CN107639143A - 用于具有内空腔薄壁金属件的贴模成型方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于具有内空腔薄壁金属件的贴模成型方法，包括设置于工作池内的成型模具、毛坯和顶针套件；先将工作池盛装液体，将毛坯置入模具中，再将一顶针套件套接密封毛坯的一端口，其余端口被密封或采用其他的顶针套件套接，液体密封于毛坯内空腔和顶针套件腔管中；顶针套件的顶针由外力驱动向毛坯端口移动使内部液体受压，毛坯薄壁受高压液体的压力而贴合模腔成型。还公开了运用该方法的成型设备。本方案将模具和毛坯浸于液体中工作，并配备专门的顶针套件，克服了向毛坯腔体注满水的耗时耗能问题；且顶针套件的主要耗材为密封圈，加上对模具及定位的精度要求降低，大幅降低了成本；而且无需专门的高压水泵，有效缩减了设备占用的空间，同时也进一步节约设备成本和能耗。

Description

用于具有内空腔薄壁金属件的贴模成型方法及设备

技术领域

本发明属于机械加工制造领域，尤其是利用模具的成型技术，具体是针对于具有可形成封闭内空腔薄壁金属件的成型方法和运用这种方法的一种具体实施设备。

背景技术

目前工业领域对金属件的成型手段有很多，针对于具有可形成内封闭的内空腔薄壁金属件(诸如管件套等)，有采用内高压水涨成型的方法，这在实际运用和现有专利文献中，都有大量的体现。这些林林总总的现有技术，几乎都是采用结构庞大的配备有单独的高压水泵的成型设备，在成型时，先将毛坯放入模具中，再通过特制的中间具有注水孔的钢针模插入毛坯的端口并通过过盈配合密封，然后高压水泵启动，通过钢针模的注水孔往毛坯的密闭内空腔注入高压水，最终毛坯在高压水的作用下贴合模腔而成型。这种成型方式存在几个必然的弊端：一是成型速度慢，因为毛坯的空腔首先要在液体/水充满的情况下，才能继续增压而形成内高压，将水注满空腔的耗时较多，影响成型的加工效率；二是要单独配设高压水泵，增加设备成本和所占用的空间；三是钢针模损耗大且对精度的要求高，稍有偏差即损毁，因此必然增加了成型成本；四是生产能耗大，需要更多的能耗来完成工作。基于这些问题，申请人在大量的实践摸索中创新了一种全新的成型方法，有效的解决了上述问题，克服了目前内高压成型中的一些技术固有偏见，本发明是经实践验证的行之有效的创新方案。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种成型速度快且节约成型成本的用于具有内空腔薄壁金属件的贴模成型方法。

为实现该技术目的，本发明的方案是：包括成型模具，具有内空腔薄壁金属件的待成型毛坯具有至少一个端口，毛坯可被置入成型模具内贴合模腔而成型，其特征在于：还包括盛装液体的工作池和顶针套件，所述成型模具、毛坯均设置于工作池内；所述顶针套件具有腔管，腔管的一端为设有密封环的管连接口，另一端活塞式的安装有一在外力驱动下可轴向移动的顶针，腔管内壁与顶针密封套接；所述管连接口可移动的套住毛坯的端口并在密封环的作用下形成密封套接，此时腔管中顶针与毛坯密封的腔体浸于液体中而充满液体；

具体的成型步骤为：

步骤一、先将工作池盛装液体，将毛坯置入成型模具中，毛坯浸于液体使其内空腔中充满液体，毛坯被固定于模具中等待成型；

步骤二、将一顶针套件的管连接口套接毛坯的一端口；当毛坯具有两个以上端口时，毛坯的其余端口被密封或采用其他的顶针套件的管连接口套接密封，使得液体充满并密封于毛坯内空腔和顶针套件的顶针至毛坯端口一段腔管中；

步骤三、顶针套件的顶针由外力驱动向毛坯端口移动，挤压密封于毛坯内空腔的液体形成高压液体，毛坯在高压液体的作用下毛坯薄壁贴合模腔而成型为具有内空腔薄壁金属件。

在优选方案中，所述液体为水。

本发明还提供了一种成型速度快且节约成型成本的用于具有内空腔薄壁金属件的贴模成型设备。具体方案是：一种用于具有内空腔薄壁金属件的贴模成型的设备，设备包括成型模具，具有内空腔薄壁金属件的待成型毛坯具有至少一个端口，毛坯可被置入成型模具内贴合模腔而成型，设备还包括盛装液体的工作池和顶针套件；所述成型模具设置于工作池内；所述顶针套件具有腔管，腔管的一端为设有密封环的管连接口，另一端活塞式的安装有一在外力驱动下可轴向移动的顶针，腔管内壁与顶针密封套接；所述管连接口随着顶针套件的移动而套住毛坯的端口并在密封环的作用下形成密封套接，密封套接时腔管中顶针与毛坯密封的腔体部分完全浸于液体中而充满液体。

