一种汽车扭梁低压成形工艺及其成形模具的制作方法

本发明涉及一种汽车结构梁的成形技术领域，特别是涉及一种利用预成形加压来对扭梁进行成形的工艺方法。

背景技术：

现有技术中，在采用内高压成形工艺来制造汽车扭梁时，通常是通过模具的合模来直接进行预成形的，但是，这种直接采用模具压制的方式，由于管件内部是中空的，并且预成形时管件不同位置的变形量不同，使得不同位置受到的外力压力也存在差异，这种成形会导致管件局部受力不均衡，产生材料应力集中与疲劳。因为是受力合模成形，材料变形是自然变形，会出现过小r导致材料隐裂。还会出现圆度不够、局部被压瘪等不良工况的出现。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种汽车扭梁的成形方式。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种用于成形汽车扭梁的内高压模具，包括了上模和下模，所述下模固定在模架上，在所述下模上设置有竖直的导柱，所述上模套设在导柱上，在所述上模的顶部连接着压力机，所述上模能在压力机的驱动下沿所述导柱上下滑动，在所述下模顶面和所述上模底面上均形成有型腔，上模和下模的型腔正对，在所述上模和所述下模合模时，两个型腔能形成模腔，待加工的汽车扭梁固定在模腔中，在模架的两侧设置有液压缸，在每一个液压缸的上均固定着堵头，由液压缸驱动所述堵头朝向模腔进给直至堵头的端面与所述扭梁的端部贴紧，在所述堵头中开设有流道，所述流道进水口开设在堵头的侧面，出水口开设在堵头的端面上，在流道的进水口上通过水管连接着增压泵和水源，增压泵能从水源抽水并通过水管注入流道中，扭梁内部中空形成有空腔，流道中的水能通过出水口流入空腔中提高空腔的内压。

作为本发明的改进，所述堵头为浮动堵头，包括了安装座和堵头本体，所述安装座包括了固定部和浮动部，所述固定部固定在所述液压缸上，在固定部上设置有弹簧导杆，所述浮动部套设在所述弹簧导杆上并能沿所述弹簧导杆上下滑动，在所述浮动部上固定着堵头本体，所述浮动部位于上模和下模之间，所述固定部位于所述上模和下模的外部。

作为本发明的进一步改进，所述固定部一侧固定在所述液压缸上，另一侧开设有安装槽，所述安装槽在所述固定部的顶面和侧面上均形成了槽口，在所述安装槽中设置有所述弹簧导柱，所述弹簧导柱的底部通过弹簧连接在所述安装槽的槽底，在所述弹簧导柱上套设有浮动部，当所述浮动部受到上模的下压力时，能带动所述弹簧导柱垂直下压。

作为本发明的具体技术方案，所述浮动部的顶面要高于所述汽车扭梁的顶面。

一种采用上述内高压模具对汽车扭梁进行低压成形的工艺，其步骤如下：

a.将呈管件状的汽车扭梁放置到下模的型腔中,并通过夹具对其进行固定；

b.启动压力机，由压力机驱动上模朝向下模移动，同时启动内高

压模具两侧的带有堵头的液压缸，由液压缸驱动堵头本体顶住管件的两端实现端部密封；

c.启动增压泵向管件内部注水并提高到一定压力，同时上模下压至与管件顶面接触；

d.继续由压力机驱动上模下压合模，随着合模过程的进行，管件不断在合模力的作用下发生变形，同时管件内部的液压对管件的变形起到了支撑作用，上模在合模的过程中也不断向浮动部施加压力，浮动部将压力传递给弹簧导杆，带动弹簧导杆向下压制弹簧，使得弹簧导杆和浮动部下移，此时堵头本体随浮动部下移，在堵头本体下移的过程中，堵头本体的端面与管件的端面之间会形成逐渐增大的间隙，管件内部的水能从该间隙中溢出来降低管件内压，而同时增压泵不断地通过流道向管件内部注水来增加内压，这使得管件的内压处于一个浮动的范围内；

e.随着上模的不断下压，间隙逐渐增大，直至溢出间隙的出水量与增压泵的注水量相等，此时管件的内压不再增大，当溢出间隙的出水量大于增压泵的注水量时，管件的内压逐渐降低；

f.由压力机带动上模上移，进行开模过程，同时由液压缸驱动堵头向模具外后退；

g.打开夹具，取出管件。

作为本发明的改进，在流道中设置有压力传感器，所述压力传感器用来检测管件内部的液压，当压力传感器检测到管件内压下降时，能将信号传递给控制系统，由控制系统发送指令给增压泵，令增压泵逐渐停止向管件内部注水。

