CN110314972B - 一种用于金属管件热气压成形的冲头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于金属管件热气压成形的冲头，包括冲头锥面、气室、排气管、消音室、双组分消音棉、法兰盘、消音盘和挡板。它涉及一种用于密封高温高压气体密封冲头，以解决目前在管材充气和成形过程中，高压气体从管坯和冲头配合间隙中排出，因流速快、流量大，产生较大的噪音问题，以及因气体流动方向不确定而产生安全隐患的问题。本发明用于金属管件整体或局部热气压成形时两端高压气体的导向和消音。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于金属管件热气压成形的冲头，具体涉及一种可实现金属管件热气压成形时安全排气和消音的冲头结构。
背景技术
金属管件热气压成形时，首先通过高温的模具将原始管坯加热到一定温度，使材料的变形能力提高，同时变形抗力显著降低。然后，向热态管坯内充入高压气体，利用高压气体使管坯发生胀形变形。该方法克服了铝合金材料常温下成形性能差、难以成形复杂零件的缺点。同时，成形所需要的气体压力只有常温成形的1/10至1/40。目前，热气压成形已成为塑性加工领域的研究热点，成功应用于汽车、航空航天领域复杂异形管件的制造。采用热气压成形方法制造的复杂异形管件，可大大减少汽车车身和底盘的焊接结构，不仅可以减轻重量和降低工艺成本，而且在不牺牲任何安全性和舒适性的前提下可明显提高结构强度。
在大尺寸(直径和长度方向)金属管件热气压成形过程中，需要向管坯内充入的气体量很大。当待成形管坯的长度为5000mm,直径为100mm时，其管坯内部的容积将达到40升。以一个普通氮气瓶的容积为40升、气体压力为10MPa计算，则一个充满的氮气瓶只能用于成形1个上述尺寸规格的管件。
金属管件的热气压成形可能出现两种情况，(1)充气过程：冲头先对管件端部进行完全或部分密封，然后向管坯中快速充气；(2)排气过程：在成形过程中，当管坯内气体压力高于设定值时，需要从冲头处以一定速度排气以防止管坯内气体压力过高。在充气过程中，由于金属管坯的长度和形状不一致、冲头密封推力和进给量有差别，很容易出现冲头和管坯之间未完全贴合密封而出现漏气。而在排气过程中，需要在较短时间内将管坯内气体快速排出以取出成形后管件。因高压气体的速度快、流量大，气体从管端和冲头的缝隙中排出时会产生较大的噪音。更为重要的是，虽然热气压成形时气体压力已降低到10-35MPa,比传统的液压成形的液体压力要低很多，但是由于气体的压缩比很大，超过10MPa的气体已属于超高压气体的范围。当超高压气体从狭窄缝隙中排出时，气体流动方向不确定，很容易产生意想不到的安全隐患。
为了解决金属管件热气压成形过程中充气和排气过程中因大流量的高压或超高压气体快速流动可能出现的噪音和安全隐患，需要采用一种专用的金属管件热气压成形冲头。
发明内容
本发明是为解决现有金属管件热气压成形的充气过程和排气过程中，大量的高压或超高压气体从管端和冲头之间的狭窄缝隙中排出时产生很大噪音和存在不可预测的安全问题，设计了一种能够实现快速、稳定、安全排气的专用冲头。
本发明的技术方案：
一种用于金属管件热气压成形的冲头，包括冲头锥面2、气室3、排气管4、消音室5、双组分消音棉6、法兰盘7、消音盘8和挡板9；
冲头芯部为进气孔1，气体先垂直于冲头侧面进入，到达截面中心后垂直进入冲头中心；冲头锥面2根据金属管材管径大小确定，冲头进入金属管材长度为冲头锥面2的1/3；冲头锥面2前端2/3处设有垂直于锥面的挡板9，挡板9伸出至与模具贴合，形成气室3；
在挡板9和冲头进入金属管材位置的冲头锥面2中间处设有排气管4，排气管4分为两段，第一段垂直于冲头锥面2，第二段与冲头水平段平行，两段长度和直径根据冲头大小进行设计；排气管4的第二段和消音室5同轴，二者截面面积之比为1:5；消音室5在冲头中的排布形式为各自的中心连线在同一半圆边线上；消音室5内壁为2mm厚的双组分消音棉6，通过耐高温胶与消音室5内壁相连；每个消音室5内壁安装扇形消音盘8，个数为16至20个，错位安装，通过耐高温胶与双组分消音棉6相连，消音盘8上分布有直径1mm的细小微孔，当有气流通过时起到消音作用；
在没有模具形成气室的成形条件下，挡板9分为三段，第一段于冲头锥面2前端2/3处垂直于冲头锥面2，第二段为与金属管材平行段，第三段为与金属管材垂直并接触，共同组成气室3，将排放的高温高压气体导入排气管4中。
所述的双组分消音棉6为聚酯消音棉，聚酯消音棉和消音室5内壁通过铆钉连接。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用对密封冲头内部进行设计，结构不会对模具产生干涉。
(2)本发明采用密封冲头和模具形成密封气室，对高温高压气体进行收集，并起到排放导向作用，减少安全隐患。
(3)本发明采用密封冲头内腔截面变化，阻抗失配，使得沿排气管和消音室传播的声波能量得以衰减，以达到消音的效果。
(4)本发明采用密封冲头内设计消音室，消音室中消音盘的震动，消耗大部分能量起到降噪的目的。
