EA001686B1

EA001686B1 - Способ и устройство для формования удлиненного трубного металлического элемента

Info

Publication number: EA001686B1
Application number: EA200000103A
Authority: EA
Inventors: Фрэнк А. Хортон
Original assignee: Косма Интернэшнл Инк.
Priority date: 1997-07-18
Filing date: 1998-07-13
Publication date: 2001-06-25
Also published as: SK522000A3; CA2296098C; NZ502233A; US5987950A; ES2192329T3; NO20000148L; DE69811093T2; UY25104A1; DE69811093D1; CN1081099C; WO1999003616A1; EP1015149B1; KR20010021944A; HUP0002702A3; CZ2000128A3; JP2001510092A; EP1015149A1; AR013229A1; PL338130A1; BR9810899A

Abstract

Настоящее изобретение имеет отношение к способам и устройствам для формования из трубной металлической заготовки удлиненного трубного металлического компонента. Предложенный способ гидроформинга предусматривает: i) ввод трубной металлической заготовки, имеющей главным образом овальное поперечное сечение, в полость штампа, и ориентирование трубной металлической заготовки таким образом, что больший поперечный размер ее овального поперечного сечения идет главным образом в направлении большего размера поперечного сечения полости штампа, а меньший размер ее овального поперечного сечения идет главным образом в направлении меньшего размера поперечного сечения полости штампа; ii) ввод в противоположные концы трубной металлической заготовки узлов, которые главным образом уплотняют противоположные концы трубной металлической заготовки; и iii) нагнетание жидкости под давлением в трубную металлическую заготовку для ее расширения до обеспечения соответствия форме поверхностей, ограничивающих полость штампа, в результате чего обеспечивается преобразование трубной металлической заготовки в удлиненный трубный металлический компонент.

Description

Настоящее изобретение относится к способам гидроформинга и к блокам штампов, а более конкретно, к созданию такого способа гидроформинга и блока штампа для гидроформинга трубной металлической заготовки, который позволяет избежать необходимости использования операции предварительного раздавливания для ввода заготовки в полость штампа.

Известно, что гидроформинг позволяет изменять форму трубной металлической заготовки, имеющей кольцевое (круговое) поперечное сечение, с получением трубного компонента, имеющего заданную желательную конфигурацию. В частности, типичная операция гидроформинга предусматривает помещение трубной металлической заготовки, имеющей кольцевое поперечное сечение, в полость штампа системы для гидроформинга, и подачу жидкости под высоким давлением внутрь указанной заготовки для ее расширения (растягивания, увеличения объема) наружу до входа в соответствие (до контакта) с поверхностями, ограничивающими полость штампа. Более конкретно, противоположные продольные концы трубной металлической заготовки уплотняют (герметизируют) при помощи гидравлических толкателей (ползунов), причем жидкость высокого давления подают через канал, образованный в одном из толкателей, обеспечивая расширение трубной заготовки.

Обычно, как это описано в патенте США № 5,561,902, первоначальную конфигурацию трубной заготовки получают за счет профилирования листового металла на роликовой листогибочной машине. После этого полученная за счет указанного профилирования трубная заготовка должна быть помещена в полость штампа для гидроформинга, которая обычно имеет коробчатое или прямоугольное поперечное сечение, или же поперечное сечение неправильной формы. Так как длина окружности кольцевой трубной заготовки, которая должна легко входить в полость штампа, намного меньше длины окружности или периметра поперечного сечения поверхностей, ограничивающих (образующих) полость штампа, то требуется существенное расширение (увеличение объема) трубной заготовки до достижения ее соответствия форме полости штампа. Такое существенное расширение может вызывать существенное уменьшение толщины стенок трубной заготовки, поэтому требуется заготовка со значительной первоначальной толщиной стенок. Более того, при весьма существенном расширении трудно обеспечить соответствие заготовки форме полости штампа в углах. Для уменьшения степени необходимого расширения и предусмотрения трубной заготовки с длиной окружности, которая первоначально более точно соответствует периметру поперечного сечения полости штампа, обычной практикой является предусмотрение трубной заготовки с диаметром поперечного сечения, который превышает ширину полости штампа, и раздавливание трубной заготовки по диаметру на участке (на станции) предварительного раздавливания так, чтобы ее можно было ввести в относительно узкую полость штампа. Однако операция предварительного раздавливания является дорогостоящей, так как она занимает много времени и для ее осуществления требуется соответствующее специальное оборудование.

В патенте США № 5,170,557 раскрыт способ формования компонента вытяжного воздуховода с двойной стенкой, имеющего усеченную овальную конфигурацию. Овальную металлическую заготовку помещают в полость штампа с промежутком от внутренних поверхностей штампа. Длина периметра заготовки существенно меньше длины периметра внутренних поверхностей штампа. Таким образом, при расширении трубная заготовка подвергается существенному утоньшению.

