于管材塑性变形后内腔容积的变化（即通过设置溢流阀压力值，可以调节与控制成形过程中的最大液压力），多余的液体从第二通孔溢出，从而保证管材受到的最大液压力是所设定的值。安装在管材上端部的轴压头被挤压杆高速推动时，管材端部获得成形所需的轴压力。在轴向力和最大液压力的共同作用下，管材快速成形、充满模腔。

本申请的优点或有益效果：

本发明的优点在于：这种方法无需要外部高压供给系统和专用液压成形设备、方法简单实用；成形装置结构简单成本低，生产效率高。

附图说明

图1为实施例中管材冲击液压成形方法原理示意图；

图2-1、图2-2为实施例中薄壁金属管材示意图；

图3为实施中管材冲击液压成形立式结构装置结构示意图；

图4为实施中管材冲击液压成形卧式结构装置结构示意图。

图中，1.挤压杆 2.容腔 3.轴压头 4.管材 5.模具 6.定位圈 7.密封柱 8.第一液压腔 9.第二液压腔 10.液体 11.Y型密封圈 12.O型密封圈 13.第一通孔 14.第二通孔15.压力机滑块 16.斜楔 17-1.第一滑块 17-2.第二滑块18.垫块 Q.冲击载荷 S.轴向进给量 F.轴向力。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。

实施例1：

参照图3，一种薄壁金属管材冲击液压成形装置，所述成形装置为立式结构，包括

可填充液体的容腔2，所述容腔2分为第一液压腔8和第二液压腔9；

定位圈6，所述定位圈6中部设有通孔，通孔的下部设有密封柱7，定位圈6上表面依次设置冲击液压成形模具5和容腔2；

轴压头3和挤压杆1，所述轴压头3设置在容腔2内，轴压头3与挤压杆1之间的内腔为第一液压腔8，轴压头3与容腔2底部之间的内腔为第二液压腔9；

第二液压腔9与模具5的成形模腔相通；

所述轴压头3外形为阶梯轴状的下部分与容腔2同轴的开有T形状的通孔，轴压头3的下部分在容腔2通入液体后处于容腔2下端的通孔中；

所述容腔2壁设有与第一液压腔8相贯通的第一通孔13，第一通孔13设有溢流阀和压力表；

所述容腔2壁设有与第二液压腔9相贯通的第二通孔14，第二通孔14设有溢流阀和压力表。

所述容腔2为圆柱形，容腔2体内垂直于轴向开设成上端部大、下端部小阶梯形内腔，并相互贯通，在其下端部的端平面上开着一个以小内腔圆为内圆的环形凹槽。

所述定位圈6的中心开有与小内腔圆对应的通孔且与环形凹槽同轴。

具体地，

把图2所示的薄壁金属管材放入由内补液增压式管材冲击液压成形装置中的定位圈6、模具5及容腔2形成的模具型腔中，往容腔2中注入部分液体，将阶梯轴式轴压头3装入容腔2中并密封好，往容腔2中注满液体后，将挤压杆1装入容腔2中并密封好，根据密封和成形所需要的压力分别设定溢流压力P₁和 P₂值；启动压力机，压力机滑块15推动挤压杆1高速下移，第一液压腔8中液压力急剧升高，推动轴压头3对管材进行密封；第一液压腔8中的液压力急速达到初始密封管端所需的液压力P₁后，第一通孔13处的溢流阀泄压，泄压后，挤压杆1高速推动轴压头3下移S，第二液压腔9中液压力急速升高，高压液体通过轴压头3的通孔注入到全封闭的管内，管材迅速胀形为模具型腔的形状，第二液压腔9中的液压力急速达到初始设置的最大液压力P₂后，第二通孔14处的溢流阀泄压，成形过程结束；容腔2与挤压杆1、轴压头3均显小间隙配合，阶梯轴式轴压头3的轴肩顶在管材4的端部，压力机滑块15推动挤压杆1高速下移到第一通孔13处的溢流阀泄压的过程为管材两端密封过程，当挤压杆1接触到轴压头3时，轴压头3开始对管材4施加轴向力F，进行轴向进给；管材4在轴向进给量S和最大液压力P₂的共同作用下，最终成形为模具型腔的形状。

