一种充压镦形成形装置的制作方法

1.本发明涉及一种成型装置，特别是一种充压镦形成形装置。


背景技术：

2.轻量化是飞行器的重要指标，特别是对于战机、火箭等武器系统，受到各国政府的高度重视。内高压成形技术是在此背景提出的，通过以空代实，能达到60％的结构减重效果，极大增加了飞行器的射程和载弹量。内高压成形工艺属于液力成形技术范畴，其工作原理是通过在金属管坯内部施加很高的压力，使金属膨胀并贴靠模具，成形出所需要的零部件，通俗的讲类似于吹气球。膨胀后，管坯体积不断增大，成形过程中需持续向零件内腔输入高压液体，因此需要一个能不断“输出”高压液体的系统，之前的内高压成形系统是为该工艺专门开发的，从高压液体的流向来讲，该系统只能实现压力介质向外输出。随着汽车对结构轻量化需求的进一步提高，车体上使用的钢材强度越来越高，钢材强度由250mpa提高到 1000mpa，塑性由45％降低到10％以下，材料塑性降低导致开裂倾向严重，成形难度增大，为解决高强材料的成形，发展起了充压镦形技术，成功实现了高强低塑性材料的成形。但该工艺需要一种装置，须具有能吸收高压液体，又能输出高压液体，同时还要具有对吸收的工作介质即高压液体清洁度要求低等功能，目前没有能用于工业化生产的专用成形装备。针对上述现状，为了解决这种技术的空白，本发明提供了一种充压镦形成形装置。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明提供了一种充压镦形成形装置，其特征在于：由控制单元和执行单元组成。控制单元由控制系统构成，执行单元包括模具、一级压力控制单元、二级压力缩放单元、缓冲过滤单元、快充单元。一级压力控制单元、二级压力缩放单元、缓冲过滤单元、模具依次串联，快充单元与缓冲过滤单元联通并具有通断控制的功能。
4.1.各单元的基本作用及相互之间关系如下：a.控制系统依据下述执行单元动作设定进行程序编译，与现有技术相同。控制系统对执行单元发送指令，各执行单元按指令进行相应的动作，并使被控制对象趋于某种需要的稳定状态。
5.b.模具是提供成型所需的形状的模型，模具的设计与现有技术相同。
6.c.一级压力控制单元为低压发生器，主要功能是吸收工序过程中返回的流体介质或向压力缩放单元提供稳定压力的流体介质，具体的说当低压腔有流体介质排出时，能吸收排出的流体介质并使低压腔保持住稳定压力p；当二级压力缩放单元的低压腔有压力输入的需求时，能向低压腔提供压力为p的流体介质。
7.作为优选，流体介质首选液体介质。
8.进一步一级压力控制单元主要由液压泵、第一溢流阀、第二溢流阀、第一单向阀、第一换向阀和油箱组成。液压泵将油箱中的流体介质增压，增压后通过第一溢流阀进行调压，然后经第一单向阀输送至二级增压器的低压腔。第二溢流阀接在第一单向阀出口端之
后并与第一溢流阀并联，另一端回油箱，配合调整低压腔的压力p，特别是当流体介质反流时，负责将其调压排出。第一单向阀防止流体介质向液压泵反流。第一换向阀接在第一单向阀出口端之后并与第二溢流阀并联，另一端回油箱，负责控制低压腔与油箱之间管路的通断。
9.作为优选压力p可以是恒定值，也可以是根据加工时间长短对压力的要求而进行变化。
10.d.二级压力缩放单元为活塞式增压缸，负责将一级压力控制单元输送过来的压力p按照横截面积比进一步升高。活塞和高压腔的横截面积比为n的话(n＞1)，高压腔输出的流体介质压力会增至np。增压后的流体介质通过高压管路输送至模具。具体地说，活塞将低压流体介质和高压流体介质隔开，同时又将二者压力按比例联系起来。因此只需要调整低压端的压力就间接实现了高压端压力的控制。有益效果是目前200mpa以上的比例溢流阀仍然很难制造，这导致200mpa以上的压力不能实现比例控制，通过上述方式可利用(200/n)mpa 量程的比例溢流阀实现对200mpa压力的实施比例控制，这极大的降低了加压过程中对控制元件的要求。
11.e.缓冲过滤单元置于二级压力缩放单元和模具之间，主要起两个作用：当模具中的高压流体介质出现反流时可以缓存由模具反流回的流体介质，对二级压力缩放单元起保护作用；作为介质通道将二级压力缩放单元输出的高压流体介质输送至模具。
12.缓冲过滤单元由缓冲器、过滤器、第二单向阀、第三单向阀和第二换向阀组成。缓冲器、过滤器和第二单向阀依次串联，将模具和二级压力缩放单元联通，为流体介质自模具向二级压力缩放单元流动的通道。第三单向阀和第二换向阀串联然后与过滤器和第二单向阀并联，第三单向阀的开通方向与第二单向阀相反，为流体介质自高压腔向模具流动的通道。
13.优选的，缓冲器竖直放置，当模具中的高压流体介质向外流动时，流体介质自缓冲器下端进入，自上端流出，然后依次经过滤器、第二单向阀进入高压腔，推动活塞上移，低压腔的流体介质经第二溢流阀调压后返回至油箱。进一步的，当模具需要高压流体介质输入时，来自高压腔输出的流体介质经过第二换向阀和第三单向阀，由上端进入缓冲器，然后自下端输出至模具。
14.作为优选，缓冲器内腔的上端为圆柱形下端为漏斗形，利用流体介质自上而入的流动对内腔起到冲刷清洗效果。
