本實用新型涉及液體沖擊成形技術，具體是一種用于金屬薄壁管材的液體沖擊成形裝置。

背景技術：

管材液體沖擊成形技術是基于管材液壓成形技術的基礎上，利用沖床等的高速撞擊而獲得高壓液體使管材脹形獲得期望脹形件的塑性成形新技術。該技術有效的解決了管材液壓成形技術需要昂貴的專用設備及模具、生產效率低等不足。目前該技術雖然尚未成熟，液體沖擊成形機理及變形規律尚未清楚，但是管材液體沖擊成形技術是一項極具發展潛力的先進成形技術，因此開發一種管材液體沖擊成形方法可挖掘管材液體沖擊成形技術的研究和應用價值。

中國專利CN102107240A公開了一種簡易的管材液壓脹形裝置及脹形方法，該專利是通過簡單軸向單動裝置實現復合式沖頭差速雙動機制，實現管材液壓脹形。這種方法無需外部提供液壓控制系統，具有設備成本低廉、成形性好、控制簡便等優點。而這種結構調節內壓與進給的匹配關系是通過更換不同種類的螺旋彈簧進而增加了工作量，而且受螺旋彈簧的影響不僅使軸向推力變大而且還限制了增壓沖頭和進給沖頭的速度提高從而使生產時間延長。

中國專利CN103736810A公開了一種金屬薄壁管沖擊液壓脹形裝置及使用方法，它是通過壓力機沖壓頭下行使上下模高速閉合而獲得的高壓液體使管材充滿型腔。該裝置是使管材先變形后獲得高壓液體，這可能降低了管材的成形性能，而且成形過程中，管材外部的液體不能對管材內部進行補給，這使得成形空間結構較為復雜的管材具有一定困難；該裝置不能使管材兩端受到軸向力，在管材脹形過程中脹形區得不到材料補給，從而影響管材的均勻變形。

中國專利CN105855350A公開了一種薄壁金屬管材沖擊液壓成形方法及成形裝置，它是利用滑塊高速運動，碰擊液壓腔內的液體，使液體壓力急速增大，作用于管材內部。該方法的成形不需要外界提供液壓控制系統等。但該方法的初始密封需要通過碰擊第二液壓腔的液體而獲得，裝置變得更加復雜，成形時間也變長了。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對現有技術的不足，而提供一種用于金屬薄壁管材的液體沖擊成形裝置，該裝置無需外部提供液壓系統，也無需復雜的液壓成形設備，能對管材兩端進行兩次密封，提高了管材成形效果。

實現本實用新型目的的第一種技術方案是：

一種用于金屬薄壁管材的液體沖擊成形裝置，包括軸壓頭、容腔、密封圈、成形模腔、密封柱和定位圈；

軸壓頭上端與沖頭配合，下端與容腔的環形凹槽連接，軸壓頭與環形凹槽之間形成一個密封的液壓腔，其內填充有液體；軸壓頭通過通液孔與成形模腔可拆卸式地連接，容腔側面通過溢流口與壓力表、溢流閥連接，控制脹形時最大液壓力；

容腔下部與成形模腔連接，成形模腔由左右對稱兩個中空的成形模具相連接構成，其底部與密封柱、定位圈可拆卸式地連接，密封柱設置在定位圈中部的環形凹槽內，且與容腔中的內腔同軸，其上側面與管材下端部連接，管材上端面與軸壓頭下端部連接，通過外力撞擊，使軸壓頭在容腔內上下運動，擠壓液壓腔中的液體并產生高壓，液體通過軸壓頭上的通液孔導入管材內，實現對脹形管材提供成形所需的液壓力。

所述密封柱為倒T形形狀，在密封柱上端開設有一軸肩，與O型密封圈連接。

所述軸肩的相鄰位置分別設有一錐形臺階，對管材進行第二次密封。

實現本實用新型目的的第二種技術方案是：

一種用于金屬薄壁管材的液體沖擊成形裝置，包括墊塊和分別左右對稱設置在墊塊上的軸壓頭、容腔、密封圈和成形模腔；

成形模腔設置在墊塊中部，在成形模腔左、右兩側分別依次設置容腔和與容腔連接的軸壓頭，在墊塊兩端分別設有滑塊，滑塊上表面分別與軸壓頭下表面連接，軸壓頭的斜面通過滑塊、斜楔與沖頭連接，軸壓頭另一面與容腔的環形凹槽連接，并形成一個密封的液壓腔，其內填充有液體；軸壓頭通過通液孔與成形模腔連接，容腔上表面通過溢流口與壓力表、溢流閥連接，控制脹形時最大液壓力；

容腔側面與成形模腔配合，成形模腔由左右對稱兩個中空的成形模具相連接構成，其底部通過滑塊可沿墊塊左右滑動，管材左、右兩端分別與軸壓頭端部連接，通過外力帶動斜楔、滑塊作于與左、右軸壓頭，使軸壓頭在容腔內等距進給或不等距進給，擠壓液壓腔中的液體并產生高壓，液體通過軸壓頭上的通液孔導入管材內，實現對脹形管材提供成形所需的液壓力。

