EA000657B1 - Штамп для гидроформинга и способ гидроформинга металлической трубы - Google Patents

Description

Настоящее изобретение главным образом имеет отношение к созданию штампов для гидроформинга, а более конкретно касается создания штампов для гидроформинга, которые предотвращают защемление металлической трубчатой заготовки в ходе закрывания штампа при гидроформинге.

Известно, что способы гидроформинга представляют собой средство формовки металлической трубчатой заготовки в пустотелый компонент, имеющий заданную желательную конфигурацию. В частности, типичная операция гидроформинга предусматривает размещение металлической трубчатой заготовки в полости штампа (матрицы) и ввод жидкости под высоким давлением вовнутрь заготовки, чтобы вызвать растяжение (расширение) заготовки наружу в соответствии с поверхностями, ограничивающими полость. Более конкретно, противоположные продольные концы металлической трубчатой заготовки герметизируют, а воду под высоким давлением подают через канал гидроформинга или гидроцилиндр в уплотнении одного из концов заготовки. Давление жидкости в трубе повышают при помощи известных мультипликаторов.

Обычно штамп имеет нижнюю половину штампа и верхнюю половину штампа. Верхняя половина штампа движется вниз для взаимодействия с нижней половиной штампа, чтобы образовать между ними герметизированную полость штампа. Металлическую трубчатую заготовку помещают в нижнюю половину штампа ранее опускания верхней половины штампа для герметизации металлической трубчатой заготовки в полости.

В большинстве случаев трубчатую заготовку, которая обычно имеет круглое поперечное сечение, превращают при помощи гидроформинга в трубчатую деталь или компонент, который имеет коробчатое или прямоугольное поперечное сечение, в зависимости от формы полости штампа. Так как окружность трубчатой заготовки существенно меньше окружности или периметра поперечного сечения поверхностей, ограничивающих полость штампа, то зачастую желательно слегка раздавливать или деформировать трубчатую заготовку в полости штампа, когда верхняя половина штампа опускается для герметизации полости штампа. Желательность легкой деформации трубчатой заготовки внутри полости штампа ранее повышения давления в трубе связана частично с необходимостью более точного соответствия периметра поперечного сечения трубчатой заготовки периметру поперечного сечения или окружности поверхностей, ограничивающих полость штампа, чтобы избежать необходимости расширения или растяжения металлического материала трубчатой заготовки в ходе фазы повышения давления операции гидроформинга. Кроме того, придание трубчатой заготовке периметра поперечного сечения, который более точно соответствует периметру полости штампа (что может рассматриваться как предусмотрение некоторой слабины в металлическом материале для облегчения его растяжения в соответствии с формой полости штампа), способствует возможности растяжения трубчатой заготовки в тяжелых углах полости штампа.

Проблема, с которой сталкиваются в ходе деформирования трубчатой заготовки после закрывания полости штампа, связана с возможностью защемления деформированной трубчатой заготовки между верхней и нижней половинами при герметизации полости штампа. Одно из решений этой потенциальной проблемы предложено в патенте США № 4, 829, 803. В этом патенте обсуждается конструкция, в которой в трубчатой заготовке должно быть достаточно повышено давление ранее опускания верхней половины штампа, причем внешняя поверхность заготовки должна быть достаточно гладкой, так что внутреннее давление в трубчатой заготовке ранее опускания верхней половины штампа по меньшей мере достаточно для преодоления фрикционных сил, воздействующих на заготовку за счет секций штампа в ходе их закрывания. Такая конструкция создает некоторую степень критичности в выборе внутреннего давления внутри трубчатой заготовки и в выборе гладкости различных фрикционных поверхностей. Кроме того, так как штамп деформирует трубу ранее герметизации полости штампа, то вероятность защемления сохраняется.

В альтернативном предложении в соответствии с патентом США № 5, 339, 667 также требуется деформирование трубчатой заготовки ранее герметизации полости штампа. В этом случае также создается возможность защемления трубы в ходе закрывания полости штампа. Кроме того, в данном патенте предусмотрена полость штампа с очень специфичными контурами, чтобы принять в расчет возможность защемления трубчатой заготовки. В результате за счет этого процесса может быть проведено формование трубчатых компонентов только с ограниченным набором форм (конфигураций).

В патенте США № 5, 239, 852 содержится еще одно предложение по решению указанной проблемы. Однако в предложенной конструкции две половины штампа должны смыкаться друг с другом с очень высокой степенью точности для обеспечения строгого совпадения каждой из боковых стенок полости штампа с уплотняющими поверхностями противоположной половины штампа. Кроме того, в указанной конструкции имеется множество острых углов в переходной зоне между выступом и пятой половиной штампа. Такой острый угол создает относительно слабый участок штампа, который может скалываться или растрескиваться после длительного использования.

