CN215845129U - 一种异形管件超低压充液成形装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种异形管件超低压充液成形装置，涉及中空管件成形设备技术领域，包括：成形装置本体和两个边界约束装置，所述成形装置本体用于对待成形管材进行内高压成形或充液压形；两个所述边界约束装置分别用于设置于待成形管材的两侧且分别用于约束待成形管材两端边沿的多个边界点处的管料沿特定轨迹运动，各所述特定轨迹的起始点分别为初始状态下的所述待成形管材上的各所述边界点所处位置，各所述特定轨迹的终点分别为所述待成形管材成形至完全符合所述成形装置本体中模腔的状态下的各所述边界点所处位置，本实用新型公开的异形管件超低压充液成形装置能够提高成形质量。

Description

一种异形管件超低压充液成形装置

技术领域

本实用新型涉及中空管件成形设备技术领域，特别是涉及一种异形管件超低压充液成形装置。

背景技术

在航天、航空和汽车领域，构件逐渐轻量化、整体化的方向发展，而空心结构是结构轻量化的主要途径之一，空心截面管件不仅能满足强度刚度要求，还能够减轻材料的重量，节省材料，达到节能减排效果，得到了广泛地应用。

内高压成形是整体成形异形截面管件的有效方法，其基本原理是“先合模后充液成形”，将预制管坯放置于模具内腔中，闭合模具，然后充液加压成形，在成形过程中易出现咬边、起皱、破裂等缺陷，并且异形截面结构会有很小的圆角，在整形的过程中需要较大的内压，使得模具设备要求较高，密封要求较高，难以实现。

在此基础上，出现了充液压形方法，其基本原理是“先充液后合模压形”，在合模之前，先往管材内充入一定内压的液体介质，然后闭合模具，在支撑内压力和模具施加的合模力共同作用下使管件成形。此方法能够显著降低成形压力，降低密封要求，提高生产效率，减小模具体积和设备吨位。

但对于轴线为弯曲形状的异形截面管件，尤其是超薄管件，在充液压形过程中，内侧极易形成起皱缺陷，为了抑制起皱缺陷，除了增加支撑内压和相对壁厚外，最有效的方法就是施加轴向约束，增加轴向力，尤其是对于壁厚和材料一定的情况下，前两种措施无法应用，施加轴向约束力就是唯一可行的方法。而管材端部的密封法兰既是实现密封又是施加轴向约束的一种有效途径，但现有技术中的密封法兰均与管材焊接连接，因此，在管材受压弯曲时，由于弯曲效应会导致管材内侧收缩，会造成密封法兰靠内侧部分受拉应力作用容易变形，甚至断裂。同时，在成形过程中，管件与密封法兰焊接连接会严重影响管件沿圆周方向的变形，在端部造成材料堆积等缺陷，最终造成成形关键的质量差。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种异形管件超低压充液成形装置，以解决上述现有技术存在的问题，提高成形质量。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供一种异形管件超低压充液成形装置，包括：成形装置本体和两个边界约束装置，所述成形装置本体用于对待成形管材进行内高压成形或充液压形；两个所述边界约束装置分别用于设置于待成形管材的两侧且分别用于约束待成形管材两端边沿的多个边界点处的管料沿特定轨迹运动，各所述特定轨迹的起始点分别为初始状态下的所述待成形管材上的各所述边界点所处位置，各所述特定轨迹的终点分别为所述待成形管材成形至完全符合所述成形装置本体中模腔的状态下的各所述边界点所处位置。

优选的，所述特定轨迹为人为或软件分析得出的待成形管材成形成指定形状时的运动轨迹。

优选的，各所述边界约束装置均包括多个导轨和多个滑块，多个所述导轨均固定设置，各所述导轨均对应于各所述滑块以及各所述边界点，一个所述导轨上滑动设置有一个所述滑块，一个所述滑块与所述待成形管材的一个边界点连接，且各所述滑块在各所述导轨上滑动时能够带动所述边界点沿所述特定轨迹移动。

优选的，所述成形装置本体包括成形模具、轴向推料装置、压力囊、充液装置和增压器，所述成形模具中设置有用于成形待成形管材的模腔，所述模腔相对的两端分别设置有两个开口，所述轴向推料装置的两个冲头分别通过两个开口将所述待成形管材两端的管料向所述模腔内逐步推送，所述压力囊用于设置于所述待成形管材内并支撑于所述待成形管材的内壁上，所述充液装置能够向所述压力囊充液或放液，所述增压器用于提高所述压力囊内的液压。

