用于中空金属构件气压胀形的端口密封装置及其使用方法与流程

本发明涉及金属加工技术领域，具体指一种用于中空金属构件气压胀形的端口密封装置及其使用方法。

背景技术：

目前，空心构件在航空、航天工程领域占有较大的比例，对于提高航空、航天器的整体结构性能及有效减重具有重要的实际意义。热成形工艺得到的冲压件广泛用于汽车车门防撞梁以及前后保险杠等重要结构件。由于具有减轻质量和提高安全性的双重优势，因此该技术在美国、德国等工业发达国家发展迅速。

如专利申请号为cn201610244774.8(公布号为cn105921584a)的发明专利《超高强度钢空心构件气压胀形方法》公开了一种超高强度钢空心构件气压胀形方法，将管坯加热到910℃-920℃，保温适当时间，使管坯奥氏体化，然后合模，利用密封装置将管材两端密封，向管内通入压力气体并控制压力加载路径进行气压胀形，高强钢成形后，通过与模具一体化设置的冷却装置向工件内部通入冷却液体进行快速淬火，使奥氏体完全转化成马氏体，大幅度提高空心构件的强度。

但是现有的气压胀形工艺中，密封装置一般由密封件以及用于给密封件施加压紧力的驱动机构组成。为了保证密封效果，在密封件和管件端面之间施加的初始压紧力必须大于管内因充气而产生的反作用力与为保证密封的气密性所需的最小正压力之和。管胚直径和/或充气压力越大，那么需要在密封件与管件端面之间施加的初始压紧力就越大，特别地，对于薄壁大管径的中空管，每次密封就像管胚端壁在对密封件进行刀切一样，使得密封件磨损严重，严重降低其使用寿命。

技术实现要素：

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能够显著提高端面密封件使用寿命的端口密封装置，用于中空金属构件的气压胀形。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种上述端口密封装置的使用方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种用于中空金属构件气压胀形的端口密封装置，其特征在于包括有：

工作台；

基座，能沿水平方向活动地安装在所述的工作台上；

夹紧装置，安装在所述的基座上，用于对待加工的管胚端部的周壁进行预定位和限位；

芯轴，沿水平方向延伸，相对于所述的基座固定，内部具有充气通道，该芯轴的外径小于所述管胚的内径；

环形密封件，能活动地套设在所述芯轴的外周，并与芯轴密封配合，该环形密封件的外径大于所述管胚的内径；

第一驱动机构，安装在所述的工作台上，其动力输出端与所述的基座传动连接，用以驱动该基座相对于工作台沿水平方向移动；以及

第二驱动机构，安装在所述的基座上，其动力输出端与所述的环形密封件传动连接，用以驱动该环形密封件相对于芯轴沿水平方向移动；

在密封状态下，所述芯轴的端部伸入到所述管胚的端口中，且该芯轴的外壁与所述管胚的内壁之间具有间隙，所述的环形密封件封堵住该间隙，所述的充气通道与管胚内腔相连通。

为了保证实现对基座驱动，同时避免气压胀形过程中基座与管胚的成型运动发生干涉，所述基座的一侧设有支架，该支架的左右两侧分别具有第一受压面和第二受压面；所述第一驱动机构包括有对称布置的第一驱动件和第二驱动件，所述第一驱动件的动力输出端端部能够抵接在所述的第一受压面上，用以驱动基座向内移动(相对于管坯)，所述第二驱动件的动力输出端端部能够抵接在所述的第二受压面上，用以驱动基座向外移动(相对于管坯)。

