CN109821961A - 金属双层管复合成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属双层管复合成形装置，包括有压力机的上工作台和下工作台，以及置液容器和进给单元；置液容器内安装有下模具，上工作台下方中间安装有上模具；进给单元安装在置液容器的两侧的侧孔上；下工作台在置液容器的两侧位置上分别设有驱动进给单元往置液容器内水平移动的滑动机构；上模具两侧设有安装在上工作台两端的斜滑块，斜滑块与活塞杆的斜面相配合以便于压力机的上工作台下行时斜滑块挤压活塞杆做水平运动。本发明能够实现金属双层管的预成形，并能以此探究管材预成形对金属双层管冲击液压胀形的影响规律；提供的金属双层管复合成形方法，步骤简单，无需复杂的专用供压源，可实现良好的金属双层管复合成形。

Description

金属双层管复合成形装置及方法

技术领域

本发明涉及金属双层管成形技术领域，尤其涉及一种金属双层管复合成形装置及方法。

背景技术

金属双层管复合成形是通过内压力使金属内外管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。现有技术中，主要采用冲击液压复合成形方式来实现金属双层管的成形，即通过液压使得内外管发生不同程度弹塑性变形，再通过冲压的方式使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。金属双层复合管由两种不同材料的金属管材组成，因其具备耐腐蚀性和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，使贵重金属材料得以节约，降低原材料成本。

目前，实现金属液压胀形主要借助专用供压源给管材内部提供高压液体，成形速度较慢，且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。

申请人在先申请的专利CN 104785604 B提出了一种金属薄壁双层管冲击液压胀形装置，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，其定位模架包括滑动机构、下模架和上模架；所述滑动机构包括滑座、水平滑块、水平导柱和丝杆，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，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，用于密封住双层管内管里面的液体。利用该胀形装置进行金属薄壁双层管冲击液压胀形，简便易行，液压胀形效率高，质量有可靠保障。但是该装置想要实现内管预成形则还是得依靠外部的压力源。

发明内容

针对以上不足，本发明的目的是提供一种金属双层管复合成形装置。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

金属双层管复合成形装置，包括有压力机的上工作台和下工作台，所述下工作台的顶面中间固定设有置液容器，所述置液容器内安装有下模具，所述上工作台下方中间安装有上模具，所述上模具位于所述下模具正上方；所述置液容器的两侧开设有用以安装进给单元的侧孔，所述进给单元包括有缸筒、活塞杆和密封堵头，所述缸筒活动安装在所述置液容器的侧孔上，所述缸筒的内端位于所述置液容器内、外端位于所述置液容器外，所述活塞杆部分位于所述缸筒内，所述活塞杆的外端部为斜面，所述活塞杆的内端部设有第一密封圈，所述密封堵头安装在所述缸筒的内端部上，所述密封堵头设有连通所述缸筒的内部以及所述密封堵头的外端部的注液孔；所述下工作台在所述置液容器的两侧位置上分别设有驱动所述进给单元往所述置液容器内水平移动的滑动机构；所述上模具两侧设有安装在所述上工作台两端的斜滑块，所述斜滑块位于所述活塞杆的上方并与所述活塞杆的斜面相配合以便于压力机的上工作台下行时所述斜滑块挤压所述活塞杆做水平运动。

进一步地，所述滑动机构包括有水平滑块、驱动电机和丝杆，所述下工作台在所述置液容器的两侧位置上开设有平行于所述缸筒的燕尾槽，所述水平滑块匹配安装在所述燕尾槽内，所述水平滑块的顶部与所述缸筒固定连接，所述驱动电机固定安装在所述下工作台上，所述丝杆的一端固定连接在所述驱动电机的输出轴上，另一端匹配安装在所述水平滑块底部的螺孔上，所述丝杆与所述缸筒同轴设置。

