CN106270096B - 可轴向补料的微型管件液压成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可轴向补料的微型管件液压成型装置，该装置包括两个完全相同的液压成型子装置，微型管件液压成型时，所述两个液压成型子装置位于微型管件两端。所述液压成型子装置包括模具、轴向补料系统和供油系统。轴向补料系统和供油系统均通过PLC触摸屏一体机进行精确控制，以保证成型过程中轴向补料量和压力加载曲线可变、可控，为寻找最佳成型条件的提供可能。本发明公开的微型管件液压成型装置可以进行轴向补料，并对补料量进行精准控制。该发明优点如下：模具结构简单、安装方便；针对外径0.9‑2mm的微型管件只要跟换适当零件就都可以进行液压成型；液压成型过程中，可对微型管件进行轴向补料。

Description

可轴向补料的微型管件液压成型装置

技术领域

本发明属于液压成型技术，具体涉及一种可轴向补料的微型管件液压成型装置，特别针对外径为0.9-2mm的微型管件。

背景技术

管件液压成型技术是用管坯作为原材，通过对管腔内施加液体压力及在轴向施加载荷使其在给定模具型腔内发生塑性变形，管壁与模具内表面贴合，从而得到所需形状零件的成型技术。目前，管件液压成型主要应用于汽车框架和底盘零件的制造、大型船舶、航空航天工业。然而，随着科学技术的发展，电子、医疗、微器械等行业对微型空心管件的需求量日益增强，迫切需要一个能大批量制造微型管件的加工技术，微型管件液压成型正是在这种需求背景下发展起来的一种微型空心管件规模化生产技术。该技术采用高压液体使金属毛细管塑性变形的方式成型出截面形状复杂的微型管件，例如植入式微型给药管、微型针管、微型马达轴等微型零件的成型都可以由该技术实现，该技术成形出来的微型管件在电子、医疗、微器械等行业应用前景良好。但是，管件微型化使成形工艺系统的各个方面，如微型管件材料成形性能、成型工艺、摩擦等都存在尺度效应的问题，因此在传统微型管件液压成型的过程中，微型管件成形性能并不是很好。

Wagner S W, Ng K, Emblom W J等人在Influence of continuous directcurrent on the micro tube hydroforming process中提出了电辅助制造EAM的概念，他们的方法是在微型管件液压成型的过程中，对微型管进行通电。在保证微型管的强度和韧性的前提条件下，通过电能来降低微型管所需要的变形能，进而提高微型管的成型能力。然而该装置复杂，操作起来不方便，并且在加工的过程中引入了电流，有一定的安全隐患。另外，对于毫米级的微型管而言，由于尺寸微小，装夹起来也十分不方便。Hartl C，AnyasodorG等人在Formability of Micro-Tubes in Hydroforming指出，在微型管的两端各塞入一个尖嘴中空的塞子，使其胀大，然后通过塞子与模具之间的挤压来使其固定。但这一工艺过程有这样的问题，它破坏了微型管的原来的形状，且不能够实现轴向补料。JamesBallanfonte Lowrie 及其团队设计了一套可轴向补料的微管液压成型装置，但是要用到压机来达到合模密封要求，成型设备体积较大，且轴向补料采用凸轮机构手动控制，无法精确调节补料量和补料速度；Yoshihiro Amikura等人在fracture evaluation of A 1070Aluminum Micro-tubes Using Bulge Forming指出，用一块板挤压O型密封圈的方式对微型管进行密封。这种密封方式有很好的密封效果，但是要密封350MPa的特种高压还是不可靠的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可轴向补料的微型管件液压成型装置，解决了微型管件液压成型的高压密封及轴向补料问题，能有效地改善微型管件的塑性成形能力。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种可轴向补料的微型管件液压成型装置，包括两个完全相同的液压成型子装置，所述两个液压成型子装置分别与微型管件的两端连接。