为了实现对管胚的预定位和限位，所述的夹紧装置包括有

第一夹紧座，相对于所述的基座固定，沿水平方向贯穿开设有顶部开口的第一限位槽；

第二夹紧座，沿水平方向贯穿开设有底部开口的第二限位槽；以及

第三驱动机构，安装在所述的基座上，其动力输出端与所述的第二夹紧座传动连接，用以驱动该第二夹紧座相对于第一夹紧座沿竖直方向移动；

在所述第二夹紧座脱离第一夹紧座的状态下，所述的第一限位槽用于供管胚预定位；

在所述第二夹紧座盖合在第一夹紧座的状态下，所述的第一限位槽和第二限位槽共同组成用于对管胚的外周进行限位的限位孔。

为了保证环形密封件受力均匀，所述的芯轴和限位孔同轴布置。

为了与管胚的形状适配，所述第一限位槽和第二限位槽的横截面均呈半圆形。

为了保证限位孔内周壁对管胚外周壁的夹紧力，所述第一限位槽和第二限位槽的内壁上具有凹凸不平的粗糙表面。

为了方便第二驱动机构对环形密封件的驱动，还包括有安装套，该安装套能活动地套设在所述芯轴的外周，并与该芯轴密封配合，所述的环形密封件安装在该安装套朝向所述管胚的一端，所述的第二驱动机构通过该安装套与所述的环形密封件传动连接。

为了保证基座的稳定滑移，所述的工作台上设有沿水平方向布置的直线导轨，对应地，所述的基座上设有能与该直线导轨导向配合的滑块。

为了保证环形密封件与管胚的端面能够可靠密封，所述环形密封件的外径大于所述管胚的外径。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种上述端口密封装置的使用方法，其特征在于包括有以下步骤：

s1：管胚的两端分别移动到左右两组端口密封装置的夹紧装置上实现预定位；

s2：各第一驱动机构驱动对应基座朝向管胚移动，直到对应芯轴的端部伸入到管胚的端口中；

s3、各夹紧装置对管胚的两端进行限位；

s4、各第二驱动机构驱动对应环形密封件朝向管胚移动，直到对应环形密封件封堵住间隙，即封堵住管坯端口，并施加一定的正压力。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过环形密封件及其安装套与芯轴之间的相对滑动和相对密封，以及夹紧装置和芯轴之间的相对固定，使得气压胀形过程中管内因充气而产生的反作用力大部分施加在芯轴上，而不是端口密封件上，芯轴起到了泄压作用；由于芯轴和夹紧装置是相对固定的，这些力最终转化为了基座的内力，大大减小了环形密封件所需要的初始夹紧力，从而减少了环形密封件在每次密封时的磨损，能够显著提高其使用寿命。

附图说明

图1为本发明端口密封装置的实施例处于初始状态时正面视角下的立体结构示意图；

图2为图1省略了基座的前侧板之后的立体结构示意图；

图3为图1中端口密封装置反面视角下的立体结构示意图；

图4为图3中端口密封装置转换到限位状态下的立体结构示意图；

图5为图4中端口密封装置正面视角下的纵向剖视图；

图6为图5中端口密封装置转换到密封状态下的纵向剖视图；

图7为本发明端口密封装置的实施例在气压胀形后反面视角下的立体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图7所示，为本发明用于中空金属构件气压胀形的端口密封装置的一个优选实施例。该端口密封装置包括有工作台1、基座2、夹紧装置3、安装套5、环形密封件6、第一驱动机构7和第二驱动机构8，对于一根管胚10来说，需要配备两组端口密封装置来实现管胚10两端端口的密封。

其中，工作台1上安装有沿左右方向布置的直线导轨11。

基座2呈中空且右侧具有开口的箱体结构。基座2的底部安装有至少两个沿直线导轨11的延伸方向间隔布置的滑块21，该滑块21与上述直线导轨11导向配合。基座2的后侧设有支架22，该支架22的左右两侧分别具有第一受压面221和第二受压面222。

夹紧装置3包括有第一夹紧座31、第二夹紧座32和第三驱动机构33。具体地，第一夹紧座31安装在基座2内部的底面上，第一夹紧座31沿左右方向贯穿开设有顶部开口的第一限位槽311；第二夹紧座32沿左右方向贯穿开设有底部开口的第二限位槽321；第三驱动机构33为液压缸，安装在基座2的顶部，其活塞杆2穿过基座2的底壁与第二夹紧座32的顶面相连接，用以驱动该第二夹紧座32相对于第一夹紧座31沿竖直方向移动；在第二夹紧座32脱离第一夹紧座31的状态下，第一限位槽311用于供管胚10预定位，在第二夹紧座32盖合在第一夹紧座31的状态下，第一限位槽311和第二限位槽321共同组成用于对管胚10的外周进行限位的限位孔。本实施例中，第一限位槽311和第二限位槽321的横截面均呈半圆形，限位孔的横截面呈圆形，且第一限位槽311和第二限位槽321的内壁上布置有多条沿轴线间隔布置的弧形槽，从而形成凹凸不平的粗糙表面，保证限位孔内周壁对管胚10外周壁的夹紧力。

