微型管雙向液壓成型模具的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種微型管雙向液壓成型模具，包括導塊、圓柱殼體、鑲塊、壓邊圈和密封塊；本實用新型可以對微型管的內外表面同時施加壓力，通過壓力差來驅動微型管成型；背壓的引入可以阻止微型管內部微細裂紋的生成、增長、形核的發生，進而大大的提高微型管塑性成形能力；且本實用新型在密封塊的兩個端面上各安裝一個O型密封圈，密封性能大大提高，能對壓強高達350MPa的高壓液體進行密封；同時也對微型管內外高壓液體進行隔離，避免了內外高壓液體的連通；另外，在鑲塊與壓邊圈之間加裝一個O型密封圈，避免了外部高壓液體通過鑲塊與內壓連通。
【專利說明】微型管雙向液壓成型模具
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于微型管成型【技術領域】，特別是一種微型管雙向液壓成型模具。
【背景技術】
[0002]管件液壓成型技術是用管坯作為原材，通過對管腔內施加液體壓力及在軸向施加載荷使其在給定模具型腔內發生塑性變形，管壁與模具內表面貼合，從而得到所需形狀零件的成型技術。目前，管件液壓成型主要應用于汽車框架和底盤零件的制造、大型船舶、航空航天工業。然而，隨著科學技術的發展，電子、醫療、微器械等行業對微型空心管件的需求量日益增強，迫切需要一個能大批量制造微型管件的加工技術，微型管件液壓成型正是在這種需求背景下發展起來的一種微型空心管件規模化生產技術。該技術采用高壓液體使金屬毛細管塑性變形的方式成型出截面形狀復雜的微型管件，例如植入式微型給藥管、微型針管、微型馬達軸等微型零件的成型都可以由該技術實現，該技術成形出來的微型管件在電子、醫療、微器械等行業應用前景良好。但是，管件微型化使成形工藝系統的各個方面，如微型管件材料成型性能、成型工藝、摩擦等都存在尺度效應的問題，因此在傳統的液壓成型的過程中，微型管件特別容易發生破裂。
[0003]Wagner S W，Ng K, Emblom W J等人在 Influence of continuous direct currenton the micro tube hydroforming process中提出了電輔助制造EAM的概念,他們的方法是在微型管件液壓成型的過程中，對微型管進行通電。在保證微型管的強度和韌性的前提條件下，通過電能來降低微型管所需要的變形能，進而提高微型管的成型能力。然而該裝置復雜，操作起來不方便，并且在加工的過程中引入了電流，有一定的安全隱患。另外，對于毫米級的微型管而言，由于尺寸微小，裝夾起來也十分不方便。Hartl C,Anyasodor G等人在Formability of Micro-Tubes in Hydroforming指出，在微型管的兩端各塞入一個尖嘴中空的塞子，使其脹大，然后通過塞子與模具之間的擠壓來使其固定。但這一工藝過程有這樣的問題，它破壞了微型管的原來的形狀，并且對高壓液體的密封不可靠。YoshihilOAmikura 等人在 fracture evaluat1n of A 1070 Aluminum Micro-tubes Using BulgeForming指出，用一塊板擠壓O型密封圈的方式對微型管進行密封。這種密封方式有很好的密封效果，但是要密封350MPa的特種高壓還是不可靠的。
