CN108160797A - 一种敞口管件气胀热成型模具及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种敞口管件气胀热成型模具及工艺，模具包括上模及下模组件，上模组件包括上模板及上模座，下模组件包括下模板及下模座，下模板上还设有管端定位密封机构；管端定位密封机构包括铲口成型公、驱动块及油缸，油缸的缸体安装在下模板上，油缸的活塞杆与驱动块连接，铲口成型公的外端与驱动块连接。本发明铲口成型公可在合模后将管件端部铲出敞口，保证了铲口的形状及质量，保护了管件的待成型部位；同时铲口成型公可将管端铲口密封起来，解决了敞口管件热成型过程难以密封的问题，实现了敞口管件气胀热成型处理，通过该模具敞口管状工件也可以气胀热成型工艺制得，从而获得高强度敞口管件，提高敞口管件的加工效率。

Description

一种敞口管件气胀热成型模具及工艺
技术领域
本发明涉及一种管件气胀热成型模具及工艺，尤其涉及一种敞口管件气胀热成型模具及工艺，属于热处理塑性成型技术领域。
背景技术
随着人们对汽车安全性要求的逐步提高，管状零件已经取代钣金件在一些高端汽车中出现，这些管状零件的成型工艺多为常温下冷冲压或冷辊压成型。但由于制管工艺及材料自身机械性能的限制，冷冲压或冷辊压成型的管件强度有限，所以管件的热处理工艺正在迅速发展。
现有的采用气胀热成型处理的多是非敞口管件，管件的两端无敞口设置，加热后的非敞口管件快速传送到热成型压力机的模具上，模具闭合，模具上的封头在轴向缸的作用下***到管件两端，通过封口将管件的两端密封，然后高压气体通过封头上的通孔通入到管件内腔中，完成管件在高温下的高压气胀成型。现有的气胀热成型模具及工艺仅能用于简单的非敞口管件。
用于承载碰撞力的汽车侧门防撞梁其两端需要进行安装，现有的由管件制作而成的防撞梁端部仍旧是管件结构不易安装，故需要在用作防撞梁的管件的两端设置敞口段便于防撞梁的安装。
对于管端有敞口设计的管件，若采用现有模具气胀成型管件其它位置，然后再加工管端敞口段，敞口段加工过程不但管端容易撕裂，且撕裂位置不定，会影响管端敞口质量，严重时会影响敞口的安装使用，而且撕裂过程往往会影响到管件已气胀成型的部分，严重影响管件的质量；若是先加工敞口，管端敞口放入到模具后，1、由于管件敞口段，无法放置在现有模具中，若强行放入不但会影响敞口效果而且会影响模具合模，损坏模具；2、即便是能合模，那么合模后敞口靠近模具模腔位置会因为模腔型面的原因撕裂变形，影响敞口质量；3、不考虑敞口变形问题将敞口管件放入到模具内，最终要的一点是现有模具中的封头无法将敞口管端进行密封，无法实现气胀成型，难易解决敞口管件的密封问题。因此，需要一种模具既能保证敞口过程不影响管件气胀热成型，还能保证敞口的质量，解决敞口管件的密封问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种敞口管件气胀热成型模具及工艺，其管端不但能加工出高质量的敞口结构，同时解决了现有敞口管件热成型过程的密封问题，通过气胀热成型工艺制得高质量的敞口管件能。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种敞口管件气胀热成型模具，包括上模组件及下模组件，所述上模组件包括上模板及设置在上模板下表面的上模座，所述下模组件包括下模板及设置在下模板上表面的下模座，所述上、下模座的表面分别设有与敞口成型管件相适配的上、下成型面，所述上模座及下模座合模后形成模腔，所述下模板上还设有管端定位密封机构，所述管端定位密封机构对称设置在所述下模座的左、右两侧；
