專利名稱：一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬壓力加工領(lǐng)域，具體涉及一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
汽車輕量化是當今汽車制造業(yè)發(fā)展的主潮流，近年來隨著節(jié)能減排要求的日益迫切和輕量化技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車制造領(lǐng)域出現(xiàn)了許多內(nèi)高壓技術(shù)成形的空心結(jié)構(gòu)件。內(nèi)高壓成形技術(shù)即利用充入管腔中的具有一定壓力的液體介質(zhì)作為凸模，在液體壓力及管端所施加的軸向力的共同作用下，使管坯發(fā)生變形貼合模具型腔而得到所需幾何形狀的零件。但受材料力學(xué)性能以及加工工藝的影響，目前許多空心管件仍無法使用內(nèi)高壓成形技術(shù)成形。為此，學(xué)術(shù)界又提出了雙向加壓管材充液成形工藝以及雙向加壓管材熱態(tài)充液成形工藝。雙向加壓管材充液成形工藝即在脹形前，使管料的內(nèi)外兩側(cè)均充有具有一定初始壓力高壓液體，然后增加內(nèi)側(cè)的壓力，外側(cè)的壓力稍減小或保持不變，管料靠其內(nèi)外兩側(cè)的壓力差完成脹形，雙向加壓管材充液成形工藝與管材內(nèi)高壓成形相比，材料成形極限大大提高；雙向加壓管材熱態(tài)充液成形工藝則是在脹形前，使管料的內(nèi)外兩側(cè)均充有具有一定初始壓力高壓液體，加熱管料的內(nèi)外兩側(cè)的液體介質(zhì)，然后增加內(nèi)側(cè)的壓力，外側(cè)的壓力稍減小或保持不變，管料靠其內(nèi)外兩側(cè)的壓力差完成脹形。雙向加壓管材熱態(tài)充液成形工藝與管材內(nèi)高壓成形相比，其管材內(nèi)壓成形極限大，所能成形零件的復(fù)雜程度高，成形所需壓力低。目前，國內(nèi)對于雙向加壓管材充液成形工藝以及雙向加壓管材熱態(tài)充液成形工藝的研究還僅僅停留在理論階段，同時也缺乏相應(yīng)的實驗設(shè)備對這兩種新型工藝進行驗證， 這極大地阻礙了新型工藝的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置及其應(yīng)用， 該雙向加壓管材充液成形實驗裝置很好的完成雙向加壓管材充液成形實驗、雙向加壓管材熱態(tài)充液成形實驗以及管材內(nèi)高壓成形實驗。該雙向加壓管材充液成形實驗裝置的自動化程度高、應(yīng)用范圍廣，其高集成度能有效的降低實驗成本；且該雙向加壓管材充液成形實驗裝置使用安全，便于操作，實驗過程噪音低、無污染。本發(fā)明提出的一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置，包括實驗平臺和液壓控制系統(tǒng)。所述的實驗平臺包括下沖頭、下支撐板、下限位滑塊、加熱層、上限位滑塊、上支撐板和上沖頭。所述的加熱層為中空的筒形結(jié)構(gòu)，其頂端和底端分別與上支撐板和下支撐板連接，上支撐板和下支撐板一側(cè)均具有凸臺，上支撐板和下支撐板的凸臺均置于加熱層圍成的筒形結(jié)構(gòu)內(nèi)部，上支撐板、下支撐板的中心軸線位置分別具有上通孔、下通孔，且上支撐板上設(shè)置有多個排氣孔，下支撐板上設(shè)置有多個充液孔。上限位滑塊和下限位滑塊分別通過螺釘與上支撐板和下支撐板的凸臺表面相連接；上限位滑塊和下限位滑塊的中心軸線處具有通孔A和通孔B，通孔A、通孔B、上通孔和下通孔均同軸，管坯順次穿過通孔A、通孔 B、上通孔和下通孔設(shè)置，上支撐板上設(shè)置有多個排氣孔A，且上限位滑塊具有與排氣孔A相連通的排氣孔B，下支撐板設(shè)置有充液孔A，且下限位滑塊上設(shè)置充液孔B。在與上支撐板和下支撐板位置相對應(yīng)的管坯內(nèi)分別設(shè)置有上沖頭和下沖頭。上沖頭和下沖頭的沖頭前端相對設(shè)置，上沖頭和下沖頭的沖頭后端分別露出上支撐板的頂部和下支撐板的底部，并，上沖頭和下沖頭均具有中心通孔。所述的液壓控制系統(tǒng)包括四柱式液壓機、沖頭液壓缸、熱油冷卻裝置、增壓缸、壓力傳感器、溢流閥和油箱。上支撐板和下支撐板的邊緣均通過螺栓與液壓控制系統(tǒng)的四柱式液壓機相連接。