[0004]為了解決以上這些問題，我們引入了一個新的成型參數-背壓，也就是說，在微型管的內外表面同時引入壓力不同的高壓液體，通過壓力差來驅動微型管件的成型。這種方法能很好的改善微型管的塑性成型能力，但是到目前為止，還沒有合適的裝置來實現這個過程。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在于提供一種能有效地改善微型管的塑性成型能力，降低微型管成型的次品率的微型管雙向液壓成型模具。
[0006]實現本實用新型目的的技術解決方案為:
[0007]—種微型管雙向液壓成型模具，包括導塊、圓柱殼體、鑲塊、壓邊圈和密封塊；導塊的一端面上設有兩個孔，其中一個孔是位于導塊中心處的微型管內壓液體口，另一個孔是位于導塊偏心處的微型管外壓液體口，導塊另一端面上開有一導塊的軸心為圓心的環形凹槽，導塊通過環形凹槽分別固定設置在圓柱殼體的兩端，圓柱殼體與導塊接觸的部位的內側設置有O型密封圈，導塊在設置環形凹槽的端面中心處設置沉頭孔，在導塊的軸心處通過直徑小于等于5mm的微型孔貫穿沉頭孔和微型管內壓液體口 ；鑲塊的一端與導塊的沉頭孔固定配合，并通過定位柱定位，鑲塊設置在導塊沉頭孔內的一端開有沉頭孔，該沉頭孔的中心處設有一個貫穿鑲塊的中心通孔，該中心通孔的兩端均設置有O型密封圈，密封塊固定設置在該沉頭孔內，密封塊中心位置設有中心通孔，密封塊的兩端面均設置有以密封塊的軸心為圓心的環形凹槽，與導塊相接觸的一側的環形凹槽的外徑與密封塊圓心的距離大于與鑲塊相接觸的一側環形凹槽的外徑與密封塊圓心的距離，并且與導塊相接觸的一側的環形凹槽寬度和深度都大于與鑲塊相接觸的一側環形凹槽的寬度和深度，密封塊兩端的環形凹槽中均設置有O型密封圈，壓邊圈中心位置設有一個中心通孔，壓邊圈與鑲塊遠離導塊的一端固定，圓柱殼體兩端的導塊上的微型管內壓液體口、導塊上的微型孔、鑲塊上的中心通孔、密封塊上的中心通孔以及壓邊圈上的中心通孔均同軸，導塊上的外壓液體口通過直徑小于等于5mm的微型孔與導塊和圓柱殼體圍成的腔體導通。
[0008]本實用新型與現有技術相比，其顯著優點:
[0009](I)本實用新型與傳統的單面液壓成型工藝不同，可以對微型管的內外表面同時施加壓力，通過壓力差來驅動微型管成型。背壓的引入可以阻止微型管內部微細裂紋的生成、增長、形核的發生，進而大大的提高微型管塑性成形能力；而這個過程中只需要保證對內外壓力的精準控制即可，通過PLC很容易實現。
[0010](2)本實用新型在密封塊的兩個端面上各安裝一個O型密封圈，密封性能大大提高，能對壓強高達350MPa的高壓液體進行密封；同時也對微型管內外高壓液體進行隔離，避免了內外高壓液體的連通。另外，在鑲塊與壓邊圈之間加裝一個O型密封圈，避免了外部高壓液體通過鑲塊與內壓連通。
[0011]下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型微型管雙向液壓成型模具的結構示意圖。
