CN104338818B - 一种内高压成形设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内高压成形设备，包括合模压力机、内高压模具、第一侧向液压缸和第二侧向液压缸，所述第一侧向液压缸内部设有第三侧向液压缸，该第三侧向液压缸的输出端设置有第三推头；所述第三推头前端纵向设有充液通孔，其中该充液通孔的出液口设置在所述第三推头自由端的端面，而该充液通孔的入液口设置在所述第三推头的侧壁上并能与所述第一充液孔连通。本发明可使成形过程中管坯内部可获得更高的内压（大于400MPa）从而能成形一些形变量大的复杂工件以及一些体积较大、管壁较厚的空心构件，同时利用较高内压进行液压冲孔，较高的内压将冲孔后的落料直接推出，减少了后续的清理工作，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及内高压成形设备，尤其涉及一种能获得大于400MPa内压的内高压成形设备。
背景技术
在飞机、航天器和汽车制造领域，零部件的轻量化是制造技术发展的一个趋势，内高压成形就是在这种背景下发展起来的一种制造空心工件的先进制造技术，是一种利用液体作为成形介质，通过控制内压力和材料流动来达到成形中空零件目的的材料成形工艺。
现有的内高压成形机一般通过增压器注液加压和推头的轴向加力补料把管坯压入到模具型腔内使其成形，包括增压器、合模压力机、内高压模具和液压缸等结构，内高压成形工艺过程如下：将工件放置在内高压模具的下模腔内，接着压力机驱动施压头下压，将上下模紧密闭合而将工件封闭在型腔中，随后两侧的液压缸驱动安装在其上的推头向管坯内推进直至将管坯的端部密封。分别安装在两侧液压缸上的推头，其中一个推头内部中空，成形充液通孔，且通孔的入口开设在推头的侧壁上，并与高压油路管螺纹连接。当增压器启动时，通过高压油管向管坯内注入液体介质，且随着液体介质的注入，管坯内部的内压不断升高，推动管壁向外胀形，同时推头继续向内轴向加力补料，直至管坯完成成形。但是，现有的内高压成形机在成形时由于受到高压油管承压能力以及侧向液压缸最大推力的限制，内压一般只能达到400MPa，因此无法加工一些形变量大的复杂工件以及一些体积较大、管壁较厚的空心构件；并且，如需在内高压成形机上增设冲孔装置利用内高压成形时的内部高压进行冲孔，由于内压不够高，冲孔后的落料可能会落入成形的管件内部，从而增加了后续的清理工作，使得生产效率较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术而提供一种能克服高压油管承压能力和液压缸推力限制而产生大于400MPa内压的内高压成形设备。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种内高压成形设备，包括合模压力机、内高压模具、第一侧向液压缸和第二侧向液压缸，其中所述内高压模具包括上模和下模，所述上模固定连接在所述合模压力机的施压头下端，而所述下模设置在所述合模压力机的工作平台上，且所述上模和下模上相对设置上模腔和下模腔，在合模状态下，前述上模腔和下模腔形成容置管坯的型腔，同时该型腔在所述内高压模具的两侧形成型腔口；所述第一侧向液压缸和第二侧向液压缸分别设置在所述内高压模具的两侧型腔口处，且所述第一侧向液压缸和第二侧向液压缸的输出端分别设有与所述型腔口相匹配的第一推头和第二推头，且该第一推头和第二推头均能伸入所述型腔内部而与管坯端口相抵，并能将管坯端口密封，其中所述第一推头具有内部空腔，其侧壁上开设有一用来连通高压油管和内部空腔的充液孔，其特征在于：所述第一侧向液压缸内部设有第三侧向液压缸，该第三侧向液压缸的输出端设置有第三推头，而该第三推头穿设于第一推头的空腔中且能在第三侧向液压缸的驱动下沿空腔轴向移动；所述第三推头内部设置有轴向的充液通孔，其中该充液通孔的出液口设置在所述第三推头自由端的端面，而该充液通孔的入液口设置在所述第三推头的侧壁上并能与所述第一充液孔连通。
