CN216065071U - 一种钢管热气胀成形工艺系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种钢管热气胀成形工艺系统，该系统包括依工艺流程依次排列的弯管机、上料机、预成形压机、热气胀压机和下料机；所述热气胀压机包括：成形模具，具有加热腔和胀形腔；液压机，用于控制所述成形模具的开模、合模；直流开关加热电源，用于对所述加热腔内待加工管件进行加热；氮气装置，用于对所述加热腔内充入低压氮气，对所述胀形腔内加热后管件充入高压氮气；和水冷装置，用于对所述胀形腔内加工后管件进行冷却降温。本实用新型通过大电流加热与高压惰性气体输入加升压力后冷却，将待加工零件一次性完成成形与淬火过程，实现了复杂形状零件工艺的自动化，提高了成形零件的强度，同时减少工序与设备投入，降低了综合成本。

Description

一种钢管热气胀成形工艺系统

技术领域

本实用新型涉及管件加工技术领域，特别涉及一种钢管热气胀成形工艺系统。

背景技术

管状件是汽车、机械及航天工业中广泛使用的一种零部件，也是各种设备管路连接中不可缺少的部分。传统的充液成形工艺需要在模具内完成，在管件中充满液体胀形介质，再对介质加压从而使管坯在内高压的作用下发生塑性变形，完成成形。而传统工艺成形后的零件强度仍无法达到需求指标，需额外进行入炉淬火等工艺再次进行加工，工序复杂，操作繁琐，综合成本高，且传统充液成形工艺的最终零件强度相对较低。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种一次性完成成形与淬火过程的钢管热气胀成形工艺系统。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种钢管热气胀成形工艺系统，该系统包括依工艺流程依次排列的弯管机、上料机、预成形压机、热气胀压机和下料机；所述热气胀压机包括：

成形模具，具有加热腔和胀形腔；

液压机，用于控制所述成形模具的开模、合模；

直流开关加热电源，用于对所述加热腔内待加工管件进行加热；

氮气装置，用于对所述加热腔内充入低压氮气，对所述胀形腔内加热后管件充入高压氮气；和

水冷装置，用于对所述胀形腔内加工后管件进行冷却降温。

进一步的，所述的一种钢管热气胀成形工艺系统，所述加热腔的两端分别设置正电极和负电极，所述直流开关加热电源连接所述正电极和所述负电极，所述正电极和所述负电极分别连接到所述加热腔内待加工管件的两端。

进一步的，所述的一种钢管热气胀成形工艺系统，所述胀形腔的两端分别设置密封推头，油缸控制所述密封推头进给到所述胀形腔内加热后管件的两端，使所述胀形腔内加热后管件内形成密闭空间。

进一步的，所述的一种钢管热气胀成形工艺系统，所述密封推头与所述加热后管件接触的一端呈阶梯状。

进一步的，所述的一种钢管热气胀成形工艺系统，所述密封推头内设置连通至所述加热后管件内的氮气通道，所述氮气装置通过高压进气管路连通至所述氮气通道，使高压氮气充入所述胀形腔内加热后管件内。

进一步的，所述的一种钢管热气胀成形工艺系统，所述成形模具内设置冷却水道，所述水冷装置连接所述冷却水道。

进一步的，所述的一种钢管热气胀成形工艺系统，若干所述冷却水道均匀排列环绕于所述胀形腔的两端之间。

进一步的，所述的一种钢管热气胀成形工艺系统，所述热气胀压机还包括中央控制装置，所述中央控制装置分别连接所述液压机、所述直流开关加热电源、所述氮气装置和所述水冷装置。

进一步的，所述的一种钢管热气胀成形工艺系统，所述上料机和所述预成形压机之间设置第一搬运机器人，所述预成形压机和所述热气胀压机之间设置第二搬运机器人。

进一步的，所述的一种钢管热气胀成形工艺系统，所述第二搬运机器人具有至少两个端拾器。

本实用新型的优点与效果是：

本实用新型提供的成形工艺系统的热气胀压机的成形模具具有加热腔和胀形腔，通过大电流加热与高压惰性气体输入加升压力后冷却，将待加工零件(不局限于管件)一次性完成成形与淬火过程，实现了复杂形状零件工艺的自动化，提高了成形零件的强度，同时减少工序与设备投入，降低了综合成本。

