专利名称：一种双向加压管材充液成形实验装置及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属于金属压力加工领域，具体涉及一种双向加压管材充液成形实验装置及其应用。
背景技术：
汽车轻量化是当今汽车制造业发展的主潮流，近年来随着节能减排要求的日益迫切和轻量化技术的不断发展，汽车制造领域出现了许多内高压技术成形的空心结构件。内高压成形技术即利用充入管腔中的具有一定压力的液体介质作为凸模，在液体压力及管端所施加的轴向力的共同作用下，使管坯发生变形贴合模具型腔而得到所需几何形状的零件。但受材料力学性能以及加工工艺的影响，目前许多空心管件仍无法使用内高压成形技术成形。为此，学术界又提出了双向加压管材充液成形工艺以及双向加压管材热态充液成形工艺。双向加压管材充液成形工艺即在胀形前，使管料的内外两侧均充有具有一定初始压力高压液体，然后增加内侧的压力，外侧的压力稍减小或保持不变，管料靠其内外两侧的压力差完成胀形，双向加压管材充液成形工艺与管材内高压成形相比，材料成形极限大大提高；双向加压管材热态充液成形工艺则是在胀形前，使管料的内外两侧均充有具有一定初始压力高压液体，加热管料的内外两侧的液体介质，然后增加内侧的压力，外侧的压力稍减小或保持不变，管料靠其内外两侧的压力差完成胀形。双向加压管材热态充液成形工艺与管材内高压成形相比，其管材内压成形极限大，所能成形零件的复杂程度高，成形所需压力低。目前，国内对于双向加压管材充液成形工艺以及双向加压管材热态充液成形工艺的研究还仅仅停留在理论阶段，同时也缺乏相应的实验设备对这两种新型工艺进行验证， 这极大地阻碍了新型工艺的发展。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种双向加压管材充液成形实验装置及其应用， 该双向加压管材充液成形实验装置很好的完成双向加压管材充液成形实验、双向加压管材热态充液成形实验以及管材内高压成形实验。该双向加压管材充液成形实验装置的自动化程度高、应用范围广，其高集成度能有效的降低实验成本；且该双向加压管材充液成形实验装置使用安全，便于操作，实验过程噪音低、无污染。本发明提出的一种双向加压管材充液成形实验装置，包括实验平台和液压控制系统。所述的实验平台包括下冲头、下支撑板、下限位滑块、加热层、上限位滑块、上支撑板和上冲头。所述的加热层为中空的筒形结构，其顶端和底端分别与上支撑板和下支撑板连接，上支撑板和下支撑板一侧均具有凸台，上支撑板和下支撑板的凸台均置于加热层围成的筒形结构内部，上支撑板、下支撑板的中心轴线位置分别具有上通孔、下通孔，且上支撑板上设置有多个排气孔，下支撑板上设置有多个充液孔。上限位滑块和下限位滑块分别通过螺钉与上支撑板和下支撑板的凸台表面相连接；上限位滑块和下限位滑块的中心轴线处具有通孔A和通孔B，通孔A、通孔B、上通孔和下通孔均同轴，管坯顺次穿过通孔A、通孔 B、上通孔和下通孔设置，上支撑板上设置有多个排气孔A，且上限位滑块具有与排气孔A相连通的排气孔B，下支撑板设置有充液孔A，且下限位滑块上设置充液孔B。在与上支撑板和下支撑板位置相对应的管坯内分别设置有上冲头和下冲头。上冲头和下冲头的冲头前端相对设置，上冲头和下冲头的冲头后端分别露出上支撑板的顶部和下支撑板的底部，并，上冲头和下冲头均具有中心通孔。所述的液压控制系统包括四柱式液压机、冲头液压缸、热油冷却装置、增压缸、压力传感器、溢流阀和油箱。上支撑板和下支撑板的边缘均通过螺栓与液压控制系统的四柱式液压机相连接。冲头液压缸分别与上两冲头和下冲头的冲头后端连接。增压缸、热油冷却装置、溢流阀压力传感器均为两个，两个增压缸的高压端分别通过管路与热油冷却装置连接后，再分别与下冲头的充液孔A和下支撑板的充液孔B连接，热油冷却装置通过设置在增压缸前置管路中起冷却液体作用；两个增压缸的低压端均通过溢流阀与油箱连接，并在每个增压缸的低压端与每个溢流阀之间均设置一个压力传感器。应用本发明提出的一种双向加压管材充液成形实验装置进行双向加压管材充液成形实验，包括以下几个步骤(1)更换上限位滑块和下限位滑块，设定管坯的实验长度，上支撑板与加热层完全配合接触，调节下冲头位置，将管坯放入实验装置中。