金属薄壁双层管冲击液压胀形方法及装置.pdf

本发明的金属薄壁双层管冲击液压胀形装置，包括位于压力机下模座上的由定位模架与安装在定位模架内的下模具构成的模架装置，其定位模架包括滑动机构、下模架和上模架；所述滑动机构包括滑座、水平滑块、水平导柱和丝杆，丝杆的非螺纹段穿出下模架两端之外，与丝杆驱动机构传动配合，上模架安置在下模架上，成储液容器形状，下模具安置在储液容器的底部，水平滑块上的水平导柱穿过上模架的两端而与待加工的金属薄壁双层管轴线同轴，用于密封住双层管内管里面的液体。利用本发明的胀形装置进行金属薄壁双层管冲击液压胀形，简便易行，液压胀形效率高，质量有可靠保障。

权利要求书
1.  金属薄壁双层管冲击液压胀形装置，包括位于压力机下模座上的由定位模架与安装在定位模架内的下模具构成的模架装置，其特征在于：定位模架包括滑动机构、下模架和上模架；
所述滑动机构包括滑座、水平滑块、水平导柱和丝杆；滑座设置有燕尾槽，安置在下模座上，水平滑块通过燕尾形状的底座安置在滑座的燕尾槽中，水平滑块下部的螺孔配合着可以转动的丝杆，水平滑块上部安置用于封堵金属薄壁双层管的内管端口的水平导柱；水平滑块、水平导柱和丝杆构成一套滑动部件；两套滑动部件相对应地设置在滑座两端，用于封堵金属薄壁双层管的内管两端的端口，两套滑动部件中的两个丝杆的螺纹段相对，且为正反旋向螺纹，并通过螺纹套筒连接；
所述下模架安置在下模座上，位于滑动机构外围，滑动机构中的丝杆的非螺纹段穿出下模架两端之外，与丝杆驱动机构传动配合；
所述上模架安置在下模架上，成储液容器形状，下模具安置在储液容器的底部，滑动机构中的水平滑块位于上模架两端之外，水平滑块上的水平导柱穿过上模架的两端而与待加工的金属薄壁双层管轴线同轴。

2.  根据权利要求1所述的胀形装置，其特征在于：水平导柱设置楔形头部，其楔形头部后端与水平导柱整体有台阶，楔形头部后端与台阶处设置导液槽。

3.  根据权利要求1所述的胀形装置，其特征在于：还包括在一套滑动部件的水平导柱上或两套滑动部件的两个水平导柱上设置轴向通孔，以及连接这个通孔的T型管和安置在T型管上的压力表。

4.  根据权利要求1所述的胀形装置，其特征在于：还包括在定位模架上设置用于监控的光电门组合装置。

5.  根据权利要求4所述的胀形装置，其特征在于：光电门组合装置设置在下模架上。

6.  利用权利要求1～5任一项的胀形装置进行金属薄壁双层管冲击液压胀形的方法，其特征在于：主要包含下述步骤，
1)将液体注入上模架中；
2)将待加工的金属薄壁双层管安放在下模具上，使内管中以及内管与外管的夹层中充满液体；
3)启动压力机，使压力机上模座带动上模具下行，同时控制装置使丝杆驱动机构驱动丝杆转动带动水平滑块做水平移动，水平滑块上的水平导柱封堵金属薄壁双层管的内管端口而密封住双层管内管里面的液体；
4)压力机上模座带动上模具继续下行，使上、下模具闭合，金属薄壁双层管在其内外部冲击力作用下，实现液压胀形，达到内管塑性变形，外管弹性变形的效果；
5)压力机上模座带动上模具上行复位，同时控制装置使丝杆驱动机构驱动丝杆反转，使水平导柱反向移动离开金属薄壁双层管，即可取出加工好的金属薄壁双层管。

7.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述液体为轻质机油、乳化液和皂化油中的任一种。

8.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在步骤1)确保液面高出金属薄壁双层管整体。

9.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于：还包括通过调节光电门组合装置以实现胀性过程中的轴向补料功能。

10.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于：还包括通过T型管人为地给内管里面补充液体以增加压强，确保冲击液压胀形的效果。