优选的，所述边界约束装置还包括固定件，多个所述导轨均设置于所述固定件上，所述固定件固定设置于所述冲头朝向所述待成形管材的一侧。

优选的，所述充液装置用于向所述压力囊中充放乳化液、纯净水、润滑油、固体颗粒或粘性介质。

优选的，所述模腔内壁上涂抹有润滑油或所述管材上包覆有一层保鲜膜。

优选的，所述成形模具为封闭模具。

优选的，所述导轨为开设于所述固定件上的凹槽，所述滑块通过圆环扣与所述待成形管材相连接。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型提供的异形管件超低压充液成形装置中的两个边界约束装置分别用于设置于待成形管材的两侧且分别用于约束待成形管材两端边沿的多个边界点处的管料沿特定轨迹运动，各特定轨迹的起始点分别为初始状态下的待成形管材上的各边界点所处位置，各特定轨迹的终点分别为待成形管材成形至完全符合成形装置本体中模腔的状态下的各边界点所处位置，区别于现有的由焊接连接形成的固定约束来说，本实用新型提供的异形管件超低压充液成形装置中的边界约束装置能够对管材边界进行动约束，保证管材的边界点不会因为强力约束而造成其他缺陷，同时利用动约束，引导边界运动，促进管料环向以及轴向流动，减小复杂边界对成形质量的影响，提高成形质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的异形管件超低压充液成形装置与压力机设备的位置关系示意图；

图2为本实用新型提供的初始阶段成形模具与管材位置关系示意图；

图3为本实用新型提供的合模阶段成形模具与管材位置关系示意图；

图4为本实用新型提供的圆形管材合模阶段A-A处截面示意图；

图5为本实用新型提供的圆形管材合模阶段B-B处截面示意图

图6为本实用新型提供的异形管材合模阶段A-A处截面示意图；

图7为本实用新型提供的异形管材合模阶段B-B处截面示意图；

图8为本实用新型提供的圆形管材向异形管材变形的平面轨迹图；

图9为本实用新型提供的边界约束装置正视图和侧视图；

图10为本实用新型提供的圆环扣示意图；

图11为本实用新型提供的异形截面弯曲构件充液压形成形方法流程图；

图12为本实用新型提供的异形截面充液压形散点动约束装置成形件尺寸控制系统流程图；

图中：1-垂直冲头；2-上横梁；3-导柱；4-油缸座；5-水平冲头；6-边界约束装置；7-滑块；8-圆扣环；9-工作台；10-上垫块；11-上模；12-压力囊；13-管材；14-下模；15-下模架。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种异形管件超低压充液成形装置，以解决现有技术存在的问题，提高成形质量。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型提供一种异形管件超低压充液成形装置，如图1～12所示，包括：成形装置本体和两个边界约束装置6，成形装置本体用于对待成形管材13进行内高压成形或充液压形；两个边界约束装置6分别用于设置于待成形管材13的两侧且分别用于约束待成形管材13两端边沿的多个边界点处的管料沿特定轨迹运动，各特定轨迹的起始点分别为初始状态下的待成形管材13上的各边界点所处位置，各特定轨迹的终点分别为待成形管材13成形至完全符合成形装置本体中模腔的状态下的各边界点所处位置，待成形管材13成形至完全符合成形装置本体中模腔的状态即管材13完全贴合模腔，也可以理解为成形质量最佳的状态，区别于现有的由焊接连接形成的固定约束来说，本实用新型提供的异形管件超低压充液成形装置中的边界约束装置6能够对管材13边界进行动约束，保证管材13的边界点不会因为强力约束而造成其他缺陷，同时利用动约束引导边界运动，促进管料环向以及轴向流动，减小复杂边界对成形质量的影响，提高成形质量。

进一步的，特定轨迹为人为或软件分析得出的待成形管材13成形成指定形状时的最佳运动轨迹，以使得管材13成形时边界点处的管料向管材13中部进料以适应管材13的变形，特定轨迹可以是二维直线、二维曲线或三维曲线，管材13每一侧的边界点可选取4、8、16个点，优选按照等角度或者等距离划分。

进一步的，待成形管材13可以成形为圆形、心形、V形、凹形、矩形等。

进一步的，各边界约束装置6均包括多个导轨和多个滑块7，多个导轨均固定设置，各导轨均对应于各滑块7以及各边界点，一个导轨上滑动设置有一个滑块7，一个滑块7与待成形管材13的一个边界点连接，且各滑块7在各导轨上滑动时能够带动边界点沿特定轨迹移动，导轨为开设于固定件上的凹槽，滑块7通过圆环扣8与待成形管材13相连接。

