CN109454145A - 一种基于振动补料的薄壁金属管件液压成形装置及方法 - Google Patents

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杨晨
徐宝池
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/033—Deforming tubular bodies

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Abstract

本发明公开了一种基于振动补料的薄壁金属管件液压成形装置及方法，装置包括成形模具、振动模具、夹持座；所述成形模具内部设有成形空腔，用以对金属管件进行成形；所述成形模具的两端对称夹持座，分别用以固定夹持金属管件的两端，且夹持座中心设有安装孔，金属管件固定在安装孔内；安装孔内、外部设有端盖，端盖与夹持座之间设有密封环，外部端盖设有液压管，以通入高压液体；所述成形模具与两端的夹持座之间均设有振动模具；所述振动模具与成形模具之间设有间隙；所述振动模具通过振动激励器产生沿金属管件轴向做简谐运动。方法在金属管件成型区两侧的导向区设置简谐运动的振动模具；本发明可改善管件液压成形过程中的摩擦。

Description

一种基于振动补料的薄壁金属管件液压成形装置及方法
技术领域
本发明属于金属管件液压成形技领域，特别是一种基于振动补料的薄壁金属管件液压成形装置及方法。
背景技术
薄壁金属管件(壁厚与外径之比不大于6％)作为一种关键的轻量化构件，已经在航空、航天、汽车以及其他高技术工业得到了广泛的应用。因此航空、航天、汽车等高技术工业的迅速发展迫切需求研究和发展制造薄壁管件。内高压成形作为金属管件成形中重要的工艺，适应现代工业对高质量、轻量化以及低成本零件的要求获得快速的发展。该成形方法利用液体作为传力介质或模具，因此可以通过对液体介质的实时控制，来实现对工艺参数的精准控制，并且液体作为传力介质亦可以节省成形所需模具。
然而，管件液压成形过程中由于管内充满高压液体，使得管件和模具之间的表面接触压力很高，进而产生了较大的摩擦力；摩擦力的存在限制了材料的流动，并且对管件的壁厚分布、极限膨胀率以及成形缺陷有着重要的影响。液压成形过程中，导向区最先与模具接触，如果因为导向区摩擦力过大导致管件材料向成型区流动受阻，则会造成管件在导向区壁厚变厚，而成型区材料受双向拉力作用，材料极度变薄，管件可能出现涨破现象，导致零件加工失败。目前主要通过改善接触条件(即润滑)来减小导向区的摩擦力，但是由于管内压力很大，使管件外边面与上下模具紧密贴合，造成润滑油被挤出，摩擦阻力改善并不明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于振动补料的薄壁金属管件液压成形装置及方法，以改善薄壁管件液压成形过程中的摩擦问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于振动补料的薄壁金属管件液压成形装置，包括成形模具、振动模具、夹持座；所述成形模具内部设有成形空腔，用以对金属管件进行成形；所述成形模具的两端对称夹持座，分别用以固定夹持金属管件的两端，且夹持座中心设有安装孔，金属管件固定在安装孔内；安装孔内、外部设有端盖，端盖与夹持座之间设有密封环，外部端盖设有液压管，以通入高压液体；所述成形模具与两端的夹持座之间均设有振动模具；所述振动模具与成形模具之间设有间隙；所述振动模具通过振动激励器产生沿金属管件轴向做简谐运动。
一种基于振动补料的薄壁金属管件液压成形方法，在成形模具两侧对称设置振动模具，振动模具沿金属管件轴向做简谐运动，振动模具夹持金属管件成形区两侧的导向区；两侧的振动模具以相同的振幅和角速度运动，且起始运动方向相反，促进导向区材料向成型区移动。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
(1)本发明的成形装置成形质量高：振动模具沿着管件轴向做简谐振动，可促进导向区材料向成型区流动，使导向区管件壁厚更趋均匀分布，成型区变薄得到改善。
(2)本发明的成形方法通用性好：适合大、中、小批量薄壁金属管件的生产加工，生产效率高。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明的成形装置的总体结构示意图；
图2为液压成形区域划分示意图。
具体实施方式
为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1，本发明的一种基于振动补料的薄壁金属管件液压成形装置，包括成形模具6、振动模具4、夹持座2；所述成形模具6内部设有成形空腔，用以对金属管件5进行成形；所述成形模具6的两端对称夹持座2，分别用以固定夹持金属管件5的两端，且夹持座2中心设有安装孔，金属管件5固定在安装孔内；安装孔内、外部设有端盖1，端盖1与夹持座2之间设有密封环3，外部端盖1设有液压管，以通入高压液体；所述成形模具6与两端的夹持座2之间均设有振动模具4；所述振动模具4与成形模具6之间设有间隙，容纳振动模具4沿金属管件5轴向振动，使振动模具4不和成形模具6发生干涉，间隙不能太大以保证金属管件6在高压液体的作用下在有间隙的地方不发生径向变形。所述振动模具4通过振动激励器产生沿金属管件5轴向做简谐运动。
进一步的，所述成形模具6包括上成形模具6-1、下成形模具6-2、底座6-3；所述下成形模具6-2与底座6-3固定；所述振动模具4分别设置在底座6-3上，所述振动模具4与底座6-3之间设有滑动机构，通过滑动机构，在振动激励器作用下，振动模具4可在底座6-3上滑动。
进一步的，所述滑动机构为滑块滑轨机构或设置在底座6-3上的多个滚珠。
进一步的，所述振动模具5包括上振动模具4-1、下振动模具4-2；上振动模具4-1、下振动模具4-2分别用以卡合金属管件5的导向区上下端。
优选的，所述的密封圈3采用聚四氟乙烯密封圈。
一种基于振动补料的薄壁金属管件液压成形方法，在成形模具6两侧对称设置振动模具4，振动模具4沿金属管件5轴向做简谐运动，振动模具4夹持金属管件5成型区9两侧的导向区8；两侧的振动模具4以相同的振幅和角速度运动，且起始运动方向相反，促进导向区8材料向成型区9移动。
下面具体说明振动模具在管件成形过程中的作用。
液压成形过程中，将金属管件5设置在成形模具6内，振动模具4对称布置在成形模具6两侧；成形的过程中，上成形模具6-1和下成形模具6-2固定不动，左振动模具4沿金属管件5轴向做简谐运动。设置两侧的振动模具4以相同的振幅和角速度运动，且起始运动方向相反。整个成形过程中，成型区8的摩擦力与合模压力有关，振动模具沿金属管件5轴向移动并不改变合模力，因此基于振动补料的液压成形对摩擦力的数值没有影响。两个振动模具4相对运动，对金属管件5所受摩擦力的方向进行分析：金属管件5左端导向区8相对于左侧振动模具4向右运动，金属管件5所受摩擦力方向向右，此时摩擦力变为动力，振动速度比金属管件5轴向补料的速度要快，促进导向区8材料向成型区8移动，同样金属管件5右侧导向区8所受摩擦力为动力，促进材料流动；当左振动模具4向偏离成形模具6运动，两个振动模具4相反远离运动。对金属管件5所受摩擦力的方向进行分析：金属管件5左侧导向区8相当于左侧振动模具4向右运动，管件所受摩擦力方向向左，此时摩擦力为阻力，阻碍导向区8材料向成型区9移动，同样金属管件5右导向区8所受摩擦力为阻力，阻碍材料流动。在振动模具一个运动周期内，管件导向区8摩擦力有一半时间为动力促进材料向成型区9流动。而传统液压成形过程中，金属管件5导向区摩擦力一直为阻力，始终阻碍材料向成型区13流动。本发明的成形装置，振动模具5沿着金属管件5轴向做简谐振动，可促进导向区8材料向成型区9流动，使导向区8管件壁厚更趋均匀分布，成型区9变薄得到改善。适合大、中、小批量薄壁金属管件的生产加工。