进一步地，所述斜滑块与所述活塞杆相作用的面为先倾斜再竖直的结构。

进一步地，所述置液容器的侧孔上还固定设有套筒，所述套筒水平设置，所述缸筒同轴套设在所述套筒内，所述套筒内设有第二密封圈。

进一步地，所述密封堵头为前小后大结构。

进一步地，所述缸筒和活塞杆之间设有直线导向机构，所述直线导向机构使得所述缸筒和活塞杆之间只能进行轴向的直线运动。

进一步地，所述直线导向机构包括有设于所述活塞杆的外表面上的第一滑槽、设于所述缸筒的内表面且与所述第一滑槽位置相对的第二滑槽以及设于所述第一滑槽和第二滑槽内的多个球形滚动体。

进一步地，所述上工作台两端的底面设有纵向的滑槽，所述斜滑块的顶面设有与所述滑槽相匹配的滑块，所述斜滑块通过所述滑块固定安装在所述滑槽上。

进一步地，所述上工作台两端的侧面在对应于所述滑槽的位置处设有刻度尺。

本发明会提供利用上述任一项成形装置来进行金属双层管复合成形的方法，包括以下步骤：

1）将金属双层管水平放置在所述下模具上；

2）向所述置液容器内注入成形液，使成形液保持漫过金属双层管；

3）所述滑动机构驱动所述进给单元往所述置液容器内水平移动并使得所述密封堵头堵住金属双层管的内管的端部；

4）压力机上的所述上工作台下行带动所述斜滑块下行，所述斜滑块作用于所述活塞杆上并驱使所述活塞杆往缸筒内部移动挤压所述缸筒内部的成形液使得成形液通过所述密封堵头的注液孔进入内管内，内管压力升高而胀形并填充外管，以完成内管的预成形；

5）压力机上的所述上工作台继续下行，带动所述上模具下行并对金属双层管进行冲击，直到完全合模，实现金属双层管的复合成形。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明能够实现金属双层管的预成形，使得双层管间的间隙得以减小，能保证成形良好，并能以此探究管材预成形对金属双层管冲击液压胀形的影响规律；

2、本发明无需引入专用的内压力源，结构简单，易于实现，且能够保持内管成形时的致密性，以实现良好成形；

3、本发明提供的金属双层管复合成形方法，步骤简单，无需复杂的专用供压源，可实现高效的、可靠的、成形良好的金属双层管复合成形。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的结构示意图；

图2为进给单元的纵向截面示意图；

图3为进给单元与套筒的配合示意图；

图4为本优选的实施例的实施示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

请参照图1至图3，本发明优选的实施例提供一种金属双层管复合成形装置。

继续参照图1，金属双层管复合成形装置包括有压力机的上工作台4和下工作台5，下工作台5的顶面中间固定设有置液容器1，置液容器1内安装有下模具2，上工作台4下方中间安装有上模具3，上模具3位于下模具2正上方，压力机的上工作台4下行时带动上模具3下行并与下模具2合模，从而实现冲压。

请参照图1，置液容器1的两侧开设有用以安装进给单元的侧孔。如图1和图2所示，进给单元包括有缸筒6、活塞杆7和密封堵头8。缸筒6活动安装在置液容器1的侧孔上，缸筒6的内端位于置液容器1内、外端位于置液容器1外。活塞杆7部分位于缸筒6内，活塞杆7的外端部为斜面，活塞杆7的内端部设有第一密封圈9，第一密封圈9与缸筒6的内表面相匹配以实现活塞杆7内端部和缸筒6内部的密封以避免漏液。密封堵头8安装在缸筒6的内端部上，密封堵头8设有连通缸筒6的内部以及密封堵头8的外端部的注液孔10。密封堵头8与缸筒6为可拆卸安装方式，可拆卸安装方式优选为螺纹连接，具体为缸筒6的端部设有外螺纹，密封堵头8设有匹配的内螺纹，通过螺纹方式可以实现密封堵头8与缸筒6的固定，在不使用时可以对其进行拆卸分离。

