CN107511419A - 一种超高压液压缩环强化装置 - Google Patents

Abstract

一种超高压液压缩环强化装置，属于环状工件液压缩径技术领域，解决大型厚壁筒件采用胀形或扩孔工艺缩径易开裂的技术问题，解决方案为：液压工作台上方安装中空的筒腔模具，筒腔模具内设有成型腔，成型腔底部设有密封下模，成型腔顶部设有密封上模，密封上模与密封下模相对面的心部对称设有凹面，凹面与密封上模或密封下模的边缘均通过锥面过渡连接，护环坯料两端面分别与对应的锥面贴合；护环坯料的外侧壁与筒腔模具的内侧壁之间设有超高压型腔，贯穿筒腔模具侧壁的下部设有超高压液体通道，超高压液体通道的外侧与超高压系统连通，超高压液体通道的内侧与超高压型腔连通。本发明能够成形出较大尺寸的护环件，同时使护环强度提高40%以上。

Description

一种超高压液压缩环强化装置

技术领域

本发明属于环状工件液压缩径技术领域，具体涉及一种适用于发电机护环的超高压液压缩环强化装置。

背景技术

护环工况环境特殊、服役条件严刻，这就为护环的服役寿命、安全可靠性以及制造的技术经济指标提出了更高的要求，对材料品质、工艺技术、技术成本提出了更高的目标。当前国内外对变形强化这个重要环节依然沿用传统液压胀形和机械扩孔的强化工艺使材料强度大幅度提高。然而上述强化工艺，存在加载路径单一、变形不均匀等缺陷，另外，因为单一拉应力的作用会使材料内部微缺陷扩展甚至报废，而配合采用缩径工艺对护环冷变形强化时，坯料受三向压应力的作用，可以有效地避免材料内部缺陷的产生。

目前，针对环状工件的缩径工艺较多。常见的缩径工艺有：挤压缩径技术、粘性介质与固体颗粒物质外压缩径、电磁缩径技术及旋压缩径技术等等。而针对上述工艺所发明的设备装置更是层出不穷。例如在挤压缩径工艺方面，CN201389572公开了“圆管冷挤压缩径装置”。该装置包括工作台、油缸、模具。所述模具与油缸同轴线地分别固定连接在工作台的上、下平面。模具包括模瓣、 模套及法兰。该装置适用于圆管端头或圆管中段的冷挤压缩径。针对粘性介质与固体颗粒物质外压缩径工艺，CN102554023A公开了“一种管材局部缩径的方法”。它是将待成形管材内部装入芯杆，该芯杆沿轴向或径向分成多瓣，将上述装配好芯杆的管材放入固定模块的成形孔中，向由固定模块、压头所构成的料腔中装入固体颗粒介质，管材两端施加合适轴向力，同时压头下压，压缩固体颗粒介质，使管材实现径向变形，管材逐渐缩径并向芯杆贴拢，直至管材与芯杆紧密贴合后成形结束；压头回程，将成形后的工件从固定模块的成形孔中抽出，然后从管材两端分别取出芯杆，得到加工好的管材。在电磁缩径方面，CN105013960A公开了“基于比特线圈的管材磁脉缩径成形装置与方法”，该装置和方法采用电磁缩径技术对管材进行缩径成形。而在旋压缩径方面，CN102601199A公开了“一种固定芯模式薄壁管精密旋压缩径装置”。该装置是一种固定芯模式薄壁管精密旋压缩径新装置，包括定位夹紧部分、管坯、旋压缩径成形及芯模整形部分。它可装在普通车床或专用旋压机完成薄壁管精密旋压缩径成形，主要适于中小批量生产的场合。