Задачей настоящего изобретения является преодоление отмеченных выше проблем известных устройств. Решение указанных проблем достигнуто в соответствии с настоящим изобретением за счет предусмотрения, по меньшей мере, трех отдельных конструкций штампа, которые взаимодействуют друг с другом для ограничения полости штампа, в которой может быть размещена металлическая трубчатая заготовка. Первая конструкция штампа приводится в движение для герметизации полости штампа, а после герметизации полости штампа первая и вторая конструкции штампа приводятся в движение для уменьшения площади поперечного сечения полости штампа и, за счет этого, для обеспечения деформирования металлической трубчатой заготовки внутри полости штампа.

Также в соответствии с настоящим изобретением две подвижные конструкции штампа и одна фиксированная конструкция штампа предусмотрены для ограничения полости штампа. Относительное движение между первой и второй подвижными конструкциями герметизирует полость штампа. После герметизации полости движение первой конструкции штампа относительно фиксированной конструкции штампа уменьшает площадь поперечного сечения полости штампа для обеспечения деформирования металлической трубы в полости штампа.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание способа гидроформинга металлической трубы. Указанный способ предусматривает размещение металлической трубы в штампе для гидроформинга, имеющем три отдельные конструкции штампа (штампующие конструкции), которые взаимодействуют друг с другом для ограничения полости штампа;

перемещение первой одной из конструкций штампа для герметизации полости штампа; затем перемещение первой одной из конструкций штампа и второй одной из конструкций штампа для уменьшения площади поперечного сечения полости штампа; и деформирование металлической трубы в результате уменьшения поперечного сечения.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание штампа для гидроформинга, который содержит нижний блок штампа, ограничивающий нижний участок полости штампа, в котором может быть размещена металлическая труба, причем нижний блок штампа имеет боковые стенки, образующие противоположные стороны нижнего участка полости штампа, и нижнюю стенку, образующую нижнюю поверхность нижнего участка полости штампа; верхнюю подвижную конструкцию штампа, имеющую поверхности герметизации, которая обладает возможностью перемещения для входа в контакт (в зацепление) с нижним блоком штампа на противоположных сторонах нижнего участка полости штампа, для герметизации нижнего участка полости штампа и, в результате, для обеспечения герметизации полости штампа; причем нижний блок штампа и верхняя конструкция штампа взаимодействуют друг с другом для уменьшения размера герметизированной полости штампа, чтобы деформировать металлическую трубу после обеспечения герметизации полости штампа.

Указанные ранее и другие характеристики и преимущества изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На фиг. 1 приведен развернутый вид в перспективе штампа для гидроформинга в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 показан вид с одного продольного конца штампа для гидроформинга в соответствии с настоящим изобретением, причем верхняя конструкция штампа показана в поднятом или открытом положении.

На фиг. 3 показан вид, аналогичный фиг. 2, однако верхняя конструкция штампа показана в полностью опущенном или закрытом положении.

На фиг. 4 приведено поперечное сечение по линии 4-4 на фиг. 1, но с полностью собранными компонентами, причем верхняя конструкция штампа показана в поднятом или открытом положении, как и на фиг. 2.

На фиг. 5 приведено поперечное сечение, аналогичное показанному на фиг. 4, но на следующей стадии процесса гидроформинга, когда верхняя конструкция штампа находится в исходном закрытом положении, как и на фиг. 3.

На фиг. 6 приведено поперечное сечение, аналогичное показанному на фиг. 5, но на следующей стадии процесса гидроформинга в соответствии с настоящим изобретением, когда верхняя конструкция штампа находится в полностью опущенном положении и подлежащая гидроформингу трубчатая заготовка слегка деформирована или раздавлена за счет относительного движения конструкций, образующих полость в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 7 приведено поперечное сечение, аналогичное показанному на фиг. 6, но на следующей стадии процесса гидроформинга, когда жидкость под давлением производит растяжение трубчатой заготовки в соответствии с полостью штампа.

На фиг. 8 показано продольное сечение по линии 8-8 на фиг. 1, но с полностью собранными компонентами, причем трубчатая заготовка размещена в нижнем блоке штампа, два гидроцилиндра захватывают противоположные концы трубчатой заготовки, а верхняя конструкция штампа находится в поднятом положении.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 1 , на которой показан в развернутом виде штамп для гидроформинга в соответствии с настоящим изобретением, обозначенный в общем виде по5 зицией 10. Штамп для гидроформинга 10 включает в себя подвижную верхнюю конструкцию штампа 12, подвижную нижнюю конструкцию штампа 14, фиксированную конструкцию штампа 16, фиксированное основание 18, на котором закреплена фиксированная конструкция штампа 16, и множество имеющихся в продаже азотных пружинных цилиндров 20, предназначенных для установки на нижней конструкции штампа 1 4 для перемещения на фиксированном основании 18. Верхняя конструкция штампа 1 2, нижняя конструкция штампа 1 4 и фиксированная конструкция штампа 1 6 взаимодействуют друг с другом для ограничения (образования) между ними продольной полости штампа, имеющей главным образом коробчатое поперечное сечение, как это будет описано далее более подробно со ссылкой на фиг. 5-7. Преимущественно верхняя конструкция штампа 12, нижняя конструкция штампа 14, фиксированная конструкция штампа 1 6 и фиксированное основание 1 8 изготовлены из соответствующей стали, например, из стали марки Р-20.

