CN111014417B - 一种翻边式管材充液成形密封装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种翻边式管材充液成形密封装置及方法，包括分别用于密封管坯两端的两个密封冲头，密封冲头包括内冲头、外冲头和约束环；内冲头首端面为圆锥面，外冲头套设在内冲头的外部；外冲头包括外冲头座、外冲头密封头和密封镶块，外冲头座套设于内冲头的外部；外冲头密封头和密封镶块的内腔首端为锥形腔；密封时管端***内冲头和外冲头前端间隙之中，内冲头圆锥面压入管坯端面实现刚性扩口，并且随着管坯***深度的增加，间隙不断收小，管端与内外冲头密封段紧紧贴合，实现管端自密封；在内高压成形和管材充液压制中均能实现有效密封，且通过调整外冲头密封镶块数量和外冲头与内冲头之间间隙，可实现不同直径、不同壁厚管材的密封。

Description

一种翻边式管材充液成形密封装置及方法

技术领域

本发明涉及金属管材成形技术领域，特别是涉及一种翻边式管材充液成形密封装置及方法。

背景技术

随着航空航天和汽车等领域对轻量化技术的需求，空心异形变截面管件代替实心构件得到越来越广泛的应用。

管材充液成形正是在这样的背景下发展起来的用于制造空心异形变截面管件的先进成形技术，得到了迅速的发展和应用。根据合模和充液的先后顺序不同，可以分为内高压成形和管材充液压制两种方式。内高压成形是先将管材置于模具中，然后通过向管内充入高压液体，利用高压液体的作用使管材发生变形和模具型腔贴合成形为所需的形状。管材充液压制成形是先向管内充入低压液体，然后在管内液体介质的支撑和模具机械挤压的共同作用下发生变形。无论是内高压成形还是管材充液压制成形，必须通过管材充液的方式实现，都需要在管材内部建立一定的液体压力，都需要首先对管端实现密封。

内高压成形一般采用锥形冲头扩口密封或者O型橡胶圈密封，这两类密封方式都必须依靠模具型腔来提供管端的外部约束，需要在模具内部加工相应的结构予以配合，增加了模具的复杂程度。但针对不同直径、不同厚度的管材，则必须采用相应尺寸的密封冲头，目前还没有一种通用结构可以完全覆盖，造成了材料浪费，更换调整周期长，生产效率低、成本增加等问题。

管材充液压制需要在模具闭合之前进行管坯端部密封，由于模具未闭合，模具无法为管坯提供外部约束，因此密封结构必须自带管端外部约束结构才能实现密封，传统内高压成形所用的扩口密封和O型圈密封结构不适用于管材充液压制过程，目前还没有一种可靠的结构能够实现管材充液压制中不同直径、不同厚度管材的管端密封。

内高压成形和管材充液压制既具有共性，也存在差异，二者优势互补，有时候为了保证产品的顺利成形，需要在内高压成形和管材充液压制之间实现快速切换。因此，为了提高内高压成形和管材充液压制的互换性，避免频繁的更换密封装置，迫切需要一种新的密封方式和装置，既能解决内高压成形密封装置的通用性，适应于不同直径、不同厚度的管材形式，又可以解决管材充液压制的管端约束限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种翻边式管材充液成形密封装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，可以实现内高压成形和管材充液压制中不同直径、不同厚度管材的管端自密封。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种翻边式管材充液成形密封装置及方法，包括分别用于密封管坯两端的两个密封冲头，密封冲头包括内冲头、外冲头和约束环；

所述内冲头包括连接段和密封段，所述密封段的首端面设置为圆锥面，所述内冲头的连接段与所述外冲头连接，所述内冲头内设置有充液通道，用于将高压液体充入管坯；

所述外冲头包括外冲头座、外冲头密封头和密封镶块，所述外冲头座套设于所述内冲头的外部，与所述内冲头连接；所述外冲头密封头设置于所述外冲头座首端，包括相对的设置的两个半圆柱体，两个半圆柱体的与所述外冲头座铰接，能够旋转打开或拼合；所述密封镶块为分别设置于所述半圆柱体首端的多个依次叠加的半圆环片；拼合状态下的所述外冲头密封头和密封镶块的内腔尾端为定直径的柱形腔，首端为直径逐渐变小的锥形腔，所述锥形腔的圆锥面与水平方向的夹角小于所述内冲头首端的圆锥面与水平方向的夹角；

