内高压成型推压装置的制作方法

本发明涉及一种用于内高压成型工艺的内高压成型推压装置。

背景技术：

内高压成形也叫液压成形或液力成形，是一种利用液体作为成形介质，通过控制内压力和材料流动来达到成形中空零件目的的材料成形工艺。

内高压成型主要用于管件（圆管、方管、异型管等）的成型，相应的内高压成型设备包括模具、推压装置和液力装置，通常模具包括上模具和下模具，在分型面处接合后形成模具型腔。加工时，管坯放入下模具的型腔部分，然后下放上模具，而将管坯约束在型腔内。然后位于管坯两端的各一个推头顶住管坯相应端，提供管坯轴向力，该轴向力用于补料。

其中的一个或者两个推头具有液压输入管，用于向管坯内加注用于使管坯产生胀形的液体，为了获得均匀的壁厚，才会有上段所说的补料。

于此可知，液力足以使管坯产生变形，也就是说具有非常高的压强，因而，推头不仅用于提供管坯轴向力，提供具有一定压强的液体外，还应当保证与管坯管口的密封，该密封的级别应大于等于液体压强所容许的密封级别。如果密封级别不够，会造成成型介质失压，导致管坯成型不充分、起皱等缺陷，或者说成品质量不合格。

传统的内高压成型所使用的推头主要依靠推头与管坯的型面配合实现密封，典型地，如中国专利文献CN202387815U，参见其说明书附图1标号1所指代的进给轴，该进给轴与管坯对接的部分具有一段探入到管坯管口的部分，以及一个挡住管口周缘以提供轴向力的轴肩。其中探入到管坯管口的部分与管口内壁配合，以较小的间隙实现密封，尽管该种密封方式的密封界面具有非常大的刚度，但为了实现顶持和退料，所留出的间隙在非常高的液体压强条件下会产生一定量的成型介质流出，而造成失压。

在一些实现中，通过延长探入到管坯管口的部分的长度，提高密封能力，然而该种方式不可避免的会增加进给轴的空行程。

而在一些实现中，在延长探入到管坯管口的部分上加工出螺纹，即形成螺旋密封的方式提高密封能力，但会影响进给轴的强度。同时螺旋密封属于迷宫密封的变形，密封能力相对较低。

而如中国专利文献CN100409966C所使用的推头可见于其附图4，其具有一个冲头前端（相当于推头的端部），该推头前端为锥头，从而可以与管件端部形成的锥面配合，形成具有一定接合压力的密封结构。该种结构由于具有一定的接合压力，因而密封能力相对较好，但由于该种结构需要预先在管坯端管口加工出锥面，一方面该锥面不一定是管件所需要，因此，在加工后需要割掉，造成管材的浪费和工艺上的浪费，另一方面，由于管口锥面会因锥面的径向分力而产生一定的变形，影响脱模。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种推头与管坯管口密封能力比较好，且不影响脱模的内高压成型推压装置。

本发明采用以下技术方案：

一种内高压成型推压装置，包括推头总成和驱动推头总成沿其轴向移动的驱动装置，所述推头总成包括：

推头，为具有外螺纹的套件；

堵头，部分地套入所述推头，并在露出部分形成有轴环，该轴环的后侧与推头前端面配合，轴环的前侧构成对管坯推压的工作面，且轴环前侧的堵头部分形成探入密封部，该探入密封部的轴径小于管坯内径，从而在探入密封部上套设具有囊腔的密封圈；

