專利名稱：管材內(nèi)高壓成形異型截面密封方法及密封沖頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管材成形的密封方法及密封沖頭。
技術(shù)背景近年來(lái)，隨著汽車產(chǎn)量和保有量的持續(xù)高速增長(zhǎng)，對(duì)社會(huì)能源供給、環(huán)境保 護(hù)和交通安全帶來(lái)日益巨大的影響，而汽車的輕量化設(shè)計(jì)與制造是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排 的重要手段和方法，也是現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)之一。汽車的輕量化除了通過(guò) 采用高強(qiáng)鋼、鋁鎂合金、工程塑料、復(fù)合材料代替鋼鐵材料途徑外，通過(guò)采用先 進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，獲得最佳的工程組合、最佳的加載變化、均勻結(jié)構(gòu)和最佳幾何形 狀以及采用先進(jìn)的成形工藝來(lái)制造零件也是汽車輕量化的有效途徑。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)于一定的減重目標(biāo)，采用工程設(shè)計(jì)和制造減重的貢獻(xiàn)大約為30% 40%，采用輕 量化材料減重的貢獻(xiàn)大約為60% 70%。異型變截面空心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過(guò)合理的變截面設(shè)計(jì)，適應(yīng)不同的載荷條件，既 減輕結(jié)構(gòu)的質(zhì)量又充分利用材料的強(qiáng)度和剛度，是目前汽車結(jié)構(gòu)減重的重要途 徑。但傳統(tǒng)的沖壓焊接工藝在制造異型變截面空心結(jié)構(gòu)件時(shí)存在著焊接法蘭邊增 加零件質(zhì)量，截面為非封閉結(jié)構(gòu)降低強(qiáng)度等問(wèn)題。目前異型變截面空心結(jié)構(gòu)一般 采用內(nèi)高壓成形工藝制造，其工藝過(guò)程為 一、將直管坯彎曲成和零件軸線相同 或相近的形狀(如果需要的情況下)；二、通過(guò)機(jī)械擠壓或其它預(yù)成形方式將管材的截面預(yù)先變形，使其小于模具型腔的寬度(如果需要的情況下)；三、將管 坯放到內(nèi)高壓成形模具中，加壓使管材發(fā)生塑性變形和模具貼合成形為所需的工 件。內(nèi)高壓成形的壓力很高，可以達(dá)到400MPa，在這么高的壓力下，管材的密封 是成形的關(guān)鍵，目前采用的密封方式主要是圓形截面密封，借助于圓形的對(duì)稱性， 采用圓形截面實(shí)現(xiàn)管材的密封。圓形截面密封的局限性是僅限于管材的端面形狀 是圓形截面。如果待加工零件的端'面是非圓截面，例如矩形、梯形或其它異型截 面形狀，為了實(shí)現(xiàn)密封，需要增加一段過(guò)渡段，將非圓截面過(guò)渡成圓形截面，這 樣勢(shì)必會(huì)造成過(guò)渡段形狀復(fù)雜，浪費(fèi)管材，材料的利用率低。例如，零件長(zhǎng)度為 800ram,每端過(guò)渡段100mm，兩端過(guò)渡段共200rara，坯料的長(zhǎng)度為1000ram，材料利用率僅為80%。零件的長(zhǎng)度越短，材料的利用率越低，當(dāng)零件的長(zhǎng)度為200mm時(shí)， 材料的利用率只有50%。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供了一種管材內(nèi)高壓成形異型截面密封方法及密封沖頭， 它解決了現(xiàn)有的異型截面構(gòu)件內(nèi)高壓成形時(shí)需將待加工的管坯的兩端分別預(yù)留 一段過(guò)渡段，并將該非圓截面過(guò)渡段加工成圓形截面用來(lái)密封，以致造成模具、 管材的浪費(fèi)的問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種管材內(nèi)高壓成形異型截面密封方法，它是按照以 下步驟實(shí)現(xiàn)的 一、將管坯端部截面預(yù)先變形，使端部截面變?yōu)楹湍＞咝颓唤孛?相同或相近的形狀，然后將管坯放在下模具中，閉合上模具；二、將管坯的兩端 直接用密封沖頭密封，向管坯內(nèi)充入液體；三、么合管坯加壓0 400MPa并將管坯 兩端的密封沖頭同時(shí)沿管坯軸向向內(nèi)推進(jìn)；四、卸壓并將異形截面密封沖頭回位， 即成形所需工件。前面所述方法的實(shí)現(xiàn)必須借助密封沖頭才能實(shí)現(xiàn)，所述密封沖頭由矯正段、 密封段、密封連接桿組成，所述矯正段、密封段和密封連接桿由前至后依次固接 形成一體，所述矯正段的前端設(shè)有過(guò)渡圓角，所述密封段的橫截面積小于密封連 接桿的橫截面積，所述矯正段的橫截面積由非連接端至連接端逐漸變大。本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明方法具有密封效果好、節(jié)約管坯材料等優(yōu) 點(diǎn)，對(duì)于異型截面密封，取消了待加工零件的過(guò)渡段，材料的利用率理論上達(dá)到 了 100%。實(shí)際上只需要很短的一段密封段，例如對(duì)于坯料長(zhǎng)度為lOOOnim，每端 的密封段長(zhǎng)度為lOmm，可加工的零件長(zhǎng)度能夠ii到980mm，材料的實(shí)際利用率也 達(dá)到了98%。同時(shí)，本發(fā)明的異形蝕面密封沖頭具有截面形式變化自由、通用性 好、密封段短、節(jié)省能源的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是將本發(fā)明的密封沖頭安裝在管坯內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明的密 封沖頭安裝在成形機(jī)上的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是矩形截面密封沖頭的主視圖，圖4 是圖3的左視圖，圖5是梯形截面密封沖頭的主視圖，圖6是圖5的左視圖，圖 7是圖5的俯視圖，圖8是正六邊形截面密封沖頭的主視圖，圖9是圖8的左視 圖，圖10是圖8的俯視圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一如圖l、圖2所示，本實(shí)施方式的管材內(nèi)高壓成形異型截 面密封方法是按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的 一、將管坯端部截面預(yù)先變形，使端部截面 變?yōu)楹湍＞咝颓唤孛嫦嗤蛳嘟男螤睿缓髮⒐芘鞣旁谙履＞咧?，閉合上模具； 二、將管坯的兩端直接用密封沖頭密封，向管坯內(nèi)充入液體；三、給.管坯加壓0 400MPa并將管坯兩端的密封沖頭同時(shí)沿管坯軸向向內(nèi)推進(jìn)；四、卸壓并將異形截 面密封沖頭回位，即成形所需工件。