进一步的，待成形管材13坯料的制作过程如下：根据预制板料，卷板成形预制坯料；然后打孔获取的初始预制管坯，预制管坯具体包括：焊缝管、无缝管、带由搭接余量的卷板。

进一步的，成形装置本体包括成形模具、轴向推料装置、压力囊12、充液装置和增压器，压力囊12优选为橡皮囊，成形模具中设置有用于成形待成形管材13的模腔，模腔相对的两端分别设置有两个开口，轴向推料装置的两个冲头分别通过两个开口将待成形管材13两端的管料向模腔内逐步推送，压力囊12用于设置于待成形管材13内并支撑于待成形管材13的内壁上，充液装置能够向压力囊12充液或放液，增压器用于提高压力囊12内的液压，轴向推料装置为两个水平油缸，水平油缸控制冲头移动，限制压力囊12沿水平方向膨胀，冲头与管材13使得压力囊12形成自密封体。

根据充液合模，对管材13进行充液压形，获得异形截面弯曲构件，具体包括：

成形模具包括上模11和下模14，垂直冲头1外接液压机，并且内连上横梁2，四个导柱3将上横梁2和工作台9相连，上横梁2与上垫块10连接，上垫块10与上模11连接，下模14在下模架15固定，下模架15与工作台9连接，油缸座4被下模架15固定，油缸座4与水平冲头5相连，控制水平冲头5左右位移行程，水平冲头5与固定件通过螺栓连接，滑块7在固定件上的导轨上滑动，滑块7通过圆环扣8与管材13连接，压力囊12在管材13内，向橡皮囊充液，可以提供支撑内压。

垂直冲头1连接着成形模具的上模11，并控制上模11向下移动，实现合模过程，在合模过程中，压力囊12内压保持不变，充液压形结束，卸压，再打开模具，去掉边界约束装置6，将成形后的管材13取出，去掉管材13内的压力囊12，得到所需的目标成品件。

进一步的，压力机设备由计算机系统闭环伺服控制，水平缸控制左右冲头水平位移，最大水平推力为1200KN，压力机控制垂直冲头1的垂直位移，最大合模力为2000T，内压增压器控制管材13内液体的支撑内压，最大内压为400MPa。

进一步的，边界约束装置6还包括固定件，多个导轨均设置于固定件上，固定件固定设置于冲头朝向待成形管材13的一侧。

进一步的，充液装置用于向压力囊12中充放乳化液、纯净水、润滑油、固体颗粒或粘性介质。

进一步的，模腔内壁上涂抹有润滑油或管材13上包覆有一层保鲜膜，降低管材13与模腔之间的摩擦力，增加管料的流动性，减轻起皱。

进一步的，成形模具为封闭模具，防止管材13成形过程中出现咬边，并且能够固定管材13。

图11为本实用新型所提供的异形截面弯曲构件充液压形成形方法流程图，包括以下：

步骤S1：获取所需初始管材，并在管材边缘预定特殊点处打孔，打孔点即为边界点；

具体的，采用数值模拟软件展开需要成形异形截面构件确定初始坯料的形状与尺寸，将板坯卷管成形出所需的初始管坯，并在管材边缘的预定特殊点处打孔处理。

步骤S2：橡皮囊置于管坯内，重置滑动小车于初始位置，通过圆扣环将管坯与散点动约束装置连接；

具体的，先将橡皮囊12放置管材13中心，将滑块7重置于初始位置，通过圆环扣8将滑块7与管材13连接，通过螺栓将固定件与冲头5连接，实现散点动约束准备工作，减小复杂边界对成形起皱的影响。

步骤S3：向橡皮囊内充入液体介质，橡皮囊形成自密封体，对管坯提供支撑内压；

具体的，向橡皮囊12内冲入液体介质，直至充满，冲头可以提供水平推力，橡皮囊形成自密封体，通过内压增加器，提高液体内压，橡皮囊发生膨胀，对管材施加支撑内压，所施加的内压需小于管材初始屈服压力；

步骤S4：合模，对管坯进行充液压形，获得异形截面弯曲构件；

具体的，通过控制压力机主滑块运动使上模11下行合模，通过溢流阀使得整体成形过程橡皮囊的内压不变，并且上模也能按一定的位移曲线加载，合模结束时，充液压形过程也就结束，滑动小车位移到结束位置点，散点动约束装置始终对管材进行轴向约束，获得异形截面弯曲构件；整个加压合模过程可以实现全自动化，由计算机控制内压和合模位移加载，工艺过程简单，工作效率高，成形精度高。