所述管端定位密封机构包括铲口成型公、驱动块及油缸，所述油缸的缸体安装在所述下模板上，所述油缸的活塞杆与所述驱动块连接，所述铲口成型公的外端与所述驱动块连接，所述铲口成型公的内端正对所述模腔；在左侧所述铲口成型公上设有进气管路和进水管路，在右侧所述铲口成型公上设有排气管路和排水管路。
本发明的有益效果是：下模座的左、右两侧设置铲口成型公，将激光切缝的管状预成型件放入到下模座上，上、下模合模，铲口成型公的形状与敞口管件要求的敞口段形状相同，油缸动作，驱动块向内推进，铲口成型公进入到管中，随着油缸继续动作，铲口成型公将管状预成型件的两端沿激光切缝铲成敞口，同时铲口成型公在油缸推力作用下将管状预成型件的两端分别密封，然后高压气胀成型，保压淬火、泄压开模完成敞口成型管件的加工。本发明结构简单，操作方便快捷，铲口成型公可在模具上、下模合模后将管件端部铲出敞口，不但保证了铲口的形状及质量，而且合模保护了管件的待成型部位，保证了铲敞口过程不会撕裂或引发管件其它部位变形；同时铲口成型公可将管端铲口密封起来，解决了敞口管件热成型过程难以密封的问题，实现了敞口管件气胀热成型处理，通过该模具敞口管状工件也可以气胀热成型工艺制得，从而获得高强度敞口管件，提高敞口管件的加工效率；此外，铲口成型公上设置的进气、进水、排气及排水管路，实现高压气体和冷却水的即时转换。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步的，所述驱动块与所述下模座之间设有升降支撑机构，所述升降支撑机构包括支撑台及升降导轨，所述支撑台设置在所述铲口成型公的下方，所述支撑台的底部设有支撑台斜面，所述驱动块上设有与所述支撑台斜面相配合的驱动块斜面，所述升降导轨设置在所述下模座上，所述支撑台上设有与所述升降导轨相配合的导向块。
采用上述进一步方案的有益效果是，管状预成型件放置在下模座上，激光切缝位置朝上，为了避免铲口成型公影响敞口段，故放置管件时，油缸处于初始状态；为了避免用于支撑铲口成型公铲出合格的敞口管端，在敞口段的下方设置支撑，为了避免支撑影响管件的敞口段，故将支撑设置成可升降，在放置管件时，此时支撑台的上平面与管状成型件的外缘底部平齐，或略低于管状成型件的外缘底部，随着油缸动作，驱动块推进，驱动块与支撑台配合，支撑台沿升降导轨上移，在铲口成型公铲出敞口的过程支撑敞口段的下方，敞口段夹持在铲口成型公与支撑台之间，保证了敞口管件的敞口质量；此外，随着铲口成型公向内施力密封管端，铲口成型公受力增大，铲口成型公的一端与驱动块连接，支撑台在支撑敞口段的同时还对铲口成型公的另一端起到一定支撑作用，增加铲口成型公的支撑强度，避免铲口成型公变形，延长铲口成型公的使用寿命。
进一步的，所述上模座上设有与所述铲口成型公相适配的铲口成型公型面。
采用上述进一步方案的有益效果是，在上模上为铲口成型公预留一定空间，便于上下模合模，避免影响敞口管件的成型效果。
进一步的，所述驱动块上设有分别与所述进气管路、进水管路、排气管路及排水管路连通的接口。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过该接口可与外部气路、水路连接。
进一步的，所述下模板上还设有限位立柱。
采用上述进一步方案的有益效果是，限位立柱设置在所述支撑台的两侧。在支撑台沿垂直方向动作过程中，限位立柱可对支撑台进行限位导向，避免铲口成型公出现偏移，确保差门口成型公能与敞口管状预成型件的端部配合。
进一步的，所述上、下模座上设有定位柱，所述下、上模座上对应设有与定位柱相配合的定位孔。
采用上述进一步方案的有益效果是，上下模座合模时精确定位配合，避免上下模座错位影响管件的气胀热成型效果。