为了便于注入成形液，置液容器1侧面上设置有进液孔24和出液孔23，进液孔24水平高度高于出液孔23水平高度，进液孔24上优选匹配设有孔塞或者连接有带有阀门的管路（图中未示出），出液孔23上优选匹配设有孔塞或者连接有带有阀门的管路（图中未示出），当需要注液时，打开进液孔23的孔塞或者阀门，成形液从进液孔24进入，此时出液孔23封闭，待成形液保持高过薄壁管的状态即为注液完成；当需要排液时，打开出液孔23的孔塞或者阀门，成形液从出液孔23出去。成形液优选轻质机油、乳化液、皂化油、水中的一种。

继续参照图1，下工作台5在置液容器1的两侧位置上分别设有驱动进给单元往置液容器1内水平移动的滑动机构。滑动机构包括有水平滑块12、驱动电机13和丝杆14，下工作台5在置液容器1的两侧位置上（指下工作台的顶面的左右两侧）开设有平行于缸筒6的燕尾槽（图中未示出），水平滑块12匹配安装在燕尾槽内，水平滑块12的顶部与缸筒6固定连接，驱动电机13为可实现正反转的电机，其固定安装在下工作台5上，丝杆14的一端通过联轴器固定连接在驱动电机13的输出轴上，另一端匹配安装在水平滑块12底部的螺孔上，丝杆14与缸筒6同轴设置。实施时，驱动电机13启动带动丝杆14转动，与丝杠14形成丝杠副结构的水平滑块12会顺着燕尾槽的纵向做靠近置液容器1的移动，或者做远离置液容器1的移动（视驱动电机13的转向以及丝杠14和水平滑块12底部的螺孔的具体设置而定）。当水平滑块12做靠近置液容器1的移动时，水平滑块12驱动缸筒6做靠近（深入）置液容器1的移动，从而实现驱动密封堵头8向金属双层管的内管端部移动，以实现对金属双层管的内管的密封。当水平滑块12做远离置液容器1的移动时，水平滑块12驱动缸筒6做远离置液容器1的移动，从而实现驱动密封堵头8与金属双层管的内管端部分离。

上模具3两侧设有安装在上工作台4两端的斜滑块15，斜滑块15位于活塞杆7的上方并与活塞杆7的斜面相配合以便于压力机的上工作台4下行时斜滑块15挤压活塞杆7做水平运动。具体为，上工作台4下行时斜滑块15一同下行，此时斜滑块15与活塞杆7的斜面相接触并挤压活塞杆7，活塞杆7受限于缸筒6只能做水平运动并朝缸筒6内部移动，以实现将缸筒6内部的成形液通过注液孔10挤压到金属双层管的内管内以提供压力，从而实现内管膨胀以实现预成形。在优选的实施例中，斜滑块15与活塞杆7相作用的面为先倾斜再竖直的结构，在倾斜阶段，活塞杆7受斜滑块15挤压水平移动以完成注液并实现预成形，预成形后，斜滑块15进入竖直阶段，活塞杆7不再水平移动。

请参照图1和图3，置液容器1的侧孔上还固定设有套筒16，套筒16水平设置，缸筒6同轴套设在套筒16内，套筒16内设有第二密封圈17。在斜滑块15下压过程中，其驱使活塞杆7水平移动，但在驱使的过程中，还会有一个向下的分力，从而使得进给单元有一个倾斜向下的趋势，从而可能造成密封堵头8与薄壁管端部对齐不准确，无法给金属双层管的内管内部提供必要的内压力。设置固定的套筒16，套筒16水平设置并与缸筒6同轴，因此能够很好地保持缸筒6水平运动而不出现倾斜，有利于密封堵头8与薄壁管端部的对齐。第二密封圈17为多个，既可以保证水平度，也可以起到良好的密封作用，尽量避免成形液从置液容器1内流出。

