CN109821962B - 金属双层管冲击液压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冲击液压复合成形装置，包括顶板、置液容器、冲压模具、行程单元和进给单元，顶板的两端具有立臂，立臂的底端的相对侧具有自下而上先向外倾斜再竖直的结构；行程单元位于顶板的下方，用于驱动上模具向下运动；进给单元放置在置液容器的两侧孔上，在立臂作用下进行阶段式的轴向进给以实现双层管的预成形。本发明通过阶段式的轴向进给方式，实现内管的预成形，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；通过设置特定的行程单元，可调整冲压下压速度，并可探究径向冲击速度对金属双层管冲击液压胀形的影响规律。

Description

金属双层管冲击液压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冲击液压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 104226776 B提出了一种金属薄壁管冲击液压胀形系统，其主要应用在金属薄壁管冲击液压胀形领域，并且公开了一种无需专门的内压力源的金属薄壁管内部供压技术，简便易行，液压胀形效率高。但是其应用在金属双层管复合成形中还具有诸多不足：一是其无法实现内管的预成形；二是轴向进给为持续性，在冲压阶段依然进行轴向进给，不利于双层管的成形；三是合模速度仅依靠较单一的压力机下行速度，无法根据自身需要自动调节合模速度。

发明内容

针对以上不足，本发明提供一种金属双层管冲击液压复合成形装置，能够实现一种分段式轴向进给，更利于双层管复合成形。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

金属双层管冲击液压复合成形装置，包括：顶板，其设置于驱动机构上并由驱动机构带动上下移动，所述顶板的两端分别具有向下的立臂，两个所述立臂的底端的相对侧上分别设有凸轮以在所述立臂的底部的相对侧形成自下而上先向外倾斜再竖直的结构；置液容器，其位于所述顶板下方，所述置液容器的两侧对应开设有侧孔；冲压模具，其包括有上模具和下模具，所述上模具和下模具自上而下依次位于所述顶板下方，所述下模具安装在所述置液容器内；行程单元，其位于所述顶板的下方，用于在所述顶板的作用下驱动所述上模具向下运动；进给单元，其为两个，分别相对放置在所述置液容器的两侧孔上，所述进给单元包括有缸筒、活塞杆和密封堵头，所述缸筒活动放置在所述置液容器的侧孔上，所述缸筒内设有压簧，所述活塞杆部分位于所述缸筒内，所述活塞杆的外端部设有与所述凸轮相配合的斜面，所述活塞杆的内端部设有密封圈，所述缸筒在靠近所述活塞杆的一端部的外侧设有凸台，所述密封堵头可拆卸地安装在所述缸筒远离所述活塞杆的端部上，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。

作为本发明的一种改进，所述行程单元为安装在所述顶板与上模具之间的连接传动件，此时，所述上模具通过该连接传动件固定在所述顶板上。

作为本发明的一种改进，所述行程单元包括有设于所述顶板的侧下方的立柱、固定设于所述立柱顶端的定位件、设在所述定位件的底端的剪叉机构、以及设在所述剪叉机构上的驱动臂；所述剪叉机构的顶部与所述定位件的底部相连，所述剪叉机构的底部设有底座；所述定位件的顶端开设有通孔；所述驱动臂竖直设置，位于所述顶板的正下方，所述驱动臂的底端连接于所述剪叉机构的中部，所述驱动臂的上部穿过所述定位件的顶端上的通孔。

作为本发明的一种改进，所述置液容器的两侧分别设有防止所述缸筒反向移动的限位组件。

作为本发明的一种改进，所述限位组件包括有限位钩、销轴和扭簧，所述销轴固定设在所述限位钩的后端上，所述销轴匹配安装在所述置液容器的销孔上，所述扭簧套设在所述销轴上。

作为本发明的一种改进，所述置液容器上设有进液孔和出液孔。

作为本发明的一种改进，所述行程单元还包括有支撑板，所述支撑板放置在所述上模具的上面和/或设置在所述底座的底面。

作为本发明的一种改进，所述密封堵头为前小后大结构。

作为本发明的一种改进，所述驱动机构为压力机。

本发明还提供一种金属双层管冲击液压复合成形方法，具有上述金属双层管冲击液压复合成形装置，包括以下步骤：

（一）、将双层管水平放置在所述下模具上和上模具之间；

（二）、将所述进给单元安放在所述置液容器的两侧孔，此时密封堵头与双层管的内管相平齐，而所述活塞杆外端部位于所述立臂向外倾斜再竖直的结构的下面；向所述置液容器内注入成形液并使得成形液液面高度高过双层管的顶面；