具體實(shí)施方式
二如圖l、圖2所示，本實(shí)施方式的密封沖頭由矯正段2、 密封段3、密封連接桿4組成，所述矯正段2、密封段3和密封連接桿4由前至 后依次固接形成一體，所述矯正段2的前端設(shè)有過(guò)渡圓角1，所述密封段3的橫 截面積小于密封連接桿4的橫截面積，所述矯正段2的橫截面積由非連接端至連 接端逐漸變大。通過(guò)連接桿4和其它驅(qū)動(dòng)裝置連接在一起，例如柱塞油缸等，利 用驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)密封載荷的施加。
具體實(shí)施方式
三如圖3 4所示，本實(shí)施方式所述密封沖頭的橫截面為矩 形。如此設(shè)計(jì)，適合待加工零件的橫截面為矩形情況下的密封。其它組成和連接 關(guān)系與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
四如圖5 7所示，本實(shí)施方式所述密封沖頭的橫截面為梯 形。如此設(shè)計(jì)，適合待加工零件的橫截面為梯形情況下的密封。其它組成和連接 關(guān)系與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
五如圖8 10所示，本實(shí)施方式所述密封沖頭的橫截面為正 六邊形。如此設(shè)計(jì)，適合待加工零件的橫截面為正六邊形情況下的密封。其它組 成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
二相同。工作原理將管坯.5放在下模具11上并閉合上模具8，在驅(qū)動(dòng)裝置水平油缸10的驅(qū)動(dòng) 下，左密封沖頭9、密封沖頭12上的過(guò)渡圓角1首先和管坯5接觸，由于矯正段 2的截面尺寸明顯小于管坯5的尺寸，矯正段2很容易進(jìn)入管坯5內(nèi)部，此后密 封段3進(jìn)入管坯5，隨后密封連接桿4和管坯5接觸，使管坯5發(fā)生變形和密封 連接桿4貼合緊密，達(dá)到密封的效果。密封后，高壓源14通過(guò)充液管13給管坯 5的內(nèi)腔充入高壓液體，在內(nèi)壓(高壓液體)、軸向壓力、以及壓力機(jī)6聯(lián)合作 用下使管坯貼靠模具內(nèi)部型腔而成形所需的工件(參見(jiàn)圖1和圖2)。
權(quán)利要求
1、一種管材內(nèi)高壓成形異型截面密封方法，其特征在于它是按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、將管坯端部截面預(yù)先變形，使端部截面變?yōu)楹湍＞咝颓唤孛嫦嗤蛳嘟男螤睿缓髮⒐芘鞣旁谙履＞咧?，閉合上模具；二、將管坯的兩端直接用密封沖頭密封，向管坯內(nèi)充入液體；三、給管坯加壓0～400MPa并將管坯兩端的密封沖頭同時(shí)沿管坯軸向向內(nèi)推進(jìn)；四、卸壓并將異形截面密封沖頭回位，即成形所需工件。
2、 實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法中的密封沖頭，其特征在于它由矯正段(2)、 密封段(3)、密封連接桿(4)組成，所述矯正段(2)、密封段(3)和密封連接 桿(4)由前至后依次固接形成一體，所述矯正段(2)的前端設(shè)有過(guò)渡圓角(1)， 所述密封段(3)的橫截面積小于密封連接桿(4)的橫截面積，所述矯正段(2) 的橫截面積由非連接端至連接端逐漸變大。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封沖頭，其特征在于所述密封沖頭的橫截面為 矩形。 '
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封沖頭，其特征在于所述密封沖頭的橫截面為 正六邊形。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封沖頭，其特征在于所述密封沖頭的橫截面為 梯形。
全文摘要
管材內(nèi)高壓成形異型截面密封方法及密封沖頭，它涉及一種管材成形的密封方法及密封沖頭。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的異型截面構(gòu)件內(nèi)高壓成形時(shí)需將待加工的管坯的兩端分別預(yù)留一段過(guò)渡段并加工成圓形截面用來(lái)密封，以致造成模具、管材的浪費(fèi)的問(wèn)題。本發(fā)明的方法的步驟是將管坯端部截面預(yù)先變形，然后將管坯放在下模具中，閉合上模具；將管坯的兩端直接用密封沖頭密封并充入液體；給管坯加壓；卸壓即成形所需工件。密封沖頭的矯正段(2)、密封段(3)和密封連接桿(4)由前至后依次固接形成一體，所述矯正段(2)的前端設(shè)有過(guò)渡圓角(1)。本發(fā)明方法具有密封效果好、節(jié)約管坯材料等優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明的異形截面密封沖頭具有截面形式變化自由、通用性好、節(jié)省能源的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B21D26/033GK101259501SQ20081006432
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月18日
發(fā)明者王小松, 苑世劍, 聰 韓 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)