所述容腔為圓柱形，容腔腔體內垂直于軸向開設成一端大、一端小的階梯形內腔，并分別與軸壓頭、成形模腔相互貫通，在容腔一端端平面上開設有一個以小內腔圓為內圓的環形凹槽，與O形密封圈連接。

所述軸壓頭為T形形狀，在軸壓頭與容腔連接的同軸處分別開設有設置密封圈的凹槽和T型通孔，在該T型通孔處開設有一個軸肩。

所述軸肩的相鄰位置設有一錐形臺階，對管材進行第二次密封。

所述軸壓頭和密封柱深入管材內的階梯長度大于管材的收縮長度。

本實用新型是利用沖床沖頭等高速運動，撞擊容腔內的液體，使液體壓力急劇變大，作用于管材內部；高壓液體通過軸壓頭的通液孔注入到全閉封的管材內，使成形管材獲得脹形所需的液壓力；本實用新型中，軸壓頭移動使容腔內液體體積的變化應大于管材塑性變形后內腔容積的變化（即通過設置溢流閥壓力值，可以調節與控制成形過程中的最大液壓力），多余的液體從溢流口溢出，從而保證管材受到的最大液壓力是所設定的值。軸壓頭被撞擊運動時，錐形臺階開始為成形管材提供軸向力。在軸向力和最大液壓力的共同作用下，管材快速成形、充滿模腔。

本實用新型的優點在于：

1.可在沖床、壓力機等上使用，無需外部復雜的高壓供給系統和專用液壓成形設備，結構簡單；

2.利用沖床沖頭等的高速運動，實現液體沖擊成形，內部可實現自給供液，成本低；

3.通過溢流閥控制液壓腔內的最大液壓力，可以實現最大液壓力與軸向進給量的匹配；

4.通過密封圈、密封柱和軸壓頭可對管材實現雙重密封作用，泄漏概率小，成形方法簡便、對使用環境要求不高、廢品率低等優點。

附圖說明

圖1為本實用新型管材液體沖擊成形方法原理示意圖；

圖2-1為本實施例中的薄壁金屬管材示意圖；

圖2-2為圖2-1的俯視圖；

圖3為實施例1：管材液體沖擊成形立式結構裝置的整體結構示意圖；

圖4為實施例1：管材液體沖擊成形立式結構裝置的內部結構示意圖；

圖5為實施例2：管材液體沖擊成形臥式結構裝置的內部結構示意圖。

圖中：1.軸壓頭 2.容腔 3.Y型密封圈 4.液壓腔 5.通孔 6.O型密封圈

7.液體 8.管材 9.成形模腔 10.密封柱 11.定位圈 12.沖頭 13.斜楔 14.滑塊 15.墊塊Q.沖擊載荷 S.軸向進給量 F.軸向力。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型內容作進一步的詳細說明。

實施例1：

如圖3-4所示，把圖2-1、2-2所示的薄壁金屬管材放入由內補液增壓式管材液體沖擊成形裝置中由定位圈11、成形模腔9及容腔2所形成的模具型腔中，往容腔2中注滿液體，將階梯軸式軸壓頭1裝入容腔2中并密封好，根據密封和成形所需要的液壓力設定溢流壓力P值（溢流閥安裝在5處）；啟動沖床，沖頭12撞擊軸壓頭1高速下移，軸壓頭1擠壓液壓腔4中的液體使液壓力急劇升高；高壓液體通過軸壓頭1的通孔注入到全封閉的管內，沖頭12高速推動軸壓頭1下移S后，液壓腔4中的液壓力達到初始設置的最大液壓力P，管材急速脹形為模具型腔的形狀，通口5處的溢流閥對成形裝置進行泄壓，成形過程結束；容腔2與軸壓頭1均顯小間隙配合，階梯軸式軸壓頭1的錐形臺階頂在管材8的上端部，軸壓頭1裝入容腔2后O型密封圈開始為管材兩端初始密封作用，沖頭12撞擊軸壓頭1高速下移到成形結束的過程為管材兩端的第二次密封過程，軸壓頭1下移開始時給管材上端施加一個軸向力F，進行軸向進給；管材8在軸向進給量S和最大液壓力P的共同作用下，最終成形為模具型腔的形狀。

