一种管件内压支撑合模装置、方法以及管件的制造方法与流程

1.本发明涉及管状零件加工制造领域，尤其涉及一种管状零件液压成形内压支撑合模方法及装置。


背景技术：

2.管件液压成形技术由于适宜生产空心变截面轻体构件，近年来越来越广泛的应用于汽车、航空航天等加工制造领域。
3.管件液压成形一般工艺步骤是先根据零件的曲率变化将管材弯曲出大体形状，再根据零件特征判断是否需要预成形，预成形目的是消除管件在后续液压成形合模过程中“咬边”问题，即管件与液压成形上下模具合模干涉的问题，最后将管件放入液压成形模具，合模并通入液体将管材胀形出需要的形状。
4.然而，在上述成形过程中，液压成形合模经常使管壁出现内凹缺陷，尤其在合模的最后阶段，由于合模过程管件内部是中空的，缺少力的支撑，因此容易发生管壁向管内方向凹陷。在后续通入液体后该缺陷无法消除或进一步转变为叠料缺陷从而导致零件报废。分析原因认为，在液压成形合模过程中产生的内凹在管内通入液体后，内凹周边的材料会先获得预期形状，该部分材料在内压作用下贴附在模具壁上，内压越大摩擦力越大，从而限制了材料的流动，而内凹处由于材料富裕，在较大内压作用下由于材料堆积转变为叠料缺陷，而当内压不足时内凹缺陷无法消除。
5.为改善上述缺陷，常用的方法是在液压成形前在容易发生内凹缺陷的部位包裹薄膜并涂油，减小在胀形阶段管壁与模具间摩擦力，从而通过内压作用胀开凹陷。然而，该方法增加了人工成本，使零件无法实现全自动化生产，降低了生产效率，不符合当前自动化、智能化工厂发展趋势。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本技术提出了一种管件内压支撑合模装置，包括上模本体、下模本体和预压组件。所述上模本体包括上半管槽，用于在合模时覆盖管件的上表面；所述下模本体包括下半管槽，下半管槽的两端分别设有预充液口；所述预压组件分别固定在上半管槽的两端，预压组件在合模过程中先于上模本体接触管件；在预压状态下，预压组件封堵在预充液口的外侧，并与管件、下半管槽共同围成一封闭空间。
7.在实施时，先将管件放置在下半管槽上的两个预充液口之间，随着上模本体逐渐接近下模本体，在初始状态下凸出于上模本体下表面的预压组件先于上模本体接触管件。此时，预压组件一部分压住管端，另一部分延伸至下半管槽预充液口的外侧，与管件、下半管槽共同围成一封闭空间，实现预压状态。在预压状态下，通过预充液口向所述封闭空间中充入液体以在管件内形成一定的内压来支撑管件。采用上述技术方案，在传统的液压成形合模装置中加入预压组件，能够在合模前对管件进行预充压，预先对管件形成内部支撑，从而消除合模时引起的内凹缺陷。
8.进一步地，预压组件包括预压块、气缸弹簧和导向板。其中，预压块是预压组件中与管件和/或下模本体接触的部件；气缸弹簧用于给预压块提供外部压力源，气缸弹簧的顶部与上模本体连接，底部与预压块连接；导向板固定于上模组件，并且套设在预压块外部，该设计一方面能够将预压组件与上模本体结合，使预压组件能够随上模本体运动，另一方面，由于预压块只能在导向板限定的范围内移动，这使得预压块在接触到管件和下模本体后的发力更加集中。
9.具体地，在距离管件端部250mm～500mm的范围内设置预压块，各预压块与上模本体或下模本体的端部保持150mm～500mm的距离；或者说各预压块与上半管槽延伸方向的模具端部或者下半管槽延伸方的模具端部保持150mm～500mm的距离。
10.具体地，气缸弹簧包括但不限于氮气缸。
11.进一步地，合模装置包括预压行程限位块，用于限制预压组件下压的终点位置。
12.进一步地，合模装置包括密封充压部件，用于封堵管件的两端，并能够向管件内部继续充入液体。在管件完成预充液后，密封充压部件封堵住管件的两端，并能够继续向管件内部继续充入液体，以进一步提升管件的内压。
13.具体地，密封充压部件包括密封头、推进缸、上安装座和下安装座。其中，密封头用于对管件的两端进行密封；推进缸用于给密封头提供动力；上安装座与上模本体连接，用于固定推进缸的顶部；下安装座与下模本体连接，用于固定推进缸的底部。
