[发明专利]变截面空心构件成形装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属空心构件的加工成形装置及方法，具体涉及一种变截面空心构件的成形装置及方法，属于液压成形技术领域。

背景技术

随着生产需求的日益增大和工业化进程的逐渐加快，给零部件的加工及制造提供了前所未有的机遇和挑战，特别是航空航天、汽车等为代表的先进制造领域，对零件精度、复杂程度及综合性能等方面均提出了较高要求。

减轻重量以节约原料及能源消耗是人们长期追求的目标，轻量化则是理想的途径之一。实现途径主要有两方面：一是材料途径，采用铝合金、镁合金、钛合金和复合材料等轻质材料；二是结构途径，对于承受弯扭载荷为主的结构，采用空心变截面构件，既可减轻重量又可充分利用材料强度及刚度。例如某飞机用双拐曲轴采用管材液压成形技术后实现了“以空代实”的效果。同样抗扭能力下，空心双拐曲轴比实心曲轴重量减轻了近55％，因此，管材液压成形技术的产生是在结构轻量化和充分利用材料强度及刚度之间找到了一个最佳的平衡点。

动力系统、排气系统等部位的多种异型空心构件是飞行器及汽车结构中的重要组成部分，该类部件除铸造工艺外，主要采用冲压两个半壳后组焊而成或采用管坯进行数控弯曲、扩管、缩径后组焊而成。这样制造的费用较高、生产周期较长、成本较高，难以适应当前装备制造业在减轻自重、低成本和提高市场竞争力等方面所提出的要求。以汽车排气管为例，该件为变截面空心构件，采用管材液压成形制造可以较精确地控制该件的尺寸精度，便于在后续工序中与其它构件进行装配且能够进一步减轻排气系统的重量，减少焊缝数量，内表面光滑，排气阻力小，使得成形后的产品质量及使用寿命得到进一步提高。此外，还可减少工艺流程和模具数量，达到降低生产成本等实效。

对于截面尺寸差别较大的空心构件成形时，不仅要提高内压，同时还需由两侧向中间进行补料，以避免变径部位因截面尺寸增大而引起的过度减薄。传统改善管材液压成形性能的方法是通过精确地控制加载路径，这对成形设备的控制精度提出了较高要求，同时还需施加预成型或热处理等工序来提高管件成形能力，增加了工序及成本且难于成形铝合金等低硬化指数材料和大膨胀量的空心构件，如图5所示。

发明内容

本发明为了解决传统管材液压成形截面尺寸差别较大的空心构件成形时，轴向补料困难且变形均匀性差等问题，进而提供了一种变截面空心构件成形装置及方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种变截面空心构件成形装置，所述成形装置包括上模座、左冲头、右冲头、下模座、液体通道和增压器，左冲头、右冲头位于上模座和下模座之间，所述上模座、左冲头、右冲头和下模座围合成一个封闭型腔，在左冲头或右冲头上开有一个冲头液体注入孔，增压器通过液体通道与冲头液体注入孔连通，冲头液体注入孔用于向置于向左冲头、右冲头上的管坯内注入液体介质。

一种利用上述成形装置的变截面空心构件成形装置方法，所述方法是按照以下步骤实现的：步骤一、把下模座固定于压力机下工作台上；步骤二、把右冲头移至下模座的右端部，并将管坯的一端部放置于右冲头的模腔内；步骤三、将左冲头移至下模座的左端部，并将管坯的另一端部放置于左冲头的模腔内；步骤四、下移压力机上工作台，使上模座与左冲头、右冲头和下模座形成一个封闭型腔；步骤五、通过增压器向管料内增压；步骤六、左冲头和右冲头同时推动管料向中部运动；步骤七、成形后卸掉管内压力，并上移压力机上工作台，使上模座移除；步骤八、移去左冲头和右冲头，取出终成形件。

本发明具有以下有益效果：

利用本发明方法成形时两侧冲头与管坯端部不发生相对运动(如图1和2所示)，因此，随着内压的增大，送料区管材壁厚基本保持不变且随着两侧冲头向内运动而易于实现轴向补料。该方法所需工序流程短、效率高、成本较低，不仅提高了变截面空心构件壁厚的均匀性，并显著地增加了构件的综合使用性能。从方法原理和变截面空心构件成形装置结构来看，与传统内高压有一定本质区别，包括凹模结构，冲头结构，密封形式(传统内高压在冲头端部)。本发明所述封闭型腔是用于成形变截面空心构件的型腔；左冲头、右冲头不仅具有密封管坯的两端的作用，而且和上模座、下模座一同构成用于成形变截面空心构件的封闭型腔。本发明中管坏的两端分别插入左冲头、右冲头内，而现有技术中的左冲头、右冲头是插入管坏两端内的，作用方式完全不同。