（三）、压力机下行使得所述顶板下行并带动所述凸轮下行使得凸轮所成的斜面与所述活塞杆接触，所述活塞杆受挤压通过所述压簧带动所述缸筒及密封堵头向双层管端部移动并使得所述密封堵头密封住双层管中内管的端部，此时，所述活塞杆的外端位于凸轮中部；

（四）、压力机持续下压，所述凸轮持续下行，所述活塞杆挤压所述压簧并继续向所述缸筒内部移动，并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，此时所述活塞杆走完所述凸轮的部分并到达所述立臂的底部的先向外倾斜再竖直的结构的竖直部分；

（五）、完成预成形后，压力机继续下行，所述顶板与所述行程单元接触并带动所述行程单元下行，所述行程单元下行带动所述上模具下行，对双层管进行冲击，直到完全合模，实现金属双层管的冲击液压复合成形。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过阶段式的轴向进给方式，能够实现内管的预成形，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、通过设置特定的行程单元，可调整冲压下压速度，并可探究径向冲击速度对金属双层管冲击液压胀形的影响规律；

3、本发明提供的金属双层管冲击液压复合成形方法，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冲击液压复合成形。

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为图1的爆炸示意图（其中置液容器未示出）；

图3为进给单元在置液容器上的安装示意图；

图4为一种实施示意图（局部剖视图）；

图5为进给单元与双层管的配合示意图；

图6为限位组件的示意图。

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、图2和图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，主要包括顶板3、凸轮1、置液容器10、冲压模具、行程单元和进给单元。

请参照图1和图2，顶板3固定安装在压力机（图中未示出）上，在压力机的作用下上下移动，顶板3的两端分别具有向下的立臂2。凸轮1为两个，分别设置在两个立臂2的底端的相对侧，以在立臂2的底部的相对侧形成自下而上先向外倾斜再竖直的结构。立臂2的底部先向外倾斜再竖直的结构中的倾斜面可以是平直的斜面，也可以是弧面，本优选的实施例中，立臂2的底部的倾斜面为弧面。凸轮1可以是独立的部件，通过焊接、螺纹连接等方式固定在立臂2上，也可以为跟立臂2一体成形的结构，本优选的实施例中，凸轮1与立臂2一体成形，形成一个具有弧面的自下而上先向外倾斜再竖直的结构。

请参照图1，置液容器10位于顶板3下方，置液容器10的两侧对应开设有侧孔。为了便于注入成形液，置液容器10侧面上设置有进液孔22和出液孔23，进液孔22水平高度高于出液孔23水平高度，进液孔22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上匹配设有孔塞，当需要注液时，打开进液孔22的孔塞或者阀门，成形液从进液孔22进入，此时出液孔23封闭，待成形液保持高过双层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。置液容器10的底面设有一块底板24，置液容器10固定放置在底板24上。

冲压模具包括有上模具5和下模具6，上模具5和下模具6自上而下依次位于顶板3下方，下模具6安装在置液容器10内，上模具5放置在下模具6的上面。使用时，待成形的双层管放置在下模具6上，上模具5再放置在下模具6和双层管的上面。

行程单元位于顶板3的下方，用于在顶板3的作用下驱动上模具5向下运动以实现冲压。在部分优选的实施例中，行程单元为安装在顶板3与上模具5之间的连接传动件，此时，上模具5通过该连接传动件固定在顶板3上，顶板3向下运动时，带动上模具5向下合模，并实现对双层管的冲压。