然而，上述这些缩径工艺由于缩径方法常常被用来进行管材或者薄壁小尺寸零件的缩径成形。如旋压缩径所成形零件的壁厚大约在0.5~30mm之间，设备装置所提供的成形力较小。而护环坯料的壁厚通常在100mm以上，护环进行缩径成形时，外部所施加的载荷也会非常大。因此，采用电磁缩径、旋压缩径以及挤压缩径等设备装置无法进行护环毛坯的缩径成形。采用液压缩径成形护环毛坯，液体所施加的外力是均匀的，并且可以很好得适应由于毛坯缩径而产生的几何形状变化，便于成形压力的加载与控制。对比其他的缩径工艺，此方法能够在毛坯的外表面施加足够大的载荷，液压缩径也就可以成形出较大尺寸零件。因此需要一种超高压液压缩环强化装置来实现护环毛坯液压缩径工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，解决现有技术中大型厚壁筒件采用胀形或扩孔工艺缩径易开裂的技术问题，实现以液压为外载荷对大型厚壁环件均匀缩径的目的，填补中大型厚壁筒件采用液压缩径装置成形的空白，本发明提供一种超高压液压缩环强化装置，

本发明通过以下技术方案予以实现。

一种超高压液压缩环强化装置，它包括液压工作台与超高压系统，其中：所述液压工作台上方安装有中空的筒腔模具，筒腔模具内设置有成型腔，所述成型腔底部设置有密封下模，成型腔顶部设置有密封上模，密封上模的上表面与液压机滑块的下表面固定连接，所述筒腔模具、密封上模与密封下模同轴设置；密封上模与密封下模相对面的心部对称设置有凹面，凹面与密封上模的边缘以及凹面与密封下模的边缘均通过锥面过渡连接；护环坯料与筒腔模具同轴设置，并且护环坯料上端面的外缘与对应的密封上模的锥面贴合，护环坯料下端面的外缘与对应的密封下模的锥面贴合；护环坯料的外侧壁与筒腔模具的内侧壁之间设置有超高压型腔，贯穿筒腔模具侧壁的下部设置有超高压液体通道，超高压液体通道的外侧与超高压系统连通，超高压液体通道的内侧与超高压型腔连通。

进一步地，所述密封上模的外侧壁与筒腔模具内侧壁的接触面上设置有密封圈，所述密封下模的外侧壁与筒腔模具内侧壁的接触面上亦设置有密封圈。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明提供的一种超高压液压缩环强化装置：

1、能够在毛坯的外表面施加足够大的载荷，可以使护环发生缩径变形，成形出较大尺寸的零件，同时能够起到冷变形强化作用；

2、由于液体所施加的外力是均匀的，所以可以很好得适应由于毛坯缩径而产生的几何形状变化，便于成形压力的加载与控制。并且因为采用了三向压应力成形，解决了胀形变形易胀裂的缺点，能够使护环强度提高40%以上，同时也能够减小或压实材料内部微裂纹等缺陷。

附图说明

图1为本发明整体结构剖视示意图。

图中，1为液压机滑块，2为密封圈，3为密封上模，4为超高压液体通道，5为超高压系统，6为液压工作台，7为筒腔模具，8为超高压型腔，9为护环毛坯，10为密封下模，11为成型腔；图中K表示施加压力。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细说明：本实施例是以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下面的实施例。

如图1所示，一种超高压液压缩环强化装置，它包括液压工作台6与超高压系统5，其中：所述液压工作台6上方安装有中空的筒腔模具7，筒腔模具7内设置有成型腔，所述成型腔底部设置有密封下模10，成型腔顶部设置有密封上模3，密封上模3的上表面与液压机滑块1的下表面固定连接，所述筒腔模具7、密封上模3与密封下模10同轴设置；密封上模3与密封下模10相对面的心部对称设置有凹面，凹面与密封上模3的边缘以及凹面与密封下模10的边缘均通过锥面过渡连接；护环坯料9与筒腔模具7同轴设置，并且护环坯料9上端面的外缘与对应的密封上模3的锥面贴合，护环坯料9下端面的外缘与对应的密封下模10的锥面贴合；护环坯料9的外侧壁与筒腔模具7的内侧壁之间设置有超高压型腔8，贯穿筒腔模具7侧壁的下部设置有超高压液体通道4，超高压液体通道4的外侧与超高压系统5连通，超高压液体通道4的内侧与超高压型腔8连通。