(2)向管坯充入液体，排出管坯内的空气后，上冲头轴向进给，完成管坯内腔密封； 打开上支撑板上的排气孔A和上限位滑块排气孔的B，通过充液孔A和充液孔B中向加热层与管坯外壁之间形成的外腔内充入液体，排出外腔内空气后关闭排气孔A和排气孔B进行密封，调节管坯内外压力，卸压取出成形的管坯，完成实验。应用本发明提出的一种双向加压管材充液成形实验装置进行双向加压管材热态充液成形实验，包括以下几个步骤(1)更换上限位滑块和下限位滑块设定管坯实验长度，上支撑板与加热层完全配合接触，调节下冲头位置，将管坯放入实验装置中。(2)向管坯充入液体，排出管坯内空气后，上冲头轴向进给，完成管坯内腔密封； 打开上支撑板上的排气孔A和上限位滑块排气孔的B，通过充液孔A和充液孔B中向加热层与管坯外壁之间形成外腔内充入液体，排出外腔内空气后关闭排气孔A和排气孔B进行密封；通过加热层将外腔中的液体介质进行加热；调节管坯内外压力，开始成形，待完全成形后，卸压，冷却后取出成形的管坯，完成实验。应用本发明提出的一种双向加压管材充液成形实验装置进行管材内高压充液成形实验，包括以下几个步骤(1)调整上限位滑块和下限位滑块设定管坯实验长度，上支撑板与加热层完全配合接触，调节下冲头位置，将管坯放入实验装置中。(2)向管坯充入液体，排出管坯内空气后，上冲头轴向进给，完成管坯内腔密封，调节管坯内的压力，开始成形，待成形后卸压，取出成形的管坯，完成实验。本发明的优点在于
5
(1)本发明提出一种双向加压管材充液成形实验装置，自动化程度高、应用范围(2)本发明提出一种双向加压管材充液成形实验装置，其高集成度能有效的降低实验成本；(3)本发明提出一种双向加压管材充液成形实验装置，使用安全，便于操作，能很好的满足现代企事业单位的工作要求；(4)本发明提出一种双向加压管材充液成形实验装置，实验过程噪音低、无污染。
图1 本发明的提出的一种双向加压管材充液成形实验装置结构示意图。图2 本发明的提出的一种双向加压管材充液成形实验装置实验平台示意图。图3 本发明的提出的一种为双向加压管材充液成形实验装置液压控制系统示意图。图中101下冲头； 102下支撑板； 103下限位滑块；104加热层；105上限位滑块；106上支撑板； 107上冲头； 201四柱式液压机；202冲头液压缸；203热油冷却装置；204增压缸； 205压力传感器；206溢流阀； 207油箱；301管坯。
具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。本发明提出的一种双向加压管材充液成形实验装置，如图1所示，包括实验平台和液压控制系统。所述的实验平台包括下冲头101、下支撑板102、下限位滑块103、加热层104、上限位滑块105、上支撑板106和上冲头107。如图2所示，所述的加热层104为中空的筒形结构，其内层含电阻丝，用于加热，外层为冷却隔热层；其顶端和底端分别与上支撑板106和下支撑板102连接，上支撑板106和下支撑板102优选为圆形结构，一侧具有凸台，连接时凸台均置于加热层104围成的筒形结构内部，并将凸台边缘与加热层104接触处设置密封圈进行密封。上支撑板106、下支撑板 102的中心轴线位置分别具有上通孔、下通孔，且上支撑板106上设置有多个排气孔，用于与外界通气，下支撑板102上设置有多个充液孔。所述的上限位滑块105和下限位滑块103 分别通过螺钉与上支撑板106和下支撑板102的凸台表面相连接，进而位于加热层104内部。上限位滑块105和下限位滑块103的中心轴线处具有通孔A和通孔B，通孔A、通孔B、 上通孔和下通孔均同轴，管坯301顺次穿过通孔A、通孔B、上通孔和下通孔设置，管坯301 外壁与通孔A、通孔B的内壁处均设置有密封圈。上支撑板106上设置有多个排气孔A，且上限位滑块105具有与排气孔A相连通的排气孔B，用于与外界通气，下支撑板102设置有充液孔A，且下限位滑块103上设置充液孔B。且上支撑板106和下支撑板102的边缘均通过螺栓与液压控制系统的四柱式液压机201相连接。