内高压成型模具的制作方法

本发明涉及一种内高压成型模具。

背景技术：

内高压成型工艺又被称作液压胀型成型工艺，其基本原理是采用外部增压装置产生高压液体，高压液体促使金属坯料变形成为具有复杂三维形状的零件。内高压成型技术按照加工坯料的几何形状，可以分为三种类型：板料液压成型、壳体液压成型和管材液压成型。其中管材液压胀形是通过管材内部液体压力和轴向力的共同作用使管材按照模具型腔的形状胀形，轴向力提供补料的作用。传递内部高压的液体通常采用液压油或水。

经过塑性加工成型的镁合金产品通过合理的变截面设计，优化构件的形状、尺寸以及壁厚分布等可获得更好的力学性能，但是这种优化设计常导致结构的复杂化，用传统的冲压等工艺很难一次成型。而内高压成型这种先进的柔性生产技术是生产此类复杂零件的理想方法。

例如中国专利文献CN 103223434 A公开的内高压成型装置所适用工件是结构比较简单的直管件，其各处受力情况比较简单。而图1示出了一种镁合金支架，其管坯结构相对复杂，主要表现在其轴线并不是直线，而曲线。

如前所述，内高压成型依赖于液体的压力实现胀形，同时利用轴向力补料，图1所示的管坯不是直管件，会导致管坯的弯管部分各部分受力不均衡，表现为弯管部分的内侧受力小于外侧，并且如图2所示，标号6和7所指引的位置的分型面表现为图中的曲线，管坯14拐弯处所对应的模腔刚度不够，容易产生褶皱，或者开裂。

对于模具设计，其难度主要在于拐弯处的设计，不同于板件、级进冲裁，如图1所示的镁合金支架的管坯，其直管部分之间的过渡需要是平滑的过渡，这种过渡可能需要有例如90度的转角，造成模具的设计制造非常困难，内高压成型模具往往只能实现直轴线的成型加工，例如形状相对复杂的排气管，往往通过若干直管段的成型加工后，再加工弯管接头，然后直管段通过弯管接头顺次焊接成型，工艺非常复杂。

中国专利文献CN103949523A在其背景技术部分分析了复杂管件的内高压成型问题，同时提出了一种可用于复杂管件内高压成型的设备。其实现复杂管件成型的方法在于设置了转换机构，用于调整推头与管件的轴线一致。然而，应当理解，工件往往是批量生产的，模具设计的基本常识是实现工件的一致性，适于批量生产。中国专利文献CN103949523A所涉及结构只是提高了对多型管件的适应性，而不是复杂结构管件的内高压成型，且该结构与模具设计的基本常识相违背。

内高压成型通常需要十MPa级或者百MPa级的内压强，例如图1所示的镁合金管坯的内高压成型，需要70MPa的内压强进行胀形。在合模后，两推压推头相应顶持在管坯的两端，从一个或者两个推压推头通入高压液体，随着成型液体的导入，管坯内的压力逐渐增大，如前所述，由于成型液体压力非常高，这对推头的自持提出了非常高的要求，在一些应用中，内高压过大，可能会使的推头移位，而产生密封问题或者产生工件的变形不在期望的范围内，而产生废品。

同时，如中国专利文献CN106122136A提出了内高压成型时型腔超压的问题，显然，上述通过增加成型圧力的方法会面临很多问题，除前述提出的几个问题外，还会出现例如抬模，即将上模向上推开一定距离的问题，管坯的变形完全失控。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在相对较小的成型压力的条件下可用于复杂管坯成型的内高压成型模具。

依据本发明的实施例，提供一种内高压成型模具，适用于轴线为曲线的管坯的内高压成型，包括上模和与上模对位设置的下模，以及匹配上模与下模所确定型腔的两端设置的各一个推压推头，所述型腔被配置为直腔段和过渡腔段；