沖頭液壓缸分別與上兩沖頭和下沖頭的沖頭后端連接。增壓缸、熱油冷卻裝置、溢流閥壓力傳感器均為兩個，兩個增壓缸的高壓端分別通過管路與熱油冷卻裝置連接后，再分別與下沖頭的充液孔A和下支撐板的充液孔B連接，熱油冷卻裝置通過設(shè)置在增壓缸前置管路中起冷卻液體作用；兩個增壓缸的低壓端均通過溢流閥與油箱連接，并在每個增壓缸的低壓端與每個溢流閥之間均設(shè)置一個壓力傳感器。應(yīng)用本發(fā)明提出的一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置進行雙向加壓管材充液成形實驗，包括以下幾個步驟(1)更換上限位滑塊和下限位滑塊，設(shè)定管坯的實驗長度，上支撐板與加熱層完全配合接觸，調(diào)節(jié)下沖頭位置，將管坯放入實驗裝置中。(2)向管坯充入液體，排出管坯內(nèi)的空氣后，上沖頭軸向進給，完成管坯內(nèi)腔密封； 打開上支撐板上的排氣孔A和上限位滑塊排氣孔的B，通過充液孔A和充液孔B中向加熱層與管坯外壁之間形成的外腔內(nèi)充入液體，排出外腔內(nèi)空氣后關(guān)閉排氣孔A和排氣孔B進行密封，調(diào)節(jié)管坯內(nèi)外壓力，卸壓取出成形的管坯，完成實驗。應(yīng)用本發(fā)明提出的一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置進行雙向加壓管材熱態(tài)充液成形實驗，包括以下幾個步驟(1)更換上限位滑塊和下限位滑塊設(shè)定管坯實驗長度，上支撐板與加熱層完全配合接觸，調(diào)節(jié)下沖頭位置，將管坯放入實驗裝置中。(2)向管坯充入液體，排出管坯內(nèi)空氣后，上沖頭軸向進給，完成管坯內(nèi)腔密封； 打開上支撐板上的排氣孔A和上限位滑塊排氣孔的B，通過充液孔A和充液孔B中向加熱層與管坯外壁之間形成外腔內(nèi)充入液體，排出外腔內(nèi)空氣后關(guān)閉排氣孔A和排氣孔B進行密封；通過加熱層將外腔中的液體介質(zhì)進行加熱；調(diào)節(jié)管坯內(nèi)外壓力，開始成形，待完全成形后，卸壓，冷卻后取出成形的管坯，完成實驗。應(yīng)用本發(fā)明提出的一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置進行管材內(nèi)高壓充液成形實驗，包括以下幾個步驟(1)調(diào)整上限位滑塊和下限位滑塊設(shè)定管坯實驗長度，上支撐板與加熱層完全配合接觸，調(diào)節(jié)下沖頭位置，將管坯放入實驗裝置中。(2)向管坯充入液體，排出管坯內(nèi)空氣后，上沖頭軸向進給，完成管坯內(nèi)腔密封，調(diào)節(jié)管坯內(nèi)的壓力，開始成形，待成形后卸壓，取出成形的管坯，完成實驗。本發(fā)明的優(yōu)點在于
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(1)本發(fā)明提出一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置，自動化程度高、應(yīng)用范圍(2)本發(fā)明提出一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置，其高集成度能有效的降低實驗成本；(3)本發(fā)明提出一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置，使用安全，便于操作，能很好的滿足現(xiàn)代企事業(yè)單位的工作要求；(4)本發(fā)明提出一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置，實驗過程噪音低、無污染。