说明书金属薄壁双层管冲击液压胀形方法及装置
技术领域
本发明涉及金属管液压胀形技术，具体为一种金属薄壁双层管冲击液压胀形方法及装置。
背景技术
金属管液压胀形是一种通过内压力使金属管材发生塑性变形、与模具贴合的成形技术。金属管液压胀形技术具有工艺简单、工序少、材料利用率高、零件刚度高、重量轻的优点，在汽车、航天、航空、家电及建筑等行业得到了愈来愈广泛的应用。但是，目前实现金属管液压胀形必须借助专门的内压力源给管材内部提供高压，因此金属管液压胀形的设备较庞大、成本较高，对金属管液压胀形技术的推广应用带来了极大的不便。为进一步降低金属管液压胀形技术应用的难度、提高液压胀形效率，研制一种新型的金属管液压胀形装置很有必要。
实用新型ZL201420545788.X公开了一种金属薄壁管冲击液压胀形系统。该系统包括上工作台和下工作台。上工作台下方中间安装有上模具，上模具两侧有固定于上工作台两端的斜滑块。下工作台上方固定有定位模架，定位模架中间设置有储液容器，储液容器侧面设置有侧门，储液容器内有用来轴向安装金属薄壁管的下模具，下模具两侧有用来顶住金属薄壁管两端管口的水平导柱。本系统无需专门的内压力源，简便易行，液压胀形效率高。冲击胀形过程中，可实现金属薄壁管的自动轴向补料，防止金属薄壁管的局部减薄。为成形不同形状的金属薄壁管形状，只需更换上下模具即可实现，操作 简便，结构简单，成本低。然而该系统不适宜于金属薄壁双层管的冲击液压胀形。
发明内容
为了克服已有技术的不足，本发明目的是提供一种金属薄壁双层管冲击液压胀形装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
金属薄壁双层管冲击液压胀形装置，包括位于压力机下模座上的由定位模架与安装在定位模架内的下模具构成的模架装置，其特征在于：定位模架包括滑动机构、下模架和上模架；
所述滑动机构包括滑座、水平滑块、水平导柱和丝杆；滑座设置有燕尾槽，安置在下模座上，水平滑块通过燕尾形状的底座安置在滑座的燕尾槽中，水平滑块下部的螺孔配合着可以转动的丝杆，水平滑块上部安置用于封堵金属薄壁双层管的内管端口的水平导柱；水平滑块、水平导柱和丝杆构成一套滑动部件；两套滑动部件相对应地设置在滑座两端，用于封堵金属薄壁双层管的内管两端的端口，两套滑动部件中的两个丝杆的螺纹段相对，且为正反旋向螺纹，并通过螺纹套筒连接；
所述下模架安置在下模座上，位于滑动机构外围，滑动机构中的丝杆的非螺纹段穿出下模架两端之外，与丝杆驱动机构传动配合；
所述上模架安置在下模架上，成储液容器形状，下模具安置在储液容器的底部，滑动机构中的水平滑块位于上模架两端之外，水平滑块上的水平导柱穿过上模架的两端而与待加工的金属薄壁双层管轴线同轴。
与现有技术相比，本发明金属薄壁双层管冲击液压胀形方法及装置的优点为：1)、无需专门的内压力源，简便易行，液压胀形效率高；2)、装置 结构简单，且水平导柱、水平滑块、丝杆等构件均可重复使用，成本低；3)、通过驱动机构如电机控制可实现水平导柱的横向进给运动，便于双层管冲击液压胀形过程中的轴向补料。
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，为了更好地密封住双层管内管里面的液体，而不密封夹层中的液体，水平导柱设置楔形头部，其楔形头部后端与水平导柱整体有台阶，楔形头部后端与台阶处设置导液槽。其中，楔形头部的前部可以塞入内管之中，用于有效地密封住双层管内管，台阶用于挡住和定位外管，夹层中的液体通过导液槽与置液容器中的液体自由流动，不会产生压力。
进一步，本发明还包括在一套滑动部件的水平导柱上或两套滑动部件的两个水平导柱上设置轴向通孔，以及连接这个通孔的T型管和安置在T型管上的压力表。该方案可以防止因双层管内管里面的内压强不够而达不到预期的效果，可以在水平导柱密封双层管内管后，通过T型管可以再人为地给内管里面补充液体以增加压强，确保冲击液压胀形的效果。