所述第三推头的头部突出于所述第一推头，从而使所述第三推头与所述第一推头表面连接处形成有台阶面，不仅利于第一推头密封管坯端部，且第三推头的截面半径小于第一推头，使得第三推头进入管坯内部，方便向管坯内部注液，而当管坯内压接近400MPa时，可有效推进第三推头使得管坯内压进一步提高，从而得到较大的管坯内压。
作为优选，所述第一充液孔与所述入液口的大小相等，当第一充液孔与入液口连通，第一推头和第三推头配合注液时，可避免第一充液孔孔口与入液口孔口的大小落差而阻碍液体介质从高压油管流入充液通孔向管坯内部注液。
为充分利用内高压成形过程中的内部高压，使得冲孔后的落料能直接推出，减少后续的清理工作，从而提高生产效率，所述内高压模具上设有一冲孔装置。
作为优选，所述冲孔装置包括设置在所述内高压模具上的油缸以及设置在所述油缸输出端的竖直冲头，该冲头的自由端位于开设在所述型腔内表面的冲头孔中且与该冲头孔匹配。
作为优选，所述冲头自由端的端面与所述模具型腔的内表面齐平，可避免在内高压成形过程中冲头挤压管坯而影响成形。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在第一推头内设置第三推头，使得低压（小于400MPa）胀给时，第一推头的第一充液孔和第三推头的入液口连通，第一推头和第三推头一起进给将液体介质注入型腔中的管坯中；当管坯的内压达到常规内高压成形设备的极限时（400MPa），第一推头停止进给，第三侧向液压缸驱动第三推头继续向管坯内部挤压，第一充液孔和入液口错开而停止向管坯内注液，使得管坯内的液体介质完全密封，此时无需考虑高压油管的承压能力，第三推头继续向管坯内部进给，由于第三推头的截面半径小于第一推头，因此第三侧向液压缸使用较小的推力来驱动第三推头进给即能实现管坯内压的快速升高，克服了侧向液压缸推力对管坯内压进一步提高的制约，从而在普通内高压成型机的基础上能成形一些形变量大的复杂工件以及一些体积较大、管壁较厚的空心构件。
附图说明
图1为本发明实施例中内高压形成设备结构示意图；
图2为本发明实施例中第三推头插设在第一推头内部的立体结构示意图；
图3为图2的剖视图（第一充液孔与入液口连通状态下）；
图4为图2的另一剖视图（第一充液孔与入液口错开状态下）；
图5为本发明实施例中冲孔装置结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1～5所示，一种内高压成形设备，包括合模压力机1、内高压模具2、第一侧向液压缸4和第二侧向液压缸3，其中内高压模具2包括上模21和下模22，上模21固定连接在合模压力机1的旋压头11下端，而下模22设置在合模压力机1的工作平台12上，且上模21和下模22上相对设置上模腔和下模腔，在合模状态下，前述上模腔和下模腔形成容置管坯的型腔，且该型腔在内高压模具的两侧形成型腔口；第一侧向液压缸4和第二侧向液压缸3分别设置在内高压模具2的两侧型腔口处，且第一侧向液压缸4和第二侧向液压缸3的输出端分别设有与型腔口相匹配的第一推头41和第二推头31，第一推头41和第二推头42能伸入型腔口，与管坯端口81贴合，并将管坯端口81密封；第一推头41具有内部空腔，且其后部的侧壁处设有与高压油管6连接的第一充液孔413，其中高压油管6的压力上限为400MPa。第一侧向液压缸4内部设有第三侧向液压缸5，该第三侧向液压缸5的输出端设置有第三推头51，该第三推头51沿第一推头41的内部空腔轴向延伸，第三推头51的头部突出于第一推头41，并且能在第三侧向液压缸5的驱动下沿第一推头41内腔移动；第三推头51前端轴向设有充液通孔513，其中该充液通孔513的出液口512设置在第三推头51的头部，而该充液通孔513的入液口511设置在第三推头51的侧壁上并能与第一充液孔413连通，为避免第一充液孔413与入液口511连通时，第一充液孔413与入液口511的大小落差阻碍液体介质从高压油管6流入充液通孔513向管坯8内部注液，第一充液孔413与入液口511的大小相等。内高压模具2上设置有一冲孔装置，该冲孔装置包括设置在内高压模具2上的油缸9以及设置在油缸9输出端的竖直冲头91，该冲头91的自由端位于开设在型腔内表面的冲头孔211中且与该冲头孔211匹配，为避免在内高压成形过程中冲头91挤压管坯8而影响成形，冲头91自由端的端面与模具型腔的内表面齐平。