进一步地，所述密封上模3的外侧壁与筒腔模具7内侧壁的接触面上设置有密封圈2，所述密封下模10的外侧壁与筒腔模具7内侧壁的接触面上亦设置有密封圈2。

本发明的使用过程如下：

以成型外径D为：900 mm、内径d为700 mm、高度H为800 mm的护环毛坯为例。护环毛坯材料为锻态Mn18Cr18N钢，初始屈服强度为604 MPa。

首先，将筒腔模具7吊装于液压机液压工作台6之上；

其次，将密封下模10、护环毛坯9、密封上模3依次放置于筒腔模具7的成型腔内部，完成对模。在放置的过程中，要不断地调整护环毛坯9的位置，尽量确保护环毛坯9轴线与筒腔模具7的轴线重合；

再次，启动液压机，液压机滑块1下行对模具进行合模操作，使得护环毛坯9与密封上模3、密封下模10的端口密切接触，从而确保上下两个模具锥面与护环毛坯9之间形成一个密闭的超高压型腔8；

最后，启动超高压系统5，超高压液体通过超高压通道4进入封闭的超高压型腔8，直到高压液体注满超高压型腔8；向超高压型腔8中继续注入液体。整个缩径过程通过采用位移传感器对护环变形实时尺寸进行数据采集。在超高压系统5的持续高压作用下，超高压型腔8内的液体压力会持续的增大，当压强达到142.8 MPa时，护环毛坯9进入完全塑性变形状态；继续增大液体压力，护环毛坯9开始均匀缩径；当液压到达306 MPa时，护环尺寸为D739.1 mm×d543.4 mm×H908.7 mm，达到预设尺寸要求，停止加压，关闭超高压系统5，卸载液压机的载荷，将变形护环毛坯9从筒腔模具7中取出，整个缩形过程结束。

在此实施例中，护环毛坯外径由900mm缩径至739.1 mm，外径缩小160.9了mm，缩比为17.88%；内径由700mm缩径至543.4 mm，缩小了156.6 mm，缩比为22.37%；而高度由800mm增至908.7 mm，升高了108.7 mm。将液压缩径后的护环毛坯进行解剖取样，测得护环毛坯中径处的屈服强度为1042.3 MPa。初始屈服强度提高了438.3 MPa。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种超高压液压缩环强化装置，它包括液压工作台（6）与超高压系统（5），其特征在于：所述液压工作台（6）上方安装有中空的筒腔模具（7），筒腔模具（7）内设置有成型腔，所述成型腔底部设置有密封下模（10），成型腔顶部设置有密封上模（3），密封上模（3）的上表面与液压机滑块（1）的下表面固定连接，所述筒腔模具（7）、密封上模（3）与密封下模（10）同轴设置；密封上模（3）与密封下模（10）相对面的心部对称设置有凹面，凹面与密封上模（3）的边缘以及凹面与密封下模（10）的边缘均通过锥面过渡连接；护环坯料（9）与筒腔模具（7）同轴设置，并且护环坯料（9）上端面的外缘与对应的密封上模（3）的锥面贴合，护环坯料（9）下端面的外缘与对应的密封下模（10）的锥面贴合；护环坯料（9）的外侧壁与筒腔模具（7）的内侧壁之间设置有超高压型腔（8），贯穿筒腔模具（7）侧壁的下部设置有超高压液体通道（4），超高压液体通道（4）的外侧与超高压系统（5）连通，超高压液体通道（4）的内侧与超高压型腔（8）连通。

2.根据权利要求1所述的一种超高压液压缩环强化装置，其特征在于：所述密封上模（3）的外侧壁与筒腔模具（7）内侧壁的接触面上设置有密封圈（2），所述密封下模（10）的外侧壁与筒腔模具（7）内侧壁的接触面上亦设置有密封圈（2）。