作为优选实施方式，所述成型模具竖直地设置于工作池内；工作池池底位于成型模具的中心部位设有用于密封毛坯底部端口的密封件，毛坯可竖直的插入该密封件；所述顶针套件可上下移动的设置于工作池上，所述管连接口随着顶针套件的向下移动而套住毛坯的端口并在密封环的作用下形成密封套接，密封套接时腔管中顶针与毛坯密封的腔体部分完全浸于液体中而充满液体。

作为优选实施方式，所述成型模具由至少两块分模拼合构成，所述顶针套件还设置有用于将分模合拢的合模罩，当顶针套件向下移动时合模罩随之将分开的分模合拢为成型模具并固定，同时管连接口套住毛坯的端口并在密封环的作用下形成密封套接。

作为优选实施方式，所述分模底部均设置有拉力弹簧，使分模在未受到合模罩作用力的时候分模相互之间处于分开状态。

作为优选实施方式，所述分模顶部均设置为楔形结构，所述合模罩下压于分模楔形结构时，分模克服拉力弹簧的拉力而顺着楔形结构进入合模罩内合拢为成型模具并被合模罩固定。

作为优选实施方式，所述分模顶部的楔形结构为弧形或直线形。

作为优选实施方式，所述合模罩与腔管为一体结构，所述顶针的顶部设置有压板，位于压板和合模罩之间设置有可被压缩的弹性件，当压板受力下行时，弹性件作用力于合模罩及腔管一并下行，在合模罩被成型模具顶止之后，压板继续克服弹性件的阻力而驱动顶针向毛坯端口移动，挤压密封于毛坯内空腔的液体形成高压液体，毛坯在高压液体的作用下毛坯薄壁贴合模腔而成型为具有内空腔薄壁金属件。

作为优选实施方式，所述弹性件为弹性树脂块或张力弹簧。

本发明开创性的将模具和毛坯浸于液体中工作，并配备了专门的顶针套件用于密封加压；该方案有效克服了向毛坯腔体注满水的耗时耗能问题；顶针套件的设计使得主要耗材为密封圈，且降低了对模具及定位的精度要求，这就大幅降低了耗材成本；而且无需专门的高压水泵，有效缩减了设备占用的空间，同时也进一步节约设备成本和设备所需能耗。

附图说明

图1为本发明具体实施例一的原理示意图；

图2为本发明具体实施例二的原理示意图；

图3为本发明具体实施例二中顶针套件下行合模后的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

本发明所涉及一种具有内空腔薄壁金属件的贴模成型方法，本发明的金属件是指具有内空腔的薄壁金属件，包括等径或非等径的圆柱体状管件，有的是只有一个开口端口的，还包括具有多个开口端口的三通四通等管接头，也包括一些具有不规则腔体形状的金属件，还可以是机械零部件或是诸如桌椅腿等一些具有型腔的金属件，这些金属件在毛坯的时候，其毛坯可以在内空腔受到有足够压力的情况下，其薄壁(外壁)将形变而紧贴包裹其外的成型模具腔壁(即模腔)，称为“贴模”而成型。

本发明的用于具有内空腔薄壁金属件的贴模成型方法，包括成型模具，具有内空腔薄壁金属件的待成型毛坯具有至少一个端口，毛坯可被置入成型模具内贴合模腔而成型，本发明创新性的运用了盛装液体的工作池和顶针套件，将所述成型模具、毛坯均设置于工作池内，顶针套件可以设置于工作池内，也可以不设置于工作池内，在不设置于工作池内的时候，顶针套件下行至管连接口套住毛坯的端口时，腔管中顶针与毛坯密封的腔体浸于液体中而充满液体；这种设计的主要目的是为了让需要内压的毛坯腔体能够在施压前就提前迅速充满液体，有别于现有技术中的通过特定模具(一般是钢针模)的细小注水孔注入液体施压，这样的创新做法可以大大缩短施压时间，提高成型效率，在本技术领域中浸入液体中进行加工的方法，由于存在技术偏见，是没有先例的；本发明所述的液体，可以是普通水，也可以是油等其他液体，根据具体的加工需求而选择。

