可用于周向非封闭变截面筒状零件成形工装及成形方法

摘要

本发明涉及一种可用于周向非封闭变截面筒状零件成形工装及成形方法，特征是：包括第一密封头、第二密封头、充液囊、上模和下模；第一密封头上设有进液口及环形凹槽，充液囊的一端为开口端，在开口端密封凸缘，充液囊的开口端套装在第一密封头上，并通过密封凸缘嵌装在第一密封头的凹槽中，充液囊位于由第一密封头、第二密封头、上模和下模构成的模具腔内。优点是：可简化形状奇特的零件成型加工，大幅度提高了材料和设备的利用率和成形零件的加工精度；降低制造成本。本成形方法所用坯料不仅可以是周向封闭管材或筒形件，也可以是周向开口、有一定重叠量的管状坯料或者平面板料，加工适用范围广。

权利要求

1.一种周向非封闭变截面筒状零件的成形方法，所述周向非封闭变截面筒状零件成形方法中所使用的工装包括第一密封头(1)、第二密封头(4)、充液囊(3)、上模(2)和下模(5)；

所述第一密封头上设有用于灌注液体的进液口(1-1)及用于容纳充液囊的环形凹槽(1-2)，所述充液囊的一端为开口端，在开口端制有用于连接及密封的密封凸缘(3-1)，所述充液囊的开口端套装在第一密封头上，并通过密封凸缘嵌装在第一密封头的环形凹槽(1-2)中，所述充液囊位于由第一密封头(1)、第二密封头(4)、上模(2)和下模(5)构成的模具腔内；

所述第一密封头上的环形凹槽宽度b1≤充液囊密封凸缘的宽度b2；

所述第一密封头上的环形凹槽底部直径d1≥充液囊密封凸缘处内径d4；

所述周向非封闭变截面筒状零件的成形方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、按设计要求将下模(5)、上模(2)、第一密封头(1)、充液囊(3)和第二密封头(4)安装在锻压机床上，下模与锻压机床工作台固定不动，上模上行至设定高度，其上固定有充液囊的第一密封头与第二密封头相离方向运动，使上模与下模之间留出足够空间放置坯料(6)；

S2、准备合适的坯料，所述坯料是周向非封闭的半管或筒形件或是周向部分重叠的卷管；

或者坯料为平面板料，首先采用手工或机器将平面板料卷成筒形或半圆形，卷圆后在坯料外面缠塑料薄膜以便保持坯料形状；

S3、将坯料放置在下模型腔内，控制上模下行合模，并同时控制第一密封头、第二密封头在水平缸作用下相向运动到设定位置，使第一密封头、下模、上模、第二密封头形成封闭腔体，第一密封头和第二密封头端面与坯料接触，将第一密封头上的进液口(1-1)通过管路与增压器相连，然后通过进液口向充液囊内注入液体介质，使液体介质充满充液囊，并按照设定曲线进给对坯料施加内压，同时第一密封头与第二密封头沿坯料轴线方向进给对坯料施加压力，成形内压是由充液囊内液体介质通过充液囊传递到坯料，在成形内压和轴向压力的共同作用下使坯料变形贴模；

S4、通过增压器卸去充液囊的内压，锻压机床的主滑块带动上模上行，第一密封头和第二密封头同时沿坯料轴线方向相离运动，使坯料与第一密封头和第二密封头分离，取出加工成形的零件。

2.根据权利要求1所述的周向非封闭变截面筒状零件的成形方法，其特征在于：所述充液囊采用具有高弹性的聚氨酯材料制成。

3.根据权利要求1所述的周向非封闭变截面筒状零件的成形方法，其特征在于：所述充液囊采用具有高弹性的橡胶材料制成。

4.根据权利要求1所述的周向非封闭变截面筒状零件的成形方法，其特征在于：所述上模和下模根据成形零件的形状特征分成1-30瓣。

说明书

可用于周向非封闭变截面筒状零件成形工装及成形方法

技术领域

[0001] 本发明属于金属板料和管件复合成形技术领域，特别是涉及一种周向非封闭变截面筒状零件成形方法。

背景技术

[0002] 管材充液成形是以管材做坯料，内部施加高压液体把管材压入模具型腔，从而得到所需形状管材零件。板材充液成形使用平面板料，在板料的一面或者两面施加高压液体，使材料贴合模具，最终成形所需零件。通常管材充液成形要求坯料为周向封闭且能承受一定高压的整管，且对坯料长度也有一定要求，在成形过程中需要通过两端密封。而板材充液成形通常需要将零件形面外延，留出足够的余量用于密封。传统的管材和板材充液成形技术，均无法或者很难实现对周向非封闭零件或者在周向有一定重合量的零件成形。

