CN106734495B - 一种变间隙的管材内高压成形方法 - Google Patents

Abstract

一种变间隙的管材内高压成形方法，该方法是利用一种变间隙的管材内高压成形设备制造管材零件的方法；是指将高压介质按设定的加载曲线进行加压，通过在合模过程中逐渐改变上、下模的间隙，并注入高压介质逐渐增大管坯内压力，使管坯越来越贴近模具内腔壁，同时逐渐推进左、右推头实施管材坯料的轴向进给补料，减少管材坯料在管坯的管材进给区和过渡区的堆积，使管坯的管材厚度基本没有发生减薄现象，并在成形区内形成有益皱纹，实现管材零件逐渐成形和最终定形的方法，其步骤包括：准备阶段、逐渐成形阶段、定形阶段和完成阶段。该方法成形质量高，零件不易产生破裂，模具损伤小，生产效率高、成本低；特别适合壁薄、变形量大、形状复杂零件的制造。

Description

一种变间隙的管材内高压成形方法

技术领域

本发明属于管材内高压成形技术领域，特别涉及于一种用于管材内高压成形的成形方法。

背景技术

管材内高压成形原理是：上下模合模后，通过左右推头来对管材进行密封并往管材内注入压力成形介质，在左右推头轴向进给和内部压力的共同作用下实现管材内高压成形。通过该成形方法得到的零件与传统加工工艺相比具有成本低、重量轻，节省材料，加工工序少，成形质量高，机械性能好，刚度强度高等一系列优点。

传统的管材内高压成形方法存在的问题是：

1．传统的管材内高压成形方法在制作零件时，往往是从合模开始就把合模力加到最大值，然后保持不变；合模开始就把合模力加到最大值对机器保持压力能力要求高，液压缸电机常处于满载工作状态，影响使用寿命；

2．恒定的合模力或专利CN103212619A中公开的《一种变合模力的管材内高压成形装置和方法》中公开的变合模力方法，也会影响着产品的质量，因为在基本成形阶段时，上下模间的间隙为零，造成了管坯与模具内腔表面接触面积大，导致摩擦力大（解释：滑动摩擦力的大小计算公式为f =μN ，式中的μ叫动摩擦因数，N为正压力，接触面积大导致N变大），高摩擦力容易造成在变形量大的地方因补不到足够的材料而产生破裂；

3．恒定的合模力导致摩擦力大，左右两侧推头在进行轴向进给时困难，需要更大的轴向力来进行轴向进给，容易损伤模具，而且对润滑条件要求也高，每生产一个零件就要做好管材足够润滑的准备，否则容易造成零件成形失败，影响生产效率；同时因为需要更大的合模力和轴向推力也在增加设备制造成本；

4．基本成形阶段处于上下模间隙为零的状态下，其对模具材料、性能、加工精度要求高，特别是对生产薄壁、变形量大、截面复杂的零件存在着较大困难。

发明内容

本发明目的在于提供一种变间隙的管材内高压成形方法，以克服已有技术所存在的上述不足。

本发明采取的技术方案是：

一种变间隙的管材内高压成形方法，该方法是利用一种变间隙的管材内高压成形设备制造管材零件的方法；

所述内高压成形设备包括安装在工作台上的左推头、右推头、左推力缸、右推力缸、上模和下模，上模通过活动横梁和导向柱与压机主缸连接，左、右推头分别与左、右推力缸连接，活动横梁一端连接横梁位移传感器，右推头连接右推头位移传感器；

所述内高压成形方法是将高压介质按设定的加载曲线进行加压，通过在合模过程中逐渐改变上、下模的间隙，并注入高压介质逐渐增大管坯内部压力，使管坯越来越贴近模具内腔壁，同时逐渐推进左、右推头实施管材坯料的轴向进给补料，减少管材坯料在管坯的管材进给区和过渡区的堆积，使管坯的管材厚度基本没有发生减薄现象，并在成形区内形成有益皱纹，实现管材零件逐渐成形和最终定形的方法，其步骤包括：