所述顶针套件具有腔管，腔管的一端为设有密封环的管连接口，另一端活塞式的安装有一在外力驱动下可轴向移动的顶针，腔管内壁与顶针密封套接，顶针在腔管内的移动会形成空间大小的变化，是向毛坯内腔提供高压的主要机构；所述管连接口可移动的套住毛坯的端口并在密封环的作用下形成密封套接，此时腔管中顶针与毛坯密封的腔体浸于液体中而充满液体，等待顶针的移动而施压于毛坯薄壁；

具体的成型步骤为：

步骤一、先将工作池盛装液体，将毛坯置入成型模具中，毛坯浸于液体使其内空腔中充满液体，毛坯被固定于模具中等待成型；

步骤二、将一顶针套件的管连接口套接毛坯的一端口；当毛坯具有两个以上端口时，毛坯的其余端口被密封或采用其他的顶针套件的管连接口套接，使得液体密封于毛坯内空腔中；因为当顶针套件套接毛坯端口时，顶针套件至少是顶针至毛坯端口的这一段腔管也是在液体中充满液体的；故，当顶针套件和毛坯套接的时候，两者的封闭内腔充满液体。在优选的实施方式中，可以选择顶针套件全部浸在液体中，也可以选择顶针套件在移动至于毛坯端口套接时，浸在液体中；无论是那种方式，只要确保在顶针套件与毛坯封闭的内腔充满液体即可。

步骤三、顶针套件的顶针由外力驱动向毛坯端口移动，因顶针套件和毛坯之间都充满了压缩比很小的液体，因此，顶针的移动使得空间压缩，这种挤压就使的密封于毛坯内空腔的液体形成高压液体，毛坯在高压液体的作用下毛坯薄壁贴合模腔而成型为具有内空腔薄壁金属件。

申请人在大量的实践摸索中创新了这种全新的成型方法，有效的解决了现有技术的问题，克服了目前内高压成型中的一些技术固有偏见，本发明是经实践验证的行之有效的创新方案。本发明的方法在具体实施中有许多方案，在本申请文件中，结合图1和2，具体阐述以下两种具体实施例。

实施例一，如图1所示的：成型模具2扣合住毛坯1，该毛坯具有左右两个端口，成型模具2、毛坯1和左右两个顶针套件均横卧式的设置于工作池6内，工作池6盛装液体。顶针套件具有一腔管3，腔管3的一端为设有密封环5的管连接口，另一端活塞式的安装有一在外力驱动下可轴向移动的顶针4，腔管内壁与顶针也设有密封环5密封套接，成型时，分别位于两侧的顶针套件的管连接口向毛坯的两个端口靠近移动，直至套住毛坯的端口并在密封环5的作用下形成密封套接，这主要是密封了毛坯和毛坯两个端口至顶针端面的整个腔体，这整个的腔体之间充满了液体；之后，顶针4由外力驱动向毛坯移动，挤压使得毛坯在高压液体的作用下其薄壁贴合模具2的模腔而成型为具有内空腔薄壁金属件。

实施例二，如图2和图3所示的，其区别于实施例一的主要就是立式结构和只采用了一个顶针套件，具体的：成型模具2扣合住毛坯1(图中的毛坯会在套件31的下移后合拢并固定)，该毛坯1具有上下两个端口，成型模具2、毛坯和位于毛坯1顶部顶针套件均竖直立式的设置，其中成型模具2、毛坯设置于工作池6内，而顶针套件是在下移至与毛坯端口密封连接时，顶针套件中至少是顶针以下的腔管部分完全浸入工作池6盛装的液体中。顶针套件具有一腔管3(套件31附属在腔管3外)，腔管3的一端为设有密封环5的管连接口，另一端活塞式的安装有一在外力驱动下可轴向移动的顶针4，顶针4的顶部装配有用于驱动的压板41，腔管内壁与顶针也设有密封环5密封套接，成型时，将毛坯的底部端口用密封件7密封(密封件7可以是现有技术的任意密封技术，如密封垫片等，本方案中不具体阐述)位于毛坯顶部端口的针套件的管连接口向毛坯的顶部端口靠近移动，直至套住毛坯的端口并在密封环5的作用下形成密封套接，这主要是密封了毛坯和毛坯两个端口至顶针端面的整个腔体，这整个的腔体之间充满了液体；之后，顶针4由外力驱动向毛坯移动，挤压使得毛坯1在高压液体的作用下其薄壁贴合模具的模腔而成型为具有内空腔薄壁金属件。

