一种薄壁金属管件气液混合胀形专用模具的制作方法

本发明涉及一种薄壁管件胀形用模具，具体涉及一种薄壁金属管件气液混合胀形的专用模具。

背景技术：

内高压成形技术可以整体成形出具有空间弯曲轴线的异形截面空心零件。和传统冲压拼焊工艺相比，内高压成形可以获得更为复杂的轴线和截面变化，零件整体上没有焊缝，强度与疲劳寿命明显提高，因此在汽车、航空航天等领域获得了广泛应用。

气液混合胀形是一种全新的内高压成形工艺[专利名称：一种大尺寸薄壁管件气液混合流体内压成形方法及装置，申请号：201911148793.0]，它通过向管坯内同时注入具有一定体积和压力的液体和气体，来实现管坯的胀形或者压制成形。由于该方法同时采用液体和气体作为成形介质，可以实现在薄壁管件成形过程中保持压力稳定，无需中间调节；即使出现部分压力介质泄露，也不会产生明显压力波动。气液混合胀形工艺，主要包括上料、预合模、冲头进给、充液、充气、合模加压、泄压、开模取件等步骤。

气液混合胀形时，需要通过人工或机械手将管坯放置到成形模具中。因为管坯通常为简单直管或者变径管等没有明显几何特征的薄壁圆管，所以在放置到模具中时其初始位置会存在较大的误差或不一致。这种误差或不一致，一方面会降低管端密封的可靠性，导致成形过程中出现液体或气体的泄漏，从而出现压力降低或不可控。另一方面，也会直接影响零件的最终成形精度，特别是当管坯不是简单的直管时。若为提高初始位置精度，对每个管坯的初始位置都进行仔细调整，则又会大大降低生产效率。此外，成形过程中为实现管坯两端密封冲头的进给，需要为压力机额外配置水平增压缸以及压力控制系统来为冲头提供运动与密封压力，这就提高了设备的复杂程度和成本。在两端密封冲头进给阶段，压力机会暂停合模动作直至冲头进给和密封完成，这也降低了整体的生产效率。在开模取件阶段，由于成形后的管坯会与模具表面严密贴合甚至会有局部材料挤入到模具缝隙中形成飞边，这都给取件造成了很大困难，如果强行取件则会造成零件表面划伤、零件产生整体变形而成为废品。

因此，为了解决薄壁管件气液混合胀形过程中，因管坯缺少轴向准确定位导致密封不可靠、因采用水平增压缸及其附属设备导致成本增加、因坯料和模具紧密贴合或粘连导致开模取件困难等问题，需要提出一种新的薄壁管件气液混合胀形专用模具。

技术实现要素：

本发明旨在提出一种薄壁金属管件气液混合胀形专用模具，以解决现有的薄壁管件气液混合胀形过程中存在成形前管坯轴向定位不准确、成形后取件困难以及需要水平增压缸及附属设备导致成本高等问题。

本发明的技术方案：

一种薄壁金属管件气液混合胀形专用模具，包括固定楔块1、锁紧模块2、氮气弹簧3、上模4、上垫板5、导柱6、锥形导柱7、活动楔块8、冲头9、挡块10、固定下模11、活动下模12、下垫板13、滑轨14、平键15、挡块复位弹簧16、活动楔块复位弹簧17和活动下模复位弹簧18；

所述上模4通过螺栓固定于上垫板5的下表面；下模包括固定下模11和活动下模12，固定下模11固定于下垫板13的上表面，活动下模12与下垫板13通过平键15相连，活动下模12沿着平键15方向滑动；固定下模11和活动下模12的接触面呈阶梯状，固定下模11通过阶梯面限制活动下模12的垂直方向自由度；合模后，上模4、固定下模11和活动下模12形成的模具型腔为管坯成形后的零件外轮廓；

所述锁紧模块2通过氮气弹簧3与上垫板5相连，实现垂直方向的移动；锁紧模块2上安装锥形导柱7，锥面斜角为5-30°，锥形导柱锥面斜度与下模的锥孔相同；固定下模11与活动下模12间安装活动下模复位弹簧18，初始状态下两者受弹簧力的作用存在1～5mm的间隙，两者之间的初始间隙由下垫板13上设置的挡块10决定；合模过程中，锁紧模块2下压，锥形导柱7下行进入锥孔内，通过锥面推动活动下模12沿平键15方向移动，锁紧模块2下行到位时，固定下模11和活动下模12完全闭合，中间无间隙；

所述冲头9与活动楔块8固连，冲头9内打通孔，与气路和水路相连；

所述固定楔块1通过螺栓与上垫板5相连，楔块的斜面角度为15-60°；活动楔块8与固定楔块1斜面角度相同，安装于t型滑轨中，靠近模具端通过活动楔块复位弹簧17与滑轨终点相连，活动楔块8实现水平滑动；初始状态下活动楔块8受弹簧力作用，位于滑轨14上远离模具的一端；合模过程中，固定楔块1随着上垫板5的下行而下行，固定楔块1和活动楔块8的两斜面接触后，通过斜楔的作用推动活动楔块8做水平相向移动，固定楔块1运动到极限位置时活动楔块8位于近模具端，与其相连的冲头完全插入管坯；