所述液压成型子装置包括模具、轴向补料系统和供油系统，供油系统、轴向补料系统分别与模具连接，供油系统与轴向补料系统连接。

所述模具包括推杆、后盖、后螺母、第一镶块、连接块、过渡接头、第二镶块和前螺母，连接块包括一个变直径的第一通孔，以及与第一通孔垂直的第二通孔，第一通孔两端分别设有凹槽，后螺母设置在第一通孔一端的凹槽中，前螺母设置在第一通孔另一端的凹槽中，后螺母与第一通孔之间设有第一镶块，后螺母的螺帽与后盖固连；第二镶块一端设有凸起，另一端嵌入前螺母中，第二镶块的凸起与第一通孔连接；过渡接头为一端设有凸起的圆柱体，柱身上设有一个垂直与圆柱体轴线的第三通孔，还设有与第三通孔垂直的第四通孔，第四通孔一端与第三通孔连通，另一端穿过圆柱体不设有凸起的端面，冲头一端固定在第四通孔内，另一端穿过第二镶块的中心，与微型管件相连；推杆包括杆身和杆头，杆头端面中心设有凹槽，过渡接头的凸起与推杆杆头端面的凹槽固连，杆头直径大于杆身直径，杆身依次穿过第一通孔、第一镶块、后螺母和后盖中心，第一通孔设有台阶面，防止杆头从第一通孔中脱离，第二通孔的轴线位于台阶面与第二镶块凸起端面之间。

所述轴向补料系统包括依次连接的PLC触摸屏一体机、驱动器、步进电机、减速机和丝杠螺母，PLC触摸屏一体机通过发出一定频率的脉冲信号给驱动器，驱动器将脉冲信号放大，再传给步进电机，经过减速机减速，最后带动丝杠螺母的丝杠螺母副运动，从而实现转动转变为直线运动，丝杠螺母的螺母与模具中的推杆杆身尾部固连，从而实现轴向补料，PLC触摸屏一体机与供油系统连接。

所述供油系统包括液压站、增压器、单向阀和高压油管，液压站与增压器相连，增压器的高压腔与单向阀相连，单向阀再与高压油管相连，高压油管另一端通过快接接头与模具中第二通孔连接，液压站与轴向补料系统的PLC触摸屏一体机连接，通过PLC触摸屏一体机控制液压站的输出压力。

所述推杆、第一镶块和连接块之间设有斯特封；推杆、第一镶块和后螺母之间设有斯特封。

所述第一镶块和连接块的凹槽之间设有密封圈；后螺母和第一镶块之间设有密封圈。

所述推杆、后盖和后螺母之间设有密封圈。

所述第二镶块、前螺母和微型管件之间设有密封圈。

所述第二镶块、前螺母之间设有密封圈；第二镶块和连接块的凹槽之间设有密封圈。

所述冲头为管状冲头。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

1、通过改变过渡接头、第二镶块和前螺母的中心孔尺寸，可以实现外径0.9-2mm微型管件的液压成型。

2、在向管件内部通入高压液体的过程中，能够对微型管件两端施加轴向力，进行轴向补料。

3、在第一镶块4和第二镶块7的两个端面上各安装一个O型密封圈，密封性能大大提高，能对压强高达350MPa的高压液体进行密封。斯特封的使用解决了往复运动的动密封问题。

4、本发明提出的可轴向补料的微型管件液压成型装置的轴向补料系统包括PLC触摸屏一体机、驱动器、步进电机、减速机和丝杠螺母，步进电机精确按照脉冲信号工作，从而实现对补料量精准控制。

5、本发明提出的可轴向补料的微型管件液压成型装置的供油系统采用PLC触摸屏一体机对供油过程进行控制，与传统的手动操作控制相比，PLC控制更加精准、可靠，响应速度更快。并且，该可轴向补料的微型管件液压成型装置采用高压传感器来测量高压油管内的压力、力传感器来测轴向推力，比传统的读数式仪表的测量精度更高，更准确。

附图说明

图1是本发明提出的可轴向补料的微型管件液压成型装置的工作原理示意图。

图2是根据本发明提出的可轴向补料的微型管件液压成型模具的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，一种可轴向补料的微型管件液压成型装置，包括两个完全相同的液压成型子装置25，两个液压成型子装置25分别与微型管件的两端连接。