在本发明中，毛坯的一端还是多端采用顶针套件，由技术人员根据具体的加工需求和设备的设计而确定。

本发明还根据前述方法，研发了一种用于具有内空腔薄壁金属件的贴模成型的设备，设备包括成型模具2，具有内空腔薄壁金属件的待成型毛坯1具有至少一个端口，毛坯1可被置入成型模具2内贴合模腔而成型，设备还包括盛装液体的工作池6和顶针套件；所述成型模具2设置于工作池6内；所述顶针套件具有腔管3，腔管3的一端为设有密封环的管连接口，另一端活塞式的安装有一在外力驱动下可轴向移动的顶针，腔管内壁与顶针密封套接；所述管连接口随着顶针套件的移动而套住毛坯的端口并在密封环的作用下形成密封套接，密封套接时腔管中顶针与毛坯密封的腔体部分完全浸于液体中而充满液体。

作为最佳的实施例，前述设备的成型模具竖直设置于工作池内；工作池6池底位于成型模具的中心部位设有用于密封毛坯底部端口的密封件7，毛坯1可竖直的插入该密封件7，使得毛坯底部端口得以密封；顶针套件可上下移动的设置于工作池上，所述顶针套件具有一腔管3，腔管3的一端为设有密封环5的管连接口，另一端活塞式的安装有一在外力驱动下可轴向移动的顶针4，腔管3内壁与顶针4密封套接；所述管连接口随着顶针套件的向下移动而套住毛坯的端口并在密封环的作用下形成密封套接，如图3所示的，此时腔管中顶针与毛坯密封的腔体部分完全浸于液体中而充满液体，这时顶针只要向下移动即可给液体施加巨大压力，进而让毛坯在高压液体的作用下毛坯薄壁贴合模腔而成型为具有内空腔薄壁金属件。

在优选的实施方式中，为了便于毛坯的放置和成型后的取出，所述成型模具2由至少两块分模拼合构成，所述顶针套件还设置有用于将分模合拢的合模罩31。在需要放置毛坯时，分模是相互分开的；当顶针套件向下移动时合模罩31随之将分开的分模合拢为成型模具并固定，同时管连接口套住毛坯的端口并在密封环的作用下形成密封套接待顶针下行涨压毛坯；毛坯成型之后，合模罩上行，分模又相互分开，便于成型后的毛坯(即具有内空腔薄壁金属件)的取出。

为了提高工作效率，在最佳的实施例中，在分模底部均设置有拉力弹簧8，使分模在未受到合模罩作用力的时候分模相互之间处于分开状态，可以大大提高加工效率。

为了实现快速自动合模，所述分模顶部均设置为楔形结构，所述合模罩31下压于分模楔形结构时，分模克服拉力弹簧的拉力而顺着楔形结构进入合模罩31内合拢为成型模具并被合模罩固定。分模顶部的楔形结构为弧形或直线形等。

在优选的实施方式中，所述合模罩31与腔管3为一体结构(如图2所示的)，所述顶针4的顶部设置有压板41，位于压板41和合模罩之间设置有可被压缩的弹性件9，当压板41受力下行时，弹性件9作用力于合模罩及腔管一并下行，在合模罩31被成型模具顶止之后就不能再下行了，此时管连接口也套住毛坯的端口并在密封环的作用下形成密封套接，而压板41在外压力下可以继续克服弹性件9的阻力而驱动顶针向毛坯端口移动，挤压密封于毛坯内空腔的液体形成高压液体，毛坯在高压液体的作用下毛坯薄壁贴合模腔而成型为具有内空腔薄壁金属件。弹性件9在此处具有对合模罩31施加压力的作用，即用于合模罩31及腔管3的下行，也防止被挤压的液体涨开合模罩31。所述弹性件9为弹性树脂块或张力弹簧，当然也可以是其他的具有类似功能材质或材料。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种用于具有内空腔薄壁金属件的贴模成型方法，包括成型模具，具有内空腔薄壁金属件的待成型毛坯具有至少一个端口，毛坯可被置入成型模具内贴合模腔而成型，其特征在于：还包括盛装液体的工作池和顶针套件，所述成型模具、毛坯均设置于工作池内；所述顶针套件具有腔管，腔管的一端为设有密封环的管连接口，另一端活塞式的安装有一在外力驱动下可轴向移动的顶针，腔管内壁与顶针密封套接；所述管连接口可移动的套住毛坯的端口并在密封环的作用下形成密封套接，此时腔管中顶针与毛坯密封的腔体浸于液体中而充满液体；