在本优选的实施例中，请参照图1和图2，行程单元包括有设于顶板3的侧下方的立柱8、固定设于立柱8顶端的定位件11、设在定位件11的底端的剪叉机构9、以及设在剪叉机构9上的驱动臂4；剪叉机构9的顶部与定位件11的底部相连，剪叉机构9的底部设有底座7，底座7固定连接上模具5的顶面；定位件11的顶端开设有通孔；驱动臂4竖直设置，位于顶板3的正下方，驱动臂4的底端连接于剪叉机构9的中部，驱动臂4的上部穿过定位件11的顶端上的通孔，使得驱动臂4只能在通孔方向上做上下运动。此时，上模具5与底座7接触，驱动臂4的顶部与顶板3并不直接接触，当顶板3向下运行一段时间后才与驱动臂4接触，并下压驱动臂4，此时，剪叉机构9在驱动臂4的带动下撑开，随机推动底座7下行，上模具5受压实现合模，此时双层管受到冲压，即实现对双层管的冲压。由于剪叉机构9在撑开的过程中有一个行程放大的作用，因此通过设置剪叉机构9可以调整冲压下压速度，并可探究径向冲击速度对金属双层管冲击液压胀形的影响规律。冲压速度与剪叉机构9的连杆数量以及连杆的长度、间距有关。剪叉机构9的连杆数量越多，连杆长度越大，连杆间距越大，冲压速度也越快。因此，可以通过调整剪叉机构9的连杆数量以及连杆的长度、间距等来实现冲压速度的调整。

立柱8固定安装在底板24上，从而可以保证行程单元、置液容器10以及进给单元的相对固定，避免在复合成形中行程单元、置液容器10以及进给单元发生意外位移。

在优选的实施例中，行程单元还包括有支撑板27，支撑板27固定设置在底座7的底面并与上模具5的顶面固定连接，通过支撑板27的过渡连接，实现了冲击力平稳、均匀传递。

请参照图1和图2，进给单元为两个，分别相对放置在置液容器10的两侧孔上，此时，两个进给单元以置液容器10的中心对称设置。进给单元主要包括有缸筒12、活塞杆13和密封堵头14。继续操作请参照图1、图2和图3，缸筒12整体呈圆柱状的中空筒状结构，缸筒12活动放置在置液容器10的侧孔上，缸筒12内设有压簧16，活塞杆13部分位于缸筒12内，活塞杆13的外端部设有与凸轮1相配合的斜面，活塞杆13的内端部设有密封圈15以实现活塞杆13与缸筒12内部之间的密封，缸筒12在靠近活塞杆13的一端部的外侧设有凸台17，密封堵头14可拆卸地安装在缸筒12远离活塞杆13的端部上，密封堵头14设有连通缸筒12的内部以及密封堵头14的外端部的注液孔18。密封堵头14与缸筒12的可拆卸安装方式优选为螺纹连接，具体为缸筒12的端部设有外螺纹，密封堵头14设有匹配的内螺纹，通过螺纹方式可以实现密封堵头14与缸筒12临时连接，在不使用时可以对其进行拆卸分离。密封堵头14为前小后大结构，密封堵头14的较大端部的外径大于或等于双层管的内管的内径，从而保证对内管的密封。本优选的实施例中，密封堵头14为圆台状结构，密封堵头14的较大端部的外径稍大于双层管的内管的内径，从而保证了密封堵头14部分进入内管内部，而其较大端部实现对内管端部的密封，保证冲击液压复合成形时的密封性。

请参照图4和图5，本发明优选的实施例的一种具体、详实的实施步骤为：首先将双层管（包括有外管26和位于外管26内的内管25）水平放置在下模具6上，下模具6和上模具5之间；将进给单元安放在置液容器10的两侧孔上并将密封堵头14安装在缸筒12上，此时密封堵头14与内管25相平齐，而活塞杆13外端部位于立臂2向外倾斜再竖直的结构的下面，通过进液孔22往置液容器10内注液并使得成形液液面高度高过双层管的顶面，此时成形液自动填充满双层管及密封堵头14与缸筒12内部空间；压力机运行，压力机下行使得顶板3下行并带动凸轮1下行使得凸轮1所成的斜面与活塞杆13接触，在凸轮1的作用下，活塞杆13受挤压通过压簧16带动缸筒12及密封堵头14向双层管端部移动并使得密封堵头14密封住双层管中的内管25的端部（此时如图4和图5所示），此时在密封堵头14或者缸筒12的作用下（当密封堵头14的外径等于内管25的内径时，密封堵头14进入内管25内部直至缸筒12的凸台17接触置液容器10的外侧），缸筒12不再轴向进给，此时，活塞杆13的外端位于凸轮1中部，压力机持续下压，凸轮1持续下行，活塞杆13挤压压簧16并继续向缸筒12内部移动，并挤压缸筒12内部的成形液使得成形液通过密封堵头14的注液孔18进入内管25内，内管25压力升高而胀形并填充外管26，以完成内管25的预成形，此时活塞杆13走完凸轮1的部分（即斜面部分）并到达立臂2的底部的先向外倾斜再竖直的结构的竖直部分；完成预成形后，压力机继续下行，此时活塞杆13将不再轴向进给，而顶板3与驱动臂4接触并带动驱动臂4下行，驱动臂4下行带动剪叉机构9及剪叉机构9底部的底座7下行使上模具5下行，对双层管进行冲击，直到完全合模，使内管25内部的液体受压缩自发产生更高的内压力，实现金属双层管的冲击液压复合成形。

