一种钢管材的液压成型装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及管材成型领域，具体涉及一种钢管材的液压成型装置及方法，特别是一种针对高强度钢管材的液压成型装置及方法。
【背景技术】
[0002]近年来，为了追求更高的性能和燃油经济性，在开发车身零件时需要使用更高强度(抗拉强度100MPa或更高)的材料，以便在保证强度的前提下减少材料重量。但传统的液压成型方法适用于低强度钢材(抗拉强度<600MPa)。高强度的材料特性具备更大的弹性变形区，零件在成型后的回弹严重影响外表面尺寸的精度及稳定性。本发明致力于对传统液压成型工艺过程进行优化和改进，来实现对高强度材料管坯的稳定液压成型。
[0003]一般的，在液压成型时，一带直的或不直的纵向轴线管段通过同时收内部压力Pi和轴向力Fa的作用而成型。一般对于普通空心轴工件用与图2、图3及图4所示的方法进行加工。管坯被放入下模型腔，模具闭合(图2);对管坯两端施加Fa密封力并对管内充入高压使管坯膨胀并贴合型腔(图3);打开密封，释放压力并取出管子(图4)。
[0004]前述一般工艺存在以下缺点:
[0005]I)对于高强度材料管坯，因为材料延伸率较少，管坯到成品的膨胀率通常必须控制在3%以内，意味着管坯的外径要尽可能大。因此在前述工艺的合模过程中容易发生零件咬边(图6)，损坏模具和零件。
[0006]2)如前所述，对于高强度材料的管坯外径要尽可能大，并且合模过程中管坯是没有内压力的，被模具型腔挤压后管壁容易发生内陷(图7)，大部分内陷的部分都已经超过了屈服强度，材料发生了永久变形并产生了冷作硬化(又称加工硬化)。在后续充压过程中的微小膨胀量无法完全将凹陷面修复胀出，导致最终成品零件表面仍存在少量凹陷的尺寸偏差(图8及图9)。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种高强度钢管材的液压成型方法，一方面避免合模时模具与管材发生咬边，另一方面能够改善零件尺寸质量。
[0008]为达到上述目的，本发明采取的技术方案是:
[0009]—种钢管材的液压成型装置，包括上模、下模，上模的两端内嵌有底部安装有弹性元件的活动镶块，上模与被压至极限位置的活动镶块形成待成型零件的上半部分型腔，所述下模具有下半部分型腔。
[0010]所述弹性元件包含但不限于螺旋弹簧和氮气弹簧等通用标准零件。
[0011]通过上述装置，本发明可以在合模之前预先对管坯充压，从而获得了一种新的钢管材的液压成型方法，该方法包括以下步骤:
[0012](I)在型腔处于打开状态下，将管坯放入下半部分型腔内；
[0013](2)上模下行，当活动镶块接触管坯，弹性元件被压缩并提供所需的接触力使管坯被压紧；在这个阶段开始对管坯内部充入流体以施加压力，压力随着上模的下行逐步增大；
[0014](3)活动镶块继续下行至完全压住管坯并接触下模；在这个过程中，因为管坯存在内压力，所以不会被压扁而发生咬边，避免模具和零件的损坏；
[0015](4)上模继续下行，弹性元件被完全压缩，直至上模接触下模，模具型腔完全闭合，锁定模具，并持续增大内压力至零件型面特征被完全成型；
[0016](5)释放压力，上模上行打开型腔，取出零件。
[0017]该发明避免了合模阶段的零件变形，从而消除了发生零件咬边和尺寸缺陷的风险，为高强度钢材的液压成型提供了可行的方案，进一步推进了高强度液压成型工艺在汽车车身零件中的应用，负荷节能减排的需求，并进一步提高了车身零件的强度，对于改善汽车安全性有很大帮助。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的装置的结构示意图。
[0019]图2为普通液压成型方法下管坯放入下模型腔内模具闭合时的状态图。
[0020]图3为普通液压成型方法下管坯放入下模型腔内对管坯两端施加密封力并对管内充入高压时的状态图。
[0021]图4为普通液压成型方法下释放压力取出管子时的状态图。
[0022]图5为普通液压成型方法下合模前的状态图。
[0023]图6为普通液压成型方法下合模过程中零件咬边的状态示意图。
[0024]图7为普通液压成型方法下管壁发生内陷的状态示意图。