密封堵头8为前小后大结构，可以更好地适用不同内径的。

缸筒6和活塞杆7之间设有直线导向机构，直线导向机构使得缸筒6和活塞杆7之间只能进行轴向的直线运动，以保证活塞杆7在缸体6的顺畅移动。具体的，直线导向机构包括有设于活塞杆7的外表面上的第一滑槽18、设于缸筒6的内表面且与第一滑槽18位置相对的第二滑槽19以及设于第一滑槽18和第二滑槽19内的多个球形滚动体20。

上工作台4两端的底面设有纵向（指上工作台4两端延伸方向）的滑槽（图中未示出），斜滑块15的顶面设有与滑槽相匹配的滑块21，斜滑块15通过滑块21固定安装在滑槽上。滑块21通过螺栓固定在滑槽上，可以在实施前调整滑块21的位置，以实现对斜滑块15的位置调整，从而可以调整活塞杆7在斜滑块15下行时的移动量，通过调整活塞杆7的移动量可以实现调整向金属薄壁管内部注入成形液的量以实现管内压力调节以及预成形量。上工作台4两端的侧面在对应于滑槽的位置处设有刻度尺22，实施时，可根据刻度尺22来调节滑块21位置，以快速实现对斜滑块15的位置调整。

请参照图4，本发明中利用上述的金属双层管复合成形装置来进行金属双层管复合成形的方法，包括以下主要步骤：

1）将金属双层管25水平放置在下模具2上；

2）向置液容器1内注入成形液，使成形液保持漫过金属双层管25，此时，成形液注满金属双层管25内部以及缸筒6内部（成形液通过注液孔10进入缸筒6内部）；

3）滑动机构驱动进给单元往置液容器1内水平移动并使得密封堵头8堵住金属双层管25的内管的端部；具体为，驱动电机13驱动丝杠14转动，然后通过丝杠14转动带动水平滑块12向置液容器1方向移动，并带动缸筒6做靠近（深入）置液容器1的移动，从而实现驱动密封堵头8向金属双层管25的内管端部移动，以实现对金属双层管25的内管的密封，当密封堵头8堵住金属双层管25的内管时，驱动电机13停止转动，此时密封堵头8保持堵住金属双层管25的内管的状态；

4）压力机上的上工作台4下行带动斜滑块15下行，斜滑块15作用于活塞杆7上并驱使活塞杆7往缸筒6内部移动挤压缸筒6内部的成形液使得成形液通过密封堵头8的注液孔10进入内管内，内管压力升高而胀形并填充外管（指内管胀形填充内管和外管间的间隙），以完成内管的预成形；

5）压力机上的上工作台4继续下行，带动上模具3下行并对金属双层管25进行冲击，直到完全合模，实现金属双层管25的复合成形。

合模完成后，压力机的上工作台4上行，带动上模3上行复位，驱动电机13反转带动水平滑块12向远离置液容器1的方向移动，此时进给单元及其上的密封堵头8与金属双层管25的端部分离，即可取出金属双层管25。

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，任何熟悉本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 (10)

1.金属双层管复合成形装置，包括有压力机的上工作台（4）和下工作台（5），所述下工作台（5）的顶面中间固定设有置液容器（1），所述置液容器（1）内安装有下模具（2），所述上工作台（4）下方中间安装有上模具（3），所述上模具（3）位于所述下模具（2）正上方；其特征在于：

所述置液容器（1）的两侧开设有用以安装进给单元的侧孔，所述进给单元包括有缸筒（6）、活塞杆（7）和密封堵头（8），所述缸筒（6）活动安装在所述置液容器（1）的侧孔上，所述缸筒（6）的内端位于所述置液容器（1）内、外端位于所述置液容器（1）外，所述活塞杆（7）部分位于所述缸筒（6）内，所述活塞杆（7）的外端部为斜面，所述活塞杆（7）的内端部设有第一密封圈（9），所述密封堵头（8）安装在所述缸筒（6）的内端部上，所述密封堵头（8）设有连通所述缸筒（6）的内部以及所述密封堵头（8）的外端部的注液孔（10）；