[0003] 在航空和航天及其它特种设备上有部分筒状零件形状较奇特，且成形后要求周向有部分重叠或者有一定缺口，在装配后再进行焊接。对于此类零件如果采用传统充液成形法只能用整管材成形后再将零件切割开，这样严重影响了零件的精度。还有一些零件整体形状接近半管，若采用管材充液成形方法则需要将零件补充成完整管类零件，不仅降低了材料的利用率，且增大对设备吨位的要求。而如果采用板材充液成形方法则需要将坯料补充成盒形件，成形材料利用率低，且材料变薄率较大。也有部分管类零件所用材料特殊，如果用传统管材充液成形则需要坯料两端有足够的余量用来密封，大大降低材料利用率，进而导致其制造成本居高不下。

发明内容

[0004] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种周向非封闭变截面筒状零件成形方法。

[0005] 采用本周向非封闭变截面筒状零件成形方法不仅可解决现有管式内高压成形只能成形周向封闭的零件，且必须通过零件端部与密封头之间实现密封的现状。而且还可以用于周向开口或者周向有一定重叠量的零件以及平面板料的成形制造。

[0006] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

[0007] 周向非封闭变截面筒状零件成形用工装，其特征在于：包括第一密封头、第二密封头、充液囊、上模和下模；所述第一密封头上设有用于灌注液体的进液口及用于容纳充液囊的环形凹槽，所述充液囊的一端为开口端，在开口端制有用于连接及密封的密封凸缘，所述充液囊的开口端套装在第一密封头上，并通过密封凸缘嵌装在第一密封头的凹槽中，所述充液囊位于由第一密封头、第二密封头、上模和下模构成的模具腔内。

[0008] 本发明还可以采用如下技术方案：

[0009] 所述第一密封头上的环形凹槽宽度b1≤充液囊密封凸缘的宽度b2。

[0010] 所述第一密封头上的环形凹槽底部直径d1≥充液囊密封凸缘处内径d4。

[0011] 一种采用周向非封闭变截面筒状零件成形用工装的周向非封闭变截面筒状零件的成形方法，其特征在于：包括如下步骤：

[0012] S1、按设计要求将下模、上模、第一密封头、充液囊和第二密封头安装在锻压机床上，下模与锻压机床工作台固定不动，上模上行至设定高度，其上固定有充液囊的第一密封头与第二密封头相离方向运动，使上模与下模之间留出足够空间放置坯料；

[0013] S2、准备合适的坯料，所述坯料是周向非封闭的半管或筒形件或是周向部分重叠的卷管；

[0014] 或者坯料为平面板料，首先采用手工或机器将平面板料卷成筒形或半圆形，卷圆后在坯料外面缠塑料薄膜以便保持坯料形状；

[0015] S3、将坯料放置在下模型腔内，控制上模下行合模，并同时控制第一左密封头、第二密封头在水平缸作用下相向运动到设定位置，使第一密封头、下模、上模、第二右密封头形成封闭腔体，第一密封头和第二密封头端面与坯料接触，将第一密封头上的进液口通过管路与增压器相连，然后通过进液口向充液囊内注入液体介质，使液体介质充满充液囊，并按照设定加载曲线进给对坯料施加内压，同时第一密封头与第二密封头沿坯料轴线方向进给对坯料施加压力，成形内压是由充液囊内液体介质通过充液囊传递到坯料，在成形内压和轴向压力的共同作用下使坯料变形贴模；

[0016] S4、通过增压器卸去充液囊的内压，锻压机床的主滑块带动上模上行，第一密封头和第二密封头同时沿坯料轴线方向相离运动，使坯料与第一密封头和第二密封头分离，取出加工成形的零件。

