CN107520311B - 金属薄壁复合管冲击液压胀形装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属薄壁复合管冲击液压胀形装置及其方法，涉及金属管液压胀形技术领域，针对现有技术1、丝杆结构复杂，需要设置螺纹、轴承支撑台阶等，左、右丝杆还需要旋向相反的螺纹并用螺纹套筒连接，不仅提高了加工成本也提高了装配成本；2、需要在滑座设置燕尾槽以及安装水平滑块，进一步增加了加工成本以及维护成本；3、操作复杂等技术问题，采用市场上成熟的丝杆升降机作为进给单元，减少了大量的设计、制作、装配成本，采用注液器对复合管内的压力进行自动调整，减少了需要人工补液的步骤，大幅度降低的装置的设计、生产制造及使用成本，本发明提供的利用上述的金属薄壁复合管冲击液压胀形的方法步骤简单，效率高，便于操作和掌握。

Description

金属薄壁复合管冲击液压胀形装置及其方法

技术领域

本发明涉及金属管液压胀形技术领域，特别涉及一种金属薄壁复合管冲击液压胀形装置及其方法。

背景技术

金属复合管液压胀形是通过内压力使内外管金属管材发生不同程度弹塑性变形，且外管弹性回复量大于内管弹性回复量、使内外管紧密结合在一起的成形技术。金属复合管是由两种不同材料的金属管材所组成，因其具备耐腐蚀性和能承受较高的承载能力且成本低等优势，在管材领域中得到飞速发展，与传统的单一金属管材相比，金属复合管兼备了组合材料的物理、化学、力学等综合特性。因此金属复合管具有单层管不能兼备的强度、刚度、耐腐蚀性、热交换等综合性能。除此之外复合管组合了金属材料与优化配置材料性能，从而使贵重金属材料得以节约，降低原材料成本。目前实现金属液压胀形必须借助专门的内压力源给管材内部提供高压，且成形速度过慢，因此金属管液压胀形的设备较庞大、成本较高、成形效率低，对金属管液压胀形技术的推广应用带来了极大的不便。

虽然，在现有技术“金属薄壁双层管冲击液压胀形方法及装置”申请号为CN201510174630.5也公开了不需要庞大液压设备的技术方案，该方案包括位于压力机下模座上的由定位模架与安装在定位模架内的下模具构成的模架装置，定位模架包括滑动机构、下模架和上模架；滑动机构包括滑座、水平滑块、水平导柱和丝杆；滑座设置有燕尾槽，安置在下模座上，水平滑块通过燕尾形状的底座安置在滑座的燕尾槽中，水平滑块下部的螺孔配合着可以转动的丝杆，水平滑块上部安置用于封堵金属薄壁双层管的内管端口的水平导柱；水平滑块、水平导柱和丝杆构成一套滑动部件；两套滑动部件相对应地设置在滑座两端，用于封堵金属薄壁双层管的内管两端的端口，两套滑动部件中的两个丝杆的螺纹段相对，且为正反旋向螺纹，并通过螺纹套筒连接；下模架安置在下模座上，位于滑动机构外围，滑动机构中的丝杆的非螺纹段穿出下模架两端之外，与丝杆驱动机构传动配合；上模架安置在下模架上，成储液容器形状，下模具安置在储液容器的底部，滑动机构中的水平滑块位于上模架两端之外，水平滑块上的水平导柱穿过上模架的两端而与待加工的金属薄壁双层管轴线同轴。该技术方案存在以下问题：1、丝杆结构复杂，需要设置螺纹、轴承支撑台阶等，左、右丝杆还需要设旋向相反的螺纹并用螺纹套筒连接，不仅提高了加工成本也提高了装配成本；2、需要在滑座设置燕尾槽以及安装水平滑块，进一步增加了加工成本以及维护成本；3、操作复杂：冲击液压胀形过程中，观察压力表的显示的金属薄壁双层管的内管中的压力，如果压力不够，通过T型管朝外的那个支管口人为地给内管型腔补充液体以增加压强，确保冲击液压胀形的效果。