附图说明

图1示出本实用新型提供的热气胀成形工艺系统的示意图；

图2示出本实用新型提供的热气胀成形工艺系统的热气胀压机的示意图；

图3示出本实用新型提供的热气胀成形工艺系统的热气胀压机的成形模具的加热工艺的示意图；

图4示出本实用新型提供的热气胀成形工艺系统的热气胀压机的成形模具的成形工艺的示意图；

图5(a)示出本实用新型提供的热气胀成形工艺系统的热气胀压机的密封推头的示意图；

图5(b)示出本实用新型提供的热气胀成形工艺系统的热气胀压机的密封推头挤压加热后管件的示意图；

图6示出本实用新型提供的热气胀成形工艺系统的热气胀压机的成形模具的冷却工艺的示意图。

附图标记说明：1-弯管机、2-上料机、3-预成形压机、4-热气胀压机、5-下料机、6-第一搬运机器人、7-第二搬运机器人、8-待加工管件、81-加热后管件、82-成形后管件、41-成形模具、411-加热腔、412-胀形腔、413-正电极、414-负电极、415-密封推头、416-阶梯状、417-高压进气管路、418-冷却水道、419-氮气通道、42-直流开关加热电源、43-氮气装置、44-水冷装置、45-中央控制装置、A-直流电、B-氮气、C-冷水、D-密封推头挤压加热后管件的塑性形变部分。

具体实施方式

为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面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更加详细的描述。所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明：

在本实用新型的描述中，需要理解的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1示出本实用新型提供的热气胀成形工艺系统的示意图。该成形工艺系统包括依工艺流程依次排列的弯管机1、上料机2、预成形压机3、热气胀压机4和下料机5。上料机2和预成形压机3之间设置第一搬运机器人6，预成形压机3和热气胀压机4之间设置第二搬运机器人7，第二搬运机器人7具有至少两个端拾器。首先，待加工零件经过弯管机1弯管，获得适合的弯曲零件。经弯管后的零件转运到上料机构2，通过第一搬运机器人6转运到预成形压机3中，在预成形压机3中进行压制或液压预成形。预成形后的零件通过第二搬运机器人7转运到热气胀压机4中，在热气胀成形压机4中进行热气胀成形后，下料机5下料。其中，弯管机1、上料机2、预成形压机3、下料机5、第一搬运机器人6和第二搬运机器人7为本领域技术人员所熟知的可以实现该成形工艺系统的机器设备。

图2示出本实用新型提供的热气胀成形工艺系统的热气胀压机的示意图。热气胀压机4包括成形模具41、液压机(图中未示出)、直流开关加热电源42、氮气装置43和水冷装置44。热气胀压机4还包括中央控制装置45，中央控制装置45分别连接控制液压机、直流开关加热电源42、氮气装置43和水冷装置44，以控制管理各部分装置运作。如图3所示，成形模具41具有加热腔411和胀形腔412，加热腔411作为对待加工管件8进行加热工艺的载体，胀形腔412作为对加热后管件81进行成形工艺和对成形后管件82进行冷却工艺的载体。液压机用于控制成形模具的开模、合模。直流开关加热电源42用于对加热腔411内待加工管件8进行加热。氮气装置43用于对加热腔411内充入低压氮气，隔绝空气防止待加工管件8氧化；氮气装置43还用于对胀形腔412内加热后管件81充入高压氮气，使其胀形。水冷装置44用于对胀形腔412内成形后管件82进行冷却降温，完成淬火硬化得到最终产品。

图3示出本实用新型提供的热气胀成形工艺系统的热气胀压机的成形模具的加热工艺的示意图。加热腔411的两端分别设置正电极413和负电极414(正、负电极位置可以调换)，直流开关加热电源42连接正电极413和负电极414。对待加工管件8进行加热工艺时，正电极413和负电极414分别通过铜排连接到加热腔411内待加工管件8的两端，通直流电，中央控制装置45通过温度反馈或者时间控制，直到内待加工管件8被加热到所需温度。

