[发明专利]一种管材自由胀形组合模具

说明书

技术领域

本发明属于金属压力试验技术领域，特别是涉及一种管材自由胀形组合模具。

背景技术

管材液压胀形(Tube Hydro-Forming，THF)是将一定长度的薄壁金属管坯放入模具内，利用高压液体充入管材内腔，同时辅以轴向力(即轴向补料)，使管材变形、充满模具型腔的过程。THF的成败取决于合理的选择材质、合适的预成形、合理的加载路径等。所以，在实施THF工艺前，管材性能的检测及加载路径的确定是两项极其重要的工作，开发相应的胀形、测试装置成为THF技术领域研究的热点。

管材液压胀形试验是为了了解管坯在液压自由胀形时材料在圆周方向上允许的最大许可变形量(或最大许可胀形系数Kz)，从而对管材的胀形性能进行考察的一种模拟试验。

轴向进给力的引入会相应的增加管材的成形极限，因此可能会对管材的最大胀形压力的测定带来影响。因此液压自由胀形实验能准确反映管材胀形成形极限，而液压自由胀形试验是指在无轴向进给、无模具限制(对胀形部分而言)的条件下对管材进行充液胀形。

K_z＝D_max/D₀

δ_θ＝(D_max-D₀)/D₀＝K_z-1

D_max——零件最大变形处变形后的直径

D₀——零件最大变形处的原始直径

目前，国内外学者针对管材液压胀形开展了广泛的研究，并取得了显著的进步。Fllice和Yang等人在分析非外控充液增压式的管材液压胀形原理及特点的基础上，分别提出了推杆式管材液压胀形试验装置和内补液增压式管材液压胀形装置。二者均不需要外部供液系统，但因前者采用的密封方式和增压方法不理想而易造成向成形区补液不足的现象；而后者的轴向力大小不易控制，且在管材胀形初期，若管材内腔液压力未能及时建立起来，就容易出现失稳起皱等缺陷。二者均会造成液室压力不稳定，而且成形区液室压力不够达不到管材胀形成形极限的效果。

桂林电子科技大学机电工程学院的吴丛强、杨连发等人开发了一种可在单动压力机上使用的管材液压胀形装置。通过增压活塞挤压缸体中液体的方式来为管材成形提供液压力和轴向力，通过设计增压缸体和控制增压活塞的行程等来实现两个载荷的合理匹配。该试验装置引入的胀形压力不好控制并定量测定，同时增压活塞挤压时的行程会引入轴向进给力，轴向进给力也不好定量测定，同时轴向进给力提高了胀形极限，不易测定在无轴向进给的管材自由胀形的成形极限。

由此可见，采用非外控充液增压式的管材液压胀形存在严重的局限性，而外部供液系统的引入，能确保液室压力合适，达到管材胀形时的成形极限。一些学者设计了含有外部供液系统、可同时施加胀形液压力和轴向力的试验装置。但都存在着胀形管材尺寸局限性的问题，往往不同管径的自由胀形实验需要制造不同的模具，造成成本费用高，而且不同管径的胀形结果往往不易快速对比分析。同时轴向力无法定量的测定，轴向力和液压力的共同作用会使管材胀形的成形极限不易对比，需要管材自由胀形试验的引入。

总结上述方法存在下列问题：

(1)推杆式管材液压胀形试验装置因采用的密封方式和增压方法不理想而易造成向成形区补液不足的问题；

(2)内补液增压式管材液压胀形装置轴向力大小不易控制，且在管材胀形初期，若管材内腔液压力未能及时建立起来，就容易出现失稳起皱等缺陷；

(3)增压活塞挤压式液压胀形装置胀形压力不好控制和定量测定，同时增压活塞挤压时的行程会引入轴向进给力，轴向进给力也不好定量测定；

(4)有外部供液系统、可同时施加胀形液压力和轴向力的试验装置轴向力无法定量的测定，轴向力和液压力的共同作用会使管材胀形的成形极限不易对比，不易测定管材在无轴向进给时的成形极限；

(5)以上的管材液压胀形方法都存在着胀形管材尺寸局限性的问题，往往不同管径的自由胀形实验需要制造不同的模具，造成成本费用高，而且不同管径的胀形结果往往不易快速对比分析；

(6)以上的管材液压胀形方法存在着实验模具装卸复杂，管件不易取出的问题；

(7)以上的管材液压胀形的模具螺栓会由胀形引起的拉应力或者剪切力带来螺栓寿命降低、螺纹破损的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种无轴向补料、灵活性好、模具互换性强、螺栓不易损坏、装卸简单的管材自由胀形试验组合模具。