CN115255164A - 一种精密液压管的缩口密封装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精密液压管的缩口密封装配方法，其涉及密封装配技术领域，采用胎具对极靴和铜管进行缩口密封，包括以下步骤：S01：获得胎具内模槽曲率半径R_ρ；S02：获得极靴管壁高度h和管壁初始厚度t₀；S03：根据缩口次数的经验法则，确定的缩口次数；S04：挤压缩口。本发明通过获得最合理的胎具内模槽曲率半径和极靴管壁高度，制作精确的且相互匹配的胎具和极靴，同时采用二次缩口的方式，提高了液压管微器件的密封装配合格率和工艺稳定性。

Description

一种精密液压管的缩口密封装配方法

技术领域

本发明涉及密封装配技术领域，具体为一种精密液压管的缩口密封装配方法。

背景技术

液压管微器件是一种将极靴和铜管进行装配后的组件，其内部含有一定量的液体，故该液压管组件要求具备一定的密封性。目前国内液压管的装配技术可分为电阻焊和激光焊，但是两种焊接方式都存在缺陷：由于极靴为电工纯铁，铜管为黄铜，两种材料的热膨胀系数不同，在高温电阻焊后，焊接界面会产生收缩应力差，影响装配的密封性；激光焊时，当保持激光输出功率不变时，焊接速度增大，密封成品率呈下降趋势，故难以均衡保证焊接质量和效率。以上两种方法的有效装配合格率约为97%，均难以保证密封装配的效率和工艺稳定性。

为了避免焊接工艺存在缺陷，现有技术通过缩口密封装配的方式进行加工，但是现有的对液压管微器件缩口密封装配技术还不成熟，零件的尺寸、胎具内模槽的尺寸均没有实验数据的支撑以及缩口的技术的使用方法还不完善，胎具的内模槽与极靴的管壁不匹配会导致缩口的密封性差。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种精密液压管的缩口密封装配方法，通过获得最合理的胎具内模槽曲率半径和极靴管壁高度，制作精确的且相互匹配的胎具和极靴，同时采用二次缩口的方式，提高了液压管微器件的密封装配合格率和工艺稳定性。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种精密液压管的缩口密封装配方法，其特征在于，采用胎具对极靴和铜管进行缩口密封，包括以下步骤：

S01：获得胎具内模槽曲率半径R_ρ

（1）

其中：α₁为出模角度，r₀为缩口后管壁半径且r₀为给定值；

S02：获得极靴管壁高度h和管壁初始厚度t₀

管壁高度h：

（2）

其中：R₀为初始管壁半径且为给定值，h₁为铜管的侧沿板壁厚且为给定值；

管壁初始厚度t₀：

通过建立缩口角度α、管壁初始厚度t₀与轴向压应力F的关系曲线，确定管壁初始厚度t₀；

S03：根据缩口次数的经验法则，确定的缩口次数

当m>0.75时，采用1次缩口；当m为0.64~0.74时，采用2次缩口；

（3）

其中，m为缩口系数；

S04：挤压缩口

优选的，所述步骤S01中出模角度α₁是根据工程实际装配需要获得的：

缩口时，极靴管壁半径由R₀减小到r₀，即由入模角度α₀增加至出模角度α₁，入模角度α₀为缩口角度α的初始值，出模角度α₁为缩口角度α的终止值。

优选的，所述步骤S02中，获得管壁初始厚度t₀的过程具体为：

根据公式（3）确定缩口系数m

根据缩口变形区为双向压应力的特点，按Mises屈服准则

（4）

其中：β为主应力影响系数，σT为真实应力；

真实应力应变的幂函数关系

（5）

其中：k为材料强度系数，n为材料应变硬化指数；

缩口变形是以压缩控制的方式变形，变形区壁厚明显增加，此情况下，轴对称壳体沿母线厚度变化的一般平衡方程

（6）

其中：ρ、α分别为变形区任意一点的平行圆半径和缩口角度，R_ρ、R_θ分别为径向剖面和轴向剖面的曲率半径，σ_ρ、σ_θ分别为径向应力和轴向应力，μ、t分别为摩擦系数和壁厚，由公式（3）、（4）、（5）和（6）推导缩口过程的缩口角度α、管壁初始厚度t₀与轴向压应力F的变化方程