[0025]图8为普通液压成型方法下零件表面存在少量凹陷的尺寸偏差的状态示意图。
[0026]图9为本发明液压成型方法型腔处于打开阶段示意图。
[0027]图10为本发明液压成型方法上模开始下行阶段示意图。
[0028]图11为本发明液压成型方法活动镶块接触下模阶段示意图。
[0029]图12为本发明液压成型方法零件型面特征被完全成型阶段示意图。
[0030]图13为本发明液压成型方法完成所有工序阶段示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
[0032]图1所示为本发明的装置的结构示意图，包括上模1、下模5，上模的两端内嵌有底部安装有弹性元件2的活动镶块3，上模与被压至极限位置的活动镶块形成待成型零件的上半部分型腔101，所述下模具有下半部分型腔501，管坯4放在下半部分型腔501内。此处弹性元件2使用的是螺旋弹簧。
[0033]使用上述装置进行钢管材液压成型的方法为按以下步骤进行:
[0034]提供一个两端开口(不封闭)的管坯，该管坯截面为圆形中空，壁厚均匀。
[0035]I)如图9所示，上模1、活动镶块3、下模5所组成的型腔处于打开阶段，管坯4被放入型腔；
[0036]2)如图10所示，上模I开始下行，当活动镶块3接触管坯4，弹性元件2被压缩并提供所需的接触力使管坯4被压紧。在这个阶段开始对部件4内部充入流体以施加一部分压力Pa，在实际生产中，Pa应随着上模I的下行逐步缓慢增大；
[0037]3)在图11所示阶段，活动镶块3完全压住管坯4并接触下模5，在这个过程中，因为管坯4存在内压力Pa，所以不会被压扁发生如图6所示的咬边，避免了模具和零件的损坏；上模I继续下行，弹性元件2被完全压缩，直至上模I接触下模5，模具型腔完全闭合，此时由驱动模具的压机锁定模具，并将内压力持续增大到Pb，此过程与传统液压成型相似，零件型面特征被完全成型(如图12所示);
[0038]4)如图13所示阶段，完成所有需要工序后，管坯4内压力释放，上模I上行，模具型腔完全打开，取出零件，至此得到所需的零件。
[0039]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
【主权项】
1.一种钢管材的液压成型装置，其特征在于，包括上模、下模，上模的两端内嵌有底部安装有弹性元件的活动镶块，上模与被压至极限位置的活动镶块形成待成型零件的上半部分型腔，所述下模具有下半部分型腔。2.根据权利要求1所述的钢管材的液压成型装置，其特征在于，所述弹性元件包含但不限于螺旋弹簧和氮气弹簧。3.一种钢管材的液压成型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: (1)在型腔处于打开状态下，将管坯放入下半部分型腔内； (2)上模下行，当活动镶块接触管坯，弹性元件被压缩并提供所需的接触力使管坯被压紧；在这个阶段开始对管坯内部充入流体以施加压力，压力随着上模的下行逐步增大； (3)活动镶块继续下行至完全压住管坯并接触下模； (4)上模继续下行，弹性元件被完全压缩，直至上模接触下模，模具型腔完全闭合，锁定模具，并持续增大内压力至零件型面特征被完全成型； (5)释放压力，上模上行打开型腔，取出零件。
【专利摘要】本发明公开了一种钢管材的液压成型装置及方法，该装置包括上模、下模，上模的两端内嵌有底部安装有弹性元件的活动镶块，上模与被压至极限位置的活动镶块形成待成型零件的上半部分型腔，所述下模具有下半部分型腔。该发明避免了合模阶段的零件变形，从而消除了发生零件咬边和尺寸缺陷的风险，为高强度钢材的液压成型提供了可行的方案，进一步推进了高强度液压成型工艺在汽车车身零件中的应用，负荷节能减排的需求，并进一步提高了车身零件的强度，对于改善汽车安全性有很大帮助。
【IPC分类】B21D26/033, B21D26/047
【公开号】CN105149411
【申请号】CN201510540251
【发明人】黄亮, 倪枫林
【申请人】卡斯马汽车系统(上海)有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月28日