圖1 本發(fā)明的提出的一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 本發(fā)明的提出的一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置實驗平臺示意圖。圖3 本發(fā)明的提出的一種為雙向加壓管材充液成形實驗裝置液壓控制系統(tǒng)示意圖。圖中101下沖頭； 102下支撐板； 103下限位滑塊；104加熱層；105上限位滑塊；106上支撐板； 107上沖頭； 201四柱式液壓機；202沖頭液壓缸；203熱油冷卻裝置；204增壓缸； 205壓力傳感器；206溢流閥； 207油箱；301管坯。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。本發(fā)明提出的一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置，如圖1所示，包括實驗平臺和液壓控制系統(tǒng)。所述的實驗平臺包括下沖頭101、下支撐板102、下限位滑塊103、加熱層104、上限位滑塊105、上支撐板106和上沖頭107。如圖2所示，所述的加熱層104為中空的筒形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)層含電阻絲，用于加熱，外層為冷卻隔熱層；其頂端和底端分別與上支撐板106和下支撐板102連接，上支撐板106和下支撐板102優(yōu)選為圓形結(jié)構(gòu)，一側(cè)具有凸臺，連接時凸臺均置于加熱層104圍成的筒形結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并將凸臺邊緣與加熱層104接觸處設(shè)置密封圈進行密封。上支撐板106、下支撐板 102的中心軸線位置分別具有上通孔、下通孔，且上支撐板106上設(shè)置有多個排氣孔，用于與外界通氣，下支撐板102上設(shè)置有多個充液孔。所述的上限位滑塊105和下限位滑塊103 分別通過螺釘與上支撐板106和下支撐板102的凸臺表面相連接，進而位于加熱層104內(nèi)部。上限位滑塊105和下限位滑塊103的中心軸線處具有通孔A和通孔B，通孔A、通孔B、 上通孔和下通孔均同軸，管坯301順次穿過通孔A、通孔B、上通孔和下通孔設(shè)置，管坯301 外壁與通孔A、通孔B的內(nèi)壁處均設(shè)置有密封圈。上支撐板106上設(shè)置有多個排氣孔A，且上限位滑塊105具有與排氣孔A相連通的排氣孔B，用于與外界通氣，下支撐板102設(shè)置有充液孔A，且下限位滑塊103上設(shè)置充液孔B。且上支撐板106和下支撐板102的邊緣均通過螺栓與液壓控制系統(tǒng)的四柱式液壓機201相連接。在與上支撐板106和下支撐板102位置相對應(yīng)的管坯301內(nèi)分別設(shè)置有上沖頭 107和下沖頭101，上沖頭107和下沖頭101的沖頭前端相對設(shè)置，上沖頭107和下沖頭101的沖頭后端分別露出上支撐板106的頂部和下支撐板102的底部；并分別在上沖頭107和下沖頭101的沖頭前端與管坯301內(nèi)壁之間安裝有密封圈，便于對管內(nèi)液體進行密封，上沖頭107和下沖頭101的沖頭后端均通過螺紋結(jié)構(gòu)與液壓控制系統(tǒng)的沖頭液壓缸202相連接，上沖頭107和下沖頭101均具有中心通孔，形成高壓液體通道。所述的液壓控制系統(tǒng)包括四柱式液壓機201、沖頭液壓缸202、熱油冷卻裝置203、 增壓缸204、壓力傳感器205、溢流閥206和油箱207。如圖3所示，沖頭液壓缸202分別與上兩沖頭和下沖頭101的沖頭后端連接以控制其行程；所述的增壓缸204、熱油冷卻裝置203、 溢流閥206壓力傳感器205均為兩個，兩個增壓缸204的高壓端分別通過管路與熱油冷卻裝置203連接后，再分別與下沖頭101的充液孔A和下支撐板102的充液孔B連接，熱油冷卻裝置203通過設(shè)置在增壓缸204前置管路中起冷卻液體作用；兩個增壓缸204的低壓端均通過溢流閥206與油箱207連接，并在每個增壓缸204的低壓端與每個溢流閥206之間均設(shè)置一個壓力傳感器205，用于測量管路中壓力。本發(fā)明自動化程度高、應(yīng)用范圍廣，其高集成度能有效的降低實驗成本，實驗過程噪音低、無污染，能很好的滿足現(xiàn)代企事業(yè)單位的工作要求。