Как это показано на фиг. 1, верхняя конструкция штампа 12 имеет две опорные зоны 31 на своих противоположных продольных концах. Опорные зоны 31 имеют такую форму и выполнены таким образом, чтобы принимать верхние зажимные конструкции 26 на противоположных продольных концах верхней конструкции штампа 1 2. В частности, зажимные конструкции 26 вступают в контакт с верхней конструкцией штампа 1 2 в соответствующих опорных зонах 3 1 при помощи множества азотных пружинных цилиндров, которые создают относительное вертикальное перемещение между зажимными конструкциями 26 и верхней конструкцией штампа 12. Например, как это показано на фиг. 2, азотные пружинные цилиндры 27 слегка упруго смещают зажимные конструкции 26 по отношению к верхней конструкции штампа 12.

Нижняя конструкция штампа 1 4 имеет две аналогичные опорные зоны 33 на своих противоположных продольных концах, которые выполнены таким образом, чтобы принимать нижние зажимные конструкции 28 аналогичным образом.

Каждая из нижних зажимных конструкций 28 имеет вытянутую продольно главным образом дуговидную или полукруглую обращенную вверх поверхность 34. Поверхность 34 выполнена таким образом, чтобы вступать в контакт и служить опорой для нижней стороны трубчатой заготовки, размещенной в нижней конструкции штампа. По мере того, как дуговидные поверхности 34 в нижних зажимных конструкциях 28 идут продольно внутрь в направлении центральных участков штампа для гидроформинга 1 0, они переходят в главным образом квадратную или коробчатую U-образную поверхностную конфигурацию 36.

Верхние конструкции для зажима трубы 26 главным образом аналогичны нижним зажимным конструкциям 28, но являются инверсными. Более конкретно как это показано на фиг. 13, каждая верхняя зажимная конструкция 26 имеет вытянутую продольно главным образом дуговидную или полукруглую обращенную вниз поверхность 38, которая переходит в инверсную квадратную или коробчатую U-образную поверхностную конфигурацию 39. Дуговидная поверхность 38 каждой зажимной конструкции 26 взаимодействует с поверхностью 34 соответствующей одной из нижних зажимных конструкций 28 с образованием цилиндрических зажимных поверхностей для захвата и плотного зацепления противоположных концов трубчатой заготовки 40, когда верхняя конструкция штампа 12 первоначально опущена (см. фиг. 3).

Как это показано в поперечном сечении на фиг. 4, между верхними опорными зонами 31 верхней конструкции штампа 1 2 образован продольный канал 37, имеющий форму поперечного сечения в виде перевернутой буквы U. Канал 37 ограничен смещенными продольно, параллельными друг другу вертикальными боковыми поверхностями 43, и главным образом горизонтальной идущей продольно поверхностью 66 между ними.

Как это показано на фиг. 1 и в виде с торца на фиг. 2 и 3, противоположные продольные концы нижней конструкции штампа 1 4, которые определяют опорные зоны 33, имеют главным образом U-образное поперечное сечение. Однако, как это показано в поперечном сечении на фиг. 4, нижняя конструкция штампа 1 4 имеет центральное отверстие 42 между U-образными продольными концами. Внутренние вертикальные поверхности 41 в нижней конструкции штампа 1 4 ограничивают и охватывают указанное центральное отверстие 42 со всех четырех сторон. Более конкретно, две идущие продольно боковые поверхности 41 ограничивают отверстие 42 сбоку. Эти поверхности идут вертикально и параллельно друг другу, как это показано на фиг. 4- . Несмотря на то, что это не показано на чертежах, можно понять, что две поперечные боковые поверхности 41 (не показаны), которые идут вертикально и параллельно друг другу, ограничивают отверстие 42 в продольном направлении. Следует иметь в виду, что четыре поверхности 41 образуют отверстие 42 с главным образом прямоугольной конфигурацией в виде сверху.