14.进一步地，合模装置包括平衡块，通过改变平衡块的厚度来调整上模本体与所述下模本体合模时的间隙。具体地，平衡块可包括多个垫片，垫片的增减可用于改变平衡块的厚度，从而达到调整合模时模具压力的目的。例如，可在下模本体的多个位置设置多个平衡块，通过改变各平衡块的厚度，从而调节上模本体与下模本体不同位置的合模压力。
15.进一步地，合模装置包括液压冲孔部件，液压冲孔部件包括冲孔头和冲孔缸，冲孔头置于上半管槽和/或下半管槽内，液体通过冲孔缸提供的动力从冲孔头喷出以实现对管件的冲孔。
16.本技术的另一目的在于提供一种管件内压支撑合模方法，依序包括预压步骤、充压步骤和成形步骤。
17.预压步骤：将预成形的管件放入下模本体的下半管槽内，并置于预充液口之间，预压组件先于上模本体压住管件的两端，并封堵在预充液口的外侧，从而与管件、下半管槽共同围成一封闭空间；将液体通过预充液口填充该封闭空间，直至管件内空气排净，以避免后续充压步骤、成形步骤中随着管内压力进一步增加，管内既有液体又有气体，致使管内压力不稳定。
18.充压步骤：完成预压步骤后、上模本体与下模本体合模前，通过密封充压部件将管件的两端密封，并向管件内充入10mpa～50mpa的液体压力；
19.成形步骤：在上模本体与下模本体合模后，通过密封充压部件继续向管件内充入100mpa～300mpa的液体压力，得到成形管件。
20.采用上述技术方案，先通过预压步骤排净管件内的空气，在后续的充压步骤中，由于预压组件已经与下模本体压紧，使用密封充压部件封堵管件两端并继续充入液体不会导致管件在下半管槽内发生窜动，通过该方式形成的内压支撑能够避免成形步骤中充入高压引起的管壁内凹缺陷。
21.进一步地，在预压步骤中，控制上模本体下表面与下模本体上表面的距离为20mm～80mm。
22.进一步地，在充压步骤中，控制上模本体下表面与下模本体上表面的距离为5mm～50mm。
23.进一步地，在成形步骤之后还包括液压冲孔步骤，液体通过冲孔缸提供的动力从置于上半管槽和/或所述下半管槽内的冲孔头喷出，使管件形成穿孔。
24.进一步地，预压组件包括预压块、气缸弹簧和导向板；在预压步骤中，与上模本体连接的气缸弹簧向预压块提供动力，使预压块在导向板限定的路径内沿合模方向运动，以固定管件。
25.进一步地，在预压步骤中，通过预压行程限位块来限制预压组件的终点位置。
26.进一步地，在充压步骤中，充压密封组件包括密封头、推进缸、上安装座和下安装座。推进缸将密封头推入管件的两端对管件进行密封；推进缸位于上安装座与下安装座之间，上安装座与上模本体连接，用于固定推进缸的顶部；下安装座与下模本体连接，用于固定推进缸的底部。
27.本技术还提供一种管件的制造方法，包括预成形步骤、合模步骤和开模步骤。通过预成形步骤使弯管的横截面在宽度方向上变窄；通过本技术提供的管件内压支撑合模方法进行合模，得到成形管件；通过开模步骤卸掉合模装置中的压力，再将上模本体与下模本体分开，得到最终管件。采用该技术方案，使管件在合模过程中不会发生“咬边”问题。
28.进一步地，在预成形步骤之前包括弯管步骤，将直管进行弯曲得到弯管，该弯管的轴线与最终管件的弯曲轴线大体一致。
29.本技术提供的管件内压支撑合模装置、合模方法以及管件制造方法容易实施，投入成本低，对管件缺陷的改善效果明显。
附图说明
30.图1为管件示意图；
31.图2为管件凹陷缺陷示意图；
32.图3为本技术一个实施例提供的管件内压支撑合模装置的立体结构示意图；
33.图4为图3所示实施例的侧剖视图；
34.图5为图3的所示实施例的上模本体的仰视图；
35.图6为图3的所示实施例的下模本体的俯视图；
36.图7为本技术一个实施例提供的预压组件的示意图。
37.元件编号说明
38.100合模装置；
39.10上模本体；
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11上半管槽；
40.20下模本体；
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21下半管槽；
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22预充液口；