[0017] 本发明还可以采用如下技术方案：

[0018] 所述充液囊采用具有高弹性的聚氨酯材料制成。

[0019] 所述充液囊采用具有高弹性的橡胶材料制成。

[0020] 所述上模和下模根据成形零件的形状特征分成1-30瓣。

[0021] 一种采用周向非封闭变截面筒状零件成形用工装的周向非封闭变截面筒状零件的成形方法，其特征在于：包括如下步骤：

[0022] S1、按设计要求将下模、上模、第一密封头、充液囊和第二密封头安装在锻压机床上，下模与锻压机床工作台固定不动，上模上行至设定高度，其上固定有充液囊的第一密封头与第二密封头相离方向运动，使上模与下模之间留出足够空间放置坯料；

[0023] S2、本成形方法中的坯料为平面板料，首先采用手工或机器将平面板料卷成筒形或半圆形，卷圆后在坯料外面缠特氟龙或塑料薄膜以便保持坯料形状；

[0024] S3、将坯料放置在下模型腔内，控制上模下行合模，并同时控制第一密封头、第二密封头在水平缸作用下相向运动到设定位置，使第一密封头、下模、上模、第二密封头形成封闭腔体，第一密封头和第二密封头端面与坯料接触，将第一密封头上的进液口通过管路与增压器相连，然后通过进液口向充液囊内注入液体介质，使液体介质充满充液囊，并按照设定加载曲线进给对坯料施加内压，同时第一密封头与第二密封头沿坯料轴线方向进给对坯料施加压力，成形内压是由充液囊内液体介质通过充液囊传递到坯料，在成形内压和轴向压力的共同作用下使坯料变形贴模；

[0025] S4、通过增压器卸去充液囊的内压，锻压机床的主滑块带动上模上行，第一密封头和第二密封头同时沿坯料轴线方向相离运动，使坯料与第一密封头和第二密封头分离，取出加工成形的零件。

[0026] 所述上模和下模采用立式安装结构，所述上模和下模为水平方向运动，所述第一密封头固定不动或垂直运动，第二密封头采用垂直运动。

[0027] 本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明采用上述技术方案，在成型工装中借助充液囊将压力传递到零件，将周向非封闭零件用于管式内高压成形，这样可简化形状奇特的零件成型加工，大幅度提高了成形零件的加工精度。在加工非封闭半管时，无需将坯料补充成完整管类零件和增大对设备吨位，提高了材料和设备的利用率。当加工成形平面板料时，可将坯料卷成筒形或半圆形，卷圆后在坯料外面缠特氟龙或塑料薄膜以保持坯料形状，再将其置入成型工装中进行成形加工，节省材料，降低制造成本。由于本成形方法所用坯料不仅可以是周向封闭管材或筒形件，也可以是周向开口、有一定重叠量的管状坯料或者平面板料，故加工适用范围广。

附图说明

[0028] 图1是本发明的成型工装结构示意图；

[0029] 图2是图1中第一密封头的结构示意图；

[0030] 图3是图1中充液囊的结构示意图；

[0031] 图4是本发明实施例1中部分重叠坯料结构示意图；

[0032] 图5是本发明实施例1中周向非封闭坯料截面图；

[0033] 图6是本发明实施例1中上模、下模、第一密封头、第二密封头分开、坯料放入下模的示意图；

[0034] 图7是本发明实施例1中贴模后充液囊、坯料与上模、下模位置关系示意图；

[0035] 图8是本发明实施例2中平面板料结构图；

[0036] 图9是本发明实施例3中上模、下模采用多瓣结构及成形后零件截面形状图；

[0037] 图10是本发明实施例4中上模、下模采用立式安结构和使用状态示意图。

[0038] 图中：1、第一密封头；1-1、进液口；1-2、环形凹槽；2、上模；3、充液囊；3-1、密封凸缘；4、第二密封头；5、下模；6、坯料。

具体实施方式

[0039] 为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

[0040] 需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”等不代表顺序安装，也不代表所形容的部件的重要性。

[0041] 实施例1，请参阅图1-图7，

[0042] 周向非封闭变截面筒状零件成形用工装，包括第一密封头1、第二密封头4、充液囊3、上模2和下模5，所述第一密封头上设有用于灌注液体的进液口1-1及用于容纳充液囊的环形凹槽1-2，所述充液囊的一端为开口端，在开口端制有用于连接及密封的密封凸缘3-1，所述充液囊的开口端套装在第一密封头上，并通过密封凸缘嵌装在第一密封头的凹槽1-2中，所述充液囊位于由第一密封头1、第二密封头4、上模2和下模5构成的模具腔内。