Вновь обратимся к рассмотрению фиг. 1 , на которой показано фиксированное основание 1 8 в виде главным образом прямоугольной металлической плиты (сляба), причем фиксированная конструкция штампа 1 6 закреплена на верхней поверхности 46 фиксированного основания 1 8 при помощи множества болтов 44. Фиксированная конструкция штампа 16 представляет собой удлиненную конструкцию, кото7 рая идет вдоль существенного участка длины верхней поверхности 46 фиксированного основания 18, главным образом вдоль поперечного центра фиксированного основания 18. Фиксированная конструкция штампа 16 выступает вверх относительно фиксированного основания 1 8 и имеет главным образом вертикальные боковые поверхности 52 на своих продольных сторонах (на фиг. 1 показана только одна из таких боковых поверхностей). Фиксированная конструкция штампа 16 также имеет главным образом вертикальные торцевые поверхности 54 на своих противоположных продольных концах (на фиг. 1 показана только одна из таких торцевых поверхностей). Фиксированная конструкция штампа 1 6 выполнена таким образом, что она проходит через отверстие 42 в нижней конструкции штампа 1 4 с минимальным зазором между главным образом вертикальными поверхностями 41, ограничивающими отверстие 42, и вертикальными поверхностями 52 и 54 фиксированной конструкции штампа 16. Фиксированная конструкция штампа 1 6 дополнительно включает в себя верхнюю, главным образом горизонтальную, идущую продольно поверхность 56, которая выполнена и установлена таким образом, что идет со смещением относительно идущей продольно поверхности 66 верхней конструкции штампа 1 2.

Преимущественно, взаимодействие между упомянутыми боковыми поверхностями 41, верхней поверхностью 56 фиксированной конструкции штампа 16, а также поверхностями 43 и нижней поверхностью 66 верхней конструкции штампа 1 2 приводит к образованию полости штампа 60, которая имеет главным образом коробчатое поперечное сечение в основном на всем ее продольном протяжении (см. фиг. 5 и 6), и служит для гидроформинга детали, имеющей главным образом закрытое коробчатое поперечное сечение на всем ее продольном протяжении. Поверхность 56 фиксированной конструкции штампа 1 6 и поверхность 66 верхней конструкции штампа 1 2 создают соответственно нижнюю и верхнюю штампующие поверхности полости штампа 60. Вновь обратимся к рассмотрению фиг. 1 , на которой показано, что хотя поверхность 56 фиксированной конструкции штампа 1 6 и является главным образом горизонтальной, и действительно содержит в основном горизонтальные и главным образом параллельные боковые участки 62 на своих противоположных продольных концах, но между ними размещен дуговидный, идущий вниз участок поверхности 64. Поэтому следует иметь в виду, что по желанию трубчатая деталь, полученная гидроформингом, может иметь нерегулярную конфигурацию.

На фиг. 2 показан вид с одного продольного конца штампа для гидроформинга 1 0, причем верхняя конструкция штампа 1 2 показана в поднятом или открытом положении. В таком положении штамп для гидроформинга 1 0 позволяет разместить внутри нижней конструкции штампа 14 заготовку 40. Заготовка 40 преимущественно предварительно изогнута на ее промежуточном участке ранее ее размещения внутри нижней конструкции штампа 1 4. Предварительно изогнутая конфигурация заготовки 40 главным образом соответствует контуру изогнутых расположенных напротив друг друга штампующих поверхностей 56 и 66. Из рассмотрения фиг. 1, 4 и 5 можно понять, что предназначенная для гидроформинга трубчатая заготовка 40 подвешена на нижних зажимных конструкциях 28 и расположена слегка над верхней поверхностью 56 фиксированной конструкции штампа 16 при первоначальной установке трубчатой заготовки 40 в штамп для гидроформинга 1 0.

При размещении заготовки внутри нижней конструкции штампа 1 4 ее противоположные концы опираются на соответствующие поверхности 36 нижних зажимных конструкций 28 на противоположных концах нижней конструкции штампа 14 ( см. фиг. 8). Преимущественно, поверхности 36 выполнены таким образом, что обеспечивают посадку с натягом нижнего участка соответствующего конца трубчатой заготовки 40. Затем опускают верхнюю конструкцию штампа, так что верхние зажимные конструкции 26, которые удерживаются в выдвинутом положении за счет азотных цилиндров 27, как это показано на фиг. 2, обеспечивают посадку с натягом верхнего участка соответствующего конца трубчатой заготовки 40. В этот момент оба противоположных конца трубчатой заготовки захвачены между зажимами 26 и 28, что происходит ранее опускания верхней конструкции штампа 1 2 в ее полностью закрытое положение.