（1）准备阶段：上模固定在活动横梁上，下模固定在工作台上，左、右推头均处于初始状态，将经过简单润滑的管坯放入下模型腔内；

（2）逐渐成形阶段

该阶段通过压机主缸带动活动横梁和上模沿着导向柱向下运动合模加压，逐渐减少上、下模间的间距，形成管坯密封腔后逐渐向密封腔内注入压力介质、增大管坯内部压力，同时逐渐推进左、右推头实施管材坯料的轴向进给补料，从而使管材零件逐渐成形，其阶段过程包括：

S1：初始合模加压

上模向下运动到达预设位置A1，使上、下模间的间隙为2～5 mm，横梁位移传感器发出信号，停止合模；

S2：注入压力介质、形成密封腔

左、右两推头向前运动到达预设位置B1，此时左右两个推头与管坯的管端距离为1～3mm，管坯接近密封，右推头位移传感器发出信号，此时充液装置开始工作，向管坯腔内注入压力介质，排除空气，然后左、右推头继续向前运动接触管端使管坯形成密封腔；

S3：补料

左、右两推头向前运动到预设位置B2，此时左、右两个推头进一步接触压紧管坯的管端并进行2～5mm的补料，上模在活动横梁作用下继续向下运动到预设位置A 2，使上、下模间的间隙逐渐减为1～3mm，右推头位移传感器发出信号，充液装置继续向管坯密封腔内注入压力介质，使管坯内部压力上升，同时沿轴向充分进给补料，减少管材坯料在管坯的管材进给区和过渡区的堆积，使整个管坯的管材厚度基本没有发生减薄现象，并在成形区内成形有益皱纹；

S4：成形

左、右两推头继续运动到预设位置B3，此时左右两个推头进一步接触压紧管坯的管端并进行3～10mm的补料，上模在活动横梁作用下继续向下运动到预设位置A3，使上、下模间的间隙逐渐减为0.5～1mm，管坯基本形成管材零件形状；

（3）定形阶段

此阶段是在上、下模具间间隙为零、补料至极限点的情况下，通过将成形压力加至最大值并保持一段时间，确保管坯完全贴紧模具型腔，使基本成形的管材零件最终定形；其阶段过程如下：

上模在活动横梁作用下继续向下运动到预设位置A4，此时上、下模间间隙为零，左、右两推头继续运动到预设位置B4，此时补料已至极限点，补料全部完成，合模力加到最大，右推头位移传感器发出信号，充液装置向管坯密封腔内继续注入压力介质，使管材内部压力达到最大成形压力并保持3～5秒钟，确保证管坯完全贴紧模具型腔，实现基本成形的管坯零件最终定形成为管材零件；

（4）完成阶段

管材零件定形后，充液装置停止充液，左右推头开始退出，使管坯内部压力迅速降低，然后将左、右推头退回初始状态，上模随着活动横梁向上运动，取出产品。

由于采取以上技术方案，与传统管材内高压成形方法相比，本发明之一种变间隙的管材内高压成形方法具有如下有益效果：

1.由于在成形过程中采用变间隙的方法，利用管材在成形初始阶段中内部压力不足以胀裂管材的情况下，使管坯表面与模具型腔表面留有间隙，摩擦力大大减小（在刚开始时候基本为零），一方面可更容易进行轴向补料，为后续零件成形提供十分有利的条件；另一方面由于管坯与模具型腔内的摩擦减少，可以减少对模具的损伤，降低对模具加工精度的和润滑条件的要求，有利于降低成本、提高生产效率；

2．由于可在低压阶段充分补料，使成形压力和整形压力明显降低，加工出来的零件不易产生破裂等现象，不仅成形质量高，而且大大降低零件成形难度，特别是制造壁薄、变形量大、形状复杂的管材零件；

3．通过改变上下模的间隙改变合模力，可降低机器合模时处于高压的时间，减少电机功率的损耗，延长电机工作寿命。

下面结合附图和实施例对本发明之一种变间隙的管材内高压成形方法的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1为变间隙的管材内高压成形设备结构示意图；