所述液压成型子装置25包括模具、轴向补料系统和供油系统，供油系统、轴向补料系统分别与模具连接，供油系统与轴向补料系统连接。

结合图2，所述模具包括推杆1、后盖2、后螺母3、第一镶块4、连接块5、过渡接头6、第二镶块7和前螺母8，连接块5包括一个变直径的第一通孔11，以及与第一通孔11垂直的第二通孔9，第一通孔11两端分别设有凹槽，后螺母3设置在第一通孔11一端的凹槽中，前螺母8设置在第一通孔11另一端的凹槽中，后螺母3与第一通孔11之间设有第一镶块4，后螺母3的螺帽与后盖2固连。第二镶块7一端设有凸起，另一端嵌入前螺母8中，第二镶块7的凸起与第一通孔11连接。过渡接头6为一端设有凸起的圆柱体，柱身上设有一个垂直与圆柱体轴线的第三通孔10，还设有与第三通孔10垂直的变直径第四通孔，第四通孔直径小的一端与第三通孔10连通，直径大的一端穿过圆柱体不设有凸起的端面，管状冲头12一端设置在第四通孔内，止于第四通孔变截面的台阶面14，另一端穿过第二镶块7的中心，与微型管件相连。推杆1包括杆身和杆头，杆头端面中心设有凹槽，过渡接头6的凸起与推杆1杆头端面的凹槽固连，杆头直径大于杆身直径，杆身依次穿过第一通孔11、第一镶块4、后螺母3和后盖2中心，第一通孔11设有台阶面13，防止杆头从第一通孔11中脱离，第二通孔9的轴线位于台阶面13与第二镶块7凸起端面之间。高压油管通过快接接头与第二通孔9连接。推杆1杆身尾部与轴向补料系统中螺母连接。

图2中黑色部分代表密封件微型管件15除外，所述推杆1、第一镶块4和连接块5之间设有斯特封；推杆1、第一镶块4和后螺母3之间设有斯特封；斯特封的作用在于形成动密封。推杆1、后盖2和后螺母3之间设有YXd轴用密封圈，形成动密封。后螺母3和第一镶块4的接触面之间用O型密封圈形成静密封。第一镶块4和连接块5的凹槽的接触面之间用O型密封圈形成静密封。连接块5的凹槽和第二镶块7之间的接触面用O型密封圈形成静密封。第二镶块7和前螺母8接触面之间用O型密封圈形成静密封。微型管件、第二镶块7和前螺母8之间用O型密封圈形成动密封。

轴向补料系统包括依次连接的PLC触摸屏一体机16、驱动器17、步进电机18、减速机19、丝杠螺母20，PLC触摸屏一体机16通过发出一定频率的脉冲信号给驱动器17，驱动器17将脉冲信号放大，再传给步进电机18，经过减速机19减速，最后带动丝杠螺母20的丝杠螺母副运动，从而实现转动转变为直线运动，丝杠螺母20的螺母与模具中的推杆1杆身尾部固连，从而实现轴向补料，PLC触摸屏一体机16与供油系统连接。

供油系统包括液压站23、增压器22、单向阀21和高压油管，液压站23通过油管与增压器22相连，液压站23输出液压油的压力通过其溢流阀来控制，再由增压器22使得压力增加到7倍，增压器22的高压腔与单向阀21相连，单向阀21作用是保压。单向阀21的出口与高压油管相连，高压油管的另一端通过快接接头与模具中第二通孔9连接，溢流阀与轴向补料系统的PLC触摸屏一体机16连接，通过PLC触摸屏一体机16控制溢流阀的阀口压力。