В этот момент трубчатая заготовка 40 главным образом жестко удерживается на месте, что позволяет телескопически и герметично ввести цилиндры гидроформинга 59 (фиг. 8) в оба противоположных конца трубы 40, без любого существенного движения трубы и без необходимости опускания верхней конструкции штампа 1 2 в ее полностью закрытое или опущенное положение. Цилиндры гидроформинга преимущественно предварительно осуществляют заполнение, но без существенного повышения давления, трубчатой заготовки 40 гидравлической жидкостью (показанной буквой F на фиг. 3, 5, 6 и 7), ранее начала непрерывного опускания верхней конструкции штампа 1 2, или одновременно с этим опусканием. Преимущественно в качестве гидравлической жидкости используют воду. Несмотря на то, что операция предварительного заполнения является предпочтительной для сокращения времени цикла и получения более гладких контуров детали, в соответствии с настоящим изобретением может быть предусмотрено и полное опускание верхней конструкции штампа 1 2 ранее поступления жидкости во внутрь трубы 40.

Как это показано на фиг. 4, верхняя конструкция штампа 12 преимущественно содержит два смещенных друг от друга в боковом направлении параллельных выступа 70, выступающих вниз с противоположных сторон от поверхности 66 и идущих по всей длине верхней конструкции штампа 12. Когда происходит дальнейшее опускание верхней конструкции штампа 12, то после первоначального входа в зацепление с трубой 40 верхней и нижней зажимных конструкций 26 и 28 (как это показано на фиг. 3), азотные цилиндры 27 сжимаются и выступы 70 входят в контакт с верхними поверхностями 72 нижней конструкции штампа 1 4 на противоположных сторонах отверстия 42, что приводит к уплотнению полости штампа 60 (как это показано на фиг. 5). Выступы 70 создают надежную герметизацию, которая может выдерживать чрезвычайно высокое давление в полости, превышающее 10 000 атмосфер. По желанию можно предусмотреть для взаимодействия с выступами 70 аналогичные выступы на поверхностях 72, с противоположных сторон отверстия 42. Так как в штампе для гидроформинга 10 используются три (или при необходимости больше) конструкции штампа 1 2, 1 4 и 1 6 для образования полости штампа 60, то штамп для гидроформинга 1 0 без защемления в соответствии с настоящим изобретением не должен иметь ни одной зоны с тонким поперечным сечением, которая может быть подвержена скалыванию или разрушению после проведения нескольких операций гидроформинга.

После первоначального контакта выступов 70 с поверхностью 72 непрерывное перемещение верхней конструкции штампа 1 2 вниз побуждает нижнюю конструкцию штампа 14 принудительно перемещаться вниз с преодолением усилия, создаваемого азотными пружинными цилиндрами 20, на которых установлена нижняя конструкция штампа 1 4. Труба 40, захваченная на своих концах между верхней конструкцией штампа 12 и нижней конструкцией штампа 14, также движется вниз. Принудительное перемещение вниз нижней конструкции штампа 1 4 может быть осуществлено за счет использования сдвигающего веса верхней конструкции штампа 1 2 или за счет предусмотрения гидравлической системы, которая толкает верхнюю конструкцию штампа 1 2 вниз. Верхняя конструкция штампа 12 и нижняя конструкция штампа 1 4 продолжают двигаться вниз до останова такого движения, когда нижняя конструкция штампа входит в контакт со стопорной конструкцией, предусмотренной на фиксированном основании 18. В ходе этого непрерывного движения вниз верхней конструкции штампа 1 2 и нижней конструкции штампа 14, поверхность 66 верхней конструкции штампа 12 перемещается в направлении к поверхности 56 фиксированной конструкции штампа 1 6, что приводит к уменьшению размера полости штампа 60, при одновременном поддержании главным образом периферического уплотнения полости. При этом нижний участок заготовки 40 движется вниз и входит в контакт с поверхностью 56 фиксированной конструкции штампа 16.

После того, как нижний участок заготовки 40 входит в контакт с поверхностью 56, продолжающееся движение вниз конструкций штампа 1 2 и 1 4 побуждают заготовку 40 изгибаться. Как это показано на фиг. 6, когда верхняя конструкция штампа 1 2 и нижняя конструкция штампа 1 4 в конечном счете приходят в полностью опущенное или закрытое положение, то полость 60 становится достаточно малой для того, чтобы произошло легкое раздавливание заготовки 40. Это легкое раздавливание трубчатой заготовки осуществляется таким образом, что цилиндрическая трубчатая заготовка 40 получает периферию, которая более точно соответствует окончательному периметру поперечного сечения полости 60 коробчатой формы. Так как трубчатая заготовка 40 предварительно до раздавливания заполнена гидравлической жидкостью, морщины на трубе в результате ее раздавливания исключаются и может быть получена гидроформингом деталь с гладкими контурами.