本发明还公开了一种敞口管件气胀热成型工艺，采用如上所述的敞口管件热成型模具，具体步骤如下：
(1)制管：在常温下对高强度钢板进行冲压或辊压，得到未接缝的管状工件；
(2)激光焊接和开缝：使用激光焊接步骤(1)中未接缝管状工件的对接缝，使之成为周向封闭的管状工件，并用激光在管状工件两端的敞口位置切开缝隙，制得管状预成型件；
(3)加热：将管状预成型件在加热装置中加热到900℃-960℃，加热装置中采用保护气氛，保温时间360-540s；
(4)传送工件：将经过步骤(3)加热后的管状预成型件传送至热成型压力机的模具中，传送时间不超过10s；
(5)气胀成型：
a、上下模闭合：将加热的管状预成型件放入到压力机热成型模具的下模座的下成型面上，然后上、下模闭合；此时，支撑台的上平面高度小于或等于管状预成型件的外圆底部高度；
b、管状预成型件两端密封：下模板上的油缸相向推动驱动块向管状预成型件移动，驱动块推动铲口成型公由管状预成型件的两端进入管中，随着铲口成型公的推进，支撑台抬高，使管状预成型件的敞口段底部夹持在支撑台和铲口成型公之间，铲口成型公将管状预成型件的两端沿着步骤(2)中切开的缝隙铲成敞口，制得敞口管状预成型件，同时铲口成型公在驱动块推力的作用下将敞口管状预成型件的两端分别密封；
c、高压气胀成型：打开进气阀，高压气体通过布置于铲口成型公内部的进气管路进入到敞口管状预成型件的整个管腔内，形成管腔内压力，内压力值为60Mpa，保持管腔内压力不变，完成在高温下的高压成型，获得敞口成型管件；
(6)保压淬火：模具保持闭合状态，热成型压力机及管腔内的压力保持不变，关掉高压进气阀，打开排气阀，然后打开进水阀，水通过布置于铲口成型公内部进水管路进入到敞口成型管件的整个管腔，使水充满管腔，然后关闭排气阀，打开排水阀，对管件进行水冷淬火，保压淬火时间为8-12s；
(7)泄压开模：敞口成型管件经保压淬火后，水通过排水管路排出工件，随后油缸分别向外侧移动，驱动块和铲口成型公复位，压机上行，模具打开，取走敞口成型管件。
进一步的，上述步骤(3)中，当管状预成型件为无镀层高强度钢板材，采用氮气保护气氛；当管状预成型件为镀层的高强度钢板材，采用干燥空气保护。
进一步的，上述步骤(5)中高压气体为自然空气、氮气或二氧化碳。
进一步的，若加热装置中无保护气氛，可在后续工序中加入抛丸和喷砂。
本发明的有益效果是：本发明通过铲口成型公对经过激光切缝的管状预成型件铲出敞口并将管端密封，解决了敞口管状工件难以密封的技术难题，充分利用气体高压对密封的管状预成型件的待成型段进行吹胀变形，实现了敞口管件的气胀热成型，使得敞口管状工件也可以通过迅速发展的气胀热成型工艺制得，从而获得高强度敞口管件，提高了敞口管件的热成型效率；水冷淬火，比空冷效率更高，可以实现奥氏体向马氏体的完全转变，提升工件机械性能，得到高强度敞口管状工件。
附图说明
图1为本发明的敞口管件热成型工艺流程图；
图2为本发明的模具的结构示意图；；
图3为本发明上模组件的主视结构示意图；
图4为本发明上模组件的仰视结构示意图；
图5为本发明下模组件的主视结构示意图；
图6为本发明下模组件的立体结构示意图；
图7为本发明下模组件加工敞口管件状态图；
图8为本发明的敞口管状预成型件的结构示意图；
图9为本发明的敞口管件的结构示意图；