实施例1

以加工外径为2mm的微型管件为例。所采用的微型管件材料304不锈钢，管件尺寸外径2mm，壁厚0.3mm。

一种可轴向补料的微型管件液压成型装置，包括两个完全相同的液压成型子装置25，两个液压成型子装置25分别位于微型管件的两端。

所述液压成型子装置25包括模具、轴向补料系统和供油系统，供油系统、轴向补料系统分别与模具连接，供油系统与轴向补料系统连接。

其中就模具而言，连接块5体积为100*100*50mm，整个模具长度方向为140mm,满足微成形模具微型化的要求。

模具包括推杆1、后盖2、后螺母3、第一镶块4、连接块5、过渡接头6、第二镶块7和前螺母8，连接块5包括一个变直径的第一通孔11，以及与第一通孔11垂直的第二通孔9，第一通孔11两端分别设有凹槽，后螺母3与第一通孔11一端的凹槽通过螺纹连接，前螺母8与第一通孔11另一端的凹槽通过螺纹连接，后螺母3与第一通孔11之间设有第一镶块4，后螺母3的螺帽与后盖2通过三个对称分布的螺钉连接。第二镶块7一端设有凸起，第二镶块7嵌入前螺母8中，第二镶块7的凸起与第一通孔11间隙配合。过渡接头6为一端设有凸起的圆柱体，柱身上设有一个垂直与圆柱体轴线的第三通孔10，还设有与第三通孔10垂直的变直径第四通孔，第四通孔直径小的一端与第三通孔10连通，直径大的一端穿过圆柱体不设有凸起的端面，管状冲头12一端设置在第四通孔内，止于第四通孔变截面的台阶面14，另一端穿过第二镶块7的中心，与微型管件端面相接触。推杆1包括杆身和杆头，杆头端面中心设有凹槽，过渡接头6的凸起与推杆1杆头端面的凹槽通过内外螺纹连接，杆头直径大于杆身直径，杆身依次穿过第一通孔11、第一镶块4、后螺母3和后盖2中心，第一通孔11设有台阶面13，防止杆头从第一通孔11中脱离，第二通孔9的轴线位于台阶面13与第二镶块7凸起端面之间。高压油管通过快接接头与第二通孔9连接。推杆1杆身尾部与轴向补料系统中丝杠螺母中螺母的法兰通过螺钉连接。

图2中黑色部分代表密封件微型管件15除外，所述推杆1、第一镶块4和连接块5之间设有斯特封；推杆1、第一镶块4和后螺母3之间设有斯特封；斯特封的作用在于形成动密封。推杆1、后盖2和后螺母3之间设有YXd轴用密封圈，形成动密封。后螺母3和第一镶块4的接触面之间用O型密封圈形成静密封。第一镶块4和连接块5的凹槽的接触面之间用O型密封圈形成静密封。连接块5的凹槽和第二镶块7之间的接触面用O型密封圈形成静密封。第二镶块7和前螺母8接触面之间用O型密封圈形成静密封。微型管件、第二镶块7和前螺母8之间用O型密封圈形成动密封。

轴向补料系统包括依次连接的PLC触摸屏一体机16、驱动器17、步进电机18、减速机19、丝杠螺母20，PLC触摸屏一体机16通过发出一定频率的脉冲信号给驱动器17，驱动器17将脉冲信号放大，再传给步进电机18，经过减速机19减速，最后带动丝杠螺母20的丝杠螺母副运动，从而实现转动转变为直线运动，实现对补料量精准控制。丝杠螺母20的螺母与模具中的推杆1杆身尾部固连，从而实现轴向补料，PLC触摸屏一体机16与供油系统连接。

供油系统包括液压站23、增压器22、单向阀21和高压油管，液压站23通过油管与增压器22相连，液压站23输出液压油的压力通过其溢流阀来控制，再由增压器22使得压力增加到7倍，增压器22的高压腔与单向阀21相连，单向阀21作用是保压。单向阀21的出口与高压油管相连，高压油管的另一端通过快接接头与模具中第二通孔9连接，溢流阀与轴向补料系统的PLC触摸屏一体机16连接，通过PLC触摸屏一体机16控制溢流阀的阀口压力。

工作流程如下：

第一步供油系统通过连接块5上的第二通孔9给微型管件初步供油，使微型管件内部压力维持在5Mpa，表示液压油已经充满微型管件内腔，然后供油系统和轴向补料系统同时工作，即供油系统以某一加载曲线进行供油，同时轴向补料系统通过PLC触摸屏一体机16给出脉冲频率和脉冲数来控制步进电机18，带动丝杠螺母20的丝杠螺母副运动，进而控制推杆1的轴向运动，控制补料量。

由于在工作过程中存在往复运动，故在整个装置的设计过程中，综合考虑了动静密封的问题，通过挤压O型密封圈可以达到静密封350Mpa；而推杆1由于需要往复运动，就采用两道斯特封来密封，密封也能达到350Mpa。

采用这种可轴向补料的微型管件液压成型装置能显著的提高微型管的塑性成型能力，与传统的不带轴向补料的液压成型工艺相比，微型管的成形能力能提高15%左右。

本发明通过改变过渡接头6、第二镶块7和前螺母8的中心孔尺寸，可以实现外径0.9-2mm微型管件的液压成型。本发明提出的可轴向补料的微型管件液压成型装置的供油系统采用PLC触摸屏一体机对供油过程进行控制，与传统的手动操作控制相比，PLC控制更加精准、可靠，响应速度更快。并且，该可轴向补料的微型管件液压成型装置采用高压传感器来测量高压油管内的压力、力传感器来测轴向推力，比传统的读数式仪表的测量精度更高，更准确。

Claims (9)