其中，直腔段由上模模腔本体和下模模腔本体所提供；

过渡腔段由装配在上模或者下模上的在水平方向上对位的内夹块和外夹块所提供。

上述内高压成型模具，可选地，内夹块和外夹块装配在下模上，且与下模间的连接为可拆连接。

可选地，相对应内夹块，在下模上设有嵌槽，用于内夹块的定位；进而通过上模与下模的合模，以及该内夹块与外夹块的合模实现夹紧。

可选地，外夹块在对位于内夹块的方向上被滑移轨道所导引，相应地；

在外夹块被导引的方向上设有外夹块推压装置。

可选地，上模和下模的侧面轮廓随型腔轴线的变动而变动。

可选地，还包括推压推头限位装置，该推压推头限位装置包括：

工作头，具有垂直于推压推头推进方向上的工作行程，以在推压推头推压到位后，工作头挡住推压推头，以避免推压推头回退；

驱动装置，输出端连接所述工作头，以提供所述工作行程；

相应地，推压推头具有被阻挡结构，以用于工作头对推压推头的阻挡。

可选地，所述推压推头的推头是一变径结构，该变径结构的头部外径大于用于推头与推压推头驱动部分连接部分的外径，而形成轴肩结构形状的被阻挡结构。

可选地，所述工作头的横断面为矩形；

相应地，在下模上相应于工作头相对的两侧面设有对这两个侧面导引的导引槽或对工作头四面进行导引的矩形孔；

若采用相对的两侧面被导引时，该相对的两侧面与推压推头的轴线相垂直。

可选地，所述推压推头的头部为一头套结构，套内所形成容置腔用于内嵌管坯管头。

可选地，容置腔的壁面开有密封槽，以容纳密封圈，提供容置腔与管坯管头的密封。

依据本发明的实施例，为实现复杂形状管坯的内高压成型，通过对轴线进行分割，关于型腔，其轴线为直线的部分，位于上模管腔部分和下模管腔部分，而用于轴线为直线部分的转接的部分，则由内夹块和外夹块所提供，从而大幅降低了整体模具的设计难度。此外，单一的复杂型腔容易导致管坯在弯曲处成型比较困难，甚至出现开裂，而本发明的实施例可以从上模或者下模上分解下来的内夹块和外夹块，设计、调整相对比较容易，受分型面影响也较小，从而容易获得较好的成型效果。

附图说明

图1为一种具有空间几何形状轴线的镁合金支架管坯结构示意图。

图2为一实施例中一种内高压成型模具结构示意图。

图3为一实施例中中下模结构示意图。

图4为一实施例中一种推头密封头的一个轴侧方向的结构示意图。

图5为相应于图4的另一个轴侧方向上的结构示意图。

图中：1.下垫板，2.推压推头，3.限位块，4.上垫板，5.限位推头，6.下模腔，7.上模腔，8.限位推头，9.推压推头，10.座，11.导引槽，12.夹块，13.滑移轨道，14.管坯，15.推头密封头，16.推压垫板。

151.头套，152.连接部，153.油道，154.容置槽，155.密封槽。

具体实施方式

参照说明书附图1，是一种镁合金支架管坯结构，图中存在三个直管段和两个用于直管段间过渡的过渡管段。三个直管段直接可以由上模和下模直接提供，但如果存在过渡管段，若过渡管段由上模和下模直接提供，因管坯分型面设置的问题，可能导致局部结构刚度不够。

本发明中所述的轴线为曲线中的“曲线”是指由直线段和过渡段连接所形成的轴线，其中，直线段对应管坯14的直管段，过渡段对应管坯14的弯管。并且在内高压成型中，直管段是主体，弯管属于辅助结构，然而，辅助结构恰恰是最难成型的结构。

在以下的内容中重点解决三个技术问题，第一个技术问题是具有复杂轴线的管坯14的成型问题，这里的轴线形状即前述的曲线，即由直线段通过过渡段顺次连接所形成的轴线。

第二个技术问题，由于推压推头2、推压推头9需要提供非常大的推力，例如背景技术中所述的管坯14，其成型压力高达70MPa，在一些特定的应用中，成型压力高达260MPa，推压推头2和推压推头9在管坯14注入成型液体时，可能会造成例如推压推头2外移，导致管坯14成型处于一种不可控的状态，某些管坯14成型后尽管可以通过修整获得所期望的外形，但不可避免的会带来后续工艺的负担。

