CN1874858A - 在流体增强循环中使用高压脉冲的液压成型法 - Google Patents

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Abstract

一种用于液压成型金属部件的方法和装置，其包括：将待成形的部件(510)放置在一模具(512)内；关闭模具而封闭该待成形的部件；以及将高压流体导入模具内部而使该部件延展压靠模具的内表面。所述高压流体具有施加于其上的脉冲，用以增加在模具内部件的材料流。

Description

在流体增强循环中使用高压脉冲的液压成型法
本申请要求2003年11月18日提交的美国临时专利申请60/520,868的优先权，其全文结合入本文作为参考。
技术领域
本发明涉及一种液压成型金属构件的方法，更具体地涉及一种使用高压流体来液压成型金属构件的方法，其中一脉冲施加于所述流体。
背景技术
已知在现有技术中通过液压成型方法和工艺来成形管状金属坯料以及金属片材。一种用于成形管状金属坯料的典型液压成型方法可包括：将管状金属坯料放置在一型腔内；并且将高压流体引入坯料内部，使得坯料向外延展而与型腔的表面相一致。这样的工艺例如公开在Horton的美国专利5,953,945和Jaekel等的美国专利6,092,865中，其全文均结合入本文作为参考。液压成型的金属部件相较于通常使用冲压操作而生产的成形金属构件可具有多种优点。冲压操作可包括使用大型水压机将金属部件压成所希望的形状而形成该金属部件。但是，由于成形操作的特性，使用这样的水压机所形成的部件会具有不一致性。例如，使用冲压操作形成的金属部件在部件的多个部分处——通常是在弯曲点或轮廓线处——出现硬化的情况，其导致整个部件上材料的不一致性。而且，由于冲压工艺可能存在的限制，不可能在单一冲压操作中生产出具有复杂几何形状的金属部件。因此，经常需要焊接和接合操作来形成复杂部件，这增加了部件的总成本。
在构造形状复杂的部件时，液压成型的工艺可具有更好的重复性和精确度。因此，可在一单一成形操作中形成复杂部件，而无需会导致接合过程中材料本身发生变形的焊接或接合工艺。
液压成形金属片材可包括：将一金属板坯料放置在一模具内，加压流体引入到该型腔中，使该金属板压靠于模具的轮廓上而形成成形部件。
虽然通过管状和金属板坯料而液压成型了具有复杂几何形状的部件时，对液压成型工艺来说，会存在包括坯料的基体金属材料在成形过程中变薄等的局限性。而且，在成形过程中，液压成型的部件会在部件上产生褶皱或局部变形。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种液压成形金属部件的方法，其包括：将一个待成形的部件放置在一模具内，关闭模具而将该待成形的部件封闭起来，将一个高压流体引入模具内部而使该部件延展压靠模具的内表面，所述高压流体具有施加于其上的脉冲，用以在液压成形操作过程中增加模具内部件的材料流。
本发明另一方面涉及一种成形金属坯料的方法，其包括：将金属坯料放置在一模具中；关闭模具而封闭金属坯料；以及将具有脉动压力值的加压流体引入模具内部而使该金属坯料向外延展压靠模具的内表面。
本发明的再一方面涉及一种液压成型组件，其包括：定位在一模具组件中的坯料；一个位于该模具组件内的加压流体，用以将该坯料压靠于模具组件的一个壁上而使该坯料与该模具组件的壁相符合；以及耦合于所述加压流体的脉冲产生装置，用以为加压流体提供一个脉冲而产生作用于所述坯料上的加压流体的一个脉动压力值，从而将该坯料压靠在模具组件的壁上。
本发明的还一方面涉及一种液压成型组件，其包括：一个液压成型模具；定位于该模具内的一个金属坯料；以及，用于使送入该液压模具中的液压流体的压力值产生脉动而用以成形该金属坯料的装置。
结合附图，本发明的上述以及其他的方面、特征以及优点将由下面的详细描述中了解，所述附图为公开内容的一部分并通过示例图示说明了本发明的原理。
附图说明
附图利于理解本发明的各种实施方式。在这些附图中：
图1示意性示出了根据本发明的一个实施方式的方法所利用的脉冲产生装置的一个实施例；以及
图2示意性示出了根据本发明的一个实施方式的液压成型系统的实施方式，该系统利用了所述的脉冲产生装置。
具体实施方式