进一步，为了更加便于控制水平滑块上的水平导柱与双层管管口的接触，既要很好地封堵住内管的端口，并使台阶恰好挡住和定位外管，而又不至于使双层管管口由于过度挤压而变形甚至损坏，本发明还包括在定位模架上设置用于监控光电门组合装置。在水平滑块进出时都要经过光电门组合装置，光电门组合装置监测到水平滑块进来时，即可将信号传送到控制装置，从而使丝杆驱动机构停止运转，同时停止水平导柱的进给。反之，光电门组合装置监测到水平滑块离开双层管管口出来时也适时停止丝杆驱动机构运转，停止水平导柱，从而避免行程过长。另外光电门组合装置也监测压力机上模座的下行和上升动作，为控制装置控制上模座下行和上升、以及使上模座动作与水平导柱的动作协调一致而提供信号。
更进一步，所述光电门组合装置设置在下模架上。
本发明的另外一个目的是提供一种利用上述的胀形装置进行金属薄壁双层管冲击液压胀形的方法。
该方法主要包含下述步骤，
1)将液体注入上模架中；
2)将待加工的金属薄壁双层管安放在下模具上，使内管中以及内管与外管的夹层中充满液体；
3)启动压力机，使压力机上模座带动上模具下行，同时控制装置使丝杆驱动机构驱动丝杆转动带动水平滑块做水平移动，水平滑块上的水平导柱封堵金属薄壁双层管的内管端口而密封住双层管内管里面的液体；
4)压力机上模座带动上模具继续下行，使上、下模具闭合，金属薄壁双层管在其内外部冲击力作用下，实现液压胀形，达到内管塑性变形，外管弹性变形的效果；
5)压力机上模座带动上模具上行复位，同时控制装置使丝杆驱动机构驱动丝杆反转，使水平导柱反向移动离开金属薄壁双层管，即可取出加工好的金属薄壁双层管。
进一步，所述液体为轻质机油、乳化液和皂化油中的任一种。
进一步，为了确保冲击液压胀形效果，在步骤1)确保液面高出金属薄壁双层管整体。即使得金属薄壁双层管整体都浸泡在液体内。
进一步，为防止冲击胀形过程中因内管局部减薄而引起的内管管壁不均现象，本发明还包括通过调节光电门组合装置以实现胀性过程中的轴向补料功能。
更进一步，还包括通过T型管人为地给内管里面补充液体以增加压强，确保冲击液压胀形的效果。
附图说明
图1为本发明的模架装置装配图。
图2为压力机的上模座与上模具装配图图。
图3为压力机的安装了上模具的上模座与模架装置的位置对应图。
图4为丝杆及限位螺母装配图。
图5为滑动机构装配图。
图6为图5的右侧视图放大图。
图7为图1的左侧视图。
图8为水平导柱正视图。
图9为图8的A—A剖视图。
图10为设置轴向通孔的水平导柱剖视图。
具体实施方式
以下结合附图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1所示，在位于压力机下模座1之上的全部统称为模架装置，主要包括定位模架与安装在定位模架内的下模具10，定位模架包括滑动机构、下模架4和上模架8。
滑动机构具体详见后面结合图5图6的说明。主要包括滑座21(图1中未示出，见图5、图6)、水平滑块(右水平滑块5、左水平滑块31)、水平导柱(右水平滑块6、左水平导柱20图1中未示出见图5、图6)和丝杆(右丝杆2、左丝杆14)。
下模架4安置在下模座1上，位于滑动机构外围，滑动机构中的丝杆(右丝杆2、左丝杆14)的非螺纹段穿出在下模架4两端之外。
上模架8安置在下模架4上，成储液容器形状，下模具10安置在储液容器的底部，滑动机构中的水平滑块(右水平滑块5、左水平滑块31)位于 上模架8两端之外，水平滑块上的水平导柱(右水平滑块6、左水平导柱20)穿过上模架8的两端而与待加工的金属薄壁双层管9轴线同轴。
图中右侧的限位螺母3用于限定丝杆2与下模架4的位置关系。左侧的情况与此相同。具体详见下述参照图4的说明。
在模架装置右端，下模架4上安置光电门组合装置7。
在模架装置左端，左水平滑块31还安置T型管13，T型管13有三个支管，其中一个安装着压力表12，朝外的那个支管口用于连接外部液压泵，第三个支管口用于连接左水平导柱(具体详见下述参照图5的说明)。
上模架8设置成开有活动门的形式(参见图3和图7)，活动门11通过铰链23连接上模架8。上模架8成储液容器形状，必须保证工作时注入其中的液体不漏，所以活动门11边缘有密封胶条，确保关门后的密封性。活动门11的设置主要是有利于拆卸和安装下模具10。
图2中所示的上模具16安置在压力机的上模座15之下。