（7）

其中：当轴向压应力最小时为缩口角度α的最优解，从而确定管壁初始厚度t₀的最优解。

优选的，步骤S03中，采用2次缩口时，采用如下步骤：首次启动流程，施加第1次缩口装配的压力，当压力达到F₁时，进行保压2s；随后施加第2次缩口的压力，当压力达到F₂时，保压5s后，结束施压缩口装配流程。

本发明提供了一种精密液压管的缩口密封装配方法，具备以下有益效果：

1.本发明通过获得最合理的胎具内模槽曲率半径和极靴管壁高度，制作精确的且相互匹配的胎具和极靴，同时采用二次缩口的方式，提高了液压管微器件的密封装配合格率和工艺稳定性；

2.本发明中对入模角度、挤压外力的大小以及挤压次数均作出精准的设计，保证了液压管的缩口密封装配的可行性和精准度。

附图说明

图1为本发明入模角度和最大轴向压应力关系的示意图；

图2为本发明机胎具弧形槽截面图；

图3为本发明装配前后示意图；

图4为本发明装配步骤示意图；

图中：1、铜管；2、内模槽；3、管壁；4、胎具；5、通孔；6、极靴；7、侧沿板。

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1-4所示，一种精密液压管的缩口密封装配方法，其特征在于，采用胎具4对极靴6和铜管1进行缩口密封，包括以下步骤：

S01：获得胎具4内模槽2曲率半径R_ρ

（1）

其中：α₁为出模角度，r₀为缩口后管壁半径且r₀为给定值；

S02：获得极靴6管壁高度h和管壁初始厚度t₀

管壁高度h：

（2）

其中：R₀为初始管壁半径且为给定值，h₁为铜管的侧沿板壁厚且为给定值；

管壁初始厚度t₀：

通过建立缩口角度α、管壁初始厚度t₀与轴向压应力F的关系曲线，确定管壁初始厚度t₀；

S03：根据缩口次数的经验法则，确定的缩口次数

当m>0.75时，采用1次缩口；当m为0.64~0.74时，采用2次缩口；

（3）

其中，m为缩口系数；

S04：挤压缩口：极靴6和与其匹配的铜管1安装在制备好的胎具上，依据确定的缩口次数，施加外力，竖直向下对极靴顶部向下施压，使极靴下移，管壁沿着胎具4内模槽2产生内卷，直至包裹铜管上端的侧沿部；所述步骤S01中出模角度α₁是根据工程实际装配需要获得的：

缩口时，极靴6管壁半径由R₀减小到r₀，即由入模角度α₀增加至出模角度α₁，入模角度α₀为缩口角度α的初始值，出模角度α₁为缩口角度α的终止值；所述步骤S02中，获得管壁初始厚度t₀的过程具体为：

根据公式（3）确定缩口系数m

根据缩口变形区为双向压应力的特点，按Mises屈服准则

（4）

其中：β为主应力影响系数，σT为真实应力；

真实应力应变的幂函数关系

（5）

其中：k为材料强度系数，n为材料应变硬化指数；

缩口变形是以压缩控制的方式变形，变形区壁厚明显增加，此情况下，轴对称壳体沿母线厚度变化的一般平衡方程

（6）

其中：ρ、α分别为变形区任意一点的平行圆半径和缩口角度，R_ρ、R_θ分别为径向剖面和轴向剖面的曲率半径，σ_ρ、σ_θ分别为径向应力和轴向应力，μ、t分别为摩擦系数和壁厚，由公式（3）、（4）、（5）和（6）推导缩口过程的缩口角度α、管壁初始厚度t₀与轴向压应力F的变化方程