在部分冲击液压复合成形中，由于冲压速度快、压力大等原因，可能会使得密封堵头14脱离内管25造成密封性不足，无法实现冲/液复合成形的现象。因此，在优选的实施例中，请参照图5和图6，置液容器10的两侧分别设有防止缸筒12反向移动的限位组件。限位组件包括有限位钩19、销轴20和扭簧21，销轴20固定设在限位钩19的后端上，销轴20匹配安装在置液容器10的销孔上，扭簧21套设在销轴20上，此时，在扭簧21的作用下，限位钩19与置液容器10的侧壁相垂直。当缸筒12受压向置液容器10的侧壁运动时，凸台17先接触到限位钩19的钩头，并挤压限位钩19使得限位钩19向外偏摆从而让缸筒12上的凸台17通过，当凸台17通过限位钩19的钩头后，在扭簧21的作用下，限位钩19回复位置并使得限位钩19的钩头钩住凸台17，从而使得凸台17无法反向移动。在优选的实施例中，限位钩19的钩头到置液容器10的侧壁的距离等于当密封堵头14密封住内管25并无法继续深入时凸台17的外侧面到置液容器10的侧壁的距离，以保证在密封堵头14密封住内管25时，限位钩19能够实现对凸台17的移动限位，以保证密封堵头14在液压以及冲压过程中不会脱离内管25造成密封性不足。限位钩19的钩头的外侧面与凸台17的内侧面分别为斜面以利于在凸台17挤压限位钩19时限位钩19顺畅地向外偏摆从而让凸台17顺利通过。在成形完成后，仅需要掰开限位钩19即可让凸台17脱离限位钩19，从而实现缸筒12的向外移动，此时即可进行下一个成形或者将缸筒12卸下。在优选的实施例中，置液容器10两侧的限位组件分别为多个，均匀地分布在置液容器10的侧孔旁，以实现均匀的限位。

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 (8)

1.金属双层管冲击液压复合成形装置，其特征在于，包括：

顶板（3），其设置于驱动机构上并由驱动机构带动上下移动，所述顶板（3）的两端分别具有向下的立臂（2），两个所述立臂（2）的底端的相对侧上分别设有凸轮（1）以在所述立臂（2）的底部的相对侧形成自下而上先向外倾斜再竖直的结构；

置液容器（10），其位于所述顶板（3）下方，所述置液容器（10）的两侧对应开设有侧孔；

冲压模具，其包括有上模具（5）和下模具（6），所述上模具（5）和下模具（6）自上而下依次位于所述顶板（3）下方，所述下模具（6）安装在所述置液容器（10）内；

行程单元，其位于所述顶板（3）的下方，用于在所述顶板（3）的作用下驱动所述上模具（5）向下运动；

进给单元，其为两个，分别相对放置在所述置液容器（10）的两侧孔上，所述进给单元包括有缸筒（12）、活塞杆（13）和密封堵头（14），所述缸筒（12）活动放置在所述置液容器（10）的侧孔上，所述缸筒（12）内设有压簧（16），所述活塞杆（13）部分位于所述缸筒（12）内，所述活塞杆（13）的外端部设有与所述凸轮（1）相配合的斜面，所述活塞杆（13）的内端部设有密封圈（15），所述缸筒（12）在靠近所述活塞杆（13）的一端部的外侧设有凸台（17），所述密封堵头（14）可拆卸地安装在所述缸筒（12）远离所述活塞杆（13）的端部上，所述密封堵头（14）设有连通所述缸筒（12）的内部以及所述密封堵头（14）的外端部的注液孔（18）；