如图3所示，压力机的上模座15的下平面有多条T型槽，便于上模具16的位置调整，以确保上模具16与下模具10准确对应。同样，压力机下模座1的上平面也有多条T型槽，便于下模架4和滑座21的位置调整，以确保上模具16与下模具10准确对应(参见图6和图7)。
上模架8内有注液孔17和吸液孔18。
如图4所示，丝杆2有螺纹段26，其非螺纹段设置轴承支撑台阶24和25，螺纹32用于与限位螺母3配合，限制住轴承的轴向移动。丝杆14除了螺纹段的螺纹旋向与丝杆2相反外，其余与丝杆2相同。
丝杆2的装配包括与右水平滑块5的装配和与下模架4的装配。前者属于滑动机构的情况。而与下模架4的装配是丝杆2的非螺纹段装入下模架4的右侧通孔中，轴承与轴承支撑台阶25配合，轴承内圈被轴的台阶25限制，外圈被下模架4的内侧壁限制，在伸出下模架4外侧与轴承支撑台阶24配 合的轴承外圈被下模架4外侧壁限制，内圈被与螺纹32配合的限位螺母3限制，即完成了丝杆2在下模架4的装配。左侧的左水平滑块31与下模架4的装配与之相同。
如图5和图6所示，滑动机构是图1取下了下模架4和上模架8后的情况。滑动机构的滑座21安置在压力机下模座1之上，滑座21设有燕尾槽22，右水平滑块5和左水平滑块31通过燕尾形状的底座安置在滑座21的燕尾槽22中。
右水平导柱6固定在右侧水平滑块5的上部，左水平导柱20固定在左侧水平滑块31的上部；水平导柱20设置轴向通孔30(参见图10)，T型管13的第三个支管口连接轴向通孔30。
丝杆2与右水平滑块5的装配是螺纹段26与右水平滑块5下部的螺孔配合，丝杆2的转动可以使得右水平滑块5移动。丝杆14左侧水平滑块31的装配与此相同。丝杆2和丝杆14的螺纹段旋向相反，通过螺纹套筒19连接。
水平导柱6的形状如图8图9所示，设置楔形头部27，其楔形头部27后端与水平导柱整体有台阶，楔形头部27后端与台阶处设置导液槽28。水平导柱整体的末端设置螺孔29，用于通过螺钉将其固定在水平滑块5上。水平导柱20如图10所示，与水平导柱6的形状相同，只是还设置了轴向通孔30。
按照前述的方法，利用上述的的金属薄壁双层管冲击液压胀形装置进行金属薄壁双层管冲击液压胀形时的步骤主要是：
1)关闭活动门11，将轻质机油经注液孔17注入上模架8中；
2)将待加工的金属薄壁双层管9安放在下模具10上,使内管中以及内管与外管的夹层中充满轻质机油；并确保液面高出金属薄壁双层管9整体；
3)启动压力机，使压力机上模座15带动上模具16下行，同时控制装 置使丝杆驱动机构驱动丝杆2和丝杆14同时转动带动两个水平滑块(右水平滑块5、左水平滑块31)做相向水平移动，两个水平滑块上的两个水平导柱(右水平滑块6、左水平导柱20)同时封堵金属薄壁双层管9的内管端口而密封住双层管内管里面的轻质机油；
4)压力机上模座15带动上模具16继续下行，使上、下模具(16、10)闭合，金属薄壁双层管9在其内外部冲击力作用下，实现液压胀形，达到内管塑性变形，外管弹性变形的效果；
5)压力机上模座15带动上模具16上行复位，同时控制装置使丝杆驱动机构驱动两根丝杆(丝杆2和丝杆14)同时反转，使两个水平导柱(右水平滑块6、左水平导柱20)反向移动离开金属薄壁双层管9，即可取出加工好的金属薄壁双层管。
通过调节光电门组合装置7以实现胀性过程中的轴向补料功能，可防止冲击胀形过程中因内管局部减薄而引起的内管管壁不均现象。轴向补料就是在冲击液压胀形过程中，当上、下模具闭合时，水平导柱应该同时也稍微的进给一点，以便将金属薄壁双层管的两端向中间挤压，避免因内管局部减薄而引起的内管管壁不均，这样可使成型后的管材壁厚均匀。调节光电门组合装置7的位置，结合控制装置的控制实现上述动作。
冲击液压胀形过程中，观察压力表12的显示的金属薄壁双层管9的内管中的压力，如果压力不够，通过T型管13朝外的那个支管口人为地给内管里面补充液体以增加压强，确保冲击液压胀形的效果。
上述方法简便易行，液压胀形效率高，质量有可靠保障。
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。