Как это показано на фиг. 7, после того, как верхняя конструкция штампа 12 достигает полностью опущенного положения, причем в это время нижняя конструкция штампа 14 входит в контакт с фиксированным основанием 18, так что она не может больше двигаться, производят повышение давления гидравлической жидкости внутри трубчатой заготовки 40 при помощи гидравлической системы любым известным способом (например, при помощи гидравлического мультипликатора или насоса высокого давления) через один из концов трубчатой заготовки 40. Альтернативно, растяжение или гидроформинг трубчатой заготовки 40 может начинаться ранее полного опускания верхней конструкции штампа 1 2 и, следовательно, ранее раздавливания трубчатой заготовки 40. Более конкретно, в соответствии с настоящим изобретением предусматривается, что растяжение трубчатой заготовки 40 может начинаться немедленно после опускания верхней конструкции штампа 1 2 в точку, в которой ее уплотняющие поверхности 70 входят в контакт с поверхностью 72 нижней конструкции штампа 14, как это показано на фиг. 5. За счет более раннего начала растяжения заготовки можно снизить время полного цикла процесса гидроформинга. Более того, так как полость штампа имеет большую площадь поперечного сечения, когда зажимные конструкции 26 и верхняя конструкция штампа 1 2 входят в первоначальный контакт с нижней конструкцией штампа 14 (см. фиг. 5), по сравнению с тем случаем, когда верхняя конструкция штампа 1 2 и нижняя конструкция штампа 14 пришли в полностью опущенное положение (см. фиг. 6), то более раннее растяжение трубчатой заготовки 40 позволяет ей больше расширяться радиально в вертикальном направлении (то есть получать овальную конфигурацию), чем это возможно в случае нахождения верхней конструкции штампа 12 в полностью опущенном положении. За счет этой возможности увеличенного растяжения профиль поперечного сечения трубчатой заготовки 40 может быть приведен в более точное соответствие с конечным профилем поперечного сечения полости штампа 60, при этом трубчатая заготовка 40 начнет раньше расширяться в углах полости штампа. В частности, так как трубчатая заготовка 40 начинает растяжение для соответствия конечному профилю поперечного сечения, как упоминалось выше, раньше ее входа в контакт с поверхностью 66, то растяжение трубчатой заготовки в углах полости штампа 60 может происходить без перемещения металлического материала заготовки, в то время как внешняя металлическая поверхность заготовки 40 находится во фрикционном зацеплении с верхней и нижней поверхностями 56 и 66. В результате можно проще произвести растяжение в углах полости штампа 60, причем может быть отформована более гладкая окончательная деталь.

В ходе растяжения трубчатой заготовки 40 при гидроформинге давление жидкости F повышают так, что оно достаточно для растяжения заготовки радиально наружу, в соответствии с поверхностями, ограничивающими полость штампа 60. Преимущественно используют давление жидкости ориентировочно от 2000 до 3500 атмосфер, а растяжение заготовки производят таким образом, чтобы получить после гидроформинга деталь с площадью поперечного сечения, которая на 10% или более превышает площадь поперечного сечения исходной заготовки. Кроме того, противоположные продольные концы трубчатой заготовки толкают продольно внутрь в направлении друг к другу для восполнения толщины стенки трубы при ее растяжении. В ходе повышения давления внутри заготовки 40 и ее растяжения верхняя конструкция штампа 1 2 продолжает принудительно двигаться вниз для поддержания формы герметизированной полости 60, например, при помощи поршня с гидравлическим питанием, чтобы противостоять направленным вверх силам, возникающим в результате повышения давления в трубе 40.

После завершения гидроформинга трубы 40 верхнюю конструкцию штампа 12 поднимают. Так как полученная гидроформингом деталь принудительно введена в зацепление с периферическими поверхностями, ограничивающими полость 60, то деталь может иметь главным образом посадку с натягом с поверхностями 41 и 43 верхней конструкции штампа 1 2. В этом случае полученная деталь будет подниматься вверх совместно с верхней конструкцией штампа 12 и должна быть извлечена из нее. Для этой цели верхняя конструкция штампа 1 2 снабжена выталкивателем 80, показанным на фиг. 1. Выталкиватель 80 установлен в опорной зоне верхней конструкции штампа 1 2 и является частью непрерывного контура полости 60. Выталкиватель 80 имеет возможность движения в вертикальном направлении из его опорного положения в конструкции штампа 1 2 для эффективного выталкивания полученной гидроформингом детали. Перемещение выталкивателя может производиться при помощи гидравлического поршня.

Аналогично, нижняя конструкция штампа 1 4 может быть снабжена двумя выталкивателями (не показаны), которые установлены в нижней конструкции штампа 1 4 и являются частью боковых поверхностей 41, ограничивающих отверстие 42 в нижней конструкции штампа 1 4. Эти выталкиватели производят выталкивание полученной гидроформингом детали в том случае, если ее заклинило или если она застряла внутри поверхностей нижней конструкции штампа 1 4 после операции гидроформинга.