具体的成型步骤为：

步骤一、先将工作池盛装液体，将毛坯置入成型模具中，毛坯浸于液体使其内空腔中充满液体，毛坯被置于模具中等待成型；

步骤二、将一顶针套件的管连接口套接密封毛坯的一端口；当毛坯具有两个以上端口时，毛坯的其余端口被密封或采用其他的顶针套件的管连接口套接密封，使得液体充满并密封于毛坯内空腔和顶针套件的顶针至毛坯端口一段腔管中；

步骤三、顶针套件的顶针由外力驱动向毛坯端口移动，挤压密封于毛坯内空腔的液体形成高压液体，毛坯在高压液体的作用下毛坯薄壁贴合模腔而成型为具有内空腔薄壁金属件。

2.根据权利要求1所述的用于具有内空腔薄壁金属件的贴模成型方法，其特征在于：所述液体为水。

3.一种用于具有内空腔薄壁金属件的贴模成型的设备，设备包括成型模具，具有内空腔薄壁金属件的待成型毛坯具有至少一个端口，毛坯可被置入成型模具内贴合模腔而成型，其特征在于:设备还包括盛装液体的工作池和顶针套件；所述成型模具设置于工作池内；所述顶针套件具有腔管，腔管的一端为设有密封环的管连接口，另一端活塞式的安装有一在外力驱动下可轴向移动的顶针，腔管内壁与顶针密封套接；所述管连接口随着顶针套件的移动而套住毛坯的端口并在密封环的作用下形成密封套接，密封套接时腔管中顶针与毛坯密封的腔体部分完全浸于液体中而充满液体。

4.根据权利要求3所述的用于具有内空腔薄壁金属件的贴模成型的设备，其特征在于：所述成型模具竖直地设置于工作池内；工作池池底位于成型模具的中心部位设有用于密封毛坯底部端口的密封件，毛坯可竖直的插入该密封件；所述顶针套件可上下移动的设置于工作池上，所述管连接口随着顶针套件的向下移动而套住毛坯的端口并在密封环的作用下形成密封套接，密封套接时腔管中顶针与毛坯密封的腔体部分完全浸于液体中而充满液体。

5.根据权利要求4所述的用于具有内空腔薄壁金属件的贴模成型的设备，其特征在于：所述成型模具由至少两块分模拼合构成，所述顶针套件还设置有用于将分模合拢的合模罩，当顶针套件向下移动时合模罩随之将分开的分模合拢为成型模具并固定，同时管连接口套住毛坯的端口并在密封环的作用下形成密封套接。

6.根据权利要求5所述的用于具有内空腔薄壁金属件的贴模成型的设备，其特征在于：所述分模底部均设置有拉力弹簧，使分模在未受到合模罩作用力的时候分模相互之间处于分开状态。

7.根据权利要求6所述的用于具有内空腔薄壁金属件的贴模成型的设备，其特征在于：所述分模顶部均设置为楔形结构，所述合模罩下压于分模楔形结构时，分模克服拉力弹簧的拉力而顺着楔形结构进入合模罩内合拢为成型模具并被合模罩固定。

8.根据权利要求7所述的用于具有内空腔薄壁金属件的贴模成型的设备，其特征在于：所述分模顶部的楔形结构为弧形或直线形。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的用于具有内空腔薄壁金属件的贴模成型的设备，其特征在于：所述合模罩与腔管为一体结构，所述顶针的顶部设置有压板，位于压板和合模罩之间设置有可被压缩的弹性件，当压板受力下行时，弹性件作用力于合模罩及腔管一并下行，在合模罩被成型模具顶止之后，压板继续克服弹性件的阻力而驱动顶针向毛坯端口移动，挤压密封于毛坯内空腔的液体形成高压液体，毛坯在高压液体的作用下毛坯薄壁贴合模腔而成型为具有内空腔薄壁金属件。

10.根据权利要求9所述的用于具有内空腔薄壁金属件的贴模成型的设备，其特征在于：所述弹性件为弹性树脂块或张力弹簧。