Задачей настоящего изобретения является устранение дорогостоящей операции предварительного раздавливания за счет использования трубной заготовки, которая лучше соответствует контурам полости штампа. Указанная задача решена в соответствии с принципами настоящего изобретения за счет создания способа формования удлиненного трубного металлического элемента. Для осуществления указанного способа используют блок штампа, который имеет первый и второй узлы, выполненные с возможностью перемещения друг относительно друга между открытым положением и закрытым положением. Узлы штампа ограничивают полость штампа, имеющую четырехугольное поперечное сечение с первым размером поперечного сечения, который превышает второй размер поперечного сечения, главным образом ортогональный к нему. Указанный способ включает в себя следующие операции: ί) предусмотрение трубной металлической заготовки, имеющей овальное поперечное сечение с большой осью (эллипса) вдоль большего ее диаметра и малой осью вдоль меньшего ее диаметра, причем большая и малая оси главным образом ортогональны друг к другу; помещение трубной металлической заготовки во второй узел штампа таким образом, что большая ось ее овального поперечного сечения идет главным образом в том же направлении, что и первый размер поперечного сечения, а малая ось ее овального поперечного сечения идет главным образом в том же направлении, что и второй размер поперечного сечения; и) перемещение узлов штампа в закрытое положение; ш) ввод в противоположные концы трубной металлической заготовки вводимых (заходящих) в концы трубы узлов, которые главным образом уплотняют противоположные концы трубной металлической заготовки; ίν) нагнетание жидкости под давлением в трубную металлическую заготовку для ее рас ширения до обеспечения соответствия форме полости штампа. Трубная металлическая заготовка имеет диаметр по малой оси, который приближается ко второму размеру поперечного сечения полости штампа, и длину окружности, которая соответствует длине периметра поперечного сечения полости штампа, что позволяет узлам штампа перемещаться в закрытое положение без нарушения конфигурации овального поперечного сечения трубной металлической заготовки, установленной между ними.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения второй узел штампа содержит фиксированный узел штампа и подвижный узел штампа. Подвижный нижний узел штампа имеет отверстие, в которое входит фиксированный узел штампа. Первый узел штампа при движении входит в контакт с подвижным узлом штампа для закрывания полости штампа, а после закрывания полости штампа движение подвижного узла штампа относительно фиксированного узла штампа постепенно уменьшает зону поперечного сечения полости штампа. Указанный способ дополнительно включает в себя операцию постепенного уменьшения зоны поперечного сечения полости штампа после закрывания полости штампа, чтобы таким образом деформировать овальное поперечное сечение трубной металлической заготовки внутри полости штампа.

Указанная задача решается также в соответствии с принципами настоящего изобретения при помощи устройства для формования из трубной металлической заготовки удлиненного трубного металлического элемента, имеющего главным образом коробчатое поперечное сечение вдоль его протяженности (длины). Устройство включает в себя блок штампа, который имеет подвижный верхний узел штампа и второй узел штампа. Узлы штампа взаимодействуют друг с другом для образования полости штампа, которая имеет главным образом четырехугольную конфигурацию поверхности. Зажимные узлы расположены на противоположных концах полости штампа и надежно зажимают смещенные друг от друга участки трубной металлической заготовки. Зажимные узлы имеют прижимные поверхности главным образом с овальной конфигурацией поверхности, главным образом соответствующей преимущественно овальной внешней периферической поверхности трубной металлической заготовки. Вводимые в концы трубы узлы входят в противоположные концы трубной металлической заготовки и главным образом уплотняют их. Второй узел штампа имеет подвижный нижний узел штампа и фиксированный узел штампа. Подвижный нижний узел штампа имеет отверстие, в которое входит фиксированный узел штампа. Относительное перемещение подвижного верхнего узла штампа при входе в контакт со вторым узлом штампа приводит к закрыванию полости штам па, а после закрывания полости штампа перемещение подвижного верхнего узла штампа относительно фиксированного узла штампа постепенно уменьшает зону поперечного сечения полости штампа, что необходимо для деформирования овального поперечного сечения трубной металлической заготовки.

На фиг. 1 показан развернутый вид в перспективе, на котором можно видеть верхний и нижний штампующие узлы блока штампа для гидроформинга в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 2 показан вид сбоку блока штампа для гидроформинга, на котором можно видеть продольный конец блока штампа для гидроформинга в соответствии с настоящим изобретением с овальной трубной заготовкой, установленной между нижним узлом штампа и верхним узлом штампа в поднятом или открытом положении;

на фиг. 3 показан вид сбоку, аналогичный показанному на фиг. 2, на котором можно видеть блок штампа для гидроформинга в соответствии с настоящим изобретением с овальной трубной заготовкой, установленной между нижним узлом штампа и верхним узлом штампа в опущенном или закрытом положении;

на фиг. 4 показано поперечное сечение посредине блока штампа с овальной трубной заготовкой, установленной внутри нижнего узла штампа, причем верхний узел штампа находится в поднятом или полностью открытом положении;

на фиг. 5А показано продольное сечение блока штампа для гидроформинга в соответствии с настоящим изобретением, на котором можно видеть верхний узел штампа в самом верхнем или полностью открытом положении, овальную трубную заготовку, установленную внутри нижнего узла штампа, а также цилиндры для гидроформинга, герметично введенные в противоположные концы овальной трубной заготовки;

на фиг. 5В показано продольное сечение блока штампа для гидроформинга в соответствии с настоящим изобретением, на котором можно видеть верхний узел штампа в самом нижнем положении, овальную трубную заготовку, установленную внутри полости штампа, образованной при помощи верхнего и нижнего узлов штампа и фиксированного узла штампа, причем жидкость введена во внутреннее пространство овальной трубной заготовки;