其中，堵头开有用做成型介质通道的液压管，以及用于连通所述囊腔以提供压缩气体的气管。

上述内高压成型推压装置，可选地，所述囊腔的向心侧为开式结构，所述气管包括位于堵头轴向的轴向部分和连通囊腔与轴向部分的径向部分；

其中，密封圈的后侧面抵靠在轴环的前侧面，密封圈的前侧面为一挡圈或者端盖所约束。

可选地，所述囊腔为位于密封圈内的以密封圈轴为轴的环形的内腔，且向心侧设有用于连通气管的进气孔；

所述气管包括位于堵头轴向的轴向部分和连通囊腔与轴向部分的径向部分；

其中，密封圈的后侧面抵靠在轴环的前侧面，密封圈的前侧面为一挡圈或者端盖所约束。

可选地，所述端盖的外径小于管坯的内径，后端面则用于约束密封圈的轴向自由度。

可选地，所述密封圈的侧面设有多个以密封圈轴线为轴的环形脊。

可选地，所述环形脊的条数为4~6条，且环形脊的分布密度在密封圈的轴向从后向前逐渐稀疏。

可选地，所述驱动装置包括：

支架，与所述推头通过外螺纹形成螺纹副，并在推头的轴向固定；

原动组件，驱动螺纹副中的一个构件旋转；以及

第一导引部件，用于对推头在其轴向导引。

可选地，若旋转部件是推头，则原动组件包括：

原动件，该原动件的输出轴通过连接件与推头连接；

第二导引部件，用于对原动件的机体在推头的轴向导引。

可选地，所述第二导引部件为对原动件机体导引的导轨。

可选地，若旋转部件为支架，则该支架为齿轮，通过齿轮传动机构连接原动组件。

依据本发明，通过增加密封件实现推头总成与待成型管件（即管坯）管口的密封，一方面为密封结构配置密封件是有效提高密封级别的一种手段，但本发明中不是简单地增加密封件，进一步通过将密封件配置为具有囊腔的结构，不是采用简单的密封件的挤压变形获得接合面的密封能力，应知，在此条件下，难以将堵头探入到管口，由于频繁的探入拉出，容易损伤密封件，于此，采用可以膨胀的结构，从而在探入时处于较小的体量，不会产生摩擦，然后充气使其膨胀，实现密封所需要接合面挤压力。

附图说明

图1为依据本发明的一种内高压成型推压装置使用状态示意图（主剖）。

图2为一种内高压成型推压装置主剖结构示意图（省略驱动部分）。

图3为在一实施例中密封圈的结构示意图。

图4为在另一实施例中密封圈的结构示意图。

图中：1.支架，2.推头，3.气管，4.密封圈，5.堵头，6.端盖，7.螺钉，8.液压缸，9.电机，10.连接架，11.凸缘，12.囊腔，13.管坯，14.进气孔，15.囊体，16.密封环，17.开放槽。

具体实施方式

参照说明书附图1-4，以简图的形式示意本发明的相关结构。在图1中，对于推头2，按照常规的理解，其具有头端和尾端的这一常规参考系，并在头尾方向上的头端所在侧通常称为前侧，而尾端所在侧则为后侧。

同时，对于推头总成，由于内高压成型装置的管坯13都是管件，尽管不一定是圆管，但都有名义上的轴线。

管坯13的端面为承压面，通过推头2推进实现补料，待成型部分则基于内部比较高的成型介质通过液力成型。

有鉴于此，一种内高压成型推压装置，是指管坯13两端的作动部分，即通过内高压成型推压装置顶推管坯13管端，用于补料，同时，其中一个或者两个内高压成型推压装置设有如图1和2所示的液压管8（实质是液压流道，为简述而称为液压管），向管坯13的管腔导入给定压强的成型介质。

传统的内高压成型推压紧装置通常是简单的一体件，密封往往单纯的有赖于推头与管坯管口的型面配合，容易导致成型介质失压。在本发明中采用包括推头总成和驱动推头总成沿其轴向移动的驱动装置，整体而言，单元化推头总成，从而可以通过调整其中的某些结构，提升其性能。

具体地，关于所述推头总成，参见说明书附图1和2，包括：

推头2，为具有外螺纹的套件，整体而言，推头2相当于一个螺纹套管结构，其中的螺纹是外螺纹。如图1所示，推头2上的螺纹段约占整个推头2轴向长度的一半，实质在于管件成型所需要的管坯轴向的行程（空行程+工作行程）。

进而，关于工进行程，并不属于本发明的改进之处，只是需要注意，螺纹段的长度需要满足同类推头2所需要的最大行程。

此外，关于外螺纹应该是重载的梯形螺纹或者矩形螺纹。

推头总成还包括一个堵头5，堵头5大致上可以理解为一个阶梯轴，如果把图中所示的凸缘11看成一个轴段的话，其需要包含三个轴段，从尾到头依序为探入推头2的部分（下称第一部分）、图中所示的凸缘11和用以探入到管坯13的部分（下称第二部分）。

第一部分套入所述推头2，两者形成管套配合，优选为两者能够形成摩擦的转动配合，可以在推头2的内表面形成油道，以利于转动配合的摩擦面的润滑。推头2与第一部分配合，使推头2的轴线与第一部分，或者说堵头5的轴线大致同轴，并尽可能的获得比较高的同轴度。

进而，上述的凸缘11应具有一定的宽度，用于产生所需要的承载刚度。关于承载，一方面，需要承载图中凸缘11后侧的顶推力，另一方面，还需要承载凸缘11前侧的反力。

相对而言，直接将图中凸缘11加工成轴环，结构相对简单。

图中记述为凸缘11，在于图中第一部分和第二部分的轴径不相同，然而，概念上的不同，并不影响对此结构的理解。

由于轴环具有明晰的前后侧面的概念，于此，使用轴环表示图中的凸缘11。那么该轴环的后侧与推头2前端面配合，以使推头2的推力作用在轴环的后侧，同时，轴环的前侧构成对管坯13推压的工作面。