（7）

其中：当轴向压应力最小时为缩口角度α的最优解，从而确定管壁初始厚度t₀的最优解；步骤S03中，采用2次缩口时，采用如下步骤：首次启动流程，施加第1次缩口装配的压力，当压力达到F₁时，进行保压2s；随后施加第2次缩口的压力，当压力达到F₂时，保压5s后，结束施压缩口装配流程；根据实际密封装配经验，二次缩口时轴向压应力F₂≈1.05F₁。

其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，具体如下：

本发明的装配需要相互匹配的极靴和铜管以及用于缩口的胎具；其中铜管1是提前加工好的，铜管1的外径、铜管1侧沿板7的外径及铜管1侧沿板的厚度为h₁是确定的，由于极靴6需要与铜管1匹配，因此极靴6的一部分即可数值确定，包括管壁3初始半径R₀和缩口后管壁半径r₀，因此我们还需计算极靴6管壁初始厚度t₀和靴管6壁高度h就可以确定极靴的设计，需要注意的，这里面管壁初始半径R₀和缩口后管壁半径r₀分别略大于铜管侧沿板7的外径和铜管1的外径即可；至于胎具4，胎具4的通孔半径略大于铜管的外径即可，除此之外求出内模槽2曲率半径R_ρ即可生产用于缩口装配的胎具4；然后进行缩口次数判断以及挤压缩口的过程。

首先根据公式（1）

计算胎具内模槽曲率半径，制作胎具，其中， 出模角度α₁是根据工程实际装配需求值；缩口后管壁半径r₀为给定值，胎具的通孔半径为 r₀，从而可计算出胎具内模槽曲率半径R_ρ，进而可制作出用于装配的胎具。

其次根据公式（2）

计算极靴管壁高度h，其中，R₀为 初始管壁半径且为给定值，h₁为铜管的侧沿板壁厚且为给定值，缩口后管壁半径r₀为给定 值，从而计算出极靴管壁高度h；通过建立缩口角度α、管壁初始厚度t₀与轴向压应力F的关 系曲线，确定管壁初始厚度t₀，从而确定极靴的管壁的各项数值，进而制作出极靴。

然后根据缩口次数的经验法则，确定的缩口次数，根据公式（3）

，确定缩 口系数m的值，当m>0.75时，采用1次缩口；当m为0.64~0.74时，采用2次缩口，缩口系数表示 管口缩径的变形程度，其值为管口缩径后与缩径前直径之比。

最后将上述制备的极靴和与其匹配的铜管安装在制备好的胎具上，依据确定的缩口次数，施加外力，竖直向下对极靴顶部向下施压，使极靴下移，管壁沿着胎具内模槽产生内卷，直至包裹铜管上端的侧沿部。

具体的，在确定管壁初始厚度t₀时，根据缩口变形区为双向压应力的特点，按 Mises屈服准则公式（4）

，式中，主应力影响系数β≈1.15；真实应力应变的幂函数 关系为公式（5）

，式中，k为材料强度系数，n为材料应变硬化指数；由于缩口变形是 以压缩控制的方式变形，变形区壁厚明显增加，在此情况下，轴对称壳体沿母线厚度变化的 一般平衡方程为公式（6）

，式中，ρ、α分别为 变形区任意一点的平行圆半径和缩口角度，R_ρ、R_θ分别为径向剖面和轴向剖面的曲率半径， σ_ρ、σ_θ分别为径向应力和轴向应力，μ、t分别为摩擦系数和壁厚，结合公式（3）、（4）、（5）和（6） 缩口过程几何关系模型以及已公开的文献详细，可计算出了缩口过程的轴向压应力F的公 式（7）

，在将公式（7） 可计算不同缩口角度α，对应的轴向压应力F值，可确定轴向压应力载荷最小时的最佳缩口 角度α，此时入模角度α₀确定为该值，入模角度：即为极靴管壁与胎具内模槽内壁刚接触时 的点的切线与轴向的夹角，这个点的垂线与出模位置点的垂线相交点，该相交点便是Rρ的 圆心点；根据最小轴向压应力原则以及考虑缩口前尺寸配合问题，管壁初始厚度t₀。