芯轴4沿左右方向延伸，安装在基座2内部的侧壁上，该芯轴4的外径小于管胚10的内径，且与上述限位孔同轴布置。芯轴4的内部具有充气通道41，该充气通道41的入口位于芯轴4的周壁上，且设有充气接口411，充气通道41的出口位于芯轴4朝向管胚10一侧的端壁上。

安装套5能活动地套设在芯轴4的外周，其内周壁与芯轴4的外周壁之间安装有密封圈进行密封配合；安装套5朝向管胚10的一端开设有环形凹槽。

环形密封件6设于安装套5的环形凹槽中，其内周壁与芯轴4的外周壁密封配合；环形密封件6的外径大于管胚10的外径，并与上述芯轴4同轴布置。

第一驱动机构7包括有对称布置在支架22左右两侧的第一驱动件71和第二驱动件72。具体地，第一驱动件71，安装在工作台1上，其活塞杆端部能够抵接在支架22的第一受压面221上，用以驱动基座2向右移动；第二驱动件72，安装在工作台1上，其活塞杆端部能够抵接在支架22的第二受压面222上，用以驱动基座2向左移动。本实施例中，第一驱动件71和第二驱动件72均为气缸，当然可以设计为液压缸、电缸等。

第二驱动机构8为液压缸，安装在基座2的外侧壁上，其活塞杆穿过基座2的侧壁与安装套5传动连接，用以驱动该安装套5相对于芯轴4沿左右方向移动。第二驱动机构8的数量不限，本实施例中，第二驱动机构8的数量为两个，沿安装套5的周向间隔布置，从而可以保证安装套5的稳定移动。

上述端口密封装置的使用方法包括有以下步骤：

初始状态下，如图1至图3所示，第二夹紧座32脱离第一夹紧座31，两个端口密封装置的芯轴4之间的距离大于管胚10的长度，两个端口密封装置的环形密封件6之间的距离大于管胚10的长度；

s1：管胚10的两端分别移动到左右两个端口密封装置的第一夹紧座31的第一限位槽311中，实现预定位；

s2：如图4所示，各第一驱动件71的活塞杆外伸驱动对应基座2朝向管胚10移动，直到对应芯轴4的端部伸入到管胚10的端口中，此时，芯轴4的外壁与管胚10的内壁之间具有间隙101；

s3、如图5所示，各第三驱动机构33的活塞杆外伸驱动对应第二夹紧座32朝向第一夹紧座31移动，直到第二夹紧座32盖合在第一夹紧座31上，第一限位槽311和第二限位槽321共同组成用于对管胚10的外周进行限位的限位孔；

s4、如图6所示，各第二驱动机构8的活塞杆外伸驱动对应安装套5朝向管胚10移动，直到对应环形密封件6封堵住间隙101并与管胚10的端面紧贴，此时，充气通道41与管胚10的内腔相连通。

密封完成后，只需要通过充气接口411对管胚10内部充气即可实现管胚10的气压胀形，在此过程中，如图7所示，第一驱动件71和第二驱动件72处于非工作状态，管胚10会带动两个端口密封装置的基座2沿左右方向自由移动，避免与第一驱动件71和第二驱动件72发生干涉。气压胀形过程中，管内充气反作用力大部分施加在芯轴4上，由于芯轴4和夹紧装置3相对固定，这些力最终由夹紧装置承担，这样大大减小了环形密封件6所需要的初始夹紧力，从而减少了环形密封件6在每次密封时的磨损，进而提高了其使用寿命。

气压胀形结束后，各第三驱动机构33的活塞杆内缩驱动对应第二夹紧座32脱离第一夹紧座31，各第二驱动件72的活塞杆外伸驱动基座2向左复位至如图1至3所示的初始状态。