應(yīng)用本發(fā)明提出的一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置進行雙向加壓管材充液成形實驗，具體包括以下幾個步驟(1)通過更換所需大小的上限位滑塊105和下限位滑塊103，設(shè)定管坯301的實驗長度(即位于上限位滑塊105和下限位滑塊103之間的管坯301的長度)，上支撐板106與加熱層104完全配合接觸，根據(jù)實驗情況調(diào)節(jié)下沖頭101進入適當位置后，將管坯301放入實驗裝置中；(2)向管坯301內(nèi)充入液體，排出管坯301內(nèi)的空氣后，上沖頭107軸向進給，完成管坯301內(nèi)腔密封；打開上支撐板上的排氣孔A和上限位滑塊105排氣孔的B，通過充液孔A和充液孔B中向加熱層104與管坯301外壁之間形成的外腔內(nèi)充入液體，排出外腔內(nèi)空氣后關(guān)閉排氣孔A和排氣孔B進行密封，調(diào)節(jié)管坯301內(nèi)外壓力，開始成形，待完全成形后，卸壓取出成形的管坯，完成實驗。應(yīng)用本發(fā)明提出的一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置進行雙向加壓管材熱態(tài)充液成形實驗，具體包括以下幾個步驟(1)通過更換所需大小的上限位滑塊105和下限位滑塊103，設(shè)定管坯301實驗長度，上支撐板106與加熱層104完全配合接觸，根據(jù)實驗情況調(diào)節(jié)下沖頭101進入適當位置后將管坯301放入實驗裝置中；(2)向管坯301充入液體，排出管坯301內(nèi)空氣后，上沖頭107軸向進給，完成管坯301內(nèi)腔密封；打開上支撐板106上的排氣孔A和上限位滑塊105排氣孔的B，通過充液孔A和充液孔B中向加熱層104與管坯301外壁之間形成外腔內(nèi)充入液體，排出外腔內(nèi)空氣后關(guān)閉排氣孔A和排氣孔B進行密封；通過加熱層104將外腔中的液體介質(zhì)加熱至所需溫度；調(diào)節(jié)管坯301內(nèi)外壓力，開始成形，待完全成形后，卸壓，冷卻后取出成形的管坯，完成實驗。應(yīng)用本發(fā)明提出的一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置進行管材內(nèi)高壓充液成形實驗，具體包括以下幾個步驟(1)通過更換所需大小的上限位滑塊105和下限位滑塊103，設(shè)定管坯301實驗長度，上支撐板106與加熱層104完全配合接觸，下沖頭101進入適當位置后將管坯301放入
實驗裝置中； (2)向管坯301充入液體，排出管坯301內(nèi)空氣后，上沖頭107軸向進給，完成管坯301內(nèi)腔密封，調(diào)節(jié)管坯301內(nèi)的壓力，開始成形，待成形后卸壓，取出成形的管坯，完成實驗。
權(quán)利要求
1.一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置，其特征在于包括實驗平臺和液壓控制系統(tǒng)；所述的實驗平臺包括下沖頭、下支撐板、下限位滑塊、加熱層、上限位滑塊、上支撐板和上沖頭；所述的加熱層為中空的筒形結(jié)構(gòu)，其頂端和底端分別與上支撐板和下支撐板連接， 上支撐板和下支撐板一側(cè)均具有凸臺，上支撐板和下支撐板的凸臺均置于加熱層圍成的筒形結(jié)構(gòu)內(nèi)部，上支撐板、下支撐板的中心軸線位置分別具有上通孔、下通孔，且上支撐板上設(shè)置有多個排氣孔，下支撐板上設(shè)置有多個充液孔；上限位滑塊和下限位滑塊分別通過螺釘與上支撐板和下支撐板的凸臺表面相連接；上限位滑塊和下限位滑塊的中心軸線處具有通孔A和通孔B，通孔A、通孔B、上通孔和下通孔均同軸，管坯順次穿過通孔A、通孔B、上通孔和下通孔設(shè)置，上支撐板上設(shè)置有多個排氣孔A，且上限位滑塊具有與排氣孔A相連通的排氣孔B，下支撐板設(shè)置有充液孔A，且下限位滑塊上設(shè)置充液孔B ；在與上支撐板和下支撐板位置相對應(yīng)的管坯內(nèi)分別設(shè)置有上沖頭和下沖頭，上沖頭和下沖頭的沖頭前端相對設(shè)置，上沖頭和下沖頭的沖頭后端分別露出上支撐板的頂部和下支撐板的底部，并，上沖頭和下沖頭均具有中心通孔；所述的液壓控制系統(tǒng)包括四柱式液壓機、沖頭液壓缸、熱油冷卻裝置、增壓缸、壓力傳感器、溢流閥和油箱；上支撐板和下支撐板的邊緣均通過螺栓與液壓控制系統(tǒng)的四柱式液壓機相連接；沖頭液壓缸分別與上兩沖頭和下沖頭的沖頭后端連接；增壓缸、熱油冷卻裝置、溢流閥壓力傳感器均為兩個，兩個增壓缸的高壓端分別通過管路與熱油冷卻裝置連接后，再分別與下沖頭的充液孔A和下支撐板的充液孔B連接，熱油冷卻裝置通過設(shè)置在增壓缸前置管路中起冷卻液體作用；兩個增壓缸的低壓端均通過溢流閥與油箱連接，并在每個增壓缸的低壓端與每個