所述置液容器（10）的两侧分别设有防止所述缸筒（12）反向移动的限位组件，所述限位组件包括有限位钩（19）、销轴（20）和扭簧（21），所述销轴（20）固定设在所述限位钩（19）的后端上，所述销轴（20）匹配安装在所述置液容器（10）的销孔上，所述扭簧（21）套设在所述销轴（20）上；所述限位钩（19）的钩头到置液容器（10）的侧壁的距离等于当密封堵头（14）密封住内管并无法继续深入时凸台（17）的外侧面到置液容器（10）的侧壁的距离。

2.根据权利要求1所述的金属双层管冲击液压复合成形装置，其特征在于，

所述行程单元为安装在所述顶板（3）与上模具（5）之间的连接传动件，此时，所述上模具（5）通过该连接传动件固定在所述顶板（3）上。

3.根据权利要求1所述的金属双层管冲击液压复合成形装置，其特征在于，

所述行程单元包括有设于所述顶板（3）的侧下方的立柱（8）、固定设于所述立柱（8）顶端的定位件（11）、设在所述定位件（11）的底端的剪叉机构（9）、以及设在所述剪叉机构（9）上的驱动臂（4）；

所述剪叉机构（9）的顶部与所述定位件（11）的底部相连，所述剪叉机构（9）的底部设有底座（7）；

所述定位件（11）的顶端开设有通孔；

所述驱动臂（4）竖直设置，位于所述顶板（3）的正下方，所述驱动臂（4）的底端连接于所述剪叉机构（9）的中部，所述驱动臂（4）的上部穿过所述定位件（11）的顶端上的通孔。

4.根据权利要求1所述的金属双层管冲击液压复合成形装置，其特征在于，

所述置液容器（10）上设有进液孔（22）和出液孔（23）。

5.根据权利要求3所述的金属双层管冲击液压复合成形装置，其特征在于，

所述行程单元还包括有支撑板（27），所述支撑板（27）放置在所述上模具（5）的上面和/或设置在所述底座（7）的底面。

6.根据权利要求1所述的金属双层管冲击液压复合成形装置，其特征在于，

所述密封堵头（14）为前小后大结构。

7.根据权利要求1所述的金属双层管冲击液压复合成形装置，其特征在于，

所述驱动机构为压力机。

8.金属双层管冲击液压复合成形方法，具有权利要求1至7任一项所述的金属双层管冲击液压复合成形装置，其特征在于，包括以下步骤：

（一）、将双层管水平放置在所述下模具（6）和上模具（5）之间；

（二）、将所述进给单元安放在所述置液容器（10）的两侧孔，此时密封堵头（14）与双层管的内管相平齐，而所述活塞杆（13）外端部位于所述立臂（2）向外倾斜再竖直的结构的下面；并向所述置液容器（10）内注入成形液并使得成形液液面高度高过双层管的顶面；

（三）、压力机下行使得所述顶板（3）下行并带动所述凸轮（1）下行使得凸轮（1）所成的斜面与所述活塞杆（13）接触，所述活塞杆（13）受挤压通过所述压簧（16）带动所述缸筒（12）及密封堵头（14）向双层管端部移动并使得所述密封堵头（14）密封住双层管中内管的端部，此时，所述活塞杆（13）的外端位于凸轮（1）中部；

（四）、压力机持续下压，所述凸轮（1）持续下行，所述活塞杆（13）挤压所述压簧（16）并继续向所述缸筒（12）内部移动，并挤压所述缸筒（12）内部的成形液使得成形液通过所述密封堵头（14）的注液孔（18）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，此时所述活塞杆（13）走完所述凸轮（1）的部分并到达所述立臂（2）的底部的先向外倾斜再竖直的结构的竖直部分；

（五）、完成预成形后，压力机继续下行，所述顶板（3）与所述行程单元接触并带动所述行程单元下行，所述行程单元下行带动所述上模具（5）下行，对双层管进行冲击，直到完全合模，实现金属双层管的冲击液压复合成形。