[0013]圖2是采用了本實用新型微型管雙向液壓成型模具的微型管雙向液壓成型裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]本實用新型一種微型管雙向液壓成型模具，包括導塊7、圓柱殼體6、鑲塊5、壓邊圈4、密封塊3和墊圈2 ;導塊7的一端面上設有兩個孔，其中一個孔是位于導塊7中心處的微型管內壓液體口，另一個孔是位于導塊7偏心處的微型管外壓液體口，導塊7另一端面上開有一導塊7的軸心為圓心的環形凹槽，導塊7通過環形凹槽分別固定設置在圓柱殼體6的兩端，圓柱殼體6與導塊7接觸的部位的內側設置有O型密封圈，導塊7在設置環形凹槽的端面中心處設置沉頭孔，在導塊7的軸心處通過直徑小于等于5_的微型孔貫穿沉頭孔和微型管內壓液體口 ；鑲塊5的一端與導塊7的沉頭孔固定配合，并通過定位柱定位，鑲塊5設置在導塊7沉頭孔內的一端開有沉頭孔，該沉頭孔的中心處設有一個貫穿鑲塊5的中心通孔，該中心通孔的兩端均設置有O型密封圈，密封塊3固定設置在該沉頭孔內，密封塊3中心位置設有中心通孔，密封塊3的兩端面均設置有以密封塊3的軸心為圓心的環形凹槽，與導塊7相接觸的一側的環形凹槽的外徑與密封塊3圓心的距離大于與鑲塊5相接觸的一側環形凹槽的外徑與密封塊3圓心的距離，并且與導塊7相接觸的一側的環形凹槽寬度和深度都大于與鑲塊相接觸的一側環形凹槽的寬度和深度，密封塊3兩端的環形凹槽中均設置有O型密封圈，壓邊圈4中心位置設有一個中心通孔，壓邊圈4與鑲塊5遠離導塊7的一端固定，圓柱殼體6兩端的導塊7上的微型管內壓液體口、導塊7上的微型孔、鑲塊5上的中心通孔、密封塊3上的中心通孔以及壓邊圈4上的中心通孔均同軸，導塊7上的外壓液體口通過直徑小于等于5mm的微型孔與導塊7和圓柱殼體6圍成的腔體導通。
[0015]鑲塊5與導塊7的沉頭孔相背的一端為法蘭盤狀，其法蘭部與導塊7設置有墊圈2。
[0016]鑲塊5的法蘭部均勻分布三個光孔和對稱分布的兩個定位孔，鑲塊5通過穿過光孔和墊圈2的螺栓固定在導塊7上，并通過穿過定位孔和墊圈2的定位柱定位。
[0017]壓邊圈4的周向均勻分布三個光孔，壓邊圈4通過穿過光孔的螺栓固定在鑲塊5上。
[0018]O型密封圈的材質是硬度為90A的氟硅橡膠。
[0019]實施例:
[0020]一種采用了本實用新型微型管雙向液壓成型模具的成型裝置，包括PLC控制模塊，內壓壓力泵A、外壓壓力泵A '、內壓增壓器B、外壓增壓器B '、內壓單向閥C、外壓單向閥C'、內壓高壓針閥E、外壓高壓針閥E'、油箱F成型模具D ;其中，成型模具包括導塊7、圓柱殼體6、鑲塊5、壓邊圈4、密封塊3和墊圈2 ;導塊7的一端面上設有兩個孔，其中一個孔是位于導塊7中心處的微型管內壓液體口，另一個孔是位于導塊7偏心處的微型管外壓液體口，導塊7另一端面上開有一導塊7的軸心為圓心的環形凹槽，導塊7通過環形凹槽分別固定設置在圓柱殼體6的兩端，圓柱殼體6與導塊7接觸的部位的內側設置有O型密封圈，導塊7在設置環形凹槽的端面中心處設置沉頭孔，在導塊7的軸心處通過直徑小于等于5mm的微型孔貫穿沉頭孔和微型管內壓液體口 ；鑲塊5的一端與導塊7的沉頭孔固定配合，并通過定位柱定位，鑲塊5設置在導塊7沉頭孔內的一端開有沉頭孔，該沉頭孔的中心處設有一個貫穿鑲塊5的中心通孔，該中心通孔的兩端均設置有O型密封圈，密封塊3固定設置在該沉頭孔內，密封塊3中心位置設有中心通孔，密封塊3的兩端面均設置有以密封塊3的軸心為圓心的環形凹槽，與導塊7相接觸的一側的環形凹槽的外徑與密封塊3圓心的距離大于與鑲塊5相接觸的一側環形凹槽的外徑與密封塊3圓心的距離，并且與導塊7相接觸的一側的環形凹槽寬度和深度都大于與鑲塊相接觸的一側環形凹槽的寬度和深度，密封塊3兩端的環形凹槽中均設置有O型密封圈，壓邊圈4中心位置設有一個中心通孔，壓邊圈4與鑲塊5遠離導塊7的一端固定，圓柱殼體6兩端的導塊7上的微型管內壓液體口、導塊7上的微型孔、鑲塊5上的中心通孔、密封塊3上的中心通孔以及壓邊圈4上的中心通孔均同軸，導塊7上的外壓液體口通過直徑小于等于5_的微型孔與導塊7和圓柱殼體6圍成的腔體導通；PLC控制模塊分別控制內壓壓力泵A和外壓壓力泵A '，成型模具的一個微型管內壓液體口依次連接有內壓單向閥C、內壓增壓器B和內壓壓力泵A，成型模具的另一個微型管內壓液體口與油箱F之間設置有內壓高壓針閥E，成型模具的一個微型管外壓液體口依次連接有外壓單向閥C'、外壓增壓器B'和外壓壓力泵A'，成型模具的另一個微型管外壓液體口與油箱F之間設置有外壓高壓針閥E'，油箱F分別與內壓壓力泵A和外壓壓力泵A丨連接；鑲塊5與導塊7的沉頭孔相背的一端為法蘭盤狀，其法蘭部與導塊7設置有墊圈2 ;鑲塊5的法蘭部均勻分布三個光孔和對稱分布的兩個定位孔，鑲塊5通過穿過光孔和墊圈2的螺栓固定在導塊7上，并通過穿過定位孔和墊圈2的定位柱定位；壓邊圈4的周向均勻分布三個光孔，壓邊圈4通過穿過光孔的螺栓固定在鑲塊5上；0型密封圈的材質是硬度為90A的氟硅橡膠。
[0021]其中，微型管的兩端均穿過成型模具兩端的壓邊圈4上的中心通孔設置在鑲塊5上的中心通孔內。
[0022]油箱F、內壓壓力泵A、內壓增壓器B、內壓單向閥C、微型管內腔、內壓高壓針閥E、油箱F組成了微型管內壓高壓管路I ;而油箱F、外壓壓力泵A '、外壓增壓器B'、外壓單向閥C'、微型管外腔、外壓高壓針閥E '、油箱F組成了微型管外壓高壓管路II ;
[0023]在進行試驗之前，首先要打開高壓針閥E '關閉高壓針閥E，進行排氣操作；然后關閉高壓針閥E ’打開高壓針閥E，再次進行排氣操作，最后關閉高壓針閥E與高壓針閥E ;，這樣就能保證裝置中的氣體全部排出。
[0024]在試驗的過程中，有兩路高壓液體同時流向微型管雙向液壓成型模具D。其中內壓高壓管路I中的高壓液體的流向如下:在PLC的控制下，內壓壓力泵A開始工作，提供高壓液體。高壓液體經過內壓增壓器B，可以把壓力放大到原來壓力的6倍，然后經過內壓單向閥C流向微型管內部；與此同時，外壓高壓管路II中的高壓液體的流向如下:在PLC的精準控制下，外壓壓力泵A'同時開始工作，提供高壓液體。高壓液體經過外壓增壓器B '，可以把壓力放大到原來壓力的6倍，然后經過外壓單向閥C'流向微型管外部，與另一路高壓液體不同的是，這一路的高壓液體的壓力比較小(一般管路II的壓力是管路I的三分之一 )O
[0025]兩路高壓液體在微型管雙向液壓成型模具D中的流向如下，其中對微型管的內表面進行施壓的路徑:高壓液體從導塊7中心通孔進入，經過密封塊3上的中心通孔與鑲塊5上的中心通孔進入微型管8內；對微型管的外表面進行施壓的路徑:高壓液體從導塊7的偏心孔直接進入微型管8外表面。
[0026]因為高壓針閥E '與高壓針閥E已經關閉，所以兩路高壓液體無法流回油箱F，進而在微型管的內外表面產生高壓，通過微型管內外表面之間的壓力差，來驅動微型管的漲形。為了防止微型管內外高壓液體互通，要對微型管進行密封。密封方案如下:在圓柱殼體6與導塊7之間加O型密封圈；密封塊3的兩側分加O型密封圈；壓邊圈4與鑲塊5之間加O型密封圈；墊圈2能避免鑲塊5發生傾斜。通過用這種特殊的密封方法，能對350MPa的壓力進行密封。