41.30预压组件；
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31预压块；
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32气缸弹簧；
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33导向板；
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34预压行程限位块；
42.40密封冲压部件；
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41密封头；
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42推进缸；
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43上安装座；
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44下安装座；
43.50平衡块；
44.61冲孔头。
具体实施方式
45.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
46.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
47.如图3、图4所示，本技术提供了一种管件内压支撑合模装置100。图1所示的管件端部的横截面处的箭头x指示管件的宽度方向，箭头y指示管件的高度方向。如图3、图4所示，合模装置100包括上模本体10、下模本体20和预压组件30。具体地，结合图5，上模本体10包括上半管槽11，用于在合模时覆盖管件的上表面；结合图6，下模本体20包括下半管槽21，下半管槽21的两端分别设有预充液口22；预压组件30分别固定在上半管槽11的两端，预压组件30在合模过程中先于上模本体10接触管件；在预压状态下，预压组件30封堵在预充液口22的外侧，并与管件、下半管槽21共同围成一封闭空间。
48.在实施时，先将管件放置在下半管槽21上的两个预充液口22之间，随着上模本体10逐渐接近下模本体20，在初始状态下凸出于上模本体10下表面的预压组件30先于上模本体10接触管件。此时，预压组件30的一部分压住管端，另一部分延伸至下半管槽21预充液口22的外侧，与管件、下半管槽21共同围成一封闭空间，实现预压状态。在预压状态下，通过预充液口22向上述封闭空间中充入液体以在管件内形成一定的内压来支撑管件。
49.上述实施方式提供的合模装置100能够在合模前对管件进行预充压，预先对管件形成内部支撑，从而消除合模时引起的内凹缺陷(例如图2所示缺陷)。
50.在本技术的一个实施方式中，预压组件30包括预压块31、气缸弹簧32和导向板33。例如图7所示，预压块31是预压组件30中与管件、下模本体20接触的部件；气缸弹簧32用于给预压块31提供外部压力源，结合图4，气缸弹簧32的顶部与上模本体10连接，底部与预压块31连接；导向板33固定于上模组件，并且套设在预压块31外部，该设计一方面能够将预压组件30与上模本体10结合，使预压组件30能够随上模本体10运动，另一方面，由于预压块31只能在导向板33限定的范围内移动，这使得预压块31在接触到管件和下模本体20后的发力更加集中。在本技术的任意实施方式中，在距离管件端部250mm～500mm(包括端点值)的范围内设置预压块31，各预压块31与上半管槽11延伸方向的上模本体10的端部保持150mm～500mm的距离(包括端点值)。气缸弹簧32包括但不限于氮气缸。
51.参考图4和图5，合模装置100可包括预压行程限位块34，用于限制预压组件30下压的终点位置。具体地，预压行程限位块34可连接于上模本体20，预压块31在气缸弹簧32的作用下被顶出，到达预压行程限位块34所在位置时即到达终点，此时即便汽缸弹簧32继续给预压块31动力，预压块31也不再移动。