图2中可见，第二部分也是一个总成结构，其基体即前述的阶梯轴的轴体的第二部分，比管坯13的内径要小。应知，受模具自身结构的约束，管坯13的轴线与推头2的轴线是基本一致的，因此，在本发明中不考虑第二部分是否与管坯13的内壁接触，并且最好采用不接触的结构，有利于装卸料。

进而，在第二部分上套设具有囊腔12的密封圈4；如前所述，常规条件下，密封圈4与密封面之间通过机械挤压产生变形，从而形成相对良好的密封，如图2所示，在囊腔12未充气状态下，密封圈4的离心侧与管坯13仍然保留一定的距离，从而有利于推头2的工进和退出，并且密封圈4不会因此产生磨损。

进而，此处的密封圈4不同于常规的密封圈4自体结构填充密封腔部的条件下仍然有余量，而是需要充入给定压强的气体，使其膨胀。

具体地，如图2所示，在堵头5的轴向除设置用做成型介质通道的液压管8外，还设置有用于连通所述囊腔12以提供压缩气体的气管3。

在充入成型介质前，先开启气管3，使囊腔12膨胀，形成堵头5与管坯13管口的密封。

在一些实施例中，如图3所示，所述囊腔12的向心侧为开式结构，所述气管3包括位于堵头轴向的轴向部分和连通囊腔12与轴向部分的径向部分。

关于开式结构，有利于密封圈4的装配，即不需要在堵头5的周向对准气管3的管口。

关于开式结构，其密封能力并没有下降，基于挤压变形，开式结构的密封圈4的侧壁，与密封的界面间能够形成有效的接触。

关于密封圈4的定位，密封圈4的后侧面抵靠在轴环的前侧面，密封圈4的前侧面为一挡圈或者端盖6所约束。

而在另一些实施例中，所述囊腔12为位于密封圈4的以密封圈轴为轴的环形的内腔，且向心侧设有用于连通气管3的进气孔14；该种结构相对而言比上一种实施例中的结构的密封能力稍高。

所述气管3包括位于堵头轴向的轴向部分和连通囊腔12与轴向部分的径向部分。

同理，密封圈4的后侧面抵靠在轴环的前侧面，密封圈4的前侧面为一挡圈或者端盖6所约束。

为了获得更好的密封和对密封圈4形成有效的定位，在设置密封圈4的第二部分所处的位置，设置以堵头5的轴线为轴线的环槽，密封圈4的圈的直径与环槽的内径大致相同。

关于所述端盖6，主要用于密封圈4的轴线定位，端盖6的外径可以参考现有的推头探入到管坯13的外径，略小于管坯的内径。图2中为了清晰的表示出端盖6，使管坯13的内壁与端盖保持较大的间隙，知识概括的示意，该间隙可以非常小，在一些实施例中可以达到公差配合的级别。

此外，关于所述密封圈4，气密封能力可以使用以下手段提高密封能力，具体是参见说明书附图3（部分的示出密封环16），的侧面设有多个以密封圈4轴线为轴的环形脊，即图中所示的密封环16，密封环的高度可以参考成型介质的表面张力对密封圈4材质的浸润，使渗透过来的成型介质，不跨越相邻的密封环16。

实际应用中发现，并非均匀阵列的环形脊才能够起到更好的密封效果，通过合理的布局环形脊或许可以起到更好的效果，具体地，采用一种不均匀分布的环形脊，可以更加有效的提高密封效果。

此外，关于环形脊的数量，以不少于3条为宜，但也不宜过多，不宜超过8条，优选为5条，可选4条或者6条，在于过少时，实际的液体浸润路径太小，密封效果并没有明显的提升，过多则无法避开浸润跨距。

关于所述驱动装置，传统地，往往采用液压缸实现功率密度比较大的工进，如果在提供轴向推进量和轴向推力的时候不够精确，推头与管件接触的时候会出现很大的碰撞力，对管件端部有很大的破坏，对于模具也有很大的冲击。

采用螺纹副可以获得比较精准的行程控制，如图1所示，包括：

支架1，与所述推头2通过外螺纹形成螺纹副，并在推头2的轴向固定；

原动组件，驱动螺纹副中的一个构件旋转；以及

第一导引部件，用于对推头2在其轴向导引。

基于螺纹副，通过转数和转角的控制，可以获得精确的推头2的行程控制。

若旋转部件是推头2，则原动组件包括：

原动件，该原动件的输出轴通过连接件与推头2连接；

第二导引部件，用于对原动件的机体在推头2的轴向导引。

所述第二导引部件为对原动件机体导引的导轨。

若旋转部件为支架1，则该支架为齿轮，通过齿轮传动机构连接原动组件。

关于原动件，如图1中所示，采用电机9，最好采用伺服或者步进电机。