此外，例如推压推头2外移可能造成成型液体泄漏，而导致管坯成型不充分。因此第二个技术问题例如推压推头2的外移问题。

第三个技术问题是承接第二个技术问题的技术问题，即成型液体在例如推压推头2处的与管坯14对接处的泄漏问题。

关于图2所示的内高压成型模具，可以安装在压力机上，例如图中所示的下垫板3固定安装在压力机的工作台上，上垫板1固定安装在压力机的机头上，取放工件时，机头上行，使以上垫板1为座的上模和以下垫板为座的下模脱开，成型时，上模和下模需要合模，提供成型模腔，以用于管坯14的内高压成型，如图2所示的上模腔7和下模腔6，都是半模腔结构，合模形成除两端之外的封闭模腔。应当理解，这里的封闭模腔是常规的内高压成型模具的成型模腔，而在本发明的实施例中，还存在夹块12，以用于如图1中所示的管坯的弯管部分或者说过渡部分的内高压成型。

图3为内高压成型模具的附配了其它附件的下模结构，图中所示的管坯14包含直管段，也包含过渡管段，图中所示的推压推头有两个，分别是推压推头2和推压推头9，两个推压推头的轴线并不共线。

型腔两端配置推压推头2、推压推头9，对于轴线为直线的管坯，两个推压推头的推力形成大致相同，方向相反的一对力，对于如图3所示的结构，两个推压推头的轴线不共线，也不平行，会对模具产生比较大的倾覆力矩。

图2和图3中所示的限位推头5、限位推头8的合力方向与两推压推头的合力方向大致相同，或者成一定的角度，会进一步增大倾覆力矩。图2和图3所示的结构，主要为了方便观察，在优选的实施例中，限位推头5的设置与图中所示的位置相反，使的限位推头5和限位推头8的合力与两推压推头的合力的方向最好相反。

适配图1所示的管坯14的结构，模具的型腔的路径或者说轴线应与管坯14的轴线大致一致，同时，应当理解，管坯14的形状与型腔的结构不相同，应知，型腔是管坯14的最终外轮廓形成，在简单的应用中，直接以过管坯14轴线的水平面为分型面，将型腔分为上下两部分。

适配于图1所示的管坯14的走向，或者说轴线，所述型腔被配置为直腔段和过渡腔段。

应知，过渡腔段必然是平滑过渡的，冷成型，尤其是内高压成型，无法成型出不连续的曲面。

其中，直腔段直接由上模模腔本体和下模模腔本体所提供，如图2中所示的上模腔7和下模腔6所提供，在图3中可见，管坯14的下面的一半位于下模腔的型腔内（半型腔结构）。

在图3所示的结构中，示出了一处，设有两个夹块12，该夹块12位于管坯14的一个弯管处，管坯14的另外一个弯管处为了清楚表示型腔结构，图中未示出。

上模与下模是在上下方向上对位的，图中所示的两个夹块12在水平方向对位。在图1所示的结构中，管坯14具有两个弯管部分，本领域的技术人员应当理解，对于弯管而言，被弯管半圈绕的一侧通常被称为内侧，相对的一侧即为外侧。

以上结构，类同于在相应于弯管部分剖开，上模和下模的主体部分加工出相应于直管部分的型腔，弯管部分难以成型。两夹块12在水平方向对合，专用于弯管部分的成型，减轻了上模的主体部分和下模的主体部分的加工难度。