на фиг. 6 в сечении показана следующая операция способа гидроформинга в соответствии с настоящим изобретением, когда верхний узел штампа находится в самом нижнем положении, причем можно видеть овальную трубную заготовку, установленную внутри нижнего узла штампа;

на фиг. 7 в сечении показана следующая операция способа гидроформинга в соответст вии с настоящим изобретением, когда верхний узел штампа находится в самом нижнем положении, причем можно видеть овальную трубную заготовку, которая слегка деформирована или раздавлена за счет относительного движения узлов штампа;

на фиг. 8 в сечении показана следующая операция способа гидроформинга в соответствии с настоящим изобретением, когда жидкость под давлением расширяет трубную заготовку до соответствия форме полости штампа.

На фиг. 1 показан вид в перспективе, на котором можно видеть блок штампа для гидроформинга в соответствии с настоящим изобретением, обозначенный позицией 10. Блок штампа для гидроформинга 10 включает в себя первый и второй узлы штампа. Более конкретно, первый узел штампа содержит подвижный верхний узел штампа 12, в то время как второй узел штампа содержит подвижный нижний узел штампа 14 и фиксированный узел штампа 16. Блок штампа содержит также фиксированное основание 18, на котором установлен фиксированный узел штампа 16. Множество пневматических пружинных цилиндров 20 позволяет перемещать нижний узел штампа 14 относительно фиксированного основания 18. Верхний узел штампа 12, нижний узел штампа 14 и фиксированный узел штампа 16 взаимодействуют между собой с образованием между ними продольной полости штампа, имеющей главным образом коробчатое поперечное сечение, о чем речь впереди. Преимущественно, верхний узел штампа 12, нижний узел штампа 14, фиксированный узел штампа 16 и фиксированное основание 18 изготовлены из соответствующей стали, такой как сталь марки Р-20.

Как это показано на фиг. 1, верхний узел штампа 12 имеет две опорные зоны 22 на своих противоположных продольных концах. Опорные зоны 22 имеют такую форму и выполнены таким образом, что позволяют входить в них верхним зажимным узлам 26 на противоположных продольных концах верхнего узла штампа 12. В частности, каждый зажимной узел 26 соединен с верхним узлом штампа 12 в соответствующей опорной зоне 22 при помощи множества пневматических пружинных цилиндров 24, которые позволяют иметь относительное вертикальное перемещение между зажимными узлами 26 и верхним узлом штампа 12.

Нижний узел штампа 14 имеет аналогичные опорные зоны 30 на своих противоположных продольных концах, которые имеют такую форму и выполнены таким образом, что позволяют входить в них аналогичным образом нижним зажимным узлам 28. Можно видеть, что продольные концы 15, образующие опорные зоны 30 нижнего узла штампа 14, имеют главным образом и-образную конфигурацию.

Каждый из нижних зажимных узлов 28 имеет дуговидную, а главным образом парабо лическую обращенную вверх поверхность 34. Более конкретно, каждая поверхность 34 имеет поперечное сечение в виде половины овала. Поверхности 34 выполнены таким образом, что позволяют вводить в них и зажимать нижнюю сторону трубной заготовки 40 (см. фиг. 2), имеющей овальное поперечное сечение и установленной внутри нижнего узла штампа. Каждая из дуговидных поверхностей 34 нижних зажимных узлов 28 идет в продольном направлении внутрь к центральным участкам блока штампа для гидроформинга 10, где они постепенно переходят главным образом в прямоугольную или коробчатую И-образную конфигурацию 35.

Два верхних зажимных узла 26 главным образом идентичны нижним зажимным узлам 28, однако, перевернуты так, что соответствующие поверхности прижима обращены вниз. Более конкретно, каждый из верхних зажимных узлов 26 имеет дуговидную, а главным образом параболическую обращенную вниз поверхность 36, которая постепенно переходит в перевернутую коробчатую И-образную конфигурацию 37. Каждая из дуговидных поверхностей 36 имеет поперечное сечение в виде другой половины овала. Как это показано на фиг. 2, дуговидная поверхность 36 каждого из верхних зажимных узлов 26 взаимодействует с дуговидной поверхностью 34 соответствующих нижних зажимных узлов 28 с образованием овальных прижимных поверхностей, которые улавливают и плотно захватывают противоположные концы овальной трубной заготовки 40, когда первоначально верхний узел штампа 12 опущен.

Как это показано на фиг. 4 и 5А, в верхнем узле штампа 12 образован продольный канал 38, имеющий главным образом перевернутую Иобразную конфигурацию поперечного сечения. Канал 38 образован обращенной вниз главным образом горизонтальной, идущей в продольном направлении поверхностью 44, а также двумя смещенными друг от друга идущими в продольном направлении вертикальными боковыми поверхностями 43, которые идут параллельно друг другу с двух сторон от поверхности 44.