图中，1、上模板；2、上模座；3、下模板；4、下模座；5、上成型面；6、下成型面；7、铲口成型公；8、驱动块；9、油缸；10、进水管路；11、进气管路；12、排气管路；13、支撑台；14、驱动块斜面；15、支撑台斜面；16、升降导轨；17、导向块；18、限位立柱；19、定位柱；20、排水管路；21、管状预成型件；22、缝隙；23、左敞口端；24、右敞口端；25、敞口管件；26、铲口成型公型面；27、公共入口管路；28、公共出口管路；29.接口。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图2-9所示，一种敞口管件气胀热成型模具，包括上模组件及下模组件，所述上模组件包括上模板1及设置在上模板下表面的上模座2，所述下模组件包括下模板3及设置在下模板上表面的下模座4，所述上、下模座的表面分别设有与敞口成型管件相适配的上成型面5、下成型面6，所述上模座及下模座合模后形成模腔，所述下模板上还设有管端定位密封机构，所述管端定位密封机构对称设置在所述下模座的左、右两侧；
所述管端定位密封机构包括铲口成型公7、驱动块8及油缸9，所述油缸的缸体安装在所述下模板上，所述油缸的活塞杆与所述驱动块连接，所述铲口成型公的外端与所述驱动块连接，所述铲口成型公的内端正对所述模腔；在左侧所述铲口成型公上设有进气管路11和进水管路10，在右侧所述铲口成型公上设有排气管路12和排水管路20。进气管路、进水管路与公共入口管路27形成三通结构；排气管路、排水管路与公共出口管路28形成三通结构。
下模座的左、右两侧设置铲口成型公，将激光切缝的管状预成型件21放入到下模座上，上、下模合模，铲口成型公的形状与敞口管件要求的敞口段形状相同，油缸动作，驱动块向内推进，铲口成型公进入到管中，随着油缸继续动作，铲口成型公将管状预成型件的两端沿激光切缝铲成左敞口端23、右敞口端24，同时铲口成型公在油缸推力作用下将管状预成型件的两端分别密封，然后高压气胀成型，保压淬火、泄压开模完成敞口管件25的加工。
所述驱动块与所述下模座之间设有升降支撑机构，所述升降支撑机构包括支撑台13及升降导轨16，所述支撑台设置在所述铲口成型公的下方，所述支撑台的底部设有支撑台斜面15，所述驱动块上设有与所述支撑台斜面相配合的驱动块斜面14，所述升降导轨设置在所述下模座上，所述支撑台上设有与所述升降导轨相配合的导向块17。管状预成型件放置在下模座上，激光切缝位置朝上，为了避免铲口成型公影响敞口段，故放置管件时，油缸处于初始状态；为了避免用于支撑铲口成型公铲出合格的敞口管端，在敞口段的下方设置支撑，为了避免支撑影响管件的敞口段，故将支撑设置成可升降，在放置管件时，此时支撑台的上平面与管状成型件的外缘底部平齐，或略低于管状成型件的外缘底部，随着油缸动作，驱动块推进，驱动块与支撑台配合，支撑台沿升降导轨上移，在铲口成型公铲出敞口的过程支撑敞口段的下方，敞口段夹持在铲口成型公与支撑台之间，保证了敞口管件的敞口质量；此外，随着铲口成型公向内施力密封管端，铲口成型公受力增大，铲口成型公的一端与驱动块连接，支撑台在支撑敞口段的同时还对铲口成型公的另一端起到一定支撑作用，增加铲口成型公的支撑强度，避免铲口成型公变形，延长铲口成型公的使用寿命。
所述上模座上设有与所述铲口成型公相适配的铲口成型公型面。在上模上为铲口成型公预留一定空间，便于上下模合模，避免影响敞口管件的成型效果。
所述驱动块上设有分别与所述进气管路、进水管路、排气管路及排水管路连通的接口29。通过该接口可与外部气路、水路连接。
所述下模板上还设有限位立柱18。限位立柱设置在所述支撑台的两侧。在支撑台沿垂直方向动作过程中，限位立柱可对支撑台进行限位导向，避免铲口成型公出现偏移，确保差门口成型公能与敞口管状预成型件的端部配合。
所述上、下模座上设有定位柱19，所述下、上模座上对应设有与定位柱相配合的定位孔。上下模座合模时精确定位配合，避免上下模座错位影响管件的气胀热成型效果。
如图1所示，本发明还公开了一种敞口管件气胀热成型工艺，采用如上所述的敞口管件热成型模具，具体步骤如下：