内高压成形过程中，当第一、第二推头41,31在第一、第二侧向液压缸4,3的推力作用下进给而将管坯端口81密封、而第三推头5进入管坯8内部后，液体介质在增压器7的驱动下经高压油管6通过连通的第一充液孔413和入液口511进入第三推头5的充液通孔513，随后经出液口512进入管坯8内部。当增压器7注液加压，第一推头4推送补料至管坯8内压接近400MPa时，第一推头4停止向内推送，而第三推头51在第三侧向液压缸5的驱动下继续向管坯8内部挤压，由于第一、第三推头41,51之间产生相对位移，使得第一充液孔413与入液口511错开，从而将液体介质完全密封在管坯8内部，而此时第三推头51继续进给，管坯8内部的密封液体介质在第三推头51的挤压下膨胀，使得管坯8内压迅速升高而完成胀形。在这一过程中，由于第三推头51的截面积即受力面积要小于第一推头41的截面积，根据压强公式P=F/S，假设管坯8内压升高100MPa，此时如果在第一、第三推头41,51截面半径相差仅5mm的情况下，F1=100MPa*∏r2，F2=100MPa*∏R2，（F1为第三推头51受力，r为第三推头51截面半径，F2为第一推头41推力，R为第一推头41截面半径），通过计算得出，压强每升高100MPa，F2-F1≈167990N≈17吨推力，即第三推头51使用比第一推头41少17吨的推力即可使管坯8内压升高100Mpa，这就克服了液压缸推力的限制，从而获得更高的内压。
在内高压成形工序完成后，管坯8的管壁在内压的作用下紧贴内高压模具2型腔，此时管坯8内部的高压液体可视作冲孔工艺中作为支撑的凹模。随后，油缸9活塞带动冲头91向上退回，在内部高压作用下，冲头91正下方的管坯8管壁迅速向冲头91退回后产生的空隙中填充，与其相邻的管壁发生断裂，挤压出所需冲压的孔。在管坯内部高压的作用，这种由内向外的冲孔方式，使得冲孔后的落料直接被推出，而不会落入成形的管坯内部，减少了后续的清理工作，提高了生产效率。
Claims (5)
1.一种内高压成形设备，包括合模压力机、内高压模具、第一侧向液压缸和第二侧向液压缸，其中所述内高压模具包括上模和下模，所述上模固定连接在所述合模压力机的施压头下端，而所述下模设置在所述合模压力机的工作平台上，且所述上模和下模上相对设置上模腔和下模腔，在合模状态下，前述上模腔和下模腔形成容置管坯的型腔，同时该型腔在所述内高压模具的两侧形成型腔口；所述第一侧向液压缸和第二侧向液压缸分别设置在所述内高压模具的两侧型腔口处，且所述第一侧向液压缸的输出端设有与所述型腔口相匹配的第一推头，第二侧向液压缸的输出端设有与所述型腔口相匹配的第二推头，且该第一推头和第二推头均能伸入所述型腔内部而与管坯端口相抵，并能将管坯端口密封，其中所述第一推头具有内部空腔，其侧壁上开设有一用来连通高压油管和内部空腔的第一充液孔，其特征在于：所述第一侧向液压缸内部设有第三侧向液压缸，该第三侧向液压缸的输出端设置有第三推头，而该第三推头穿设于第一推头的空腔中且能在第三侧向液压缸的驱动下沿空腔轴向移动；所述第三推头内部设置有轴向的充液通孔，其中该充液通孔的出液口设置在所述第三推头自由端的端面，而该充液通孔的入液口设置在所述第三推头的侧壁上并能与所述第一充液孔连通；并且，所述第三推头的头部突出于所述第一推头，从而使所述第三推头与所述第一推头表面连接处形成有台阶面。
2.根据权利要求1所述的内高压成形设备，其特征在于：所述第一充液孔与所述入液口的大小相等。
3.根据权利要求1或2所述的内高压成形设备，其特征在于：所述内高压模具上设有一冲孔装置。
4.根据权利要求3所述的内高压成形设备，其特征在于：所述冲孔装置包括设置在所述内高压模具上的油缸以及设置在所述油缸输出端的竖直冲头，该冲头的自由端位于开设在所述型腔内表面的冲头孔中且与该冲头孔匹配。
5.根据权利要求4所述的内高压成形设备，其特征在于：所述冲头自由端的端面与所述模具型腔的内表面齐平。
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