1.一种可轴向补料的微型管件液压成型装置，其特征在于：包括两个完全相同的液压成型子装置（25），所述两个液压成型子装置（25）分别与微型管件的两端连接；

所述液压成型子装置（25）包括模具、轴向补料系统和供油系统，供油系统、轴向补料系统分别与模具连接，供油系统与轴向补料系统连接；

所述模具包括推杆（1）、后盖（2）、后螺母（3）、第一镶块（4）、连接块（5）、过渡接头（6）、第二镶块（7）和前螺母（8），连接块（5）包括一个变直径的第一通孔（11），以及与第一通孔（11）垂直的第二通孔（9），第一通孔（11）两端分别设有凹槽，后螺母（3）设置在第一通孔（11）一端的凹槽中，前螺母（8）设置在第一通孔（11）另一端的凹槽中，后螺母（3）与第一通孔（11）之间设有第一镶块（4），后螺母（3）的螺帽与后盖（2）固连；第二镶块（7）一端设有凸起，另一端嵌入前螺母（8）中，第二镶块（7）的凸起与第一通孔（11）连接；过渡接头（6）为一端设有凸起的圆柱体，柱身上设有一个垂直于圆柱体轴线的第三通孔（10），还设有与第三通孔（10）垂直的第四通孔，第四通孔一端与第三通孔（10）连通，另一端穿过圆柱体不设有凸起的端面，冲头（12）一端固定在第四通孔内，另一端穿过第二镶块（7）的中心，与微型管件相连；推杆（1）包括杆身和杆头，杆头端面中心设有凹槽，过渡接头（6）的凸起与推杆（1）杆头端面的凹槽固连，杆头直径大于杆身直径，杆身依次穿过第一通孔（11）、第一镶块（4）、后螺母（3）和后盖（2）中心，第一通孔（11）设有台阶面（13），防止杆头从第一通孔（11）中脱离，第二通孔（9）的轴线位于台阶面（13）与第二镶块（7）凸起端面之间。

2.根据权利要求1所述的可轴向补料的微型管件液压成型装置，其特征在于：所述轴向补料系统包括依次连接的PLC触摸屏一体机（16）、驱动器（17）、步进电机（18）、减速机（19）和丝杠螺母（20），PLC触摸屏一体机（16）通过发出一定频率的脉冲信号给驱动器（17），驱动器（17）将脉冲信号放大，再传给步进电机（18），经过减速机（19）减速，最后带动丝杠螺母（20）的丝杠螺母副运动，从而实现转动转变为直线运动，丝杠螺母（20）的螺母与模具中的推杆（1）杆身尾部固连，从而实现轴向补料，PLC触摸屏一体机（16）与供油系统连接。

3.根据权利要求2所述的可轴向补料的微型管件液压成型装置，其特征在于：所述供油系统包括液压站（23）、增压器（22）、单向阀（21）和高压油管，液压站（23）与增压器（22）相连，增压器（22）的高压腔与单向阀（21）相连，单向阀（21）再与高压油管相连，高压油管另一端通过快接接头与模具中第二通孔（9）连接，液压站（23）与轴向补料系统的PLC触摸屏一体机（16）连接，通过PLC触摸屏一体机（16）控制液压站（23）的输出压力。

4.根据权利要求1所述的可轴向补料的微型管件液压成型装置，其特征在于：所述推杆（1）、第一镶块（4）和连接块（5）之间设有斯特封；推杆（1）、第一镶块（4）和后螺母（3）之间设有斯特封。

5.根据权利要求1所述的可轴向补料的微型管件液压成型装置，其特征在于：所述第一镶块（4）和连接块（5）的凹槽之间设有密封圈；后螺母（3）和第一镶块（4）之间设有密封圈。

6.根据权利要求1所述的可轴向补料的微型管件液压成型装置，其特征在于：所述推杆（1）、后盖（2）和后螺母（3）之间设有密封圈。

7.根据权利要求1所述的可轴向补料的微型管件液压成型装置，其特征在于：所述第二镶块（7）、前螺母（8）和微型管件（15）之间设有密封圈。

8.根据权利要求1所述的可轴向补料的微型管件液压成型装置，其特征在于：所述第二镶块（7）、前螺母（8）之间设有密封圈；第二镶块（7）和连接块（5）的凹槽之间设有密封圈。

9.根据权利要求1所述的可轴向补料的微型管件液压成型装置，其特征在于：所述冲头（12）为管状冲头。