发明内容

本发明提供一种金属薄壁复合管冲击液压胀形装置，用以解决现有技术1、丝杆结构复杂，需要设置螺纹、轴承支撑台阶等，左、右丝杆还需要设旋向相反的螺纹并用螺纹套筒连接，不仅提高了加工成本也提高了装配难度；2、需要在滑座设置燕尾槽以及安装水平滑块，进一步增加了加工成本以及维护成本；3、操作复杂等技术问题。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案实现：

一种金属薄壁复合管冲击液压胀形装置，包括压力机、下工作台、容器结构的模架Ⅱ、用于放置复合管的下模具、用于将复合管进行封堵及轴向进给的进给单元、上工作台、模架Ⅰ以及上模具，所述进给单元分为左进给单元和右进给单元，左进给单元和右进给单元分别由两套结构相同的丝杆升降机构成，分别设置在下工作台左右两侧；

所述丝杆升降机的丝杆顶端通过法兰与注液器连接；

所述注液器与堵头连接。

该装置采用市场上成熟的丝杆升降机作为进给单元，减少了大量的设计、制作、装配成本，采用注液器对复合管内的压力进行自动调整，减少了需要人工补液的步骤，大幅度降低的装置的设计、生产制造及使用成本。

优选地，所述堵头一端的端部设置成圆台形结构，另一端设置有内螺纹，该圆台形结构中心开设有注液孔；

采用该优选技术方案后其有益效果包括：圆台形结构能够随着堵头向复合管移动而自动密封复合管的端口，保证了复合管内液体不会因压力增大而溢出，另外，采用内螺纹进行连接有助于提高装配的工作效率。

优选地，所述丝杆升降机为防旋转型丝杆升降机；

采用该优选技术方案后其有益效果包括：直接选购防旋转形式的丝杆升降机，免去了在装置上重新设计一套防止丝杆旋转的机构，进一步降低了设计和制作成本。

优选地，所述进给单元包括电机、联轴器、丝杆升降机、以及能够检测电机电流的检测单元；

采用该优选技术方案后其有益效果包括：利用对电机电流的检测和记录，能够根据每次进给的历史数据判断复合管是否存在突然泄漏的故障，提高了装置的可靠性。

优选地，所述检测单元包括电流互感器、模数转换单元以及微控制器，电流互感器为穿心式结构，电机的动力线穿过电流互感器中心，电流互感器输出端经过滤波整流后与模数转换单元连接，模数转换单元与微控制器连接；

采用该优选技术方案后其有益效果包括：采用穿心式的电流互感器可以最大限度地保证丝杆升降机原来的控制电路不会被大面积改动，也进一步降低了设计和改造的成本。

优选地，所述注液器包括缸筒，缸筒一端设置有螺纹连接头，螺纹连接头中心开设有通孔，缸筒的内腔设置有弹簧和活塞杆，活塞杆一端设置有密封圈，活塞杆另一端与法兰连接。采用该优选技术方案后其有益效果包括：缸筒内加入弹簧后，在不受力的状态下注液器始终保持伸出状态，以便于最大限度地容纳成型液体。

优选地，所述弹簧为不锈钢材质的压簧。

优选地，所述模架Ⅱ一侧设置有进水孔和出水孔，模架Ⅱ另一侧设置有侧门；采用该优选技术方案后其有益效果包括：方便注入成型液体和排出液体，侧面能够保证装、拆工件时更方便。

优选地，所述进水孔水平高度高于出水孔的水平高度。

本发明提供的金属薄壁复合管冲击液压胀形装置在原有基础上将进给装置采用两套结构相同的丝杆升降机构成，并在进给丝杆端部设置了注液器和堵头，通过对丝杆升降机的电机电流进行检测是否存在泄漏故障，减少了大量的设计、制作、装配成本，采用注液器对复合管内的压力进行自动调整，减少了需要人工补液的步骤，利用电机电流的检测提高了装置的工作稳定性。