具体的，出模角度α₁是根据工程实际装配需要获得的，缩口时，极靴管壁半径由R₀减小到r₀，即由入模角度α₀增加至出模角度α₁，变化量为缩口角度α，缩口角度α的终止值即为出模角度α₁。

具体的，当采用2次缩口时，决定2次缩口系数m₁和m₂值的基本原则为：缩口的总变形量主要由第1次缩口承担，第2次缩口为了保证零件的外形，变形量比较小；采用如下步骤：首次启动流程，施加第1次缩口装配的压力，当压力达到F₁时，进行保压2s；随后施加第2次缩口的压力，当压力达到F₂时，保压5s后，结束施压缩口装配流程；其中，根据实际密封装配经验，二次缩口时轴向压应力F₂≈1.05F₁。

实施例

本实施案例采用圆形缩口设计方法，根据极靴6管壁3与铜管1配合的设计要求，可确定初始管壁半径R₀=3.5mm，缩口后管壁半径r₀=2.4mm，则缩口系数m=r₀/R₀=0.68。

缩口时，极靴6管壁半径由R₀减小到r₀，即由入模角度α₀增加至出模角度α₁，变化量为缩口角度α，缩口角度α的终止值即为出模角度α₁，如图2所示；为了保证缩口后密封质量和变形缩口变形的流畅性，且根据工程实际装配，本案例设计的出模角度α₁为90°。根据公式（1）中，当α₁=90°时，计算胎具内模槽曲率半径R_ρ=1.2mm；根据缩口所需的内模槽曲率半径R_ρ=1.2mm，可制作相应的胎具。

本案例中铜管铜管的侧沿板壁厚h₁为0.2mm，可根据经验公式（2）计算极靴管管壁高度h为1.5mm，如图3中所示。

Mises屈服准则中主应力影响系数β≈1.15，实例应用的极靴材料为DT4E，其材料本构模型中，k=105 MPa，n=0.154，摩擦系数μ=0.15。

针对极靴管壁初始壁厚t₀. 本实施案例设计了0.51mm、0.48mm、0.45mm的三种初始壁厚。针对不同初始壁厚，按照公式（7）计算了缩口角度α分别为10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°和60°时的轴向压应力F值，绘制如图1所示的曲线图，由图1可知，缩口角度为30°时，缩口过程轴向压应力最小。为保证缩口初始的轴向压应力F最小，且由于入模角度α₀为缩口角度α的初始值，故将入模角度α₀设定为30°；由于管壁初始壁厚t₀由0.51mm、0.48mm降到0.45mm时，最小轴向压应力变化率为5%，影响程度较小。故在选择初始壁厚时，优先考虑缩口前的配合尺寸，本案例中确定管壁初始厚度t₀为0.50mm；根据极靴管管壁高度h为1.5mm、管壁初始厚度t₀为0.50mm、初始管壁半径R₀=3.5mm以及缩口后管壁半径r₀=2.4mm可制作对应的极靴管壁。

根据缩口次数的经验原则：当m>0.75时，采用1次缩口；当m为0.64~0.74时，采用2次缩口，由于本实施案例中缩口系数m=r₀/R₀=0.68，故选择2次缩口；本案例中2次缩口系数m₁和m₂的设计过程如下：

第1次缩口系数m₁取0.68，则第1次缩口后管壁半径R₁=R₀*m₁=3.5 mm*0.68=2.4mm，即承担主要的缩口变形；根据公式（7）可计算第1次缩口结束后，轴向压应力载荷F₁为2870Mpa，第2次缩口系数m₂取1，则第2次缩口后管壁半径r₀=R₁*m₂=2.4 mm*1=2.4 mm，即不实施缩口变形，仅保证零件的缩口后的外形尺寸；根据实际密封装配经验，第2次保证缩口的外形尺寸，所实施轴向压应力载荷F₂≈1.05F₁=3013 Mpa。