所述约束环套设于所述外冲头的外部与所述外冲头滑动连接，所述约束环用于约束拼合状态的所述外冲头密封头和所述密封镶块。

优选地，所述外冲头座与所述内冲头通过调整螺栓连接；所述外冲头座的顶部和底部分别设置有一矩形台阶槽，相对的所述内冲头的连接段的顶部和底部分别各设置两个第一螺纹孔，调整螺栓的顶部卡接在所述矩形台阶槽的台阶处，调整螺栓的底端连接于所述第一螺纹孔内。

优选地，两个所述半圆柱体通过转轴铰接。

优选地，所述外冲头座上还设置有一驱动油缸，所述驱动油缸的伸缩杆与所述约束环连接，所述约束环的内侧还设置有两个凹槽，两个凹槽分别与两个所述转轴相对。

优选地，所述密封镶块与所述外冲头密封头通过螺栓固定。

优选地，所述内冲头首端的圆锥面与水平方向的夹角为30°～60°。

优选地，所述锥形腔的圆锥面与水平方向的夹角为30°～60°。

本发明还提供了一种翻边式管材充液成形密封方法，包括以下步骤：

步骤一：根据管坯直径在外冲头密封头上安装密封镶块，根据管坯管壁厚度调整外冲头首端的腔内圆锥面和内冲头首端的圆锥面之间的锥面间隙，将两个密封冲头分别安装于管坯两端的冲头滑轨上；

步骤二：将管坯放置到设定位置，驱动油缸驱动约束环运动至外冲头首端，约束密封镶块，两个密封冲头分别在两侧油缸的推动作用下向前运动，实现管坯端部的密封；

步骤三：控制***控制压力机及增压器实现成形过程；

步骤四：泄压，驱动油缸驱动约束环运动至外冲头尾端，密封镶块约束消失，左右密封冲头后撤，上模复位，得到所需工件。

优选地，步骤一中，安装在外冲头密封头上的多个密封镶块中，首端的一个密封镶块的内径大于所述管坯的外径，外冲头和内冲头之间的锥面间隙的首端间隙宽度大于管坯壁厚，尾端间隙宽度小于管坯壁厚。

优选地，步骤三中，管材为内高压成形时，其成形过程为：驱动装置推动上模下移至合模，增压器将高压液体介质从一端的密封冲头充液通道冲入管坯；管材为充液压制成形时，其成形过程为：增压器将高压液体介质从一端的密封冲头充液通道冲入管坯，驱动装置推动上模下移至合模，密封冲头随管坯一起向下移动。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

1、本发明提供的翻边式管材充液成形密封装置及方法，装置包括内冲头、外冲头、小型驱动油缸和约束环等结构，密封时管端***内冲头和外冲头前端间隙之中，内冲头圆锥面压入管坯端面实现刚性扩口，并且随着管坯***深度的增加，间隙不断收小，管端与内外冲头密封段紧紧贴合，实现管端自密封，此结构构造简单，消除了密封结构对主体模具的依靠，在内高压成形和管材充液压制中均能实现有效密封。

2、本发明提供的翻边式管材充液成形密封装置及方法，通过调整外冲头密封镶块数量和外冲头与内冲头之间间隙，可实现不同直径、不同壁厚管材的密封。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中翻边式管材充液成形密封装置的立体结构示意图；

图2为本发明中翻边式管材充液成形密封装置密封时冲头与约束环位置关系的立体结构示意图；

图3为本发明中翻边式管材充液成形密封装置密封结束状态的立体结构示意图；

图4为本发明中翻边式管材充液成形密封装置的***视图；

图5为本发明中翻边式管材充液成形密封装置与第一种管坯装配的位置关系示意图；

图6为本发明中翻边式管材充液成形密封装置与第二种管坯装配的位置关系示意图；

图7为本发明中翻边式管材充液成形密封装置与第三种管坯装配的位置关系示意图；

图中：1-内冲头、2-充液通道、3-第一螺纹孔、4-密封段的首端面、5-调整螺栓、6-矩形台阶槽、7-外冲头座、8-约束环、9-凹槽、10-密封镶块、11-第二螺纹孔、12-螺栓、13-外冲头密封头、14-转轴、15-驱动油缸、16-管坯、17-外冲头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种翻边式管材充液成形密封装置及方法，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例提供了一种翻边式管材充液成形密封装置，如图1-7所示，包括分别用于密封管坯16两端的两个密封冲头，密封冲头包括内冲头1、外冲头17和约束环8；

内冲头1包括连接段和密封段，密封段的首端面4设置为圆锥面，圆锥面与水平方向的夹角为30°～60°，对管坯16进行密封时，圆锥面压入管坯16端面实现刚性扩口密封；内冲头1的连接段与外冲头17连接，内冲头1内设置有充液通道2，用于将高压液体充入管坯16；