参照图1，所示为根据本发明的一个实施方式的液压成型方法所利用的脉冲产生装置5的一个实施例。在示出的实施方式中，装置5包括一频率可变的驱动马达10。驱动马达10包括一个可旋转的驱动轴杆17，该驱动轴杆17通过一个支承轴颈15连接于连杆20。上支承轴颈19和下支承轴颈21也可旋转地支撑该驱动轴杆17。连杆20例如借由枢轴销23而可枢转地附接于活塞25。活塞25设置在气缸30内并通过一个适当的活塞密封件35而密封在气缸30内。支承轴颈15偏心地安装于驱动轴杆17，从而，驱动轴杆17的旋转使连杆20线性运动。连杆20的线性运动使活塞25在气缸30内对应地线性运动，其移动流体而形成一频率或脉冲。气缸30经由输出端口45连接于一流体管道40，例如一根管。流体管道40将加压流体引入到一成型模具中而形成一成形金属部件。脉冲或波动通过连接于凸轮操作的活塞25的变频驱动马达10而产生。变频驱动马达10可以任何其它的适当方式耦连于活塞25。
在本发明优选的一方面中，变频驱动马达10的频率范围为5到60赫兹。该5到60赫兹的频率范围使得频率流体的容积排水量为0.001到5升。活塞25的振幅优选在1到50毫米的范围内，使得压力振幅在5到500巴的范围内。该频率压力范围优选在5到1500巴的范围内，且频率持续时间优选为30秒。由液压成型操作而形成的部件的通过量的速度优选在5到60秒范围内。
如上所述，管状结构以及片材可用作本发明液压成型操作的坯材。
尽管在图1中示出了用于将脉冲引入到液压成型流体中的一个优选装置，本发明也可利用其他的方法或装置。例如，可操纵或振荡与通向液压成型操作中所使用的成型模具的流体管道40相关联的阀；从而将频率或脉冲引入液压成型流体，其优选地位于上述优选实施方式所描述的特征的范围内。
根据本发明一个实施方式的方法包括：将待成形的一个部件放置在一液压成型模具内，关闭该模具，然后将高压流体引入模具内部，所述高压流体具有施加于其上的脉冲。该高压流体使该部件延展而压靠模具的内表面，从而形成一成形的金属部件。总的来说，当高压流体导入模具时，金属部件开始延展而压靠模具表面。通常，在传统的液压成型操作中，利用300到500巴的静压力来使金属延展压靠模具表面。如上所述，传统的液压成型操作或方法使用恒定的或静态的压力，导致金属恒定延展而压靠模具表面。
根据本发明一个实施方式的方法利用了压力波或压力的脉冲流；由此通过非恒定地延展金属坯料来增加型腔或模具中的材料流，产生更一致的壁厚——尤其是在具有复杂弯曲的部分中，往往可以看到：在将恒定压力的液压成型流体施加于模具时，该具有复杂弯曲的部分变薄。
图2是一种类型的液压成型模具组件的截面图，用于说明本发明的方法。当然，图2所示的型腔形状特别地适合管状部件的形状。图2实际上是代表性的，其示出了两个液压成型夯锤组件500和502，其分别具有外夯锤件，所述的外夯锤件可移动以接合并密封管状坯料510的相对端部，其中，该管状坯料510已经被弯曲(例如在电脑数控的弯曲机中弯曲)而配合在液压成型模具结构514的型腔512中。管状金属壁形式的坯料510仅仅示出一个示例，其示出以代表任意U形或倒U形的金属壁或坯料件。管510优选浸入液浴中而填充以液压成型流体。夯锤500和502包括液压增强器，所述液压增强器可增强液压流体的压力，以使管状壁或坯料延展成不规则向外变形的、与模具表面相符的形式，从而将管状壁或坯料定型成预定的不规则外表面构型。外夯锤504和506向内地推入模具结构中，从而在坯料510中形成金属流，以便补充或维持最终的管状部件的壁厚，使之位于初始坯料壁厚的大约±范围内(即，用于补偿管的径向延展过程中壁的变薄)。如上所述，在图2的实施方式中，采用装置5来为夯锤500和502施加压力的液压成型流体引入一个频率或脉动。仅示出该装置仅在夯锤504处连接一个输入的情况，但也可设置在多个输入上，例如，设置在两个夯锤504和506上。而且，尽管所示出的是进入夯锤504，但脉冲或频率到液压成型流体的入口可形成在液压成型系统的各个位置处。由于脉冲引入到液压成型流体，材料流得以改进而确保壁厚不会变得太薄，进而防止了尤其是在弯曲区域处的褶皱变形。
在上述内容的启示下可对本发明进行多种修改或变化。因此，可以理解，本发明可在所附权利要求的范围内实施，而非仅局限于上述具体描述。