图4示出本实用新型提供的热气胀成形工艺系统的热气胀压机的成形模具的成形工艺的示意图。胀形腔412的两端分别设置密封推头415，油缸控制密封推头415进给到胀形腔412内加热后管件81的两端，使胀形腔412内加热后管件81内形成密闭空间。如图6所示，密封推头415内设置连通至加热后管件内的氮气通道419，氮气装置43通过高压进气管路417连通至氮气通道419，使高压氮气充入胀形腔412内加热后管件81内进行成形工艺。具体的是，如图5(a)所示，密封推头415与加热后管件接触的一端呈阶梯状416。如图5(b)所示，密封推头415通过油缸进给到预设位置，由密封推头415的阶梯状结构部分伸进入加热后管件81的管口，挤压管口使其产生塑性形变适应阶梯状结构部分(如图中D部分)，与此同时油缸保持推力，完成密封，加热后管件81内部形成密闭空间。

图6示出本实用新型提供的热气胀成形工艺系统的热气胀压机的成形模具的冷却工艺的示意图。成形模具41内设置冷却水道418，水冷装置44连接冷却水道418。具体的是，若干冷却水道418均匀排列环绕于胀形腔412的两端之间。或一冷却水道418呈螺旋状环绕于胀形腔412的两端之间。水冷装置44连接冷却水道418，中央控制装置45控制通入循环冷却水，对成形后管件82进行冷却处理，成形出所需几何形状并达到目标产品性能的要求。

热气胀压机的工作过程如下：

(1)第二搬运机器人7的一端拾器将待加工零件8从预成形压机3取出放入热气胀压机4的加热腔411内。

(2)中央控制装置45控制液压机使成形模具41合模。具体的是，液压机插销锁打开，滑块快下转慢下，至成形模具闭合，然后液压机施加初始合模力。

此时，胀形腔412内不工作，待加工零件8在加热腔411内被加热。具体的是，中央控制装置45控制直流开关加热电源42工作，通直流电对待加工管件8进行加热，中央控制装置45通过温度反馈或者时间控制待加工零件8被加热到所需温度，进行保温。加热过程中，氮气装置43一直向加热腔411的密闭空间内充入低压氮气，隔绝空气防止管件氧化。

(3)中央控制装置45控制液压机开模，滑块上升，第二搬运机器人7的另一端拾器将加热后管件81输送到胀形腔412内，此过程中成形模具内持续通入氮气，防止管件氧化。同时，第二搬运机器人7的一端拾器再次将下一待加工管件放入加热腔411内。

(4)中央控制装置45控制液压机使成形模具41合模。胀形腔412内对加热后管件81进行成形工艺。具体的是，两密封推头415分别通过油缸进给到加热后管件81的预设位置，密封推头415的一端伸入加热后管件81的管口内，挤压管口使其产生塑性形变适应密封推头415的端部形状，与此同时油缸保持推力，完成密封，加热后管件81内部形成密闭空间。同时，加热腔411内下一待加工管件被加热。

(5)通过密封推头415内氮气通道419由氮气装置43向加热后管件81内快速通入高压氮气，将加热后管件81胀形到位。成形后管件82表面与胀形腔412内表面产生接触，水冷装置44通过模具内的冷却水道418使成形后管件82快速降温，在成形的同时完成淬火硬化。

(6)中央控制装置45控制液压机使成形模具41开模。第二搬运机器人7的另一端拾器将完成淬火硬化后管件取出的同时将下一加热后管件移至胀形腔内进行成形冷却工艺，同时第二搬运机器人7的一端拾器将又一待加工管件放入加热腔内，继续工艺流程。

成形模具的加热腔侧配置微正压的气氛保护箱，气氛保护箱内充入惰性气体(例如：氮气)使得箱内氧气和二氧化碳浓度降低，从而降低零件表面产生氧化皮和脱碳现象的程度。利用压力传感器与数控卡、工控机等系统的联动，保证箱体内的压力在适当的范围中；设计箱体的压力安全释放装置(例如：泄压孔)，在突发情况下可以保证箱内的气压、热量定向释放，保证人员和生产单元的安全。