(1)制管：在常温下对高强度钢板进行冲压或辊压，得到未接缝的管状工件；
(2)激光焊接和开缝：使用激光焊接步骤(1)中未接缝管状工件的对接缝，使之成为周向封闭的管状工件，管状工件与最终工件形状尺寸基本相似，并用激光在管状工件两端的敞口位置切开缝隙22，制得管状预成型件；
(3)加热：将管状预成型件在加热装置中加热到900℃-960℃，加热装置中采用保护气氛，保温时间360-540s；
(4)传送工件：将经过步骤(3)加热后的管状预成型件传送至热成型压力机的模具中，传送时间不超过10s；
(5)气胀成型：
a、上下模闭合：将加热的管状预成型件放入到压力机热成型模具的下模座的下成型面上，然后上、下模闭合；此时，支撑台的上平面高度小于或等于管状预成型件的外圆底部高度；
b、管状预成型件两端密封：下模板上的油缸相向推动驱动块向管状预成型件移动，驱动块推动铲口成型公由管状预成型件的两端进入管中，随着铲口成型公的推进，支撑台抬高，使管状预成型件的敞口段底部夹持在支撑台和铲口成型公之间，铲口成型公将管状预成型件的两端沿着步骤(2)中切开的缝隙铲成敞口，制得敞口管状预成型件，同时铲口成型公在驱动块推力的作用下将敞口管状预成型件的两端分别密封；
c、高压气胀成型：打开进气阀，高压气体通过布置于铲口成型公内部的进气管路进入到敞口管状预成型件的整个管腔内，形成管腔内压力，内压力值为60Mpa，保持管腔内压力不变，完成在高温下的高压成型，获得敞口成型管件；
(6)保压淬火：模具保持闭合状态，热成型压力机及管腔内的压力保持不变，关掉高压进气阀，打开排气阀，然后打开进水阀，水通过布置于铲口成型公内部进水管路进入到敞口成型管件的整个管腔，使水充满管腔，然后关闭排气阀，打开排水阀，对管件进行水冷淬火，保压淬火时间为8-12s；
(7)泄压开模：敞口成型管件经保压淬火后，水通过排水管路排出工件，随后油缸分别向外侧移动，驱动块和铲口成型公复位，压机上行，模具打开，取走敞口成型管件。
上述步骤(3)中，当管状预成型件为无镀层高强度钢板材，采用氮气保护气氛；当管状预成型件为镀层的高强度钢板材，采用干燥空气保护。
上述步骤(5)中高压气体为自然空气、氮气或二氧化碳。
若加热装置中无保护气氛，可在后续工序中加入抛丸和喷砂。
上述步骤(6)快速往成型管件内注入冷却水，冷却水的压力应保证能压入成型管件的管腔内，冷却水由一端的进水管路进入，由另一端的排水管路排水的方式对管件进行冷却，冷却水的初始温度在20度左右，避免温度过高影响冷却效率，温度过低影响模具的寿命。
本发明通过铲口成型公对经过激光切缝的管状预成型件铲出敞口并将管端密封，解决了敞口管状工件难以密封的技术难题，充分利用气体高压对密封的管状预成型件的待成型段进行吹胀变形，实现了敞口管件的气胀热成型，使得敞口管状工件也可以通过迅速发展的气胀热成型工艺制得，从而获得高强度敞口管件，提高了敞口管件的热成型效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种敞口管件气胀热成型模具，其特征在于，包括上模组件及下模组件，所述上模组件包括上模板及设置在上模板下表面的上模座，所述下模组件包括下模板及设置在下模板上表面的下模座，所述上、下模座的表面分别设有与敞口成型管件相适配的上、下成型面，所述上模座及下模座合模后形成模腔，所述下模板上还设有管端定位密封机构，所述管端定位密封机构对称设置在所述下模座的左、右两侧；
所述管端定位密封机构包括铲口成型公、驱动块及油缸，所述油缸的缸体安装在所述下模板上，所述油缸的活塞杆与所述驱动块连接，所述铲口成型公的外端与所述驱动块连接，所述铲口成型公的内端正对所述模腔；在左侧所述铲口成型公上设有进气管路和进水管路，在右侧所述铲口成型公上设有排气管路和排水管路。