В нижнем узле штампа 14 имеется центральное вертикальное отверстие 42, расположенное между продольными И-образными концами 15 (узла штампа 14). Внутренние вертикальные поверхности 41 в нижнем узле штампа 14 ограничивают указанное центральное отверстие 42. Более конкретно, две продольные боковые поверхности 41 ограничивают отверстие 42 по бокам. Эти поверхности идут вертикально и параллельно друг другу. И-образные концевые участки 15 нижнего узла штампа 14 образуют (ограничивают) продольные концы отверстия 42 и имеют внутренние поверхности (не показаны), расположенные вертикально параллельно друг другу.

Фиксированное основание 18 представляет собой главным образом прямоугольную металлическую плиту. Фиксированный узел штампа 16 закреплен на верхней поверхности 46 фиксированного основания 18. Фиксированный узел штампа 16 представляет собой удлиненную конструкцию, которая идет на большей части длины верхней поверхности 46 фиксированного основания 18, главным образом вдоль поперечного центра фиксированного основания 18. Фиксированный узел штампа 16 выступает вверх от фиксированного основания 18 и имеет главным образом вертикальные боковые поверхности 48 на своих противоположных боковых сторонах. Фиксированный узел штампа 16 выполнен таким образом, что он входит в отверстие 42 нижнего узла штампа 14 с минимальным зазором между главным образом вертикальными поверхностями 48 фиксированного узла штампа и вертикальными поверхностями 41 нижнего узла штампа 14. Аналогично, существует минимальный зазор между внутренними поперечными вертикальными поверхностями концевых участков 15 нижнего узла штампа 14 и вертикальными концевыми поверхностями 49 фиксированного узла штампа 16. Фиксированный узел штампа 16 дополнительно имеет обращенную вверх главным образом дуговидную, горизонтальную, идущую в продольном направлении штампующую поверхность 50, которая выполнена таким образом, что она расположена со смещением относительно идущей в продольном направлении штампующей поверхности 44 верхнего узла штампа 12.

Как это показано на фиг. 6, упомянутые боковые поверхности 41, обращенная вверх поверхность 50, боковые поверхности 43 и обращенная вниз поверхность 44 совместно образуют полость штампа 52, имеющую главным образом прямоугольную форму поперечного сечения главным образом на всем ее продольном протяжении. Указанная полость штампа используется для гидроформинга детали с главным образом замкнутой коробчатой формой поперечного сечения. Такой замкнутой коробчатой формой поперечного сечения преимущественно является четырехугольная конфигурация, такая как главным образом прямоугольная конфигурация, однако, могут быть использованы и некоторые другие замкнутые непрерывные комбинации плоских и/или изогнутых поверхностных граней.

На фиг. 4 показан верхний узел штампа 12 в открытом или поднятом положении по отношению к нижнему узлу штампа 14 и к фиксированному основанию 18. В этом положении блок штампа для гидроформинга 10 позволяет ввести овальную трубную заготовку 40 внутрь нижнего узла штампа 14. При рассмотрении фиг. 5А можно увидеть, что подлежащая гидроформингу овальная трубная заготовка 40 подвешена на ее противоположных концах при помощи ниж них зажимных узлов 28, так что она расположена несколько выше верхней поверхности 50 фиксированного узла штампа 16 при ее первоначальной установке в блоке штампа для гидроформинга 10.

При вводе овальной трубной заготовки 40 в нижний узел штампа 14 ее противоположные концы ложатся на соответствующие поверхности 34 нижних зажимных узлов 28 на противоположных концах нижнего узла штампа 14. Преимущественно поверхности 34 выполнены таким образом, что они обеспечивают посадку с натягом соответствующих нижних участков на противоположных концах трубной заготовки 40.

Затем верхний узел штампа 12 опускают, при этом верхние зажимные узлы 26, которые первоначально удерживались в выдвинутом положении за счет пневмоцилиндров, как это показано на фиг. 2, втягиваются, как это показано на фиг. 3, так что поверхности 36 обеспечивают посадку с натягом соответствующих верхних участков трубной заготовки на противоположных концах трубной заготовки 40. В этот момент, ранее опускания верхнего узла штампа 12 в его закрытое положение, оба противоположных конца трубной заготовки захвачены между зажимами 26 и 28.

В соответствии с идеей настоящего изобретения трубная заготовка 40 имеет овальную конфигурацию поперечного сечения, полученную за счет обычной операции роликового профилирования. Более конкретно, производят профилирование листового металла на роликовой листогибочной машине до тех пор, пока продольные кромки листа не сойдутся с образованием овальной конфигурации. После этого производят роликовую сварку соединенных кромок с образованием роликового сварного шва для завершения трубной заготовки. Предусмотрение трубной заготовки с овальной конфигурацией поперечного сечения является предпочтительным в сравнении с обычной кольцевой конфигурацией поперечного сечения, так как при этом получают длину окружности, которая более точно соответствует окончательному периметру поперечного сечения главным образом прямоугольной (не квадратной) формы поперечного сечения полости штампа 52. Как это показано на поперечном сечении фиг. 4, диаметр овальной трубной заготовки 40 вдоль ее малой оси практически равен расстоянию между боковыми поверхностями 41 полости штампа. Таким образом, требуется меньшее расширение трубной заготовки 40 при проведении ее расширения до входа в контакт с поверхностями, образующими полость 52.