自阻加热系统(包括直流开关加热电源)采用纳米晶材料为高频主变压器的铁芯，以进口大功率绝缘栅双极性晶体管IGBT模块为主功率器件，以可现场编程逻辑器件FPGA为主控器件结合模拟电路的高速响应特性。多台单机可并机实现大功率输出，采用多台单机模块化冗余设计，多台单机并联时，采用数字化的均流母线技术，实现多台单机的高精度均流，可方便的实现容量扩展，便于维护，单机故障可及时切除，不影响整机工作。具体参数如下输出电流：DC 0-30000A连续可调；输出电压：DC 0-20V连续可调；工作模式：稳压均流限流，稳流均流限压；稳流精度：≤±1％；稳压精度：≤±1％；工作频率：15KHz；整机效率：≥90％；功率因数：≥0.9。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，并非用来限定本实用新型的实施范围。但凡在本实用新型的保护范围内所做的等效变化及修饰，皆应认为落入了本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种钢管热气胀成形工艺系统，其特征在于，该系统包括依工艺流程依次排列的弯管机(1)、上料机(2)、预成形压机(3)、热气胀压机(4)和下料机(5)；所述热气胀压机(4)包括：

成形模具(41)，具有加热腔(411)和胀形腔(412)；

液压机，用于控制所述成形模具的开模、合模；

直流开关加热电源(42)，用于对所述加热腔(411)内待加工管件进行加热；

氮气装置(43)，用于对所述加热腔(411)内充入低压氮气，对所述胀形腔(412)内加热后管件充入高压氮气；和

水冷装置(44)，用于对所述胀形腔(412)内成形后管件进行冷却降温。

2.根据权利要求1所述的一种钢管热气胀成形工艺系统，其特征在于，所述加热腔(411)的两端分别设置正电极(413)和负电极(414)，所述直流开关加热电源(42)连接所述正电极(413)和所述负电极(414)，所述正电极(413)和所述负电极(414)分别连接到所述加热腔(411)内待加工管件的两端。

3.根据权利要求1或2所述的一种钢管热气胀成形工艺系统，其特征在于，所述胀形腔(412)的两端分别设置密封推头(415)，油缸控制所述密封推头(415)进给到所述胀形腔(412)内加热后管件的两端，使所述胀形腔(412)内加热后管件内形成密闭空间。

4.根据权利要求3所述的一种钢管热气胀成形工艺系统，其特征在于，所述密封推头(415)与所述加热后管件接触的一端呈阶梯状(416)。

5.根据权利要求3所述的一种钢管热气胀成形工艺系统，其特征在于，所述密封推头(415)内设置连通至所述加热后管件内的氮气通道，所述氮气装置(43)通过高压进气管路(417)连通至所述氮气通道，使高压氮气充入所述胀形腔(412)内加热后管件内。

6.根据权利要求1或2所述的一种钢管热气胀成形工艺系统，其特征在于，所述成形模具(41)内设置冷却水道(418)，所述水冷装置(44)连接所述冷却水道(418)。

7.根据权利要求6所述的一种钢管热气胀成形工艺系统，其特征在于，若干所述冷却水道(418)均匀排列环绕于所述胀形腔(412)的两端之间。

8.根据权利要求1或2所述的一种钢管热气胀成形工艺系统，其特征在于，所述热气胀压机还包括中央控制装置(45)，所述中央控制装置(45)分别连接所述液压机、所述直流开关加热电源(42)、所述氮气装置(43)和所述水冷装置(44)。

9.根据权利要求1或2所述的一种钢管热气胀成形工艺系统，其特征在于，所述上料机(2)和所述预成形压机(3)之间设置第一搬运机器人(6)，所述预成形压机(3)和所述热气胀压机(4)之间设置第二搬运机器人(7)。

10.根据权利要求9所述的一种钢管热气胀成形工艺系统，其特征在于，所述第二搬运机器人(7)具有至少两个端拾器。

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