本发明的另外一个目的是提供一种利用上述的金属薄壁复合管冲击液压胀形的方法，该方法主要包含以下步骤：

S1、将复合管放置到下模具上，再往模架II注入液体，直到注入的液面超过复合管管材高度，液体自动填充管材及注液器，然后停止注入液体；

S2、同时启动左进给单元和右进给单元，使左右两台丝杆升降机的丝杆以同步同速直线向管材两端靠近，左右两端的堵头向管材两端靠近并密封复合管的内管；完成密封管材两端后，左右两个丝杆升降机的丝杆继续相向而行，将注液器内的液体压缩至复合管内管，使内管压力升高而胀形并填充外管，以完成内管的预成形；

S3、开启压力机，使上模具以匀速下行，对复合管管材进行冲击，直到上模具与下模具完全合模，使内管液体受压缩自发产生更高的内压力，实现复合管冲击液压成形；冲击过程中，两台丝杆升降机的丝杆进一步向管材两端移动，使左右两端的堵头向管材两端进行轴向补料的同时，左右两端注液器内的液体受压缩流入管材内管中；

S4、成形结束后，压力机上行，左进给单元和右进给单元反方向移动，注液器吸入模架II内的液体；

S5、取出成形管材，完成一次复合管冲击液压胀形。

附图说明

图1是本发明提供的实施例总体结构示意图；

图2是本发明提供的实施例去除左进给单元后的结构示意图；

图3是本发明提供的实施例下模具、复合管、堵头以及注液器的相对位置示意图；

图4是本发明提供的实施例堵头、注液器及法兰的相对位置示意图；

图5是本发明提供的实施例注液器剖视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的图1～5，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～5所示，一种金属薄壁复合管冲击液压胀形装置，包括压力机、下工作台1、容器结构的模架Ⅱ2、用于放置复合管的下模具3、用于将复合管进行封堵及轴向进给的进给单元4、上工作台7、模架Ⅰ8以及上模具9；

下工作台1的上表面设置有下T形槽100，上工作台7下表面设置有上T形槽701；

进给单元4分为左进给单元和右进给单元，左进给单元和右进给单元分别由两套结构相同的防旋转型丝杆升降机构成，分别设置在下工作台1左右两侧；

右进给单元包括右电机401、右联轴器402、右丝杆升降机403、右丝杆404以及法兰405，右电机401通过右联轴器402与右丝杆升降机403的动力输入端连接，右丝杆404一端设置有法兰405；

右丝杆升降机的丝杆404顶端通过法兰405与注液器50连接；

请参看图5，注液器50包括缸筒500，缸筒500一端设置有螺纹连接头501，螺纹连接头501中心开设有通孔502，缸筒500的内腔设置有不锈钢材质的弹簧503和活塞杆504，活塞杆504一端设置有密封圈505，活塞杆504另一端与法兰405连接；

注液器50与堵头60采用螺纹连接，堵头60一端的端部设置成圆台形结构，另一端设置有内螺纹，该圆台形结构中心开设有注液孔。

左进给单元包括左电机411、左联轴器412、左丝杆升降机413、左丝杆414以及法兰415，左电机411通过左联轴器412与左丝杆升降机413的动力输入端连接，左丝杆414一端设置有法兰415；

左丝杆升降机的丝杆414顶端通过法兰415与注液器51连接；

注液器51与堵头61采用螺纹连接。

注液器的活塞杆可活动地穿设在模架Ⅱ两端，为了便于注入成型液，模架Ⅱ2一侧设置有进水孔200和出水孔201，进水孔200水平高度高于出水孔201的水平高度；为了便于取、放工件，模架Ⅱ2另一侧设置有侧门202。

