[发明专利]一种可实现内外加压的管材液压成形装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种可实现内外加压的管材液压成形装置，具体地说是在上下模具以及左右冲头与模具之间设置专用密封结构，实现管材外部液体密封，从而实现管材在内压、外压与轴向补料的共同作用下成形的管材液压成形装置，属于管材液压成形领域。

背景技术

结构轻量化是汽车、飞机等运输工具节约燃料、减少废气排放的主要手段之一，因此以轻质合金为坯料的塑性成形零件在航空航天、汽车等行业获得了广泛的应用。然而与传统低强度钢相比，铝、镁合金等轻质材料在室温下的成形性较低，如5A02铝合金管在室温下的膨胀率仅为10.6％。

内高压成形方法通过轴向进给与内压的匹配，增加了管材的轴向推力，可以有效提高管材的成形性。但在内高压成形工艺中，由于管材在贴模之前所需内压较低，且管材外部处于悬空状态，管材壁厚方向受到的压应力数值与管材环向与轴向所受的应力相比很小。可近似认为管材在变形过程中处于平面应力状态，在变形后期阶段，管材变形区仍处于环向和轴向双向拉应力状态，壁厚减薄大仍易发生开裂。

众所周知，材料的塑性不仅与材料本身性质有关，而且与变形时的应力状态有关。如果增大变形区的静水压力，可以有效抑制材料内部微孔的形核、长大和扩展，从而提高材料的成形极限。如能在管材的内侧与外侧均施加液压，则可以有效提高管材的静水压力。内侧施加液压可通过管材端头的密封实现，但实现外压密封非常困难。

采用平面分模方式的常规内高压成形模具可以实现内压与轴向进给同时加载，但由于分模面存在放置左右冲头的区域，无法通过在分模面上放置密封圈来实现管材外部液体的密封，因此无法实现管材内外加压。

在管材内部放置芯轴，通过芯轴内部管道向管材内部施加管坯内压，芯轴上安装有密封结构实现内压密封，然后将管材与芯轴及附属管路均放置于密闭容器里，然后向密闭容器内施加液压可以提供管材外压，这个方法可以实现管坯内压与外压的密封，但该装置中无法增加轴向冲头，不能实现管坯轴向进给，因此无法进行管材液压成形。

发明内容

针对常规内高压成形模具无法实现管材内外压与轴向进给同时加载的难题，本发明提出了一种可实现内外加压的管材液压成形装置。该装置可以实现管材在内压、外压与轴向补料共同作用下的成形，使管材的应力状态由平面应力状态转变为静水压力成分较大的三维应力状态。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种可实现内外加压的管材液压成形装置，所述成形装置包括模具上模、模具下模、上模板、下模板、左侧冲头和右侧冲头；模具上模和模具下模合模后形成完整的模具型腔，且位于上模板和下模板之间；上模板与模具上模连接，下模板与模具下模连接；模具型腔的两端分别设有左侧冲头、右侧冲头；左侧冲头上沿其轴向开有第一液体通道，内压增压器通过第一液体通道与管材内腔连通，在模具下模上开有第二液体通道，外压增压器通过第二液体通道与管材外部的型腔连通；模具上模的分模面上环绕模具型腔开设有环状凹槽，模具下模的分模面上环绕模具型腔对应地开设有环状凸起，环状凹槽与环状凸起插装在一起且二者侧面之间为间隙配合，环状凹槽的深度值大于环状凸起的高度值，在环状凹槽的槽底面与环状凸起的延伸端端面之间设有密封环，环状凹槽与环状凸起以及二者之间的密封环形成模具的密封导向结构；当模具闭合后密封环可保证管材外侧型腔内的液体不会通过分模面发生泄漏；同时在模具下模与左冲头、右冲头之间各设置第一密封圈，第一密封圈位于所述密封导向结构上(第一密封圈位于模具下模上)，保证冲头周围不发生泄漏；在密封环和第一密封圈的共同作用下，管材外侧模腔内的液体处于一个密闭的环境中，在成形的过程中管材外部液体不会发生泄漏。

本发明进一步限定的技术方案为：所述密封环为聚氨酯密封环，聚氨酯密封环的极限压缩量为40％～50％。

本发明进一步限定的技术方案为：所述环状凹槽呈矩形状，所述环状凸起呈矩形状。

本发明进一步限定的技术方案为：在于可在模具下模与左冲头、右冲头之间各设置多个第一密封圈，每个第一密封圈位于模具下模上，如此可以达到更好的密封效果，从而使外压可以达到的值更大。

本发明进一步限定的技术方案为：所述成形装置还包括第二密封圈，在模具上模和模具下模两端部形成的管材腔与左冲头、右冲头之间各设置一个或多个第二密封圈，第二密封圈设置在冲头上。