微型管双向液压成型装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种微型管双向液压成型装置，包括PLC控制模块，内压压力泵、外压压力泵、内压增压器、外压增压器、内压单向阀、外压单向阀、内压高压针阀、外压高压针阀、油箱成型模具；其中，成型模具包括导块、圆柱壳体、镶块、压边圈和密封块；本实用新型可以对微型管的内外表面同时施加压力，通过压力差来驱动微型管成型。背压的引入可以阻止微型管内部微细裂纹的生成、增长、形核的发生，进而大大的提高微型管塑性成形能力；且密封设计合理，密封性能大大提高；PLC控制更加精准、可靠，响应速度更快。
【专利说明】微型管双向液压成型装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于微型管成型【技术领域】，特别是一种微型管双向液压成型装置。
【背景技术】
[0002]管件液压成型技术是用管坯作为原材，通过对管腔内施加液体压力及在轴向施加载荷使其在给定模具型腔内发生塑性变形，管壁与模具内表面贴合，从而得到所需形状零件的成型技术。目前，管件液压成型主要应用于汽车框架和底盘零件的制造、大型船舶、航空航天工业。然而，随着科学技术的发展，电子、医疗、微器械等行业对微型空心管件的需求量日益增强，迫切需要一个能大批量制造微型管件的加工技术，微型管件液压成型正是在这种需求背景下发展起来的一种微型空心管件规模化生产技术。该技术采用高压液体使金属毛细管塑性变形的方式成型出截面形状复杂的微型管件，例如植入式微型给药管、微型针管、微型马达轴等微型零件的成型都可以由该技术实现，该技术成形出来的微型管件在电子、医疗、微器械等行业应用前景良好。但是，管件微型化使成形工艺系统的各个方面，如微型管件材料成型性能、成型工艺、摩擦等都存在尺度效应的问题，因此在传统的液压成型的过程中，微型管件特别容易发生破裂。
[0003]Wagner S W，Ng K, Emblom W J等人在 Influence of continuous direct currenton the micro tube hydroforming process中提出了电辅助制造EAM的概念,他们的方法是在微型管件液压成型的过程中，对微型管进行通电。在保证微型管的强度和韧性的前提条件下，通过电能来降低微型管所需要的变形能，进而提高微型管的成型能力。然而该装置复杂，操作起来不方便，并且在加工的过程中引入了电流，有一定的安全隐患。另外，对于毫米级的微型管而言，由于尺寸微小，装夹起来也十分不方便。Hartl C,Anyasodor G等人在Formability of Micro-Tubes in Hydroforming指出，在微型管的两端各塞入一个尖嘴中空的塞子，使其胀大，然后通过塞子与模具之间的挤压来使其固定。但这一工艺过程有这样的问题，它破坏了微型管的原来的形状，并且对高压液体的密封不可靠。YoshihilOAmikura 等人在 fracture evaluat1n of A 1070 Aluminum Micro-tubes Using BulgeForming指出，用一块板挤压O型密封圈的方式对微型管进行密封。这种密封方式有很好的密封效果，但是要密封350MPa的特种高压还是不可靠的。
[0004]为了解决以上这些问题，我们引入了一个新的成型参数-背压，也就是说，在微型管的内外表面同时引入压力不同的高压液体，通过压力差来驱动微型管件的成型。这种方法能很好的改善微型管的塑性成型能力，但是到目前为止，还没有合适的装置来实现这个过程。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种能有效地改善微型管的塑性成型能力，降低微型管成型的次品率的微型管双向液压成型装置。
[0006]实现本实用新型目的的技术解决方案为:
[0007]—种微型管双向液压成型装置，包括PLC控制模块，内压压力泵、外压压力泵、内压增压器、外压增压器、内压单向阀、外压单向阀、内压高压针阀、外压高压针阀、油箱成型模具；其中，成型模具包括导块、圆柱壳体、镶块、压边圈和密封块；导块的一端面上设有两个孔，其中一个孔是位于导块中心处的微型管内压液体口，另一个孔是位于导块偏心处的微型管外压液体口，导块另一端面上开有一导块的轴心为圆心的环形凹槽，导块通过环形凹槽分别固定设置在圆柱壳体的两端，圆柱壳体与导块接触的部位的内侧设置有O型密封圈，导块在设置环形凹槽的端面中心处设置沉头孔，在导块的轴心处通过直径小于等于5_的中心通孔贯穿沉头孔和微型管内压液体口 ；镶块的一端与导块的沉头孔固定配合，并通过定位柱定位，镶块设置在导块沉头孔内的一端开有沉头孔，该沉头孔的中心处设有一个贯穿镶块的中心通孔，该中心通孔的两端均设置有O型密封圈，密封块固定设置在该沉头孔内，密封块中心位置设有中心通孔，密封块的两端面均设置有以密封块的轴心为圆心的环形凹槽，与导块相接触的一侧的环形凹槽的外径与密封块圆心的距离大于与镶块相接触的一侧环形凹槽的外径与密封块圆心的距离，并且与导块相接触的一侧的环形凹槽宽度和深度都大于与镶块相接触的一侧环形凹槽的宽度和深度，密封块两端的环形凹槽中均设置有O型密封圈，压边圈中心位置设有一个中心通孔，压边圈与镶块远离导块的一端固定，圆柱壳体两端的导块上的微型管内压液体口、导块上的中心通孔、镶块上的中心通孔、密封块上的中心通孔以及压边圈上的中心通孔均同轴，导块上的外压液体口通过直径小于等于5mm的通孔与导块和圆柱壳体围成的腔体导通；PLC控制模块分别控制内压压力泵和外压压力泵，成型模具的一个微型管内压液体口依次连接有内压单向阀、内压增压器和内压压力泵，成型模具的另一个微型管内压液体口与油箱之间设置有内压高压针阀，成型模具的一个微型管外压液体口依次连接有外压单向阀、外压增压器和外压压力泵，成型模具的另一个微型管外压液体口与油箱之间设置有外压高压针阀，油箱分别与内压压力泵和外压压力泵连接。
[0008]本实用新型与现有技术相比，其显著优点:
[0009](I)本实用新型与传统的单面液压成型工艺不同，可以对微型管的内外表面同时施加压力，通过压力差来驱动微型管成型。背压的引入可以阻止微型管内部微细裂纹的生成、增长、形核的发生，进而大大的提高微型管塑性成形能力；而这个过程中只需要保证对内外压力的精准控制即可，通过PLC很容易实现。
[0010](2)本实用新型在密封块的两个端面上各安装一个O型密封圈，密封性能大大提高，能对压强高达350MPa的高压液体进行密封；同时也对微型管内外高压液体进行隔离，避免了内外高压液体的连通。另外，在镶块与压边圈之间加装一个O型密封圈，避免了外部高压液体通过镶块与内压连通。
[0011](3)本实用新型采用计算机进行控制，与传统的手动操作控制相比，PLC控制更加精准、可靠，响应速度更快；并且，该微型管双向液压成型装置采用超高压传感器来测量高压管路内的压力，比传统的读数式仪表的测量精度更高，更准确。
[0012]下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型微型管双向液压成型装置的结构示意图。
[0014]图2是本实用新型微型管双向液压成型装置成型模具的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]本实用新型一种微型管双向液压成型装置，包括PLC控制模块，内压压力泵A、外压压力泵A'、内压增压器B、外压增压器B'、内压单向阀C、外压单向阀C'、内压高压针阀E、外压高压针阀E ^、油箱F成型模具D ;其中，成型模具包括导块7、圆柱壳体6、镶块5、压边圈4和密封块3 ;导块7的一端面上设有两个孔，其中一个孔是位于导块7中心处的微型管内压液体口，另一个孔是位于导块7偏心处的微型管外压液体口，导块7另一端面上开有一导块7的轴心为圆心的环形凹槽，导块7通过环形凹槽分别固定设置在圆柱壳体6的两端，圆柱壳体6与导块7接触的部位的内侧设置有O型密封圈，导块7在设置环形凹槽的端面中心处设置沉头孔，在导块7的轴心处通过直径小于等于5_的中心通孔贯穿沉头孔和微型管内压液体口 ；镶块5的一端与导块7的沉头孔固定配合，并通过定位柱定位，镶块5设置在导块7沉头孔内的一端开有沉头孔，该沉头孔的中心处设有一个贯穿镶块5的中心通孔，该中心通孔的两端均设置有O型密封圈，密封块3固定设置在该沉头孔内，密封块3中心位置设有中心通孔，密封块3的两端面均设置有以密封块3的轴心为圆心的环形凹槽，与导块7相接触的一侧的环形凹槽的外径与密封块3圆心的距离大于与镶块5相接触的一侧环形凹槽的外径与密封块3圆心的距离，并且与导块7相接触的一侧的环形凹槽宽度和深度都大于与镶块相接触的一侧环形凹槽的宽度和深度，密封块3两端的环形凹槽中均设置有O型密封圈，压边圈4中心位置设有一个中心通孔，压边圈4与镶块5远离导块7的一端固定，圆柱壳体6两端的导块7上的微型管内压液体口、导块7上的中心通孔、镶块5上的中心通孔、密封块3上的中心通孔以及压边圈4上的中心通孔均同轴，导块7上的外压液体口通过直径小于等于5mm的通孔与导块7和圆柱壳体6围成的腔体导通；PLC控制模块分别控制内压压力泵A和外压压力泵A '，成型模具的一个微型管内压液体口依次连接有内压单向阀C、内压增压器B和内压压力泵A，成型模具的另一个微型管内压液体口与油箱F之间设置有内压高压针阀E，成型模具的一个微型管外压液体口依次连接有外压单向阀C'、外压增压器B'和外压压力泵A'，成型模具的另一个微型管外压液体口与油箱F之间设置有外压高压针阀E '，油箱F分别与内压压力泵A和外压压力泵A '连接。
[0016]镶块5与导块7的沉头孔相背的一端为法兰盘状，其法兰部与导块7设置有垫圈2。
[0017]镶块5的法兰部均匀分布三个光孔和对称分布的两个定位孔，镶块5通过穿过光孔和垫圈2的螺栓固定在导块7上，并通过穿过定位孔和垫圈2的定位柱定位。
[0018]内压单向阀C与微型管内压液体口之间的管路中以及外压单向阀C '与微型管外压液体口之间的管路中设置有超高压传感器。
[0019]压边圈4的周向均匀分布三个光孔，压边圈4通过穿过光孔的螺栓固定在镶块5上。
[0020]O型密封圈的材质是硬度为90A的氟硅橡胶。
[0021]其中，微型管的两端均穿过成型模具两端的压边圈4上的中心通孔设置在镶块5上的中心通孔内。
[0022]油箱F、内压压力泵A、内压增压器B、内压单向阀C、微型管内腔、内压高压针阀E、油箱F组成了微型管内压高压管路I ;而油箱F、外压压力泵A '、外压增压器B'、外压单向阀C'、微型管外腔、外压高压针阀E '、油箱F组成了微型管外压高压管路II ;
[0023]在进行试验之前，首先要打开高压针阀E '关闭高压针阀E，进行排气操作；然后关闭高压针阀E ’打开高压针阀E，再次进行排气操作，最后关闭高压针阀E与高压针阀E ;，这样就能保证装置中的气体全部排出。
[0024]在试验的过程中，有两路高压液体同时流向微型管双向液压成型模具D。其中内压高压管路I中的高压液体的流向如下:在PLC的控制下，内压压力泵A开始工作，提供高压液体。高压液体经过内压增压器B，可以把压力放大到原来压力的6倍，然后经过内压单向阀C流向微型管内部；与此同时，外压高压管路II中的高压液体的流向如下:在PLC的精准控制下，外压压力泵A'同时开始工作，提供高压液体。高压液体经过外压增压器B '，可以把压力放大到原来压力的6倍，然后经过外压单向阀C'流向微型管外部，与另一路高压液体不同的是，这一路的高压液体的压力比较小(一般管路II的压力是管路I的三分之一 )O
[0025]两路高压液体在微型管双向液压成型模具D中的流向如下，其中对微型管的内表面进行施压的路径:高压液体从导块7中心通孔进入，经过密封块3上的中心通孔与镶块5上的中心通孔进入微型管8内；对微型管的外表面进行施压的路径:高压液体从导块7的偏心孔直接进入微型管8外表面。
[0026]因为高压针阀E '与高压针阀E已经关闭，所以两路高压液体无法流回油箱F，进而在微型管的内外表面产生高压，通过微型管内外表面之间的压力差，来驱动微型管的涨形。为了防止微型管内外高压液体互通，要对微型管进行密封。密封方案如下:在圆柱壳体6与导块7之间加O型密封圈；密封块3的两侧分加O型密封圈；压边圈4与镶块5之间加O型密封圈；垫圈2能避免镶块5发生倾斜。通过用这种特殊的密封方法，能对350MPa的压力进行密封。
[0027]根据本实用新型，能够对微型管双向液压成型的过程以及极限进行研究，当需要生产具体形状的微型管，可以直接将圆柱壳体替换成相应的模具即可实现生产。
[0028]采用这种微型管双向液压成型模具及其装置能显著的提高微型管的塑性成型能力，与传统的单向液压成型工艺相比，微型管的成型能力能提高10%左右。
【权利要求】