52.参考图3，在本技术的任意实施方式中，合模装置100包括密封充压部件40，用于封堵管件的两端，并能够向管件内部继续充入液体。在管件完成预充液后，密封充压部件40封
堵住管件的两端，并能够继续向管件内部继续充入液体，以进一步提升管件的内压。
53.参考图3，在本技术的一个实施方式中，密封充压部件40包括密封头41、推进缸42、上安装座43和下安装座44。其中，密封头41用于对管件的两端进行密封；推进缸42用于给密封头41提供动力；上安装座43与上模本体10连接，用于固定推进缸42的顶部；下安装座44与下模本体20连接，用于固定推进缸42的底部。
54.进一步地，合模装置100还可包括平衡块50，用于调整模具压力。例如图4和图6提供的实施方式，多个平衡块50位于下模本体的不同位置，各平衡块50分别包括多个垫片，垫片的增减可用于改变平衡块50的厚度，通过改变各平衡块50的厚度，能够调节合模过程中上模本体10与下模本体20不同位置的间隙，从而达到调整合模压力的目的。
55.进一步地，合模装置100还可包括液压冲孔部件，液压冲孔部件包括冲孔头61和冲孔缸(图中未示出)。如图5、6所示，冲孔头61置于上半管槽11和/或下半管槽21内，液体通过冲孔缸提供的动力从冲孔头61喷出以实现对管件的冲孔。
56.本技术还提供一种管件内压支撑合模方法，采用上述任意实施方式提供的管件内压支撑合模装置。所述合模方法依序包括预压步骤、充压步骤和成形步骤。
57.预压步骤：结合图4所示，将预成形的管件放入下模本体20的下半管槽21内，并置于预充液口22之间，预压组件30先于上模本体10压住管件的两端，并封堵在预充液口22的外侧，从而与管件、下半管槽21共同围成一封闭空间；将液体通过预充液口22填充该封闭空间，直至管件内空气排净；
58.充压步骤：完成预压步骤后、上模本体10与下模本体20合模前，通过密封充压部件40将管件的两端密封，并向管件内充入10mpa～50mpa的液体压力；
59.成形步骤：在上模本体10与下模本体20合模后，通过密封充压部件40继续向管件内充入100mpa～300mpa的液体压力，得到成形管件。
60.本技术提供的合模方法，先通过预压步骤排净管件内的空气，这避免了管内压力增加导致管内压力不稳定。在后续的充压步骤中，由于预压组件30已经与下模本体20压紧，使用密封充压部件封堵管件两端并继续充入液体不会导致管件在下半管槽内发生窜动，通过该方式形成的内压支撑能够避免成形步骤中充入高压引起的管壁内凹缺陷。
61.具体地，在预压步骤中，与上模本体10连接的气缸弹簧32向预压块31提供动力，使预压块31在导向板33限定的路径内沿合模方向运动，以固定管件；通过预压行程限位块34来限制预压组件30的终点位置。在充压步骤中，推进缸42将密封头41推入管件的两端对管件进行密封；
62.进一步地，在预压步骤中，控制上模本体10下表面与下模本体20上表面的距离为20mm～80mm。
63.进一步地，在充压步骤中，控制上模本体10下表面与下模本体20上表面的距离为5mm～50mm。
64.在本技术的一个实施方式中，在成形步骤之后还包括液压冲孔步骤，液体通过冲孔缸提供的动力从置于上半管槽11和/或所述下半管槽21内的冲孔头61处喷出，使管件形成穿孔。
65.本技术还提供一种管件的制造方法，包括预成形步骤、合模步骤和开模步骤。通过预成形步骤使弯管的横截面在宽度方向上变窄；通过本技术提供的管件内压支撑合模方法
进行合模，得到成形管件；通过开模步骤卸掉合模装置100中的压力，再将上模本体10与下模本体20分开，得到最终管件。采用该技术方案，使管件在合模过程中不会发生“咬边”问题。
66.在预成形步骤之前，还可包括弯管步骤。弯管步骤是将直管进行弯曲得到弯管，该弯管的轴线与最终管件的弯曲轴线大体一致。
67.本技术提供的管件内压支撑合模装置、合模方法以及管件制造方法容易实施，投入成本低，对管件缺陷的改善效果明显。
68.虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本发明的精神和范围。