图2为上模与下模间隙示意图；

图3～图8为变间隙管材内高压成形过程示意图：

图3：准备阶段，

图4：上模在预设位置A1，左、右推头在预设位置B1（此时上、下模间的间隙为2～5mm，左右两个推头与管坯的管端距离为1～3mm，管坯接近密封）；

图5：上模在预设位置A2，左、右推头在预设位置B2（此时上、下模间的间隙为1～3mm，左、右两个推头进一步接触压紧管坯的管端并进行2～5mm的补料）；

图6：上模在预设位置A3，左、右推头在预设位置B3（此时上、下模间的间隙为0.5～1mm，左、右两个推头进一步接触压紧管坯的管端并进行3～10mm的补料）；

图7：上模在预设位置A4，左、右推头在预设位置B4（此时上、下模间间隙为零，补料已至极限点）；

图8：上模提升、左、右推头退位，取出产品。

图中：

1—压机主缸，2—导向柱，3—活动横梁，4—左推力缸，5—工作台，6—横梁位移传感器，7—模具，71—上模，72—下模，8—右推头位移传感器，9—右推力缸，10—左推头，11—右推头，12—管坯，13—管材零件，H—上、下模间的间隙。

具体实施方式

实施例一

一种变间隙的管材内高压成形方法，该方法是利用一种变间隙的管材内高压成形设备制造管材零件的方法；

所述内高压成形设备包括安装在工作台5上的左推头10、右推头11、左推力缸4、右推力缸9、上模71和下模72，上模通过活动横梁3和导向柱2与压机主缸1连接，下模固定安装在上模下部的工作台上，左、右推头分别与左、右推力缸连接，活动横梁一端连接横梁位移传感器6，右推头连接右推头位移传感器8；

所述内高压成形方法是将高压介质按设定的加载曲线进行加压，通过在合模过程中逐渐改变上、下模的间隙，并注入高压介质逐渐增大管坯内部压力，使管坯越来越贴近模具内腔壁，同时逐渐推进左、右推头实施管材坯料的轴向进给补料，减少管材坯料在管坯的管材进给区和过渡区的堆积，使管坯的管材厚度基本没有发生减薄现象，并在成形区内形成有益皱纹，实现管材零件逐渐成形和最终定形的方法，其步骤包括：

（1）准备阶段：上模固定在活动横梁上，下模固定在工作台上，左、右推头均处于初始状态，将经过简单润滑的管坯放入下模型腔内；

（2）逐渐成形阶段

该阶段通过压机主缸带动活动横梁和上模沿着导向柱向下运动合模加压，逐渐减少上、下模间的间距，形成管坯密封腔后逐渐向密封腔内注入压力介质、增大管坯内部压力，同时逐渐推进左、右推头实施管材坯料的轴向进给补料，从而使管材零件逐渐成形，其阶段过程包括：

S1：初始合模加压

上模向下运动到达预设位置A1，使上、下模间的间隙为5mm，横梁位移传感器发出信号，停止合模；

S2：注入压力介质、形成密封腔

左、右两推头向前运动到达预设位置B1，此时左右两个推头与管坯的管端距离为1～3mm，管坯接近密封，右推头位移传感器发出信号，此时充液装置开始工作，向管坯腔内注入压力介质，排除空气，然后左、右推头继续向前运动接触管端使管坯形成密封腔；

S3：补料

左、右两推头向前运动到预设位置B2，此时左、右两个推头进一步接触压紧管坯的管端并进行2～5mm的补料，上模在活动横梁作用下继续向下运动到预设位置A2，使上、下模间的间隙逐渐减为3mm，右推头位移传感器发出信号，充液装置继续向管坯密封腔内注入压力介质，使管坯内部压力上升，同时沿轴向充分进给补料，减少管材坯料在管坯的管材进给区和过渡区的堆积，使整个管坯的管材厚度基本没有发生减薄现象，并在成形区内成形有益皱纹；