根据缩口次数，为了保证缩口效率和工艺稳定性，本案例设计了精密液压件的密封工艺流程，具体如下：

首次启动流程，施加第1次缩口装配的压力，当压力达到F₁=2870 Mpa时，进行保压2s，如果没有达到指定压力F₁，则继续施加轴向压力；随后施加第2次缩口压力，当压力达到F₂≈1.05F₁=3013 Mpa时，保压5s后，结束压接流程，如果没有达到设定压力F₂，则继续施加轴向压力，具体如图4所示。

本发明包括待装配的极靴、上端设有侧沿板的铜管、用于装配极靴和铜管的胎具以及施加外力的压力机，管壁设置在极靴的下底面，胎具中心竖直开设有与铜管外径相匹配的通孔，通孔上沿设有内模槽，铜管插入通孔中，且上端的侧沿板插入到极靴的管壁内，极靴的管壁下端与胎具的内模槽抵接，且与内模槽形成的角度为入模角度；挤压过程中，施加外力的压力机竖直向下对极靴顶部施加外力，使极靴向下移动，同时管壁沿着胎具内模槽产生内卷，直至包裹铜管上端的侧沿板，当管壁与侧沿板的下底面完全抵接时，完成缩口装配工艺。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种精密液压管的缩口密封装配方法，其特征在于，采用胎具（4）对极靴（6）和铜管（1）进行缩口密封，包括以下步骤：

S01：获得胎具（4）内模槽（2）曲率半径R_ρ

（1）

其中：α₁为出模角度，r₀为缩口后管壁半径且r₀为给定值；

S02：获得极靴（6）管壁（3）高度h和管壁（3）初始厚度t₀

管壁高度h：

（2）

其中：R₀为初始管壁半径且为给定值，h₁为铜管（1）的侧沿板壁厚且为给定值；

管壁初始厚度t₀：

通过建立缩口角度α、管壁初始厚度t₀与轴向压应力F的关系曲线，确定管壁初始厚度t₀；

S03：根据缩口次数的经验法则，确定的缩口次数

当m>0.75时，采用1次缩口；当m为0.64~0.74时，采用2次缩口；

（3）

其中，m为缩口系数；

S04：挤压缩口。

2.根据权利要求1所述的一种精密液压管的缩口密封装配方法，其特征在于，所述步骤S01中出模角度α₁是根据工程实际装配需要获得的：

缩口时，极靴（6）管壁（3）半径由R₀减小到r₀，即由入模角度α₀增加至出模角度α₁，入模角度α₀为缩口角度α的初始值，出模角度α₁为缩口角度α的终止值。

3.根据权利要求1所述的一种精密液压管的缩口密封装配方法，其特征在于，所述步骤S02中，获得管壁初始厚度t₀的过程具体为：

根据公式（3）确定缩口系数m

根据缩口变形区为双向压应力的特点，按Mises屈服准则

（4）

其中：β为主应力影响系数，σT为真实应力；

真实应力应变的幂函数关系

（5）

其中：k为材料强度系数，n为材料应变硬化指数；

缩口变形是以压缩控制的方式变形，变形区壁厚明显增加，此情况下，轴对称壳体沿母线厚度变化的一般平衡方程

（6）

其中：ρ、α分别为变形区任意一点的平行圆半径和缩口角度，R_ρ、R_θ分别为径向剖面和轴向剖面的曲率半径，σ_ρ、σ_θ分别为径向应力和轴向应力，μ、t分别为摩擦系数和壁厚，由公式（3）、（4）、（5）和（6）推导缩口过程的缩口角度α、管壁初始厚度t₀与轴向压应力F的变化方程

（7）

其中：当轴向压应力最小时为缩口角度α的最优解，从而确定管壁初始厚度t₀的最优解。

4.根据权利要求3所述的一种精密液压管的缩口密封装配方法，其特征在于，步骤S03中，采用2次缩口时，采用如下步骤：首次启动流程，施加第1次缩口装配的压力，当压力达到F₁时，进行保压2s；随后施加第2次缩口的压力，当压力达到F₂时，保压5s后，结束施压缩口装配流程。

Images