在进给单元密封并压缩复合管时，有可能会发生因密封不良导致的泄漏事件，为了能够更好监测是否存在泄漏，进给单元还设置了能够检测电机电流的检测单元，检测单元包括电流互感器、模数转换单元以及微控制器，电流互感器为穿心式结构，电机的动力线穿过电流互感器中心，电流互感器输出端经过滤波整流后与模数转换单元连接，模数转换单元与微控制器连接。利用对电机电流的检测和记录，能够根据每次进给的历史数据判断复合管是否存在突然泄漏的故障，提高了装置的可靠性，该检测方法是：在正常情况下，电机是缓慢进给的，其电流会随着复合管两端压力增大而增大，如果检测到电流突然变小，证明阻力有可能突然下降，因而可以判断存在泄漏导致阻力消失的情况。

按照前述的方法，利用上述的装置实现金属薄壁复合管冲击液压胀形时的方法步骤是：

1、将复合管10放置到下模具3上，再往模架II 2注入液体，直到注入的液面超过复合管管材高度，液体自动填充管材及注液器50，然后停止注入液体。

2、同时启动左进给单元和右进给单元，使左右两台丝杆升降机的丝杆以同步同速直线向管材两端靠近，左右两端的堵头向管材两端靠近并密封复合管的内管；完成密封管材两端后，左右两个丝杆升降机的丝杆继续相向而行，将注液器内的液体压缩至复合管10内管，使内管压力升高而胀形并填充外管，以完成内管的预成形；在丝杆升降机相向移动的过程中，电流检测单元实时监测电机电流的变化，当电流出现异常变化时立即报警提示，以便于做出进一步改进密封的措施。

3、开启压力机，使上模具9以匀速下行，对复合管管材进行冲击，直到上模具9与下模具3完全合模，使内管液体受压缩自发产生更高的内压力，实现复合管冲击液压成形；冲击过程中，两台丝杆升降机的丝杆进一步向管材两端移动，使左右两端的堵头向管材两端进行轴向补料的同时，左右两端注液器内的液体受压缩流入管材内管中；当电流检测单元检测到内压值等于预先设定的最大值时(管材破裂极限)，左右两端停止补料。

4、成形结束后，压力机上行，左进给单元和右进给单元反方向移动，注液器吸入模架II内的液体；

5、取出成形管材，完成一次复合管冲击液压胀形。

本发明提供的装置机方法的优点为：

1、不需要担心因液压力不足而导致实验失败，在原双层管成形装置中，往往会因为管材中的液压力不足而使管材中的外管不能充分贴合模具型腔，有的甚至不能使管材胀形成所需要的形状，而导致实验失败，此时往往需要通过液压泵给内管加压辅助管材冲击成形，因此操作繁琐，成形效率低。而本装置已解决这个问题，本装置在防旋转型-丝杆升降机的推动下，使注液器推动堵头先密封管材，然后通过往内管中自动补液以提高内压力实现内管的预成形，在冲压过程中，注液器进一步压缩液体与堵头，使管材轴向补料的同时注液器内的液体被压缩流入内管，保证内管成形压力，使管材顺利成形。

2、原双层管冲击液压成形装置只有一台电机带动两端滑块上导轨推进，使管材密封、补料。本装置为两台电机使堵头对管材密封、补料，因此，与原装置相比，本装置加大了轴向推力，使管材更好的密封，补料。

3、与原装置相比，该装置利用电机驱动蜗杆，蜗杆驱动涡轮减速旋转。由于内部有涡轮蜗杆，丝杆的减速作用，达到放大轴向推力的作用，从而实现对管材的更好密封。

4、原装置需要两个相反螺纹的丝杠，通过套筒连接在一起。然后将连接好的丝杠穿过模架两端，用螺母予以固定，此装置需要多添加固定丝杠的模架，且模架两端需加工与丝杠配对的螺纹孔，除此之外，模架内部需添加燕尾槽，来保证在丝杠转动下使滑块水平直线运动。因此，不仅费材料，且加工与装配繁琐。而本装置利用防旋转型-丝杆升降机的丝杆推进带动堵头对管材的密封，补料，又升降机已是成熟产品，市场上早有不同规格标准的现成产品，被广泛应用，且具有自锁性能，动力源广泛、安装方便、同步性、精度定位、速度控制、推力控制等优点，因此本装置除装配方便外，在管材成形控制方面也十分精确。