S4：成形

左、右两推头继续运动到预设位置B3，此时左右两个推头进一步接触压紧管坯的管端并进行3～10mm的补料，上模在活动横梁作用下继续向下运动到预设位置A3，使上、下模间的间隙逐渐减为1mm，管坯基本形成管材零件形状；

（3）定形阶段

此阶段是在上、下模具间间隙为零、补料至极限点的情况下，通过将成形压力加至最大值并保持一段时间，确保管坯完全贴紧模具型腔，使基本成形的管材零件最终定形；其阶段过程如下：

上模在活动横梁作用下继续向下运动到预设位置A4，此时上、下模间间隙为零，左、右两推头继续运动到预设位置B4，此时补料已至极限点，补料全部完成，合模力加到最大，右推头位移传感器发出信号，充液装置向管坯密封腔内继续注入压力介质，使管材内部压力达到最大成形压力并保持3～5秒钟，确保证管坯完全贴紧模具型腔，实现基本成形的管坯零件最终定形成为管材零件；

（4）完成阶段

管材零件定形后，充液装置停止充液，左右推头开始退出，使管坯内部压力迅速降低，然后将左、右推头退回初始状态，上模随着活动横梁向上运动，取出产品。

实施例二

一种变间隙的管材内高压成形方法，其步骤与实施例一基本相同，所不同的是：

在实施步骤S1时，

上模向下运动到达预设位置A1，使上、下模间的间隙为2mm，横梁位移传感器发出信号，停止合模；

在实施步骤S3时，

上模在活动横梁作用下继续向下运动到预设位置A2，使上、下模间的间隙逐渐减为1mm，右推头位移传感器发出信号，充液装置继续向管坯密封腔内注入压力介质，使管坯内部压力上升，同时沿轴向充分进给补料；

在实施步骤S4时，

上模在活动横梁作用下继续向下运动到预设位置A3，使上、下模间的间隙逐渐减为0.5mm，管坯基本形成管材零件形状。

实施例三

一种变间隙的管材内高压成形方法，其步骤与实施例一基本相同，所不同的是：

在实施步骤S1时，

上模向下运动到达预设位置A1，使上、下模间的间隙为2.5mm，横梁位移传感器发出信号，停止合模；

在实施步骤S3时，

上模在活动横梁作用下继续向下运动到预设位置A2，使上、下模间的间隙逐渐减为1.5mm，右推头位移传感器发出信号，充液装置继续向管坯密封腔内注入压力介质，使管坯内部压力上升，同时沿轴向充分进给补料；

在实施步骤S4时，

上模在活动横梁作用下继续向下运动到预设位置A3，使上、下模间的间隙逐渐减为0.8mm，管坯基本形成管材零件形状。

作为上述实施例中，上、下模间的间隙是逐渐减少的，各预设位置A1、预设位置A2、预设位置A3的位置可据不同的材料和不同的零件确定，一般依次在2～5 mm、1～3mm、0.5～1mm的范围内。

附注：

管坯：用于制造管材零件的管材坯件；

管材零件：经本发明管材内高压成形方法制造得到的最终产品；

成形压力：零件成形所需的内部成形压力值；

合模力：液压机上缸提供的合模锁模力（控制合模力是为了防止由于型腔压力上升发生抬模现象）；

补料：指向管坯内腔补充管材坯料；

管材进给区：指管坯两端最外端的补料长度范围内的区域；

管材过渡区：指管材进给区之后的区域，过渡区为管材进给区至零件边界间的区域，不是所有的内高压成形件都会存在过渡区（视成形零件实际情况）；

预设位置A1：上、下模间的间隙为2～5 mm的位置；

预设位置A2：上、下模间的间隙为1～3mm的位置；

预设位置A3：上、下模间的间隙为0.5～1mm的位置；

预设位置A4：上、下模间间隙为零的位置；此时为完全合模；

预设位置B1：左右两个推头与管坯的管端距离为1～3mm，管坯接近密封的位置；

预设位置B2：左、右两个推头进一步接触压紧管坯的管端并进行2～5mm的补料的位置；

预设位置B3：左右两个推头进一步接触压紧管坯的管端并进行3～10mm的补料的位置；

预设位置B4：此时补料已至极限点的位置。

Claims (1)