(5)本发明利用密封冲头锥面和挡板或者模具形成的气室，使得及时收集的高温高压气体按照规定路径消音排放容易实施，且根据管坯直径和充气压力大小，气室大小、消音室大小可以自行设计调节。
(6)本发明密封冲头消音室中的双组分消音棉和方便消音盘的安装和更换，成本低，保证了高温高压气体排放时消音的效果。
(7)本发明消音密封冲头通过气室和排气管的设计，使高温高压气体按照规定路径排放，避免因气体流动方向不确定而造成安全隐患。
附图说明
图1为本发明一种用于金属管件热气压成形的冲头的剖面图，示意气体流向；
图2为本发明一种用于金属管件热气压成形的冲头的正视图；
图3为本发明一种用于金属管件热气压成形的冲头的侧视图；
图4为本发明一种用于无模具情况下金属管件热气压成形冲头。
图中：1进气孔；2冲头锥面；3气室；4排气管；5消音室；6双组分消音棉；7法兰盘；8消音盘；9挡板；10金属管材；11模具。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例一：结合图1、图2和图3说明，一种用于金属管件热气压成形的冲头，包括进气孔1、冲头锥面2、气室3、排气管4，消音室5、双组分消音棉6、法兰盘7、消音盘8和挡板9。
冲头锥面2锥度根据金属管材10管径大小确定，冲头进入金属管材长度为锥面的1/3，锥面的2/3处有垂直于锥面的挡板9，为了加强气室的密封效果，挡板外伸出长度为3厘米的垂直段用来和模具贴合。
在挡板9和冲头进入金属管材位置的中间设有排气管4，排气管4分为两段，第一段垂直于冲头锥面2，第二段与冲头水平段平行，两段长度和直径根据密封冲头大小进行设计。排气管4的第二段和消音室5同轴，截面面积之比为1:5。消音室5内壁为2mm厚的双组分消音棉6，通过耐高温胶与消音室5内壁相连。每个消音室5内壁安装扇形消音盘8，个数根据密封冲头大小确定，个数为16至20个，错位安装，通过耐高温胶与聚酯消音棉相连，消音盘8上分布有直径1mm的细小微孔，当有气流通过时起到消音作用。
实施例二：结合图1和图4说明适用于金属管材的局部胀形，冲头锥面2根据金属管材管径大小确定，冲头进入金属管材10长度为锥面的1/3，在没有模具形成气室的成形条件下，挡板9分为三段，第一段于锥面的2/3处垂直于锥面的挡板，第二段为与金属管材平行段，长度为50mm,第三段为与金属管材垂直并接触，共同组成气室3，将排放的高温高压气体导入排气管4中。如此设置，增加了金属管件热气压成形的冲头的使用范围。
实施例三：本实施方式的双组分消音棉6为聚酯消音棉，消音棉6和消音室内壁通过铆钉连接。如此设置，良好的物力稳定性，不会因为温度的改变而膨胀和缩小，方便维护，消音效果好。其他与具体实施方式一或二相同。
工作过程：一：收集气体：当密封冲头锥面2进入金属管材1/3位置后，挡板9外伸段与模具11形成气室。在排气情况下，高温高压气体从金属管材和密封锥面的配合间隙排出，进入气室3后进入排气管4。
二、消音并导出气体：高温高压气体从排气管4进入消音室5，经过截面变化，气流流经型腔由窄到宽，会发生阻抗失配现象，使声波反射干涉，起到初步降噪的作用。高温高压气体的能量在消音室内分为三部分被吸收：一部分有双组分消音棉6吸收，另一部分当另一部分气流经过消音盘时，引起消音盘振动，使得高温高压气体能量衰减，还有一部分气体通过消音盘上的细小微孔吸收，从而达到消音和排放导向的作用。
Claims (3)
1.一种用于金属管件热气压成形的冲头，其特征在于，所述的用于金属管件热气压成形的冲头包括冲头锥面（2）、气室（3）、排气管（4）、消音室（5）、双组分消音棉（6）、法兰盘（7）、消音盘（8）和挡板（9）；
冲头芯部为进气孔（1），气体先垂直于冲头侧面进入，到达截面中心后垂直进入冲头中心；冲头锥面（2）根据金属管材管径大小确定，冲头进入金属管材长度为冲头锥面（2）的1/3；冲头锥面（2）前端2/3处设有垂直于锥面的挡板（9），挡板（9）伸出至与模具贴合，形成气室（3）；
在挡板（9）和冲头进入金属管材位置的冲头锥面（2）中间处设有排气管（4），排气管（4）分为两段，第一段垂直于冲头锥面（2），第二段与冲头水平段平行，两段长度和直径根据冲头大小进行设计；排气管（4）的第二段和消音室（5）同轴，二者截面面积之比为1:5；消音室（5）在冲头中的排布形式为各自的中心连线在同一半圆边线上；消音室（5）内壁为2mm厚的双组分消音棉（6），通过耐高温胶与消音室（5）内壁相连；每个消音室（5）内壁安装扇形消音盘（8），个数为16至20个，错位安装，通过耐高温胶与双组分消音棉（6）相连，消音盘（8）上分布有直径1mm的细小微孔，当有气流通过时起到消音作用。
2.根据权利要求1所述的用于金属管件热气压成形的冲头，其特征在于，在没有模具形成气室的成形条件下，挡板（9）分为三段，第一段于冲头锥面（2）前端2/3处垂直于冲头锥面（2），第二段为与金属管材平行段，第三段为与金属管材垂直并接触，共同组成气室（3），将排放的高温高压气体导入排气管（4）中。
3.根据权利要求1或2所述的用于金属管件热气压成形的冲头，其特征在于，所述的双组分消音棉（6）为聚酯消音棉，聚酯消音棉和消音室（5）内壁通过铆钉连接。
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