所述挡块10安装于下模具通槽中，实现垂直方向移动，挡块10与下垫板13通过挡块复位弹簧16相连，锁紧模块2闭合前，挡块10处于弹出状态，其中间圆孔最低处高于其临近的下模具型腔表面，锁紧模块2下行，将挡块10下压，锁紧模块2下行到位时，挡块10位于最低处。

本发明的有益效果：

一、本发明的一种薄壁金属管件气液混合胀形专用模具，通过采用管坯轴向定位机构，降低了管坯在模具中的轴向位置误差，从而提高了管坯密封的可靠性，并提高了最终成形零件的精度。

二、本发明的一种薄壁金属管件气液混合胀形专用模具，利用斜楔机构取代原工艺过程中的水平方向密封油缸，避免了采用复杂的液压管路和液压原件，有效地降低了设备整体的复杂程度和成本。此外，斜楔机构的结构紧凑，体积远小于传统的液压缸，所以也有效提高了设备的空间利用率。

三、本发明的一种薄壁金属管件气液混合胀形专用模具，下模采用分块式结构，使其在水平方向上有一定平移空间，在开模取件时，通过弹簧力使固定下模和活动下模两部分分开，有效解决了复杂薄壁管坯成形后与模具表面严密贴合或粘连，强行取件时易造成零件表面划伤甚至出现零件严重变形而成为废品的问题。

四、本发明的一种薄壁金属管件气液混合胀形专用模具，将传统气液混合胀形工艺过程需要的预合模、冲头进给、合模工序融合在一起，可以在一次合模过程中同步实现分块下模具的闭合、冲头进给密封和合模加压成形，有效提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明一种气液混合胀形模具三维结构示意图；

图2为本发明一种气液混合胀形模具初始状态示意图；

图3为本发明一种气液混合胀形模具锁紧机构初始状态示意图；

图4为本发明一种气液混合胀形模具预合模阶段示意图；

图5为本发明一种气液混合胀形模具斜楔进给阶段示意图；

图6为本发明一种气液混合胀形模具完全合模阶段示意图；

图中：1-固定楔块，2-锁紧模块，3-氮气弹簧，4-上模，5-上垫板，6-导柱，7-锥形导柱，8-活动楔块，9-冲头，10-挡块，11-固定下模，12-活动下模，13-下垫板，14-滑轨、15-平键、16-挡块复位弹簧、17-活动楔块复位弹簧、18-活动下模复位弹簧。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明具体实施方式：

实施例一：结合图1至图6说明，本发明为一种气液混合胀形专用模具，包括固定楔块1、锁紧模块2、氮气弹簧3、上模4、上垫板5、导柱6、锥形导柱7、活动楔块8、冲头9、挡块10、固定下模11、活动下模12、下垫板13、滑轨14、平键15、挡块复位弹簧16、活动楔块复位弹簧17和活动下模复位弹簧18。

步骤一：如图2，图3所示，初始状态下固定楔块1，上模4通过螺栓与上垫板5固定，锁紧模块2通过氮气弹簧3与上垫板5相连，三者高度差根据待成形零件确定。活动楔块8安装于固定在下垫板13的滑轨14上，固定下模11通过螺栓固定于下垫板13，受到活动楔块复位弹簧17作用，活动楔块8位于远离模具一端。活动下模12通过平键15与下垫板13相连，固定下模11与活动下模12之间安装活动下模复位弹簧18。挡块10安装于下模具通槽中，可实现垂直方向移动，挡块10与下垫板13通过挡块复位弹簧16相连。将坯料一端紧靠挡块放置。

步骤二：如图4所示，模具合模时下垫板1下行，锁紧模块2跟随下行，安装于锁紧模块2上的锥形导柱7首先接触下模具，通过锥形导柱7的斜面作用推动活动下模12水平移动，向固定下模11靠近。当锁紧模块2下行到位，与下模接触时，固定下模11和活动下模12完全闭合，固定下模11、活动下模12和锁紧模块2，三者共同为管坯提供预紧力。

步骤三：如图5所示，在氮气弹簧3的作用下，模具为管坯维持预紧力的同时，继续下行。固定楔块1与活动楔块8的斜面接触，活动楔块8受斜楔作用做水平相向运动。当固定楔块1下行到极限位置时，活动楔块8位于近模具端，与活动楔块8相连的冲头9完全进入管坯，实现密封。随后外部管路通过冲头进行充液，充气，加压。

步骤四：如图6所示，固定楔块1与活动楔块8为垂直面接触，活动楔块8维持原位，提供密封。上垫板5继续下行，直至模具完全合模。

步骤五:如图2所示，成形完成后，模具开模，活动下模12受复位弹簧作用回到原位，坯料与下模分离，进行取件。

实施例二：结合图3说明，固定下模11与活动下模12的接触面呈阶梯状，固定下模11在上，活动下模12在下，活动下模12可沿着阶梯面平行移动。

实施例三：结合图3说明，在步骤二中固定下模11与活动下模12的初始间隙为1-5mm，锥形导柱7的圆台上下底面的半径差与固定下模11和活动下模12的初始间隙大小相同。

实施例四：结合图5说明，固定楔块1与活动楔块8斜面角度为15-60°，活动楔块8的斜面角度与固定楔块1相同。