Специалисты легко поймут, что лучшее соответствие трубной заготовки 40 форме полости штампа позволяет легче обеспечивать расширение на углах полости штампа 52, где расширение затруднено за счет увеличенного фрикционного контакта между внешней по верхностью трубной заготовки и поверхностями полости штампа в ходе расширения трубной заготовки 40. При применении известных технических решений можно использовать трубную заготовку с кольцевым поперечным сечением, периметр которого практически равен периметру поперечного сечения полости штампа, если предусмотреть диаметр кольцевого поперечного сечения, превышающий ширину полости штампа 52 и произвести боковое сдавливание трубной заготовки на участке предварительного раздавливания так, чтобы она могла войти в нижний узел штампа. Однако операция предварительного раздавливания является дорогостоящей, так как она занимает много времени и для ее осуществления требуется соответствующее специальное оборудование. Использование овальной трубной заготовки позволяет ввести заготовку в нижний узел штампа, при предусмотрении существенного объема металла в полости штампа без необходимости проведения операции предварительного раздавливания.

Полученная при помощи роликового профилирования трубная металлическая заготовка 40 превращается за счет гидроформинга в удлиненный трубный металлический компонент (см. позицию 76 на фиг. 8) с такой конфигурацией поперечного сечения, которое имеет первый размер поперечного сечения (например, расстояние между горизонтальными стенками компонента 76 на фиг. 8), превышающий второй размер поперечного сечения (например, расстояние между вертикальными стенками компонента 76 на фиг. 8), ортогональный к первому размеру поперечного сечения вдоль его заданной продольной протяженности. Это обеспечено за счет того, что первый узел штампа 12 и второй узел штампа 14, 16 имеют такие поверхности, которые при взаимодействии образуют полость штампа 52, имеющую первый размер поперечного сечения (например, вертикальное расстояние между поверхностями 44 и 50), превышающий второй размер поперечного сечения (например, горизонтальное более короткое расстояние между поверхностями 41 или между поверхностями 43), главным образом ортогональный к первому размеру поперечного сечения.

Неотъемлемой характеристикой любого овала, в том числе и овального поперечного сечения трубной заготовки, является наличие большой оси по большему диаметру и малой оси по меньшему диаметру указанного поперечного сечения, причем большая ось и малая ось являются главным образом ортогональными друг другу. Как это показано на фиг. 4, трубная металлическая заготовка 40 введена во второй узел штампа 14, 16. Можно видеть, что второй узел штампа 14, 16 выполнен таким образом, что он позволяет ввести в него трубную металлическую заготовку 40 без нарушения (без деформации) ее овального поперечного сечения.

Как это показано на фиг. 6, трубная металлическая заготовка 40 введена во второй узел штампа 14, 16 таким образом, что большая ось ее овального поперечного сечения идет главным образом в том же направлении, что и первый более длинный размер поперечного сечения (например, идет в направлении между поверхностями 44 и 50), когда первый узел штампа 12 и второй узел штампа 14, 16 взаимодействуют с образованием полости штампа 52, а также таким образом, что малая ось ее овального поперечного сечения идет главным образом в том же направлении, что и второй более короткий размер поперечного сечения (например, идет в направлении между расположенными напротив друг друга поверхностями 41) полости штампа 52, когда первый и второй узлы штампа взаимодействуют с образованием полости штампа.

Как это показано на фиг. 5А, в данный момент овальная трубная заготовка 40 практически жестко удерживается на месте, что позволяет ввести в ее противоположные концы узлы, такие как цилиндры для гидроформинга или толкатели Я, которые вводятся телескопически и герметично в оба противоположных конца трубной заготовки 40. Толкатели Я преимущественно имеют овальную конфигурацию внешней поверхности, которая соответствует внутренней периферической поверхности трубной заготовки 40. Цилиндры для гидроформинга преимущественно производят предварительное заполнение гидравлической жидкостью (преимущественно водой) овальной трубной заготовки 40, но безо всякого повышения давления внутри нее, как это показано буквой Р, ранее продолжения опускания верхнего узла штампа 12 или одновременно с ним. Несмотря на то, что операция предварительного заполнения позволяет сократить время цикла и получить деталь с более гладкими контурами, в некоторых применениях верхний узел штампа 12 должен быть полностью опущен ранее ввода жидкости внутрь трубной заготовки 40.

Как это показано на фиг. 4, верхний узел штампа 12 преимущественно содержит два смещенных друг от друга в боковом направлении выступа 72, которые выступают вниз с противоположных сторон верхней части полости штампа 38 и идут вдоль всей длины верхнего узла штампа 12. При опускании верхнего узла штампа 12 выступы 72 входят в контакт с верхней поверхностью 74 нижнего узла штампа 14 на противоположных сторонах отверстия 42, при этом полость штампа 52 закрывается и уплотняется, как это показано на фиг. 6. Выступы 72 обеспечивают надежное уплотнение, которое способно выдержать чрезвычайно высокие давления в полости штампа, превышающие 10000 атмосфер.