Claims (15)

1.一种液压成型金属部件的方法，其包括：
将待成形的部件放置在一个模具内；
关闭所述模具而封闭住该待成形的部件；以及
将高压流体导入所述模具内部而使该部件延展压靠该模具的内表面，所述高压流体具有施加于其上的脉冲，用以增加该模具内该部件的材料流。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述待成形的部件为管状金属坯料，且所述的将高压流体导入模具内部包括：将高压流体导入该管状金属坯料的内部而使该管状金属坯料向外延展压靠所述模具的内表面。
3.如权利要去1所述的方法，其中，所述待成形的部件为金属板。
4.如权利要求1所述的方法，其中，向所述高压流体施加脉冲包括：通过一频率范围大约为5到60赫兹的变频驱动马达来将脉冲施加于高压流体上。
5.一种成形金属坯料的方法，其包括：
将金属坯料放置在一模具中；
关闭所述模具而封闭该金属坯料；以及
将具有脉动压力值的加压流体导入所述模具内部而使该金属坯料向外延展压靠所述模具的内表面。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述金属坯料为管状，且所述的将具有脉动压力值的加压流体导入模具内部包括：将具有脉动压力值的加压流体导入该管状金属坯料的内部而使该管状金属坯料向外延展压靠所述模具的内表面。
7.如权利要去5所述的方法，其中，所述金属坯料为金属板。
8.如权利要求5所述的方法，其中，将具有脉动压力值的加压流体导入模具内部包括：通过一频率范围大约为5到60赫兹的变频驱动马达来将脉冲施加于加压流体上。
9.一种液压成型组件，其包括：
模具组件；
定位在该模具组件中的坯料；
位于该模具组件内的加压流体，用以迫使该坯料压靠于模具组件的一个壁上而使该坯料与该模具组件的壁相符合；以及
耦合于所述加压流体的脉冲产生装置，用以为该加压流体提供一个脉冲，从而产生作用于所述坯料上的加压流体的脉动压力值而迫使该坯料压靠在模具组件的壁上。
10.如权利要求9所述的液压成型组件，其中，所述脉冲产生装置包括：将流体送入所述液压成型模具的流体管道；可滑动且密封式地安装在一气缸内的活塞，所述气缸具有连接于所述流体管道的出口；以及变频驱动马达，其具有可操作地耦连于所述活塞的可旋转驱动轴杆，所述驱动轴杆操作而使所述活塞在所述气缸内以变化的频率线性运动，从而将具有脉动压力值的加压流体导入所述流体管道。
11.如权利要求9所述的组件，其中，所述坯料为管状。
12.如权利要求10所述的组件，其中，所述变频马达装置的频率范围为5到60赫兹。
13.如权利要求10所述的组件，其中，所述加压流体的范围为5到1500巴。
14.如权利要求10所述的组件，其中，所述驱动轴杆通过一连杆耦连于所述活塞，该连杆通过一支承轴颈偏心安装于所述驱动轴杆。
15.一种液压成型组件，其包括：
液压成型模具；
定位于该模具内的金属坯料；以及
用于使送入该液压模具中的液压流体的压力值产生脉动而用以成形该金属坯料的装置。
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