[0043] 本实施例中，所述第一密封头上的环形凹槽宽度b1≤充液囊密封凸缘的宽度b2。

[0044] 本实施例中，所述第一密封头上的环形凹槽底部直径d1≥充液囊密封凸缘处内径d4。

[0045] 本实施例中，所述充液囊采用具有高弹性的聚氨酯材料制成。

[0046] 本实施例中，所述充液囊采用具有高弹性的橡胶材料制成。

[0047] 所述上模和下模根据成形零件的形状特征分成1-30瓣，本实施例中，所述上模和下模根据成形零件的形状特征采用1瓣结构。

[0048] 采用周向非封闭变截面筒状零件成形用工装的周向非封闭变截面筒状零件的成形方法，包括如下步骤：

[0049] S1、按设计要求将下模5、上模2、第一密封头1、充液囊3和第二密封头4安装在锻压机床上，下模与压机工作台固定不动，上模上行至设定高度，其上固定有充液囊的第一密封头与第二密封头相离方向运动，使上模与下模之间留出足够空间放置坯料6。

[0050] S2、成形包括的坯料6可以是周向非封闭的半管、筒形件或者是周向部分重叠的卷管。

[0051] S3、将坯料放置在下模型腔内，控制上模下行合模，并同时控制第一左密封头、第二密封头在水平缸作用下相向运动到设定位置，使第一密封头、下模、上模、第二右密封头形成封闭腔体，第一密封头和第二密封头端面与坯料接触，将第一密封头上的进液口1-1通过管路与增压器相连，然后通过进液口向充液囊内注入液体介质，使液体介质充满充液囊，并按照设定加载曲线施加内压。同时第一密封头与第二密封头沿坯料轴线方向进给对坯料施加压力，成形内压是由充液囊内液体介质通过充液囊传递到坯料，在成形内压和轴向压力的共同作用下使坯料发生胀形贴模。在成形过程中第一密封头和第二密封头可以随着液体压力按设定位移进给。

[0052] S4、通过增压器卸去充液囊的内压，锻压机床的主滑块带动上模上行，第一密封头和第二密封头同时沿坯料轴线方向相离运动，使坯料与第一密封头和第二密封头分离，取出加工成形的零件。成形后的零件截面形状可以是圆形、矩形或者不规则的曲线。

[0053] 实施例2，请参阅图1-图3、图8，

[0054] 一种采用周向非封闭变截面筒状零件成形用工装的周向非封闭变截面筒状零件的成形方法，包括如下步骤：

[0055] S1、按设计要求将下模、上模、第一密封头、充液囊和第二密封头安装在锻压机床上，下模与压机工作台固定不动，上模上行至设定高度，其上固定有充液囊的第一密封头与第二密封头相离方向运动，使上模与下模之间留出足够空间放置坯料。

[0056] S2、本成形方法中的坯料为平面板料，首先采用手工或机器将平面板料卷成筒形或半圆形，卷圆后在坯料外面缠特氟龙或塑料薄膜以便保持坯料形状，手工或机器对坯料卷圆后可以在坯料外表面缠单层或多层特氟龙或塑料薄膜，以保持卷圆后坯料形状并实现润滑。

[0057] S3、将坯料放置在下模型腔内，控制上模下行合模，并同时控制第一左密封头、第二密封头在水平缸作用下相向运动到设定位置，使第一密封头、下模、上模、第二右密封头形成封闭腔体，第一密封头和第二密封头端面与坯料接触，将第一密封头上的进液口通过管路与增压器相连，然后通过进液口向充液囊内注入液体介质，使液体介质充满充液囊，并按照设定加载曲线进给对坯料施加内压，同时第一密封头与第二密封头沿坯料轴线方向进给对坯料施加压力，成形内压是由充液囊内液体介质通过充液囊传递到坯料，在成形内压和轴向压力的共同作用下使坯料变形贴模。

[0058] S4、通过增压器卸去充液囊的内压，锻压机床的主滑块带动上模上行，第一密封头和第二密封头同时沿坯料轴线方向相离运动，使坯料与第一密封头和第二密封头分离，取出加工成形的零件。