Несмотря на то, что предпочтительный вариант осуществления изобретения, приведенный со ссылкой на сопроводительные чертежи, был описан только в качестве примера, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят, однако, за рамки приведенной далее формулы изобретения и соответствуют его духу. Например, несмотря на то, что в конкретном показанном на чертежах варианте предусмотрены три отдельные конструкции штампа, которые взаимодействуют друг с другом для образования полости, легко понять, что предусмотрение четырех и более конструкций штампа также не выходит за рамки формулы настоящего изобретения.

Claims (21)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Штамп для гидроформинга, отличающийся тем, что он включает в себя первую подвижную конструкцию штампа; вторую подвижную конструкцию штампа; фиксированную конструкцию штампа; причем указанная первая подвижная конструкция штампа, указанная вторая подвижная конструкция штампа и указанная фиксированная конструкция штампа взаимодействуют с образованием полости штампа, в которой может быть размещена металлическая труба;

   при этом за счет относительного перемещения указанных первой и второй подвижных конструкций штампа осуществляют герметизацию указанной полости штампа; и причем, после достижения герметизации полости штампа перемещение первой подвижной конструкции штампа относительно фиксированной конструкции штампа постепенно уменьшает площадь поперечного сечения ука13 занной полости штампа для обеспечения деформирования металлической трубы внутри указанной полости штампа.
2. 2. Штамп для гидроформинга по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя канальные элементы гидроформинга, выполненные и размещенные с возможностью подачи жидкости под давлением вовнутрь указанной металлической трубы, для того, чтобы в результате производить растяжение указанной металлической трубы наружу в соответствии с поверхностями, ограничивающими указанную полость.
3. 3. Штамп для гидроформинга по п.2, отличающийся тем, что указанные канальные элементы гидроформинга выполнены с возможностью перемещения друг относительно друга, что позволяет указанным канальным элементам гидроформинга сжимать между собой указанную металлическую трубу, чтобы вызывать течение металлического материала указанной металлической трубы в продольном направлении для восполнения толщины стенок трубы в ходе ее растяжения.
4. 4. Штамп для гидроформинга по п.1, отличающийся тем, что указанная фиксированная конструкция штампа входит в отверстие указанной второй подвижной конструкции штампа, причем указанная первая конструкция штампа входит в контакт с указанной второй конструкцией штампа для обеспечения герметизации указанной полости штампа.
5. 5. Штамп для гидроформинга по п.4, отличающийся тем, что указанная вторая подвижная конструкция штампа установлена на множестве сжимаемых пружинных элементов, причем указанная первая подвижная конструкция штампа при движении вниз входит в контакт с указанной второй конструкцией штампа для обеспечения герметизации указанной полости штампа, при этом продолжающееся движение вниз указанной первой подвижной конструкции штампа после указанного входа в контакт вызывает перемещение указанной второй подвижной конструкции штампа вместе с ней с преодолением смещения указанных пружинных элементов; причем продолжающееся движение вниз указанной первой подвижной конструкции штампа и движение вниз указанной второй подвижной конструкции штампа приводит к уменьшению площади поперечного сечения указанной полости штампа для деформирования указанной металлической трубы.
6. 6. Штамп для гидроформинга по п.5, отличающийся тем, что указанные сжимаемые пружинные элементы представляют собой азотные пружинные цилиндры.
7. 7. Штамп для гидроформинга по п.5, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя две расположенные напротив друг друга нижние зажимные конструкции, установленные на указанной второй подвижной конструкции штампа, выполненные и расположенные с возможностью вхождения в контакт с нижней стороной указанной металлической трубы на ее противоположных продольных концах, причем указанные нижние зажимные конструкции обеспечивают подвеску указанной металлической трубы над указанной фиксированной конструкцией штампа ранее того, как указанная первая подвижная конструкция штампа при ее перемещении вниз входит в контакт с указанной второй конструкцией штампа.
8. 8. Штамп для гидроформинга по п.7, отличающийся тем, что указанные нижние зажимные конструкции установлены на второй подвижной конструкции штампа при помощи пружинных цилиндров для обеспечения относительного перемещения между указанными нижними зажимными конструкциями и указанной второй подвижной конструкцией штампа.
9. 9. Штамп для гидроформинга по п.7, отличающийся тем, что указанные нижние зажимные конструкции образуют посадку с натягом с противоположными продольными концами указанной металлической трубы.
10. 10. Штамп для гидроформинга по п.8, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя две расположенные напротив друг друга зажимные конструкции, установленные на указанной первой подвижной конструкции штампа, выполненные и расположенные с возможностью вхождения в контакт с верхней поверхностью указанной металлической трубы на ее противоположных продольных концах, когда указанная первая подвижная конструкция штампа входит в контакт с указанной второй конструкцией штампа, причем указанные расположенные напротив друг друга зажимные конструкции, установленные на указанной первой подвижной конструкции штампа, взаимодействуют с указанными нижними зажимными конструкциями, установленными на указанной второй подвижной конструкции штампа, для захвата внешней поверхности указанной металлической трубы на ее противоположных концах.
11. 11. Штамп для гидроформинга, отличающийся тем, что он включает в себя первую конструкцию штампа, вторую конструкцию штампа, третью конструкцию штампа, причем указанная первая конструкция штампа, указанная вторая конструкция штампа и указанная третья конструкция штампа взаимодействуют с образованием полости штампа, в которой может быть размещена металлическая труба, при этом указанная первая конструкция штампа обладает возможностью перемещения для осуществления герметизации указанной полости штампа; и причем, после достижения герметизации полости штампа, перемещение первой и второй конструкций штампа приводит к уменьшению площади поперечного сечения указанной полости штампа для обеспечения деформирования ме15 таллической трубы внутри указанной полости штампа.
12. 12. Штамп для гидроформинга по п.11, отличающийся тем, что указанная вторая конструкция штампа остается стационарной при перемещении указанной первой конструкции штампа для осуществления герметизации указанной полости штампа.
13. 13. Штамп для гидроформинга по п.12, отличающийся тем, что указанная третья конструкция штампа остается фиксированной в ходе перемещения первой и второй конструкций штампа для постепенного уменьшения площади поперечного сечения указанной полости штампа.
14. 14. Штамп для гидроформинга по п.11, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя канальные элементы гидроформинга, сконструированные и размещенные таким образом, чтобы обеспечивать подачу жидкости под давлением вовнутрь указанной металлической трубы, чтобы в результате производить растяжение указанной металлической трубы наружу в соответствии с поверхностями, ограничивающими указанную полость.
15. 15. Штамп для гидроформинга по п.14, отличающийся тем, что перемещение друг относительно друга канальных элементов гидроформинга позволяет сжимать между ними указанную металлическую трубу, чтобы вызывать течение металлического материала указанной металлической трубы в продольном направлении для восполнения толщины стенок трубы в ходе ее растяжения.
16. 16. Штамп для гидроформинга по п.11, отличающийся тем, что указанная конструкция штампа входит в отверстие указанной второй подвижной конструкции штампа, причем указанная первая конструкция штампа входит в контакт с указанной второй конструкцией штампа для обеспечения герметизации указанной полости штампа.
17. 17. Штамп для гидроформинга по п.16, отличающийся тем, что указанная вторая конструкция штампа установлена на множестве сжимаемых пружинных элементов, причем указанная первая конструкция штампа при движении вниз входит в контакт с указанной второй конструкцией штампа, при этом продолжающееся движение вниз указанной первой подвижной конструкции штампа после указанного входа в контакт вызывает перемещение указанной второй конструкции штампа вместе с ней с преодолением смещения указанных пружинных элементов; причем продолжающееся движение вниз указанной первой конструкции штампа и движение вниз указанной второй конструкции штампа приводит к уменьшению площади поперечного сечения указанной полости штампа.
18. 18. Штамп для гидроформинга по п.17, отличающийся тем, что указанные сжимаемые пружинные элементы представляют собой азотные пружинные цилиндры.
19. 19. Способ гидроформинга металлической трубы, отличающийся тем, что он включает в себя следующие операции:

    размещение металлической трубы в штампе для гидроформинга, имеющем три отдельные конструкции штампа, которые взаимодействуют друг с другом для ограничения полости штампа;

    перемещение первой из указанных конструкций штампа для герметизации полости штампа;

    затем перемещение первой и второй из указанных конструкций штампа для уменьшения площади поперечного сечения полости штампа;

    и деформирование металлической трубы в результате уменьшения поперечного сечения указанной полости штампа.
20. 20. Способ по п.19, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя операцию повышения давления внутри указанной металлической трубы ранее деформирования указанной металлической трубы, чтобы обеспечить внутреннюю поддержку указанной металлической трубы в ходе ее деформирования.
21. 21 . Штамп для гидроформинга, отличающийся тем, что он содержит:

    нижний блок штампа, ограничивающий нижний участок полости штампа, в котором может быть размещена металлическая труба, причем указанный нижний блок штампа имеет боковые стенки, образующие противоположные стороны нижнего участка полости штампа, и нижнюю стенку, образующую нижнюю поверхность нижнего участка полости штампа;

    верхнюю подвижную конструкцию штампа, имеющую поверхности герметизации, которая обладает возможностью перемещения для входа в контакт с указанным нижним блоком штампа на противоположных сторонах указанного нижнего участка полости штампа, для герметизации указанного нижнего участка полости штампа и, в результате, для обеспечения герметизации полости штампа;

    причем указанный нижний блок штампа и указанная верхняя конструкция штампа взаимодействуют друг с другом для уменьшения размера герметизированной полости штампа, чтобы деформировать металлическую трубу после обеспечения герметизации полости штампа.