本實施例中所述的一種內補液增壓式管材沖擊液壓成形裝置主要由：軸壓頭1、容腔2、Y型密封圈3、O型密封圈6、成形模腔9、密封柱10和定位圈12組成，容腔2為圓柱形，體內垂直于軸向開設成上端部大、下端部小階梯形內腔，并相互貫通，在其下端部的端平面上開著一個以小內腔圓為內圓的環形凹槽，在其環形凹槽下端開有設置O型密封圈6的凹槽，在其右端部開有與液壓腔貫通的水平通孔5作為溢流口用于接溢流閥和壓力表，以便通過改變溢流閥的溢流壓力值控制最大液壓力P；在定位圈11的中心開有與容腔中小內腔圓對應的通孔且與環形凹槽同軸；軸壓頭1外形為T形狀，在軸壓頭1的上部分與容腔2同軸的開有設置Y型密封圈3的凹槽，在軸壓頭1外形為階梯軸狀的下部分與容腔2同軸的開有T形狀的通孔，在軸壓頭1的T型通孔處開有一個軸肩，便于安裝O型密封圈，軸肩相鄰位置設有一錐形臺階，軸壓頭1在容腔2通入液體后設置在容腔2上端的開口中；密封柱10外形為T形狀，密封柱11上部分開有一個軸肩，便于安裝O型密封圈，軸肩相鄰位置設有一錐形臺階，其置放在定位圈11的通孔中；Y型密封圈3安裝到軸壓頭1的凹槽中；O型密封圈6安裝在軸壓頭1、密封柱10的軸肩及容腔2的凹槽中。這樣把被加工管材8的兩端分別通過安裝在容腔2中的O型密封圈6和軸壓頭1中的O型密封圈置入容腔2下端通孔與軸壓頭1下端之間形成的間隙之中，和通過密封柱10中的O型密封圈置入定位圈11與密封柱10之間形成的間隙之中，比管材內徑略小的軸壓頭1和密封柱10的小直徑端各插入管材一端，用于防止加軸向力時引起的管端失穩起皺及防止管材內部液體經過O型密封圈泄漏；軸壓頭1裝入容腔2后，O型密封圈6壓緊在被加工的管材內壁和外壁上為初始密封狀態，隨著軸壓頭1高速地往下推進，裝置內液體壓力高速增大，由于受到軸壓頭、密封柱中的軸肩及成形模腔9的約束，O型密封圈6先接觸液體的方向受到高壓液體擠壓，使其變形加劇，管材兩端受到軸壓力F分別被擠入軸壓頭1的錐形臺階與容腔2所形成的間隙及密封柱10的錐形臺階與定位圈11所形成的間隙之中，從而實現性能更可靠的高壓自形密封；Y型密封圈3壓緊在容腔2內壁上時為初始密封狀態,隨著軸壓頭1不斷地往下推進，裝置內液體壓力不斷增大，由于受到凹槽和容腔2的約束，Y型密封圈3先接觸液體的方向受到高壓液體擠壓，使其變形加劇，從而實現性能更可靠的高壓自形密封。

如圖1所示，裝置工作時，直接將管材4的兩端分別通過安裝在容腔2的O型密封圈6和軸壓頭1中的O型密封圈置入容腔2下端通孔與軸壓頭1下端之間形成的間隙之中及通過密封柱10中的O型密封圈置入定位圈11與密封柱10之間形成的間隙之中，通過將軸壓頭1和密封柱10處的錐形臺階設置為階梯臺階，并使在成形過程中管材不受軸壓頭1中的臺階不擠壓，軸壓頭1在沖擊載荷Q的作用下高速向下運動擠壓液壓腔4中的液體而產生的高壓液體直接通過軸壓頭1中的T形通孔注入管材內部，管材8在高壓液體的作用可以實現自然脹形；當軸壓頭1和密封柱10設置錐形臺階時，高壓液體經軸壓頭1的T形通孔流向管材8內部，軸壓頭1被沖頭12撞擊時，開始給管材施加軸向力,管材在最大液壓力P和軸向力F的共同作用下實現軸壓脹形；把不同的成形模腔9置入容腔2下部端平面和定位圈11上端平面之間時，采用自然脹形和軸壓脹形均可實現各種異形截面中空件的成形。

實施例2：

如圖5所示，管材沖擊液壓成形臥式結構裝置是一個左右對稱裝置，它可由管材沖擊液壓成形立式結構裝置改裝得到。把圖3-4中的定位圈11和密封柱10卸掉，更換軸壓頭1和成形模腔9，在成形模腔9的另一端依次設置容腔2、軸壓頭1。在墊塊15兩端分別設置滑塊14-1，在滑塊14-1上表面分別設置軸壓頭1，軸壓頭1斜表面分別設置滑塊14-2，斜楔13設置在這兩滑塊14-2上表面。在圖4中的由軸壓頭1、容腔2及成形模腔9組成的模腔中，重復實施例1中產生的液壓力和軸向力的方法，即可完成采用本實用新型方法脹形薄壁金屬管材、成型密封式的異性截面中空件。通過設置斜楔滑塊機構作用于左、右擠壓桿1的斜度，可實現等距進給或不等距進給：當兩邊斜度一樣時，管材4兩端的進給量是等距的；當兩邊斜度不一樣時，管材4兩端的進給量是不等距的，靠近斜度大的管材4那端的進給量小于靠近斜度小的管材4那端的進給量。