溢流閥之間均設(shè)置一個壓力傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置，其特征在于所述的上支撐板和下支撐板的凸臺的邊緣與加熱層接觸處均設(shè)置密封圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置，其特征在于所述的管坯外壁與通孔A、通孔B的內(nèi)壁處均設(shè)置有密封圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置，其特征在于所述的上沖頭和下沖頭的沖頭前端與管坯內(nèi)壁之間設(shè)置有密封圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置，其特征在于所述的加熱層的內(nèi)層含有電阻絲，外層為冷卻隔熱層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置，其特征在于所述的上支撐板和下支撐板為圓形結(jié)構(gòu)。
7.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置進行雙向加壓管材充液成形實驗，其特征在于包括以下幾個步驟(1)更換上限位滑塊和下限位滑塊，設(shè)定管坯的實驗長度，上支撐板與加熱層完全配合接觸，調(diào)節(jié)下沖頭位置，將管坯放入實驗裝置中；(2)向管坯充入液體，排出管坯內(nèi)的空氣后，上沖頭軸向進給，完成管坯內(nèi)腔密封；打開上支撐板上的排氣孔A和上限位滑塊排氣孔的B，通過充液孔A和充液孔B中向加熱層與管坯外壁之間形成的外腔內(nèi)充入液體，排出外腔內(nèi)空氣后關(guān)閉排氣孔A和排氣孔B進行密封，調(diào)節(jié)管坯內(nèi)外壓力，卸壓取出成形的管坯，完成實驗。
8.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置進行雙向加壓管材熱態(tài)充液成形實驗，其特征在于包括以下幾個步驟(1)更換上限位滑塊和下限位滑塊設(shè)定管坯實驗長度，上支撐板與加熱層完全配合接觸，調(diào)節(jié)下沖頭位置，將管坯放入實驗裝置中；(2)向管坯充入液體，排出管坯內(nèi)空氣后，上沖頭軸向進給，完成管坯內(nèi)腔密封；打開上支撐板上的排氣孔A和上限位滑塊排氣孔的B，通過充液孔A和充液孔B中向加熱層與管坯外壁之間形成外腔內(nèi)充入液體，排出外腔內(nèi)空氣后關(guān)閉排氣孔A和排氣孔B進行密封；通過加熱層將外腔中的液體介質(zhì)進行加熱；調(diào)節(jié)管坯內(nèi)外壓力，開始成形，待完全成形后，卸壓，冷卻后取出成形的管坯，完成實驗。
9.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置進行管材內(nèi)高壓充液成形實驗，其特征在于包括以下幾個步驟(1)調(diào)整上限位滑塊和下限位滑塊設(shè)定管坯實驗長度，上支撐板與加熱層完全配合接觸，調(diào)節(jié)下沖頭位置，將管坯放入實驗裝置中；(2)向管坯充入液體，排出管坯內(nèi)空氣后，上沖頭軸向進給，完成管坯內(nèi)腔密封，調(diào)節(jié)管坯內(nèi)的壓力，開始成形，待成形后卸壓，取出成形的管坯，完成實驗。
全文摘要
本發(fā)明提出的一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置及其應(yīng)用，該雙向加壓管材充液成形實驗裝置包括實驗平臺和液壓控制系統(tǒng)，實驗平臺包括下沖頭、下支撐板、下限位滑塊、加熱層、上限位滑塊、上支撐板和上沖頭；液壓控制系統(tǒng)包括四柱式液壓機、沖頭液壓缸、熱油冷卻裝置、增壓缸、壓力傳感器、溢流閥和油箱。本發(fā)明提出一種雙向加壓管材充液成形實驗裝置，自動化程度高、應(yīng)用范圍廣，其高集成度能有效的降低實驗成本；且該雙向加壓管材充液成形實驗裝置使用安全，便于操作，實驗過程噪音低、無污染。
文檔編號B21D26/045GK102274886SQ20111011562
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者王永銘, 謝亞蘇, 郎利輝 申請人:北京航空航天大學(xué)