作为本发明的进一步改进，在步骤f中，当上模上移至与浮动部分离时，弹簧导柱在弹簧的弹性回复力作用下复位。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过预先对管件内部注水加压，在低内压的情况下对管件进行预成形，可以保证在预成形过程中，合模的压力与管件的内压能形成一个动平衡，使得管壁在被压制的过程中内部具有支撑力，从而确保了管件的圆度，防止管件被压瘪。

附图说明

图1为本发明实施例中内高压模具的结构示意图；

图2为堵头的局部结构示意图；

图3为图2的侧视图

图4为管件内压的变化曲线示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步的详细描述。

如附图所示，本实施例为一种用于成形汽车扭梁的内高压模具，包括了上模1和下模2，下模固定在模架上，模架的顶面为水平的工作台，这样可以保证下模的水平放置，由于模具都是由模具钢制成，质量较大，故下模在自身重力的作用下就可以固定在模架上，不过为了确保下模在整个工作过程中始终保持不动，也可以通过螺杆等紧固件进一步加强下模的牢固程度。

在下模的顶部设置有多根竖直的导柱3，上模套设在导柱上，在上模的顶部连接着压力机4，压力机的作用是提供驱动力，驱动上模沿着导柱上升或下降，当上模下降时，上下模逐渐合拢，这一过程为合模过程，反之，当上模上升时，上下模逐渐分开，这一过程为开模过程。

在下模顶面和上模底面上均形成有型腔，上模和下模的型腔正对，当上模和下模合模时，上下模的两个型腔能够合拢在一起形成模腔，模腔的内壁形状与最终汽车扭梁产品的形状一致，通过对待加工的汽车扭梁进行预压以及后续的液压成形，使得汽车扭梁成形至与模腔内壁紧贴，从而得到最终产品。这一过程分解开来分为大致的两步，第一步为预成形，第二步为液压成形，预成形是因为管件状汽车扭梁的最初形状与最终形状相差较大，如果直接利用液压膨胀成形，则形变量过大，容易导致管件的管壁无法承受而发生局部的破裂或褶皱，使得产品报废，所以先进行预成形，利用上模和下模的合模力将管件大致压成接近最终产品的形状，再利用液压膨胀成形了，此时，液压成形的变形量小，也使得其成形精度更高。预成形的过程实际上类似于冲压成形，即将管件固定在下模上不动，然后上模下压，但本实施例的特殊点在于加工的产品是空心管件，普通的冲压成形一般应用在实心板状工件，如果应用在空心管件上，由于冲压时冲击力较大，而管件内部又是空心的，当上模对管件顶部施压时，管件顶部由于没有支撑力，会使得管件不同位置受到的外力压力存在差异，这种差异会导致管件局部受力不均衡，产生材料应力集中与疲劳，容易出现管件折弯处圆度不够、局部被压瘪等不良工况的出现。

针对于此，本实施例是通过增加液压向预成形中的管件提供内部支撑力来解决上述的问题，具体的，先将待加工的汽车扭梁固定在模腔中，在模架的两侧设置有液压缸5，在每一个液压缸的上均固定着堵头6，由液压缸驱动所述堵头朝向模腔进给直至堵头的端面与管件的端部贴紧进行密封。具体的，堵头为浮动堵头，包括了安装座和堵头本体61，安装座包括了固定部62和浮动部63，固定部一侧固定在液压缸上，另一侧则开设了安装槽，安装槽在固定部的顶面和侧面上均形成了槽口，在安装槽中设置有所述弹簧导柱7，弹簧导柱的底部通过弹簧71连接在安装槽的槽底，弹簧为硬弹簧，可以保证在下压和上升的过程中不发生竖直方向上的偏移，在弹簧导柱上套设有浮动部63，浮动部位于上模和下模之间，所述固定部位于所述上模和下模的外部，当浮动部受到上模的下压力时，能带动所述弹簧导柱垂直下压，而固定部则不受影响。堵头本体连接在浮动部上，随着浮动部一起升降。