外冲头17包括外冲头座7、外冲头密封头13和密封镶块10；外冲头座7套设于内冲头1的外部，与内冲头1连接；外冲头密封头13设置于外冲头座7首端，包括相对的设置的两个半圆柱体，两个半圆柱体的与外冲头座7通过转轴14实现铰接，使外冲头密封头13能够旋转打开或拼合，方便管坯16密封结束后取出；密封镶块10为分别设置于半圆柱体首端的多个依次叠加的半圆环片，多个密封镶块10的外径与外冲头座7的外径相等，内径则逐渐变小，拼合状态下的外冲头密封头13和密封镶块10构成的内腔尾端为定直径的柱形腔，首端为直径逐渐变小的锥形腔，锥形腔的圆锥面与水平方向的夹角为30°～60°且小于内冲头1首端的圆锥面与水平方向的夹角，保证随着管坯16***内冲头1与外冲头17深度的增加，内冲头1与外冲头17的间隙不断收小，管端与内冲头1与外冲头17密封段紧紧贴合，实现密封；使用中可根据管坯16厚度搭配使用密封镶块10。

本实施例中，约束环8套设于外冲头17的外部与外冲头17滑动连接，约束环8用于约束拼合状态的外冲头密封头13和密封镶块10；具体地，外冲头座7上还设置有一驱动油缸15，驱动油缸15为小型的驱动油缸，驱动油缸15的伸缩杆与约束环8连接，为约束环8前后移动提供动力；约束环8的内侧还设置有两个凹槽9，两个凹槽9分别与两个转轴14相对，使约束环8移动时不与外冲头上的转轴14发生干涉。

于本具体实施例中，外冲头座7与内冲头1通过调整螺栓5连接；在外冲头座7的顶部和底部分别设置有一矩形台阶槽6，两个矩形台阶槽6对称设置，相对的内冲头1的连接段的顶部和底部分别各设置两个第一螺纹孔3，调整螺栓5的顶部卡接在矩形台阶槽6的台阶处，调整螺栓5的底端连接于第一螺纹孔3内，通过螺栓12与内冲头1相连，通过调整螺栓5在矩形台阶槽6的位置可改变内冲头1与外冲头17之间相对位置，从而改变外冲头17和内冲头1首端的锥面间隙。

于本具体实施例中，在密封镶块10上设置有与外冲头密封头13上的螺纹孔相对的第二螺纹孔11，密封镶块10与外冲头密封头13通过螺栓12旋进螺纹孔实现固定。

基于上述翻边式管材充液成形密封装置，本实施例还提供了一种翻边式管材充液成形密封方法，具体包括以下步骤：

步骤一：根据管坯16直径在外冲头密封头13上安装外冲头17密封镶块10，根据管坯16管壁厚度调整外冲头17首端的腔内圆锥面和内冲头1首端的圆锥面之间的锥面间隙，将两个密封冲头分别安装于管坯16两端的冲头滑轨(图中未示出)上，冲头滑轨保证密封冲头能够实现上下位移；

步骤二：将管坯16放置到设定位置，驱动油缸15驱动约束环8运动至外冲头17首端，约束外冲头17密封镶块10，两个密封冲头分别在两侧油缸(图中未示出)的推动作用下向前运动，实现管坯16端部的密封；

步骤三：控制***控制压力机及增压器实现成形过程；

步骤四：泄压，驱动油缸15驱动约束环8运动至外冲头17尾端，外冲头17密封镶块10约束消失，左右密封冲头后撤，上模复位，得到所需工件。

于本具体实施例中：

步骤一中，通过调整密封镶块10数量和内冲头1与外冲头17之间的锥面间隙，可以实现不同直径、不同壁厚管材的密封安装；在外冲头密封头13上的多个密封镶块10中，首端的一个密封镶块10的内径大于管坯16的外径，外冲头17和内冲头1之间的锥面间隙的首端间隙宽度大于管坯16壁厚，尾端间隙宽度小于管坯16壁厚，以保证管坯16可顺利进入内冲头1与外冲头17的锥面间隙中，并且随着***深度的增加，间隙逐渐减小，压紧管坯16，达到密封效果。

步骤三中，管材为内高压成形时，其成形过程为：驱动装置推动上模下移至合模，增压器将高压液体介质从一端的密封冲头的充液通道2冲入管坯16；管材为充液压制成形时，其成形过程为：增压器将高压液体介质从一端的密封冲头的充液通道2冲入管坯16，驱动装置推动上模下移至合模，密封冲头随管坯16一起向下移动。

步骤二中，约束环8在驱动油缸15推动下前进至外冲头17的密封镶块10位置，防止密封镶块10左右张开；步骤四中，约束环8移动至外冲头座7位置，使密封镶块10可左右打开，便于管材脱离密封冲头。