Как это показано на фиг. 6 и 7, после первоначального входа в контакт ребер 72 с поверхностью 74, непрерывное движение вниз верхнего узла штампа 12 вызывает принудительное смещение вниз нижнего узла штампа 14 с преодолением сопротивления пневматических пружинных цилиндров 20. Овальная трубная заготовка 40 также смещается вниз внутри полости штампа 52. В ходе этого непрерывного движения вниз верхнего узла штампа 12 и нижнего узла штампа 14, штампующая поверхность 44 верхнего узла штампа 12 движется в направлении штампующей поверхности 50 фиксированного узла штампа 16, при этом размер полости штампа 52 уменьшается, однако, при поддержании (сохранении) периферического уплотнения указанной полости. Такое построение, при котором полость штампа 52 закрывается и уплотняется ранее уменьшения ее размера, достаточного для начала раздавливания трубной заготовки в полости штампа, позволяет предотвратить защемление трубной заготовки. Однако в соответствии с настоящим изобретением не исключается некоторое раздавливание трубной заготовки ранее входа в контакт верхнего узла штампа 12 с нижним узлом штампа 14.

При входе в контакт нижней части овальной трубной заготовки 40 со штампующей поверхностью 50, непрерывное движение вниз узлов штампа 12 и 14 приводит к деформированию овальной трубной заготовки 40. Более конкретно, когда нижняя штампующая поверхность 50 и верхняя штампующая поверхность 44 взаимодействуют с нижним и верхним дуговидными поверхностными участками овальной трубной заготовки 40, непрерывное движение вниз узлов штампа 12 и 14 приводит к движению внутрь в направлении друг к другу поверхностей 50 и 44. Это побуждает дуговидные концы овальной трубной заготовки 40 уплощаться и изгибаться внутрь, что приводит к небольшому раздавливанию овальной трубной заготовки 40. Это небольшое раздавливание овальной трубной заготовки 40 происходит таким образом, что создается длина окружности, которая более точно соответствует окончательному периметру поперечного сечения полости штампа 52 коробчатой формы. Происходит предварительное формование заготовки вдоль ее продольной протяженности, как это показано на фиг. 5В. Так как овальная трубная заготовка 40 преимущественно предварительно заполнена гидравлической жидкостью ранее начала указанного раздавливания, то создают складку на одном из концов овальной трубной заготовки 40. В ходе расширения овальной трубной заготовки 40 при ее гидроформинге, повышают давление жидкости Р в такой степени, которая достаточна для расширения овальной трубной заготовки 40 радиально наружу до достижения контакта со штампующими поверхностями, образующими полость штампа 52 главным образом коробчатого поперечного сечения. Преимущественно используют давление жидкости в диапазоне ориентировочно от 2000 до 3000 атмо сфер, причем расширение заготовки производят таким образом, чтобы в результате гидроформинга получить деталь, имеющую площадь поперечного сечения, которая ориентировочно на 10% или больше превышает площадь поперечного сечения исходной овальной трубной заготовки 40. Кроме того, предпочтительно продольные концы трубной заготовки принудительно подают в направлении внутрь друг к другу для восполнения уменьшения толщины стенки трубы при ее расширении.

Можно видеть, что за счет применения для гидроформинга полученной роликовым профилированием овальной трубной заготовки вместо полученной роликовым профилированием цилиндрической трубной заготовки достигается существенная экономия, связанная с устранением операции предварительного раздавливания, причем овальная трубная заготовка может быть использована во всех операциях процесса гидроформинга без его прерывания. Это позволяет сократить требующееся время цикла за счет устранения операции предварительного раздавливания, однако, при обеспечении достаточного объема металла в полости штампа для получения из заготовки детали с желательной конфигурацией.

Следует иметь в виду, что в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы альтернативные варианты, при которых полость штампа может быть закрыта ранее ее уплотнения. Другими словами, полость штампа внутри блока штампа может быть образована при помощи примыкающих поверхностей ранее входа в контакт верхнего узла штампа с нижним узлом штампа. В таком варианте, например, верхний узел штампа скорее будет иметь продольный выступ, а не канал 38. Кроме того, продольный канал, образованный в нижнем узле штампа 14, в который заходит трубная металлическая заготовка, должен быть глубже, чтобы в него мог входить продольный выступ для закрывания таким образом полости штампа без контакта продольного выступа с трубной металлической заготовкой. После этого продольный выступ может опционно входить в контакт с заготовкой ранее контакта верхнего узла штампа с нижним узлом штампа или после этого. Можно также предусмотреть в нижнем узле штампа единичный фиксированный узел, а не описанную здесь комбинацию подвижного и фиксированного узлов.

Несмотря на то, что был описан со ссылками на чертежи предпочтительный вариант осуществления изобретения, 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.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ формования удлиненного трубного металлического элемента, имеющего такую конфигурацию поперечного сечения, которая имеет первый размер поперечного сечения, превышающий второй размер поперечного сечения, главным образом ортогональный к первому размеру поперечного сечения, по всей длине указанного элемента, причем при осуществлении указанного способа используют блок штампа, который содержит первый и второй узлы штампа, имеющие поверхности, взаимодействующие с образованием полости штампа с первым размером поперечного сечения, превышающим второй размер поперечного сечения, главным образом ортогональный к первому размеру поперечного сечения, отличающийся тем, что указанный способ включает в себя следующие операции:

- роликовое профилирование листового металла для образования трубной металлической заготовки, имеющей овальное поперечное сечение с большой осью вдоль большего ее диаметра и малой осью вдоль меньшего ее диаметра, причем большая и малая оси главным образом ортогональны друг к другу;