两夹块12可以提供独立的推压装置，从而可以根据弯管处的变形，调整夹块12的推压量，从而更容易保证管坯在弯管处的成型质量。

此外，夹块12的型腔部分可以根据移动量获得合适的成型角度，尤其是弯管的弯角结构。

以上通过分体的型腔取代传统的整体的型腔，调整灵活性更好。

进而，内夹块和外夹块装配在下模上，具体如图3所示，内夹块与外夹块安装在下模上，为了便于调整内夹块与外夹块，采用可拆连接。

上述的可拆连接可以是动连接，也可以是静连接。

在优选的实施例中，相对应内夹块，在下模上设有嵌槽，用于内夹块的定位，嵌槽所产生的定位精度比较高，也方便内夹块的状态。

两个夹块，其一采用静态的位置限位，有利于提供确定的位置基础，另一采用静态的位置；弯管处的成型调整由外夹块提供。

进而通过上模与下模的合模，以及该内夹块与外夹块的合模实现夹紧，已获得相对稳定的型腔结构。

在优选的实施例中，外夹块在对位于内夹块的方向上被滑移轨道13所导引，相应地，在外夹块被导引的方向上设有外夹块推压装置。

在背景技术所引用的专利文献中可见，上模和下模的主体结构均是矩形结构，用料偏多，该类结构与管坯14的直轴线直接相关。

在图3所示的结构中，可见下模除下垫板1外，其余部分在其俯视状态下的轮廓随管坯14的扭转而变动，可以节省用料。

俯视状态下的轮廓表现为型腔轴线的两边，即上模或者下模的侧面轮廓。

关于第二个技术问题的解决，体现在如图2和图3所示的结构中，与推压推头2正交的方向上还设有限位推头5，与推压推头8正交的方向上设有限位推头8。

推压推头2和推压推头8所提供的是直线运动，常规的推压推头一般是管件结构，通过端面对接实现对管坯14的顶推。

为满足对例如推压推头2到位后的限位，需要对例如推压推头2的结构进行改动，至少具备被阻挡的结构。对于圆管件，其在侧面并无受约束结构，如果采用逆止齿以避免推压推头2回退，会造成推压推头2的表面损伤。因此，在优选的实施例中，推压推头2可以至少在限位推头5所在侧设有例如凸起、轴环、轴肩等结构，限位推头5向推压推头2运动可以挡住例如凸起、轴环或者轴肩等结构，实现推压推头2的回退。

关于例如限位推头5，其可以直接表现为例如液压缸，其推杆用于阻挡例如凸起、轴环或者轴肩等。

然而，例如液压缸，其对垂直于推杆方向上的力的承载能力相对较差，因此，在优选的实施例中，提供导孔结构，用于对推杆进行导引的同时，提供附加的支撑，以提高垂直于推杆方向，也就是推压推头2回退方向的承载能力。

相对而言，推杆的承载能力毕竟有限，在优选的实施例中，设置专门的工作头，推杆只提供工作头的工作行程，不提供例如推压推头2的阻挡，阻挡推压推头2回退的部件即为前述的工作头，工作头用于阻挡推压推头2的承载力转嫁到下模上。

工作头的几何形状和个体受限位推头5自身结构限制的影响较小，可以具有相对较大的个体，从而能够获得相对比较大的支撑面积，承载能力比较强。

如图4所示的头套151，其提供了轴肩结构，阻挡其所需要的工作行程非常小，因此，工作头的工作行程并不需要太大，可以采用短行程的油缸或者气缸。

如图3和图5所示的推压推头2的端头结构，也就是推头是一变径结构，图中所示的头套151是大径结构，后部的连接体，如图4中所示的连接部152，是小径结构，整体而言，端头结构是变径结构，变径结构形成轴肩，可用于限位推头5的阻挡。

变径结构的优势还体现在第三个技术问题的解决上，在于头套151较大，从而可以比管坯14的端头管径大，从而头套151构成套筒，套内管径与管坯14端头，可以将管坯14的端头纳入到套内，可以实现第一级的密封，对此可以比简单的对接密封的密封级别要高的多。

进一步地，如图5所示，图中在用于容置管坯14的端头的容置腔154的壁面还开有密封槽155，密封槽155可以嵌入密封环，从而提供第二级的密封。

密封环可以采用固态密封介质，例如盘根，也可以采用相对容易变形的橡胶密封圈。

对所述工作头，优选为横断面为矩形的棱柱结构，其具有平面结构，容易获得比较大的承载面，并且棱柱结构也容易被导引。

相应地，在下模上相应于工作头相对的两侧面设有对这两个侧面导引的导引槽11或对工作头四面进行导引的矩形孔.

若采用相对的两侧面被导引时，该相对的两侧面与例如推压推头5的轴线相垂直。