在堵头本体中开设有流道611，流道的进水口开设在堵头本体的侧面，出水口开设在堵头本体的端面上，在流道的进水口上通过水管连接着增压泵8和水源9，在上模的底面上预先开设着能容纳水管放置的圆形槽，启动增压泵时，增压泵能从水源抽水并通过水管注入流道中，随后水从流道流入到管件内部的空腔中，当水充满空腔时，就对管件形成了向外的液压力，当增压泵继续向空腔内注水时，就能提高管件内部的液压，使得管件的管壁在内压作用下向外膨胀，管件内部的液压越大，则管件向外膨胀的变形幅度越大，一般内高压成形的液压力均在400mpa以上，但由于本实施例只是对管件的预成形，仅需要液压起到一个内部支撑的作用，故本实施例中的管件内压一般在50-100mpa的范围中，而当预成形合模时，合模力是要大于管件内压的，管件会被向内压制，但由于内部有液压的支撑，使得整个形变的过程是一个柔性的过程，不容易发生起皱现象，还能管件的圆度。

具体的，采用上述内高压模具对汽车扭梁进行低压成形的工艺，其步骤如下：

a.将呈管件状的汽车扭梁放置到下模的型腔中,并通过夹具对其进行固定；

b.启动压力机，由压力机驱动上模朝向下模移动，同时启动内高

压模具两侧的带有堵头的液压缸，由液压缸驱动堵头本体顶住管件的两端实现端部密封；

c.启动增压泵向管件内部注水并提高到一定压力，同时上模下压至与管件顶面接触；

d.继续由压力机驱动上模下压合模，随着合模过程的进行，管件不断在合模力的作用下发生变形，同时管件内部的液压对管件的变形起到了支撑作用，上模在合模的过程中也不断向浮动部施加压力，浮动部将压力传递给弹簧导杆，带动弹簧导杆向下压制弹簧，使得弹簧导杆和浮动部下移，此时堵头本体随浮动部下移，在堵头本体下移的过程中，堵头本体的端面与管件的端面之间会形成逐渐增大的间隙，管件内部的水能从该间隙中溢出来降低管件内压，而同时增压泵不断地通过流道向管件内部注水来增加内压，这使得管件的内压处于一个浮动的范围内；

e.随着上模的不断下压，间隙逐渐增大，直至溢出间隙的出水量与增压泵的注水量相等，此时管件的内压不再增大，当溢出间隙的出水量大于增压泵的注水量时，管件的内压逐渐降低；

f.由压力机带动上模上移，进行开模过程，同时由液压缸驱动堵头向模具外后退；

g.打开夹具，取出管件。

在流道中设置有压力传感器，压力传感器用来检测管件内部的液压，压力传感器是现有技术中的常规部件，故不对其工作原理进行具体说明，之所以设置在流道中能检测管件内部的液压是因为，当增压泵向管件内部注水时，流道中压力传感器也能感受到管件内部反向流出水的液压力，当管件内部液压越大，则流道受到的反向液压也越大，当反向液压超过增压泵的注水压力时，容易造成液体的倒流，增压泵失效，故设置压力传感器也是出于一种监控的目的，当管件内压超出增压泵的极限值时，压力传感器将信号发送给控制系统，由控制系统发出指令给增压泵，命令其停止注水，同时驱动液压缸后撤，使得堵头本体接触对管端的密封进行泄压。

而在本实施例的预成形过程中，当压力传感器检测到管件内压下降时，就将信号传递给控制系统，由控制系统发送指令给增压泵，令增压泵逐渐停止向管件内部注水。这样，管件的内压在整个预成形的过程中就形成了一条类似抛物线的变化曲线，开始时，管件的内压随着增压泵的不断注水且管端被完全密封，呈正比曲线升高，随着管端与堵头本体之间形成了间隙，部分管件内的水溢出，但由于此时增压泵还在快速注水，注水量要远大于出水量，同时由于合模造成管件内部空间的减小，使得内压仍在持续的升高，但内压升高的幅度已经没有完全密封时升高的快。随着间隙的不断增大，出水量逐渐接近直至与进水量相等、超过进水量，此时内压升高的速度越来越慢直至开始泄水降压，而合模的过程也是由快到慢的，开始快是因为需要提高工作效率，迅速令管件变形，后期慢是因为接近了预期的管件变形量，为了防止超过预期变形量，通过减慢合模速度来进行微调控制。

另外，在步骤f中，当上模上移至与浮动部分离时，弹簧导柱在弹簧的弹性回复力作用下复位。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。