- установка указанной трубной металлической заготовки во второй узел штампа, выполненный с возможностью ввода в него трубной металлической заготовки, имеющей овальное поперечное сечение, без искажения формы указанного сечения, причем установку указанной трубной металлической заготовки во второй узел штампа производят таким образом, что большая ось ее овального поперечного сечения идет главным образом в том же направлении, что и указанный первый размер поперечного сечения, когда первый и второй узлы штампа взаимодействуют с образованием полости штампа, а малая ось ее овального поперечного сечения идет главным образом в том же направлении, что и указанный второй размер поперечного сечения полости штампа, когда первый и второй узлы штампа взаимодействуют с образованием полости штампа;

- ввод в противоположные концы трубной металлической заготовки вводимых в концы трубной металлической заготовки узлов, которые уплотняют противоположные концы трубной металлической заготовки;

- нагнетание жидкости под давлением в помещенную в полость штампа трубную металлическую заготовку для ее расширения до обеспечения соответствия форме полости штампа за счет входа в контакт с поверхностями, ограничивающими полость штампа.
2. Способ по п. 1, в котором удлиненный трубный металлический элемент и полость штампа имеют главным образом аналогичную конфигурацию коробчатого поперечного сечения, отличающийся тем, что указанная операция установки трубной металлической заготовки включает в себя ориентирование трубной металлической заготовки внутри указанной полости штампа таким образом, что большая ось ее поперечного сечения идет главным образом в том же направлении, что и указанный более длинный поперечный размер конфигурации коробчатого поперечного сечения полости штампа, а малая ось ее поперечного сечения идет главным образом в том же направлении, что и указанный более короткий поперечный размер конфигурации коробчатого поперечного сечения полости штампа.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно предусматривает осуществление перемещения друг относительно друга указанных первого и второго узлов штампа, для закрывания полости штампа без искажения формы расположенной в ней трубной металлической заготовки, имеющей овальное поперечное сечение.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что он предусматривает постепенное уменьшение зоны поперечного сечения полости штампа после ее закрывания, за счет чего происходит деформирование трубной металлической заготовки внутри указанной полости штампа после ее закрывания.
5. Способ по п.2, отличающийся тем, что более длинный поперечный размер конфигурации коробчатого поперечного сечения полости штампа идет главным образом в вертикальном направлении, в то время как более короткий поперечный размер конфигурации коробчатого поперечного сечения полости штампа идет главным образом в горизонтальном направлении, причем более короткий поперечный размер конфигурации коробчатого поперечного сечения полости штампа превышает внешний размер трубной металлической заготовки вдоль ее малой оси, при этом указанная операция установки заготовки дополнительно предусматривает ориентирование трубной металлической заготовки внутри указанной полости штампа таким образом, что большая ось ее поперечного сечения идет главным образом вертикально, а малая ось ее поперечного сечения идет главным образом горизонтально.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что поверхности, ограничивающие полость штампа, взаимодействуют с образованием полости штампа, имеющей главным образом прямоугольное поперечное сечение, причем указанное нагнетание жидкости вызывает расширение наружу трубной металлической заготовки, до обеспечения ее соответствия форме полости штампа за счет входа в контакт с поверхностями, ограничивающими полость штампа, с получением отформованного удлиненного трубного металлического элемента с главным образом прямоугольным поперечным сечением.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя следующие операции: зажим смещенных друг от друга участков трубной металлической заготовки при помощи зажимных узлов, установленных на противоположных концах указанной полости штампа, причем зажимные узлы имеют прижимные поверхности с главным образом овальной конфигурацией поверхности, соответствующей овальной внешней периферической поверхности трубной металлической заготовки.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно предусматривает продольное сжатие трубной металлической заготовки, чтобы восполнить уменьшение толщины стенки указанной трубной металлической заготовки при ее расширении.
9. Способ по п.3, отличающийся тем, что первый узел штампа представляет собой подвижный верхний узел штампа, причем указанный способ дополнительно предусматривает перемещение указанного подвижного верхнего узла для закрывания полости штампа.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что второй узел штампа содержит фиксированный узел штампа, причем указанный способ дополнительно предусматривает перемещение подвижного верхнего узла штампа относительно фиксированного узла штампа после закрывания полости штампа, чтобы постепенно уменьшать зону поперечного сечения полости штампа после закрывания полости штампа, для осуществления деформирования овального поперечного сечения трубной металлической заготовки внутри указанной полости штампа после закрывания полости штампа.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что второй узел штампа дополнительно содержит подвижный нижний узел штампа, причем указанный способ дополнительно предусматривает вход в контакт подвижного верхнего узла штампа с подвижным нижним узлом штампа для осуществления закрывания полости штампа и перемещение подвижного нижнего узла штампа и подвижного верхнего узла штампа относительно фиксированного узла штампа для постепенного уменьшения зоны поперечного сечения полости штампа после закрывания полости штампа для осуществления деформирования овального поперечного сечения трубной металлической заготовки внутри указанной полости штампа после закрывания полости штампа.
12. Устройство для формования из трубной металлической заготовки удлиненного трубного металлического элемента, имеющего главным образом коробчатое поперечное сечение вдоль его длины, отличающееся тем, что оно включает в себя