[0059] 当成形后零件为曲面板类零件时，可以直接将平面板料放入上模、下模中进行成形，其成形工艺可参照本实施例中的S1、S3和S4步骤。

[0060] 实施例3，请参阅图1-图3、图9，

[0061] 周向非封闭变截面筒状零件成形用工装，包括第一密封头1、第二密封头4、充液囊3、上模2和下模5，所述第一密封头上设有用于灌注液体的进液口1-1及用于容纳充液囊的环形凹槽1-2，所述充液囊的一端为开口端，在开口端制有用于连接及密封的密封凸缘3-1，所述充液囊的开口端套装在第一密封头上，并通过密封凸缘嵌装在第一密封头的凹槽1-2中，所述充液囊位于由第一密封头1、第二密封头4、上模2和下模5构成的模具腔内。

[0062] 本实施例中，所述第一密封头上的环形凹槽宽度b1≤充液囊密封凸缘的宽度b2。

[0063] 本实施例中，所述第一密封头上的环形凹槽底部直径d1≥充液囊密封凸缘处内径d4。

[0064] 本实施例中，所述充液囊采用具有高弹性的聚氨酯材料制成。

[0065] 本实施例中，所述充液囊采用具有高弹性的橡胶材料制成。

[0066] 本实施例中，所述上模和下模根据成形零件的形状特征分成2瓣结构，在步骤S3中可以将多块坯料6放入上模和下模。

[0067] 本成形方法中，所述上模和下模为一瓣结构时可加工多件坯料，所述上模和下模采用多瓣结构时，也可加工一件坯料，上模和下模采用几瓣结构应决定于加工坯料的形状特征，而一模加工几件坯料则决定于坯料形状和工艺设计。

[0068] 本实施例采用的成形步骤同于实施例1或实施例2中的各步骤。

[0069] 本实施例中的成形用工装可以适用于坯料6为周向非封闭的半管、筒形件或者是周向部分重叠的卷管，也可以为平面板料。

[0070] 实施例4，请参阅图10，

[0071] 周向非封闭变截面筒状零件成形用工装，包括第一密封头1、第二密封头4、充液囊3、上模2和下模5，所述第一密封头上设有用于灌注液体的进液口1-1及用于容纳充液囊的环形凹槽1-2，所述充液囊的一端为开口端，在开口端制有用于连接及密封的密封凸缘3-1，所述充液囊的开口端套装在第一密封头上，并通过密封凸缘嵌装在第一密封头的凹槽1-2中，所述充液囊位于由第一密封头1、第二密封头4、上模2和下模5构成的模具腔内。

[0072] 所述上模和下模采用立式安装结构，所述上模和下模为水平方向运动，所述第一密封头与第二密封头采用垂直运动。

[0073] 本实施例中，所述第一密封头上的环形凹槽宽度b1≤充液囊密封凸缘的宽度b2。

[0074] 本实施例中，所述第一密封头上的环形凹槽底部直径d1≥充液囊密封凸缘处内径d4。

[0075] 本实施例中，所述充液囊采用具有高弹性的聚氨酯材料制成。

[0076] 本实施例中，所述充液囊采用具有高弹性的橡胶材料制成。

[0077] 本实施例中的成形用工装可以适用于坯料6为周向非封闭的半管、筒形件或者是周向部分重叠的卷管，也可以为平面板料。

[0078] 本实施例采用的成形步骤同于实施例1或实施例2中的各步骤，在S1中，首先控制上模与下模水平运动到中心合模，再控制第一密封头与第二密封头垂直运动并与上模、下模形成密闭腔体。

[0079] 本成形方法中，坯料两端也可不用与第一密封头和第二密封头间密封，而正常的管材充液成形中，液体直接由第一密封头上的进液口进入坯料内，因此坯料端和密封头之间必须保证不漏液体才行，否则无法增大管内压力实现成形管件。

[0080] 如果根据成形工艺要求不需要补料时，两个密封头可不动。

[0081] 如果管坯长度有限制，不能够达到模具圆柱直段时，或者坯料的壁厚较厚时，坯料的一端或两端都可不与密封头接触。

[0082] 本发明附图中描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。