1.一种变间隙的管材内高压成形方法，该方法是利用一种变间隙的管材内高压成形设备制造管材零件的方法；

所述内高压成形设备包括安装在工作台（5）上的左推头（10）、右推头（11）、左推力缸（4）、右推力缸（9）、上模（71）和下模（72），上模通过活动横梁（3）和导向柱（2）与压机主缸（1）连接，左、右推头分别与左、右推力缸连接，活动横梁一端连接横梁位移传感器（6），右推头连接右推头位移传感器（8）；

所述内高压成形方法是将高压介质按设定的加载曲线进行加压，通过在合模过程中逐渐改变上、下模的间隙，并注入高压介质逐渐增大管坯内部压力，使管坯越来越贴近模具内腔壁，同时逐渐推进左、右推头实施管材坯料的轴向进给补料，减少管材坯料在管坯的管材进给区和过渡区的堆积，使管坯的管材厚度基本没有发生减薄现象，并在成形区内形成有益皱纹，实现管材零件逐渐成形和最终定形的方法，其步骤包括：

（1）准备阶段：上模固定在活动横梁上，下模固定在工作台上，左、右推头均处于初始状态，将经过简单润滑的管坯放入下模型腔内；

（2）逐渐成形阶段

该阶段通过压机主缸带动活动横梁和上模沿着导向柱向下运动合模加压，逐渐减少上、下模间的间距，形成管坯密封腔后逐渐向密封腔内注入压力介质、增大管坯内部压力，同时逐渐推进左、右推头实施管材坯料的轴向进给补料，从而使管材零件逐渐成形，其阶段过程包括：

S1：初始合模加压

上模向下运动到达预设位置A1，使上、下模间的间隙为2～5 mm，横梁位移传感器发出信号，停止合模；

S2：注入压力介质、形成密封腔

左、右两推头向前运动到达预设位置B1，此时左右两个推头与管坯的管端距离为1～3mm，管坯接近密封，右推头位移传感器发出信号，此时充液装置开始工作，向管坯腔内注入压力介质，排除空气，然后左、右推头继续向前运动接触管端使管坯形成密封腔；

S3：补料

左、右两推头向前运动到预设位置B2，此时左、右两个推头进一步接触压紧管坯的管端并进行2～5mm的补料，上模在活动横梁作用下继续向下运动到预设位置A2，使上、下模间的间隙逐渐减为1～3mm，右推头位移传感器发出信号，充液装置继续向管坯密封腔内注入压力介质，使管坯内部压力上升，同时沿轴向充分进给补料，减少管材坯料在管坯的管材进给区和过渡区的堆积，使整个管坯的管材厚度基本没有发生减薄现象，并在成形区内成形有益皱纹；

S4：成形

左、右两推头继续运动到预设位置B3，此时左右两个推头进一步接触压紧管坯的管端并进行3～10mm的补料，上模在活动横梁作用下继续向下运动到预设位置A3，使上、下模间的间隙逐渐减为0.5～1mm，管坯基本形成管材零件形状；

（3）定形阶段

此阶段是在上、下模具间间隙为零、补料至极限点的情况下，通过将成形压力加至最大值并保持一段时间，确保管坯完全贴紧模具型腔，使基本成形的管材零件最终定形；其阶段过程如下：

上模在活动横梁作用下继续向下运动到预设位置A4，此时上、下模间间隙为零，左、右两推头继续运动到预设位置B4，此时补料已至极限点，补料全部完成，合模力加到最大，右推头位移传感器发出信号，充液装置向管坯密封腔内继续注入压力介质，使管材内部压力达到最大成形压力并保持3～5秒钟，确保证管坯完全贴紧模具型腔，实现基本成形的管坯零件最终定形成为管材零件；

（4）完成阶段

管材零件定形后，充液装置停止充液，左右推头开始退出，使管坯内部压力迅速降低，然后将左、右推头退回初始状态，上模随着活动横梁向上运动，取出产品。