2.根据权利要求1所述的敞口管件气胀热成型模具，其特征在于，所述驱动块与所述下模座之间设有升降支撑机构，所述升降支撑机构包括支撑台及升降导轨，所述支撑台设置在所述铲口成型公的下方，所述支撑台的底部设有支撑台斜面，所述驱动块上设有与所述支撑台斜面相配合的驱动块斜面，所述升降导轨设置在所述下模座上，所述支撑台上设有与所述升降导轨相配合的导向块。
3.根据权利要求1所述的敞口管件气胀热成型模具，其特征在于，所述上模座上设有与所述铲口成型公相适配的铲口成型公型面。
4.根据权利要求1所述的敞口管件气胀热成型模具，其特征在于，所述驱动块上设有与所述进气管路、进水管路、排气管路及排水管路连通的接口。
5.根据权利要求1或2所述的敞口管件气胀热成型模具，其特征在于，所述下模板上还设有限位立柱。
6.根据权利要求1所述的敞口管件气胀热成型模具，其特征在于，所述上、下模座上设有定位柱，所述下、上模座上对应设有与定位柱相配合的定位孔。
7.一种敞口管件气胀热成型工艺，其特征在于，采用如权利要求1-6任一项所述的敞口管件热成型模具，具体步骤如下：
(1)制管：在常温下对高强度钢板进行冲压或辊压，得到未接缝的管状工件；
(2)激光焊接和开缝：使用激光焊接步骤(1)中未接缝管状工件的对接缝，使之成为周向封闭的管状工件，并用激光在管状工件两端的敞口位置切开缝隙，制得管状预成型件；
(3)加热：将管状预成型件在加热装置中加热到900℃-960℃，加热装置中采用保护气氛，保温时间360-540s；
(4)传送工件：将经过步骤(3)加热后的管状预成型件传送至热成型压力机的模具中，传送时间不超过10s；
(5)气胀成型：
a、上下模闭合：将加热的管状预成型件放入到压力机热成型模具的下模座的下成型面上，然后上、下模闭合；此时，支撑台的上平面高度小于或等于管状预成型件的外圆底部高度；
b、管状预成型件两端密封：下模板上的油缸相向推动驱动块向管状预成型件移动，驱动块推动铲口成型公由管状预成型件的两端进入管中，随着铲口成型公的推进，支撑台抬高，使管状预成型件的敞口段底部夹持在支撑台和铲口成型公之间，铲口成型公将管状预成型件的两端沿着步骤(2)中切开的缝隙铲成敞口，制得敞口管状预成型件，同时铲口成型公在驱动块推力的作用下将敞口管状预成型件的两端分别密封；
c、高压气胀成型：打开进气阀，高压气体通过布置于铲口成型公内部的进气管路进入到敞口管状预成型件的整个管腔内，形成管腔内压力，内压力值为60Mpa，保持管腔内压力不变，完成在高温下的高压成型，获得敞口成型管件；
(6)保压淬火：模具保持闭合状态，热成型压力机及管腔内的压力保持不变，关掉高压进气阀，打开排气阀，然后打开进水阀，水通过布置于铲口成型公内部进水管路进入到敞口成型管件的整个管腔，使水充满管腔，然后关闭排气阀，打开排水阀，对管件进行水冷淬火，保压淬火时间为8-12s；
(7)泄压开模：敞口成型管件经保压淬火后，水通过排水管路排出工件，随后油缸分别向外侧移动，驱动块和铲口成型公复位，压机上行，模具打开，取走敞口成型管件。
8.根据权利要求7所述的敞口管件气胀热成型工艺，其特征在于，上述步骤(3)中，当管状预成型件为无镀层高强度钢板材，采用氮气保护气氛；当管状预成型件为镀层的高强度钢板材，采用干燥空气保护。
9.根据权利要求7所述的敞口管件气胀热成型工艺，其特征在于，上述步骤(5)中高压气体为自然空气、氮气或二氧化碳。
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