Claims (6)

1.一种基于振动补料的薄壁金属管件液压成形装置，其特征在于，包括成形模具(6)、振动模具(4)、夹持座(2)；所述成形模具(6)内部设有成形空腔，用以对金属管件(5)进行成形；所述成形模具(6)的两端对称夹持座(2)，分别用以固定夹持金属管件的两端，且夹持座(2)中心设有安装孔，金属管件(5)固定在安装孔内；安装孔内、外部设有端盖(1)，端盖(1)与夹持座(2)之间设有密封环(3)，外部端盖(1)设有液压管，以通入高压液体；所述成形模具(6)与两端的夹持座(2)之间均设有振动模具(4)；所述振动模具与成形模具(60)之间设有间隙；所述振动模具(4)通过振动激励器产生沿金属管件(5)轴向做简谐运动。
2.根据权利要求1所述的基于振动补料的薄壁金属管件液压成形装置，其特征在于，所述成形模具(6)包括上成形模具(6-1)、下成形模具(6-2)、底座(6-3)；所述下成形模具(6-2)与底座(6-3)固定；所述振动模具(4)分别设置在底座(6-3)上，所述振动模具(4)与底座(6-3)之间设有滑动机构。
3.根据权利要求1所述的基于振动补料的薄壁金属管件液压成形装置，其特征在于，所述滑动机构为滑块滑轨机构或设置在底座(6-3)上的多个滚珠。
4.根据权利要求1所述的基于振动补料的薄壁金属管件液压成形装置，其特征在于，所述振动模具(4)包括上振动模具(4-1)、下振动模具(4-2)；上振动模具(4-1)、下振动模具(4-2)分别用以卡合金属管件(5)的导向区上下端。
5.根据权利要求1所述的基于振动补料的薄壁金属管件液压成形装置，其特征在于，所述的密封圈(3)采用聚四氟乙烯密封圈。
6.一种基于振动补料的薄壁金属管件液压成形方法，其特征在于，在成形模具(6)两侧对称设置振动模具(4)，振动模具(4)沿金属管件(5)轴向做简谐运动，振动模具(4)夹持金属管件(6)成型区(9)两侧的导向区(8)；两侧的振动模具(4)以相同的振幅和角速度运动，且起始运动方向相反，促进导向区(8)材料向成型区(9)移动。
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