在与上支撑板106和下支撑板102位置相对应的管坯301内分别设置有上冲头 107和下冲头101，上冲头107和下冲头101的冲头前端相对设置，上冲头107和下冲头101的冲头后端分别露出上支撑板106的顶部和下支撑板102的底部；并分别在上冲头107和下冲头101的冲头前端与管坯301内壁之间安装有密封圈，便于对管内液体进行密封，上冲头107和下冲头101的冲头后端均通过螺纹结构与液压控制系统的冲头液压缸202相连接，上冲头107和下冲头101均具有中心通孔，形成高压液体通道。所述的液压控制系统包括四柱式液压机201、冲头液压缸202、热油冷却装置203、 增压缸204、压力传感器205、溢流阀206和油箱207。如图3所示，冲头液压缸202分别与上两冲头和下冲头101的冲头后端连接以控制其行程；所述的增压缸204、热油冷却装置203、 溢流阀206压力传感器205均为两个，两个增压缸204的高压端分别通过管路与热油冷却装置203连接后，再分别与下冲头101的充液孔A和下支撑板102的充液孔B连接，热油冷却装置203通过设置在增压缸204前置管路中起冷却液体作用；两个增压缸204的低压端均通过溢流阀206与油箱207连接，并在每个增压缸204的低压端与每个溢流阀206之间均设置一个压力传感器205，用于测量管路中压力。本发明自动化程度高、应用范围广，其高集成度能有效的降低实验成本，实验过程噪音低、无污染，能很好的满足现代企事业单位的工作要求。应用本发明提出的一种双向加压管材充液成形实验装置进行双向加压管材充液成形实验，具体包括以下几个步骤(1)通过更换所需大小的上限位滑块105和下限位滑块103，设定管坯301的实验长度(即位于上限位滑块105和下限位滑块103之间的管坯301的长度)，上支撑板106与加热层104完全配合接触，根据实验情况调节下冲头101进入适当位置后，将管坯301放入实验装置中；(2)向管坯301内充入液体，排出管坯301内的空气后，上冲头107轴向进给，完成管坯301内腔密封；打开上支撑板上的排气孔A和上限位滑块105排气孔的B，通过充液孔A和充液孔B中向加热层104与管坯301外壁之间形成的外腔内充入液体，排出外腔内空气后关闭排气孔A和排气孔B进行密封，调节管坯301内外压力，开始成形，待完全成形后，卸压取出成形的管坯，完成实验。应用本发明提出的一种双向加压管材充液成形实验装置进行双向加压管材热态充液成形实验，具体包括以下几个步骤(1)通过更换所需大小的上限位滑块105和下限位滑块103，设定管坯301实验长度，上支撑板106与加热层104完全配合接触，根据实验情况调节下冲头101进入适当位置后将管坯301放入实验装置中；(2)向管坯301充入液体，排出管坯301内空气后，上冲头107轴向进给，完成管坯301内腔密封；打开上支撑板106上的排气孔A和上限位滑块105排气孔的B，通过充液孔A和充液孔B中向加热层104与管坯301外壁之间形成外腔内充入液体，排出外腔内空气后关闭排气孔A和排气孔B进行密封；通过加热层104将外腔中的液体介质加热至所需温度；调节管坯301内外压力，开始成形，待完全成形后，卸压，冷却后取出成形的管坯，完成实验。应用本发明提出的一种双向加压管材充液成形实验装置进行管材内高压充液成形实验，具体包括以下几个步骤(1)通过更换所需大小的上限位滑块105和下限位滑块103，设定管坯301实验长度，上支撑板106与加热层104完全配合接触，下冲头101进入适当位置后将管坯301放入
实验装置中； (2)向管坯301充入液体，排出管坯301内空气后，上冲头107轴向进给，完成管坯301内腔密封，调节管坯301内的压力，开始成形，待成形后卸压，取出成形的管坯，完成实验。
权利要求
1.一种双向加压管材充液成形实验装置，其特征在于包括实验平台和液压控制系统；所述的实验平台包括下冲头、下支撑板、下限位滑块、加热层、上限位滑块、上支撑板和上冲头；所述的加热层为中空的筒形结构，其顶端和底端分别与上支撑板和下支撑板连接， 上支撑板和下支撑板一侧均具有凸台，上支撑板和下支撑板的凸台均置于加热层围成的筒形结构内部，上支撑板、下支撑板的中心轴线位置分别具有上通孔、下通孔，且上支撑板上设置有多个排气孔，下支撑板上设置有多个充液孔；上限位滑块和下限位滑块分别通过螺钉与上支撑板和下支撑板的凸台表面相连接；上限位滑块和下限位滑块的中心轴线处具有通孔A和通孔B，通孔A、通孔B、上通孔和下通孔均同轴，管坯顺次穿过通孔A、通孔B、上通孔和下通孔设置，上支撑板上设置有多个排气孔A，且上限位滑块具有与排气孔A相连通的排气孔B，下支撑板设置有充液孔A，且下限位滑块上设置充液孔B ；在与上支撑板和下支撑板位置相对应的管坯内分别设置有上冲头和下冲头，上冲头和下冲头的冲头前端相对设置，上冲头和下冲头的冲头后端分别露出上支撑板的顶部和下支撑板的底部，并，上冲头和下冲头均具有中心通孔；所述的液压控制系统包括四柱式液压机、冲头液压缸、热油冷却装置、增压缸、压力传感器、溢流阀和油箱；上支撑板和下支撑板的边缘均通过螺栓与液压控制系统的四柱式液压机相连接；冲头液压缸分别与上两冲头和下冲头的冲头后端连接；增压缸、热油冷却装置、溢流阀压力传感器均为两个，两个增压缸的高压端分别通过管路与热油冷却装置连接后，再分别与下冲头的充液孔A和下支撑板的充液孔B连接，热油冷却装置通过设置在增压缸前置管路中起冷却液体作用；两个增压缸的低压端均通过溢流阀与油箱连接，并在每个增压缸的低压端与每个溢流阀之间均设置一个压力传感器。
2.根据权利要求1所述的一种双向加压管材充液成形实验装置，其特征在于所述的上支撑板和下支撑板的凸台的边缘与加热层接触处均设置密封圈。
3.根据权利要求1所述的一种双向加压管材充液成形实验装置，其特征在于所述的管坯外壁与通孔A、通孔B的内壁处均设置有密封圈。
4.根据权利要求1所述的一种双向加压管材充液成形实验装置，其特征在于所述的上冲头和下冲头的冲头前端与管坯内壁之间设置有密封圈。
5.根据权利要求1所述的一种双向加压管材充液成形实验装置，其特征在于所述的加热层的内层含有电阻丝，外层为冷却隔热层。
6.根据权利要求1所述的一种双向加压管材充液成形实验装置，其特征在于所述的上支撑板和下支撑板为圆形结构。
7.应用权利要求1所述的一种双向加压管材充液成形实验装置进行双向加压管材充液成形实验，其特征在于包括以下几个步骤(1)更换上限位滑块和下限位滑块，设定管坯的实验长度，上支撑板与加热层完全配合接触，调节下冲头位置，将管坯放入实验装置中；(2)向管坯充入液体，排出管坯内的空气后，上冲头轴向进给，完成管坯内腔密封；打开上支撑板上的排气孔A和上限位滑块排气孔的B，通过充液孔A和充液孔B中向加热层与管坯外壁之间形成的外腔内充入液体，排出外腔内空气后关闭排气孔A和排气孔B进行密封，调节管坯内外压力，卸压取出成形的管坯，完成实验。
8.应用权利要求1所述的一种双向加压管材充液成形实验装置进行双向加压管材热态充液成形实验，其特征在于包括以下几个步骤(1)更换上限位滑块和下限位滑块设定管坯实验长度，上支撑板与加热层完全配合接触，调节下冲头位置，将管坯放入实验装置中；(2)向管坯充入液体，排出管坯内空气后，上冲头轴向进给，完成管坯内腔密封；打开上支撑板上的排气孔A和上限位滑块排气孔的B，通过充液孔A和充液孔B中向加热层与管坯外壁之间形成外腔内充入液体，排出外腔内空气后关闭排气孔A和排气孔B进行密封；通过加热层将外腔中的液体介质进行加热；调节管坯内外压力，开始成形，待完全成形后，卸压，冷却后取出成形的管坯，完成实验。
9.应用权利要求1所述的一种双向加压管材充液成形实验装置进行管材内高压充液成形实验，其特征在于包括以下几个步骤(1)调整上限位滑块和下限位滑块设定管坯实验长度，上支撑板与加热层完全配合接触，调节下冲头位置，将管坯放入实验装置中；(2)向管坯充入液体，排出管坯内空气后，上冲头轴向进给，完成管坯内腔密封，调节管坯内的压力，开始成形，待成形后卸压，取出成形的管坯，完成实验。
全文摘要
本发明提出的一种双向加压管材充液成形实验装置及其应用，该双向加压管材充液成形实验装置包括实验平台和液压控制系统，实验平台包括下冲头、下支撑板、下限位滑块、加热层、上限位滑块、上支撑板和上冲头；液压控制系统包括四柱式液压机、冲头液压缸、热油冷却装置、增压缸、压力传感器、溢流阀和油箱。本发明提出一种双向加压管材充液成形实验装置，自动化程度高、应用范围广，其高集成度能有效的降低实验成本；且该双向加压管材充液成形实验装置使用安全，便于操作，实验过程噪音低、无污染。
文档编号B21D26/045GK102274886SQ20111011562
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者王永铭, 谢亚苏, 郎利辉 申请人:北京航空航天大学