Claims (8)

1.一种金属薄壁复合管冲击液压胀形装置，包括压力机、下工作台（1）、容器结构的模架Ⅱ（2）、用于放置复合管的下模具（3）、用于将复合管进行封堵及轴向进给的进给单元（4）、上工作台（7）、模架Ⅰ（8）以及上模具（9），其特征在于：

所述进给单元（4）分为左进给单元和右进给单元，左进给单元和右进给单元分别由两套结构相同的丝杆升降机构成，分别设置在下工作台（1）左右两侧；

所述丝杆升降机的丝杆（404）顶端通过法兰（405）与注液器（50）连接；

堵头（60）一端的端部设置成圆台形结构，该圆台形结构中心开设有注液孔；

所述注液器（50）包括缸筒（500），缸筒（500）一端设置有螺纹连接头（501），螺纹连接头（501）中心开设有通孔（502），缸筒（500）的内腔设置有弹簧（503）和活塞杆（504），活塞杆（504）一端设置有密封圈（505），活塞杆（504）另一端与法兰（405）连接；

所述注液器（50）与堵头（60）连接；

所述进给单元（4）包括电机、联轴器、丝杆升降机、以及能够检测电机电流的检测单元。

2.根据权利要求1所述的金属薄壁复合管冲击液压胀形装置，其特征在于：所述堵头（60）远离自身圆台形结构的一端设置有内螺纹。

3.根据权利要求1所述的金属薄壁复合管冲击液压胀形装置，其特征在于：所述丝杆升降机为防旋转型丝杆升降机。

4.根据权利要求1所述的金属薄壁复合管冲击液压胀形装置，其特征在于：所述检测单元包括电流互感器、模数转换单元以及微控制器，电流互感器为穿心式结构，电机的动力线穿过电流互感器中心，电流互感器输出端经过滤波整流后与模数转换单元连接，模数转换单元与微控制器连接。

5.根据权利要求1所述的金属薄壁复合管冲击液压胀形装置，其特征在于：所述弹簧（503）为不锈钢材质的压簧。

6.根据权利要求1所述的金属薄壁复合管冲击液压胀形装置，其特征在于：所述模架Ⅱ（2）一侧设置有进水孔（200）和出水孔（201），模架Ⅱ（2）另一侧设置有侧门（202）。

7.根据权利要求6所述的金属薄壁复合管冲击液压胀形装置，其特征在于：所述进水孔（200）水平高度高于出水孔（201）的水平高度。

8.利用权利要求1~7任一项的金属薄壁复合管冲击液压胀形装置的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将复合管放置到下模具上，再往模架II注入液体，直到注入的液面超过复合管管材高度，液体自动填充管材及注液器（50），然后停止注入液体；

S2、同时启动左进给单元和右进给单元，使左右两台丝杆升降机的丝杆以同步同速直线向管材两端靠近，左右两端的堵头向管材两端靠近并密封复合管的内管；完成密封管材两端后，左右两个丝杆升降机的丝杆继续相向而行，将注液器内的液体压缩至复合管内管，使内管压力升高而胀形并填充外管，以完成内管的预成形；

S3、开启压力机，使上模具以匀速下行，对复合管管材进行冲击，直到上模具与下模具完全合模，使内管液体受压缩自发产生更高的内压力，实现复合管冲击液压成形；冲击过程中，两台丝杆升降机的丝杆进一步向管材两端移动，使左右两端的堵头向管材两端进行轴向补料的同时，左右两端注液器内的液体受压缩流入管材内管中；

S4、成形结束后，压力机上行，左进给单元和右进给单元反方向移动，注液器吸入模架II内的液体；

S5、取出成形管材，完成一次复合管冲击液压胀形。