本实施例中的翻边式管材充液成形密封装置及方法，通过内冲头1和外冲头17组合形式对管端内外侧均进行约束，在内高压成形和管材充液压制中均能实现有效密封，并且通过调整外冲头17密封镶块数量和外冲头17与内冲头1之间间隙，可实现不同直径、不同壁厚管材的自密封。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种翻边式管材充液成形密封装置，其特征在于：包括分别用于密封管坯两端的两个密封冲头，密封冲头包括内冲头、外冲头和约束环；

所述内冲头包括连接段和密封段，所述密封段的首端面设置为圆锥面，所述内冲头的连接段与所述外冲头连接，所述内冲头内设置有充液通道，用于将高压液体充入管坯；

所述外冲头包括外冲头座、外冲头密封头和密封镶块，所述外冲头座套设于所述内冲头的外部，与所述内冲头连接；所述外冲头密封头设置于所述外冲头座首端，包括相对的设置的两个半圆柱体，两个半圆柱体与所述外冲头座铰接，能够旋转打开或拼合；所述密封镶块为分别设置于所述半圆柱体首端的多个依次叠加的半圆环片；拼合状态下的所述外冲头密封头和密封镶块的内腔尾端为定直径的柱形腔，首端为直径逐渐变小的锥形腔，所述锥形腔的圆锥面与水平方向的夹角小于所述内冲头首端的圆锥面与水平方向的夹角；

所述约束环套设于所述外冲头的外部与所述外冲头滑动连接，所述约束环用于约束拼合状态的所述外冲头密封头和所述密封镶块。

2.根据权利要求1所述的翻边式管材充液成形密封装置，其特征在于：所述外冲头座与所述内冲头通过调整螺栓连接；所述外冲头座的顶部和底部分别设置有一矩形台阶槽，相对的所述内冲头的连接段的顶部和底部分别各设置两个第一螺纹孔，调整螺栓的顶部卡接在所述矩形台阶槽的台阶处，调整螺栓的底端连接于所述第一螺纹孔内。

3.根据权利要求1所述的翻边式管材充液成形密封装置，其特征在于：两个所述半圆柱体通过转轴铰接。

4.根据权利要求3所述的翻边式管材充液成形密封装置，其特征在于：所述外冲头座上还设置有一驱动油缸，所述驱动油缸的伸缩杆与所述约束环连接，所述约束环的内侧还设置有两个凹槽，两个凹槽分别与两个所述转轴相对。

5.根据权利要求1所述的翻边式管材充液成形密封装置，其特征在于：所述密封镶块与所述外冲头密封头通过螺栓固定。

6.根据权利要求1所述的翻边式管材充液成形密封装置，其特征在于：所述内冲头首端的圆锥面与水平方向的夹角为30°～60°。

7.根据权利要求1所述的翻边式管材充液成形密封装置，其特征在于：所述锥形腔的圆锥面与水平方向的夹角为30°～60°。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述的翻边式管材充液成形密封装置的翻边式管材充液成形密封方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据管坯直径在外冲头密封头上安装密封镶块，根据管坯管壁厚度调整外冲头首端的腔内圆锥面和内冲头首端的圆锥面之间的锥面间隙，将两个密封冲头分别安装于管坯两端的冲头滑轨上；

步骤二：将管坯放置到设定位置，驱动油缸驱动约束环运动至外冲头首端，约束密封镶块，两个密封冲头分别在两侧油缸的推动作用下向前运动，实现管坯端部的密封；

步骤三：控制***控制压力机及增压器实现成形过程；

步骤四：泄压，驱动油缸驱动约束环运动至外冲头尾端，密封镶块约束消失，两个所述密封冲头后撤，上模复位，得到所需工件。

9.根据权利要求8所述的翻边式管材充液成形密封方法，其特征在于：步骤一中，安装在外冲头密封头上的多个密封镶块中，首端的一个密封镶块的内径大于所述管坯的外径，外冲头和内冲头之间的锥面间隙的首端间隙宽度大于管坯壁厚，尾端间隙宽度小于管坯壁厚。

10.根据权利要求8所述的翻边式管材充液成形密封方法，其特征在于：步骤三中，管材为内高压成形时，其成形过程为：驱动装置推动上模下移至合模，然后增压器将高压液体介质从一端的密封冲头充液通道冲入管坯；管材为充液压制成形时，其成形过程为：增压器将高压液体介质从一端的密封冲头充液通道冲入管坯，然后驱动装置推动上模下移至合模，密封冲头随管坯一起向下移。

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