这种冲击液压成形装置主要由挤压杆1、容腔2、轴压头3、模具5、定位圈6、密封柱7、Y型密封圈11和O型密封圈12组成，容腔2为圆柱形，体内垂直于轴向开设成上端部大、下端部小阶梯形内腔，并相互贯通，在其下端部的端平面上开着一个以小内腔圆为内圆的环形凹槽，在其环形凹槽下端开有设置O型密封圈12的第一凹槽，在其右端部分别开有与第一液压腔贯通的水平第一通孔13和与第二液压腔贯通的水平第二通孔14作为溢流口用于接溢流阀和压力表，以便通过改变溢流阀的溢流压力值控制管材胀形时的初始密封管端所需的液压力P₁和最大液压力P₂；在定位圈6的中心开有与小内腔圆对应的通孔且与环形凹槽同轴；在挤压杆1的下端部与容腔2同轴的开有设置Y型密封圈11的第二凹槽，挤压杆1在容腔2通入液体后设置在容腔2上端的开口中；轴压头3外状为T形状，在轴压头3的上部分与容腔2同轴的开有设置Y型密封圈11的第三凹槽，在轴压头3外形为阶梯轴状的下部分与容腔2同轴的开有T形状的通孔，轴压头3在容腔2通入液体后设置在容腔2下端的通孔中；Y型密封圈11分别置入挤压杆1的第二凹槽和轴压头3的第三凹槽中；O型密封圈12置入容腔2的第一凹槽中；密封柱7外状为T形状，其置放在定位圈6的通孔中。这样当把被加工管材4的两端分别通过O型密封圈12置入容腔2下端通孔中，和定位圈6与密封柱7之间形成的间隙中，比管材内径略小的轴压头3的小直径端插入管材一端，定位圈7插入管材的另一端，用于防止加轴向力时管端失稳起皱；O型密封圈12压紧在被加工的管材外壁上时为初始密封状态，随着轴压头3高速地往下推进，装置内液体压力急速增大，由于受到凹槽和模具5的约束，O型密封圈12先接触液体的方向受到高压液体挤压，使其变形加剧，从而实现性能更可靠的高压自形密封；Y型密封圈11压紧在容腔2内壁上时为初始密封状态,随着挤压杆1和轴压头3不断地往下推进，装置内液体压力不断增大，由于受到凹槽和容腔2的约束， Y型密封圈11先接触液体的方向受到高压液体挤压，使其变形加剧，从而实现性能更可靠的高压自形密封。

工作时，直接将管材4的两端分别通过O型密封圈12置入容腔2下端通孔中和定位圈6与密封柱7之间形成的间隙中，不安装轴压头3，挤压杆1在冲击载荷Q的作用下高速向下运动产生的高压液体直接注入管材内部，管材4在高压液体的作用可以实现自由胀形；当加轴压头3时，高压液体经轴压头3的T形通孔流向管材4内部，运动的挤压杆1接触到压头3时，开始给管材施加轴向力,管材在液压力P和轴向力F的共同作用下实现轴压胀形；把不同的成形模具5置入容腔2下部端平面和定位圈6上端平面之间时，采用自由胀形和轴压胀形均可实现各种异形截面中空件的成形。

实施例2：

参照图4，一种薄壁金属管材冲击液压成形装置，所述成形装置为卧式结构，所述的卧式结构分为左、右对称设置的装置左部和装置右部，所述装置左部包括

轴压头3和挤压杆1，所述轴压头3设置在容腔2内，轴压头3与挤压杆1之间的内腔为第一液压腔8，轴压头3与容腔2右部之间的内腔为第二液压腔9；

所述轴压头3外形为阶梯轴状的右部分与容腔2同轴的开有T形状的通孔，轴压头3的右部分在容腔2通入液体后处于容腔2右端的通孔中；

所述容腔2壁设有与第二液压腔9相贯通的第二通孔14，第二通孔14设有溢流阀和压力表；

所述挤压杆1的外端部为斜坡状，斜坡状的外端部配装有滑动配接的斜楔；

所述装置右部的结构与装置左部相同；

装置左部与装置右部分别设置在模具5的左、右两边，模具5的左部与所述装置左部的第二液压腔9相通，模具5的右部与所述装置右部的第二液压腔相通。

包括垫块18，所述模具5、装置左部和装置右部的容腔2设置在垫块18上。

所述挤压杆1的外端部的下部通过第一滑块17-1与垫块18滑动配接。

所述挤压杆1的斜坡状的外端部通过第二滑块17-2与斜楔16滑动配接。

具体地，

与实施例1的结构相比，将实施例1中的定位圈6和密封柱7卸掉，更换挤压杆1和模具5，在模具的另一端依次设置容腔2、轴压头3和挤压杆1。在垫块18两端分别设置滑块17，在滑块14上表面分别设置挤压杆1，挤压杆1斜表面分别设置滑块17，斜楔16设置在这两滑块17上表面。在图4中的由轴压头3、容腔2及模具组成的模腔中，重复实施例1中产生的液压力和轴向力的方法，即可完成采用本发明方法胀形薄壁金属管材、成型密封式的异性截面中空件。

通过设置斜楔滑块机构作用于装置左部、装置右部的挤压杆1的斜度，可实现等距进给或不等距进给：当两边斜度一样时，管材4两端的进给量是等距的；当两边斜度不一样时，管材4两端的进给量是不等距的，靠近斜度大的管材4那端的进给量小于靠近斜度小的管材4那端的进给量。