所述下工作台（5）在所述置液容器（1）的两侧位置上分别设有驱动所述进给单元往所述置液容器（1）内水平移动的滑动机构；

所述上模具（3）两侧设有安装在所述上工作台（4）两端的斜滑块（15），所述斜滑块（15）位于所述活塞杆（7）的上方并与所述活塞杆（7）的斜面相配合以便于压力机的上工作台（4）下行时所述斜滑块（15）挤压所述活塞杆（7）做水平运动。

2.根据权利要求1所述的金属双层管复合成形装置，其特征在于：所述滑动机构包括有水平滑块（12）、驱动电机（13）和丝杆（14），所述下工作台（5）在所述置液容器（1）的两侧位置上开设有平行于所述缸筒（6）的燕尾槽，所述水平滑块（12）匹配安装在所述燕尾槽内，所述水平滑块（12）的顶部与所述缸筒（6）固定连接，所述驱动电机（13）固定安装在所述下工作台（5）上，所述丝杆（14）的一端固定连接在所述驱动电机（13）的输出轴上，另一端匹配安装在所述水平滑块（12）底部的螺孔上，所述丝杆（14）与所述缸筒（6）同轴设置。

3.根据权利要求1所述的金属双层管复合成形装置，其特征在于：所述斜滑块（15）与所述活塞杆（7）相作用的面为先倾斜再竖直的结构。

4.根据权利要求1所述的金属双层管复合成形装置，其特征在于：所述置液容器（1）的侧孔上还固定设有套筒（16），所述套筒（16）水平设置，所述缸筒（6）同轴套设在所述套筒（16）内，所述套筒（16）内设有第二密封圈（17）。

5.根据权利要求1所述的金属双层管复合成形装置，其特征在于：所述密封堵头（8）为前小后大结构。

6.根据权利要求1所述的金属双层管复合成形装置，其特征在于：所述缸筒（6）和活塞杆（7）之间设有直线导向机构，所述直线导向机构使得所述缸筒（6）和活塞杆（7）之间只能进行轴向的直线运动。

7.根据权利要求6所述的金属双层管复合成形装置，其特征在于：所述直线导向机构包括有设于所述活塞杆（7）的外表面上的第一滑槽（18）、设于所述缸筒（6）的内表面且与所述第一滑槽（18）位置相对的第二滑槽（19）以及设于所述第一滑槽（18）和第二滑槽（19）内的多个球形滚动体（20）。

8.根据权利要求1所述的金属双层管复合成形装置，其特征在于：所述上工作台（4）两端的底面设有纵向的滑槽，所述斜滑块（15）的顶面设有与所述滑槽相匹配的滑块（21），所述斜滑块（15）通过所述滑块（21）固定安装在所述滑槽上。

9.根据权利要求8所述的金属双层管复合成形装置，其特征在于：所述上工作台（4）两端的侧面在对应于所述滑槽的位置处设有刻度尺（22）。

10.利用权利要求1至9任一项所述的成形装置来进行金属双层管复合成形的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将金属双层管水平放置在所述下模具（2）上；

2）向所述置液容器（1）内注入成形液，使成形液保持漫过金属双层管；

3）所述滑动机构驱动所述进给单元往所述置液容器（1）内水平移动并使得所述密封堵头（8）堵住金属双层管的内管的端部；

4）压力机上的所述上工作台（4）下行带动所述斜滑块（15）下行，所述斜滑块（15）作用于所述活塞杆（7）上并驱使所述活塞杆（7）往缸筒（6）内部移动挤压所述缸筒（6）内部的成形液使得成形液通过所述密封堵头（8）的注液孔（10）进入内管内，内管压力升高而胀形并填充外管，以完成内管的预成形；

5）压力机上的所述上工作台（4）继续下行，带动所述上模具（3）下行并对金属双层管进行冲击，直到完全合模，实现金属双层管的复合成形。