- блок штампа, который имеет полость штампа, ограниченную внутренней поверхностью штампа и имеющую коробчатую конфигу рацию поверхности, причем указанная полость штампа выполнена с возможностью ввода в нее трубной металлической заготовки, имеющей овальное поперечное сечение;

- зажимные узлы, которые расположены на противоположных концах полости штампа и выполнены так, что надежно зажимают смещенные друг от друга участки трубной металлической заготовки, причем указанные зажимные узлы имеют прижимные поверхности, главным образом, с овальной конфигурацией поверхности, соответствующей овальной внешней периферической поверхности трубной металлической заготовки; и

- вводимые в концы трубы узлы, которые выполнены так, что входят в противоположные концы трубной металлической заготовки и уплотняют их, причем указанные вводимые в концы трубы узлы имеют овальную конфигурацию внешней поверхности, которая соответствует овальной внутренней периферической поверхности трубной заготовки.
13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что блок штампа включает в себя

- подвижный верхний узел штампа;

- второй узел штампа, который содержит фиксированный узел штампа;

- причем подвижный верхний узел штампа и второй узел штампа взаимодействуют друг с другом для образования полости штампа;

- причем перемещение друг относительно друга подвижного верхнего узла штампа и второго узла штампа приводит к закрыванию полости штампа, а после закрывания полости штампа перемещение подвижного верхнего узла штампа относительно фиксированного узла штампа приводит к постепенному уменьшению зоны поперечного сечения полости штампа для осуществления деформирования трубной металлической заготовки внутри указанной полости штампа.
14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что второй узел штампа дополнительно содержит подвижный нижний узел штампа, причем фиксированный узел штампа входит в отверстие в подвижном нижнем узле штампа, при этом перемещение подвижного верхнего узла штампа при входе в контакт с подвижным нижним узлом штампа приводит к закрыванию полости штампа.
15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что подвижный нижний узел штампа установлен на множестве сжимаемых пружинных элементов, причем указанное перемещение вниз подвижного верхнего узла штампа при входе в контакт с подвижным нижним узлом штампа приводит к закрыванию полости штампа, а продолжение перемещения вниз подвижного верхнего узла штампа после закрывания полости штампа вызывает перемещение вниз вместе с ним подвижного нижнего узла штампа, с преодолением создаваемого указанными пружин ными элементами смещения, при этом подвижный верхний и нижний узлы штампа выполнены так, что указанное продолжение перемещения вниз подвижного верхнего узла штампа и перемещение вниз подвижного нижнего узла штампа уменьшает зону поперечного сечения полости штампа, что вызывает деформирование трубной металлической заготовки.
16. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что указанные прижимные поверхности определяют указанную главным образом овальную поверхностную конфигурацию каждого перехода в коробчатую И-образную поверхностную конфигурацию, при выдвижении указанных прижимных поверхностей внутрь в направлении указанной полости штампа.
17. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что указанная полость штампа имеет главным образом прямоугольную конфигурацию поверхности.
18. Способ формования удлиненного трубного металлического элемента в полости штампа, имеющей поверхности, образующие полость штампа такой формы, которая главным образом соответствует форме удлиненного трубного металлического элемента, причем поперечное сечение удлиненного трубного металлического элемента и, следовательно, полости штампа имеет относительно больший поперечный размер, поперечный к относительно меньшему поперечному размеру, отличающийся тем, что указанный способ включает в себя следующие операции:

- размещение в полости штампа указанной трубной металлической заготовки, полученной при помощи роликового профилирования листового металла, и ориентирование трубной металлической заготовки внутри указанной полости штампа таким образом, что относительно больший поперечный размер ее овального поперечного сечения идет главным образом в том же направлении, что и указанный относительно больший поперечный размер поперечного сече ния полости штампа, а относительно меньший поперечный размер ее овального поперечного сечения идет главным образом в том же направлении, что и указанный относительно меньший поперечный размер полости штампа;

- уплотнение противоположных концов трубной металлической заготовки;

- нагнетание жидкости под давлением в трубную металлическую заготовку для ее расширения до обеспечения соответствия форме полости штампа за счет входа в контакт с поверхностями, ограничивающими полость штампа, в результате чего трубную металлическую заготовку преобразуют в удлиненный трубный металлический элемент.
19. Способ по п.18, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя операцию роликового профилирования листового металла для получения трубной металлической заготовки с овальным поперечным сечением.
20. Способ по п.19, отличающийся тем, что он дополнительно предусматривает постепенное уменьшение зоны поперечного сечения полости штампа после ввода в нее трубной металлической заготовки и после закрывания полости штампа, за счет чего происходит раздавливание овального поперечного сечения трубной металлической заготовки при входе в контакт с поверхностями, ограничивающими полость штампа.
21. Способ по п.18, отличающийся тем, что полость штампа имеет коробчатую конфигурацию поперечного сечения, причем способ предусматривает операцию формования трубного металлического элемента, имеющего главным образом коробчатое поперечное сечение.
22. Способ по п.18, отличающийся тем, что способ дополнительно предусматривает продольное сжатие трубной металлической заготовки, чтобы восполнить уменьшение толщины стенки указанной трубной металлической заготовки при ее расширении.