1.一种微型管双向液压成型装置，其特征在于:包括PLC控制模块，内压压力泵(A)、夕卜压压力泵W )、内压增压器(B)、外压增压器(B')、内压单向阀(C)、外压单向阀(C')、内压高压针阀(E)、外压高压针阀(E丨)、油箱(F)成型模具(D);其中，成型模具包括导块(7)、圆柱壳体(6)、镶块(5)、压边圈(4)和密封块(3);导块(7)的一端面上设有两个孔，其中一个孔是位于导块(7)中心处的微型管内压液体口，另一个孔是位于导块(7)偏心处的微型管外压液体口，导块(7)另一端面上开有一导块(7)的轴心为圆心的环形凹槽，导块(7)通过环形凹槽分别固定设置在圆柱壳体￠)的两端，圆柱壳体(6)与导块(7)接触的部位的内侧设置有O型密封圈，导块(7)在设置环形凹槽的端面中心处设置沉头孔，在导块(7)的轴心处通过直径小于等于5_的中心通孔贯穿沉头孔和微型管内压液体口 ；镶块(5)的一端与导块(7)的沉头孔固定配合，并通过定位柱定位，镶块(5)设置在导块(7)沉头孔内的一端开有沉头孔，该沉头孔的中心处设有一个贯穿镶块(5)的中心通孔，该中心通孔的两端均设置有O型密封圈，密封块(3)固定设置在该沉头孔内，密封块(3)中心位置设有中心通孔，密封块(3)的两端面均设置有以密封块(3)的轴心为圆心的环形凹槽，与导块(7)相接触的一侧的环形凹槽的外径与密封块(3)圆心的距离大于与镶块(5)相接触的一侧环形凹槽的外径与密封块(3)圆心的距离，并且与导块(7)相接触的一侧的环形凹槽宽度和深度都大于与镶块相接触的一侧环形凹槽的宽度和深度，密封块(3)两端的环形凹槽中均设置有O型密封圈，压边圈(4)中心位置设有一个中心通孔，压边圈(4)与镶块(5)远离导块(7)的一端固定，圆柱壳体(6)两端的导块(7)上的微型管内压液体口、导块(7)上的中心通孔、镶块(5)上的中心通孔、密封块(3)上的中心通孔以及压边圈(4)上的中心通孔均同轴，导块(7)上的外压液体口通过直径小于等于5_的通孔与导块(7)和圆柱壳体(6)围成的腔体导通；PLC控制模块分别控制内压压力泵㈧和外压压力泵(A ')，成型模具的一个微型管内压液体口依次连接有内压单向阀(C)、内压增压器(B)和内压压力泵(A)，成型模具的另一个微型管内压液体口与油箱(F)之间设置有内压高压针阀(E)，成型模具的一个微型管外压液体口依次连接有外压单向阀)、外压增压器(B')和外压压力泵(A丨)，成型模具的另一个微型管外压液体口与油箱(F)之间设置有外压高压针阀(E ;)，油箱(F)分别与内压压力泵(A)和外压压力泵(A ')连接。
2.根据权利要求1所述的微型管双向液压成型装置，其特征在于:所述的镶块(5)与导块(7)的沉头孔相背的一端为法兰盘状，其法兰部与导块(7)设置有垫圈(2)。
3.根据权利要求2所述的微型管双向液压成型装置，其特征在于:所述的镶块(5)的法兰部均匀分布三个光孔和对称分布的两个定位孔，镶块(5)通过穿过光孔和垫圈(2)的螺栓固定在导块(7)上，并通过穿过定位孔和垫圈(2)的定位柱定位。
4.根据权利要求1或2或3所述的微型管双向液压成型装置，其特征在于:所述的内压单向阀(C)与微型管内压液体口之间的管路中以及外压单向阀(C丨)与微型管外压液体口之间的管路中设置有超高压传感器。
5.根据权利要求1或2或3所述的微型管双向液压成型装置，其特征在于:所述的压边圈(4)的周向均匀分布三个光孔，压边圈(4)通过穿过光孔的螺栓固定在镶块(5)上。
6.根据权利要求4所述的微型管双向液压成型装置，其特征在于:所述的压边圈(4)的周向均匀分布三个光孔，压边圈(4)通过穿过光孔的螺栓固定在镶块(5)上。
7.根据权利要求1或2或3或6所述的微型管双向液压成型装置，其特征在于:所述的O型密封圈的材质是硬度为90A的氟硅橡胶。
8.根据权利要求4所述的微型管双向液压成型装置，其特征在于:所述的O型密封圈的材质是硬度为90A的氟硅橡胶。
9.根据权利要求5所述的微型管双向液压成型装置，其特征在于:所述的O型密封圈的材质是硬度为90A的氟硅橡胶。
【文档编号】B21D26/045GK204093897SQ201420536733
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】杨晨, 李鹏, 唐伟 申请人:南京理工大学