实施例3：

如图1所示，采用上述装置的薄壁金属管材冲击液压成形方法，包括薄壁金属管材冲击液压成形装置，所述方法包括如下步骤：

1)推动成形装置的挤压杆1高速向容腔2内移动，碰击第一液压腔8中的液体获得高压液体，该高压液体使轴压头3、密封柱7分别对管材4两端进行密封，或者是该高压液体使装置左部的轴压头、装置右部的轴压头分别对管材4两端进行密封；

2)挤压杆1高速推动轴压头3向容腔2内移动，挤压第二液压腔9中的液体获得高压液体，该高压液体通过轴压头3的通孔注入到管材4内，使管材4获得胀形所需液压力，轴压头3移动使第二液压腔9内液体体积的变化大于管材塑性变形后内腔容积的变化；

3)挤压杆1推动到轴压头3时，给管材4端部获得成形所需的轴压力，在轴向进给量和最大液压力的共同作用下，管材4快速充满模腔，得到成形的金属管材。

步骤1）中，当第一液压腔8中的液压力达到初始密封管端所需的液压力时，第一通孔13处的溢流阀泄压。

步骤3）中，当第二液压腔9中的液压力达到胀形时最大液压力时，第二通孔14处的溢流阀泄压。

上述方法中，挤压杆1由冲床的压力机推动。

本方法利用压力机滑块高速运动，碰击液压腔内的液体，使液体压力急速增大，作用于管材内部；高压液体通过轴压头3的通孔注入到全闭封的管材4内，使成形管材获得胀形所需的液压力；本发明中，轴压头3移动使第二液压腔9内液体体积的变化应大于管材塑性变形后内腔容积的变化（即通过设置溢流阀压力值，可以调节与控制成形过程中的最大液压力），多余的液体从第二通孔14溢出，从而保证管材4受到的最大液压力是所设定的值。安装在管材4上端部的轴压头3被挤压杆1高速推动时，管材端部获得成形所需的轴压力。在轴向力和最大液压力的共同作用下，管材4快速充满模腔，快速成形。

本方法在压力机一次高速行程中，获得高压液体及轴向进给量，管材在高压液体及轴向进给力的作用下成形，不需要外部高压供给系统。

轴向进给量和管材内部液压力大小可以自由调节，即实现P-S（F）的合理匹配。

Claims

1.一种薄壁金属管材冲击液压成形装置，其特征在于，所述成形装置为立式结构，包括

第二液压腔与模具的成形模腔相通；

2.根据权利要求1所述的薄壁金属管材冲击液压成形装置，其特征在于，所述容腔为圆柱形，容腔体内垂直于轴向开设成上端部大、下端部小阶梯形内腔，并相互贯通，在其下端部的端平面上开着一个以小内腔圆为内圆的环形凹槽。

3.根据权利要求1所述的薄壁金属管材冲击液压成形装置，其特征在于，所述定位圈的中心开有与小内腔圆对应的通孔且与环形凹槽同轴。

4.一种薄壁金属管材冲击液压成形装置，其特征在于，所述成形装置为卧式结构，所述的卧式结构分为左、右对称设置的装置左部和装置右部，所述装置左部包括

所述装置右部的结构与装置左部相同；

5.根据权利要求4所述的薄壁金属管材冲击液压成形装置，其特征在于，包括垫块，所述模具、装置左部和装置右部的容腔设置在垫块上。

6.根据权利要求4所述的薄壁金属管材冲击液压成形装置，其特征在于，所述挤压杆的斜坡状的外端部通过第二滑块与斜楔滑动配接。

7.根据权利要求4所述的薄壁金属管材冲击液压成形装置，其特征在于，所述装置左部与装置右部的挤压杆外端部的斜度相同或不同。

8.一种薄壁金属管材冲击液压成形方法，其特征在于，包括薄壁金属管材冲击液压成形装置，所述方法包括如下步骤：

1)推动成形装置的挤压杆高速向容腔内移动，碰击第一液压腔中的液体获得高压液体，该高压液体使轴压头、密封柱分别对管材两端进行密封，或者是该高压液体使装置左部的轴压头、装置右部的轴压头分别对管材两端进行密封；

2)挤压杆高速推动轴压头向容腔内移动，挤压第二液压腔中的液体获得高压液体，该高压液体通过轴压头的通孔注入到管材内，使管材获得胀形所需液压力，轴压头移动使第二液压腔内液体体积的变化大于管材塑性变形后内腔容积的变化；

3)挤压杆推动到轴压头时，给管材端部获得成形所需的轴压力，在轴向进给量和最大液压力的共同作用下，管材快速充满模腔，得到成形的金属管材。

9.根据权利要求8所述的薄壁金属管材冲击液压成形方法，其特征在于，步骤1）中，当第一液压腔中的液压力达到初始密封管端所需的液压力时，第一通孔处的溢流阀泄压。

10.根据权利要求8所述的薄壁金属管材冲击液压成形方法，其特征在于，步骤3）中，当第二液压腔中的液压力达到胀形时最大液压力时，第二通孔处的溢流阀泄压。