[0027]根據本實用新型，能夠對微型管雙向液壓成型的過程以及極限進行研究，當需要生產具體形狀的微型管，可以直接將圓柱殼體替換成相應的模具即可實現生產。
[0028]采用這種微型管雙向液壓成型模具及其裝置能顯著的提高微型管的塑性成型能力，與傳統的單向液壓成型工藝相比，微型管的成型能力能提高10%左右。
【權利要求】
1.一種微型管雙向液壓成型模具，其特征在于:包括導塊(7)、圓柱殼體(6)、鑲塊(5)、壓邊圈(4)和密封塊(3);導塊(7)的一端面上設有兩個孔，其中一個孔是位于導塊(7)中心處的微型管內壓液體口，另一個孔是位于導塊(7)偏心處的微型管外壓液體口，導塊(7)另一端面上開有一導塊(7)的軸心為圓心的環形凹槽，導塊(7)通過環形凹槽分別固定設置在圓柱殼體(6)的兩端，圓柱殼體(6)與導塊(7)接觸的部位的內側設置有O型密封圈，導塊(7)在設置環形凹槽的端面中心處設置沉頭孔，在導塊(7)的軸心處通過直徑小于等于5mm的中心通孔貫穿沉頭孔和微型管內壓液體口 ；鑲塊(5)的一端與導塊(7)的沉頭孔固定配合，并通過定位柱定位，鑲塊(5)設置在導塊(7)沉頭孔內的一端開有沉頭孔，該沉頭孔的中心處設有一個貫穿鑲塊(5)的中心通孔，該中心通孔的兩端均設置有O型密封圈，密封塊(3)固定設置在該沉頭孔內，密封塊(3)中心位置設有中心通孔，密封塊(3)的兩端面均設置有以密封塊(3)的軸心為圓心的環形凹槽，與導塊(7)相接觸的一側的環形凹槽的外徑與密封塊(3)圓心的距離大于與鑲塊(5)相接觸的一側環形凹槽的外徑與密封塊(3)圓心的距離，并且與導塊(7)相接觸的一側的環形凹槽寬度和深度都大于與鑲塊相接觸的一側環形凹槽的寬度和深度，密封塊(3)兩端的環形凹槽中均設置有O型密封圈，壓邊圈(4)中心位置設有一個中心通孔，壓邊圈(4)與鑲塊(5)遠離導塊(7)的一端固定，圓柱殼體(6)兩端的導塊(7)上的微型管內壓液體口、導塊(7)上的中心通孔、鑲塊(5)上的中心通孔、密封塊(3)上的中心通孔以及壓邊圈(4)上的中心通孔均同軸，導塊(7)上的外壓液體口通過直徑小于等于5_的通孔與導塊(7)和圓柱殼體(6)圍成的腔體導通。
2.根據權利要求1所述的微型管雙向液壓成型模具，其特征在于:所述的鑲塊(5)與導塊(7)的沉頭孔相背的一端為法蘭盤狀，其法蘭部與導塊(7)設置有墊圈(2)。
3.根據權利要求2所述的微型管雙向液壓成型模具，其特征在于:所述的鑲塊(5)的法蘭部均勻分布三個光孔和對稱分布的兩個定位孔，鑲塊(5)通過穿過光孔和墊圈(2)的螺栓固定在導塊(7)上，并通過穿過定位孔和墊圈(2)的定位柱定位。
4.根據權利要求1或2或3所述的微型管雙向液壓成型模具，其特征在于:所述的壓邊圈(4)的周向均勻分布三個光孔，壓邊圈(4)通過穿過光孔的螺栓固定在鑲塊(5)上。
5.根據權利要求1或2或3所述的微型管雙向液壓成型模具，其特征在于:所述的O型密封圈的材質是硬度為90A的氟硅橡膠。
6.根據權利要求4所述的微型管雙向液壓成型模具，其特征在于:所述的O型密封圈的材質是硬度為90A的氟硅橡膠。
【文檔編號】B21D26/045GK204093896SQ201420536674
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】楊晨, 李鵬, 唐偉 申請人:南京理工大學