图12为本实用新型所提供的异形截面充液压形散点动约束装置成形件尺寸控制系统结构图，包括：

初始预制管坯获取模块1101，用于获取合适形状尺寸的管坯；

初始预制管坯获取模块1101具体包括：根据数值模拟展开异形截面管件获取初始板坯，通过卷板获得初始管坯，并在管材边缘的预定特殊点处打孔处理，获取初始预制管坯。

上模移动量以及合模力确定模块1102，根据的初始预制管坯尺寸和成形件管坯尺寸及在模具的位置关系确定上模移动量以及合模力。

上模移动量以及合模力确定模块1102具体包括：模具是管件成形的关键部位，基于零件数模进行设计，其沿管件的分型面分为上模和下模，分别安装在上垫块与下模架上，模具闭合后形成封闭的模腔。上模移动量，移动速率都由管件与模具的位置关系确定；液压机驱动垂直冲头1模具开合，并在成形过程中提供成形合模力，因为工件在成形过程中需要的合模力较大，为保证设备刚度和强度要求，液压机机身通常采用组合式框架结构，四面开挡，方便模具的安装，最大合模力由模具内腔工作件的最大水平截面面积决定；上模移动量以及合模力确定单元，用于根据初始等壁厚无缝锥管尺寸以及与模具的位置关系。

轴向缸补料进给确定模块1103，用于确定轴向油缸控制轴向左右冲头的移动量和移动速率。

轴向缸补料进给确定模块1103具体包括：管坯成形过程中补料进给时所需的轴向推力和位移，速率都由轴向缸间接提供，轴向缸控制左冲头、右冲头，可以将管件进行扩口，然后进行密封，保证液体不再泄露。轴向缸与左右冲头需要连接可靠，能够随时调整与更换，做到通用性，适合产品生产，满足加工需求。轴向补料进给确定模块，用于确定轴向油缸控制轴向左右冲头的移动量和移动速率。

成形过程中液压确定模块1104，用于在充液压形成形过程中，管件内液体压力满足根据液压与时间关系。

成形过程中液压确定模块1104具体包括：充液孔与外部液压机连接，其中也与电气控制系统连。在成形过程中，相应的传感器进行测量，即时采集与分析各个技术参数，如成形温度、管件内压等，操作者可以通过电脑控制压力，控制系统调整内压，使内压满足液压与时间的关系曲线图。成形过程中液压确定模块，用于管件内液体压力满足根据液压与时间关系。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种异形管件超低压充液成形装置，其特征在于：包括：成形装置本体和两个边界约束装置，所述成形装置本体用于对待成形管材进行内高压成形或充液压形；两个所述边界约束装置分别用于设置于待成形管材的两侧且分别用于约束待成形管材两端边沿的多个边界点处的管料沿特定轨迹运动，各所述特定轨迹的起始点分别为初始状态下的所述待成形管材上的各所述边界点所处位置，各所述特定轨迹的终点分别为所述待成形管材成形至完全符合所述成形装置本体中模腔的状态下的各所述边界点所处位置。

2.根据权利要求1所述的异形管件超低压充液成形装置，其特征在于：所述特定轨迹为人为或软件分析得出的待成形管材成形成指定形状时的运动轨迹。

3.根据权利要求1所述的异形管件超低压充液成形装置，其特征在于：各所述边界约束装置均包括多个导轨和多个滑块，多个所述导轨均固定设置，各所述导轨均对应于各所述滑块以及各所述边界点，一个所述导轨上滑动设置有一个所述滑块，一个所述滑块与所述待成形管材的一个边界点连接，且各所述滑块在各所述导轨上滑动时能够带动所述边界点沿所述特定轨迹移动。

4.根据权利要求3所述的异形管件超低压充液成形装置，其特征在于：所述成形装置本体包括成形模具、轴向推料装置、压力囊、充液装置和增压器，所述成形模具中设置有用于成形待成形管材的模腔，所述模腔相对的两端分别设置有两个开口，所述轴向推料装置的两个水平冲头分别通过两个开口将所述待成形管材两端的管料向所述模腔内逐步推送，所述压力囊用于设置于所述待成形管材内并支撑于所述待成形管材的内壁上，所述充液装置能够向所述压力囊充液或放液，所述增压器用于提高所述压力囊内的液压。

5.根据权利要求4所述的异形管件超低压充液成形装置，其特征在于：所述边界约束装置还包括固定件，多个所述导轨均设置于所述固定件上，所述固定件固定设置于所述水平冲头朝向所述待成形管材的一侧。

6.根据权利要求4所述的异形管件超低压充液成形装置，其特征在于：所述充液装置用于向所述压力囊中充放乳化液、纯净水、润滑油、固体颗粒或粘性介质。

7.根据权利要求4所述的异形管件超低压充液成形装置，其特征在于：所述模腔内壁上涂抹有润滑油或所述管材上包覆有一层保鲜膜。

8.根据权利要求4所述的异形管件超低压充液成形装置，其特征在于：所述成形模具为封闭模具。

9.根据权利要求5所述的异形管件超低压充液成形装置，其特征在于：所述导轨为开设于所述固定件上的凹槽，所述滑块通过圆环扣与所述待成形管材相连接。

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