15.作为优选，缓冲器内腔的容积要大于高压腔的容积。
16.作为优选缓冲器和高压腔的内腔接触面均设置为光滑平面。
17.f.快充单元负责为二级压力缩放单元中的活塞的回程提供驱动力，同时负责为模具输送5mpa以下的流体介质。
18.流体快充单元由水泵、第三溢流阀、第四单向阀、第三换向阀、第五单向阀、第四换向阀、第六单向阀、第五换向阀、第七单向阀和第一水箱组成。
19.快充单元有三个输出终端，一个是经水泵、第四单向阀、第四换向阀、第六单向阀通向模具；二是经水泵、第四单向阀、第三换向阀、第五单向阀通向二级压力缩放单元的高压腔；三是经水泵、第四单向阀、第五换向阀、第七单向阀通向缓冲器内腔的上端。第四单向阀起防止流体介质向水泵和第三溢流阀反流的作用。第五单向阀起防止高压腔中流体介质
向快充单元流动的作用。第六单向阀起防止模具中流体介质向快充单元流动的作用。第七单向阀起防止缓冲器中流体介质向快充单元流动的作用。第四换向阀、第三换向阀和第五换向阀分别负责控制第四单向阀与模具、第四单向阀与二级压力缩放单元、第四单向阀与缓冲器之间管路的通断。水泵负责将第一水箱中的流体介质增压，通过第三溢流阀进行调压。
20.g.水泵负责将第二水箱收集的流体介质经过滤器输送回第一水箱，达到流体介质的循环利用的目的。
21.作为优选，所有换向阀为常闭换向阀。
22.下面结合动作模式一进一步说明工作原理：1.控制系统对模具发出控制指令，模具打开，放入坯料。为便于介绍，将合模过程分为三个阶段，分别用合模至位置a、位置b和位置c来表述。
23.2.控制系统对模具发出控制指令，模具合模至位置a，3.控制系统对流体快充单元发出指令，流体快充单元的水泵启动，并通过第三溢流阀调压，第四换向阀和第五换向阀打开，流体介质经两条通路向模具中的工件填充流体介质，两条通路分别为经第四换向阀、第六单向阀至模具和经第五换向阀、第七单向阀、缓冲器至模具。模具中的工件填充满后，第四换向阀和第五换向阀关闭，水泵停止工作，4.控制系统对模具发出指令，模具合模至位置b，5.控制系统对一级压力控制单元发送指令，将第一溢流阀的开启压力调整为p1。液压泵启动，第一溢流阀将液压泵输出的流体介质的压力调为p1，经第一单向阀输送至二级压力缩放单元的低压腔，6.二级压力缩放单元通过活塞的横截面积比将p1增至np1，控制系统向第二换向阀发送指令，第二换向阀打开并保持打开状态，高压腔中压力为np1的流体介质经过过滤缓冲器输送至模具，7.控制系统对一级压力控制单元发送指令，将第一溢流阀的开启压力调整为p2，第二溢流阀的开启压力调整为kp2，一级压力控制单元将压力增至p2，8.控制系统对模具发送指令，模具合模至位置c，模具下行至位置c的过程中，一级压力控制单元需始终将压力控制在p2和kp2之间，k大于1小于2，进一步的是在模具下行至位置c的过程中，模具型腔的体积增大，相应的二级压力缩放单元的高压腔中的流体介质流向模具，相应的低压腔中的流体介质需实时的补充，第一溢流阀会自动调整溢流量，保证一级压力控制单元向低压腔提供压力为p1的流体介质。
24.进一步的是在模具下行至位置c的过程中，模具型腔的体积不变，相应的二级压力缩放单元的高压腔中的流体介质不流动，相应的低压腔中的流体介质不流动，第一溢流阀会自动调整溢流量，虽然液压泵持续工作，但能保证液体介质的压力始终为p1。
25.进一步的是在模具下行至位置c的过程中，模具型腔的体积减小，相应模具的流体介质流向二级压力缩放单元的高压腔中，相应的低压腔中的流体介质需实时的排出，第一单向阀阻断流体介质通过液压泵和第一溢流阀排出，流体介质受到压缩进而压力升高，当压力达到kp2时，第二溢流阀开启，排出流体介质。
26.9.若位置c不是工艺结束点，则模具继续下压，元器件的动作重复上述过程1-8；若模具合模至位置c为工艺结束点，液压泵和第二换向阀关闭。控制系统判断活塞在预备位置
以上还是以下。如果处在预备位置以下，则向水泵、第三换向阀和第一换向阀发送指令，第三换向阀和第一换向阀打开，水泵启动向二级压力缩放单元的高压腔填充流体介质，活塞移动到预备位置，然后水泵、第三换向阀和第一换向阀关闭；如果处在预备位置以上，则向液压泵、第二换向阀发送指令，第二换向阀打开，利用液压泵向二级压力缩放单元的低压腔填充流体介质，活塞移动到预备位置，然后液压泵和第二换向阀关闭。
27.10.控制系统对模具发出指令，模具开启，进入下一模次生产循环。
28.本发明的有益效果是：1.该装置同时具有输出和吸收高压液体的双重功能，压力可调、可控，实现了充压镦形工艺对设备的特殊要求。该装置同时可用作内高压成形设备。通用性好。
29.2.通过缓冲器体积设计达到屏蔽外来杂质影响的效果，简单可靠易实施。
30.3.通过缓冲器出口段形状设计，利用流体的流动形成的冲刷效果，实现缓冲器自清洗功能，进一步提高设备可靠性。
31.4.将压力控制阀布置在低压端，高/低压进行比例关联，达到了用低压元器件实现高压控制的效果，实现了超高压的比例控制。
附图说明：
图1是一种充压镦形成形装置示意图1-控制系统 2-模具 3-一级压力控制单元 4-二级压力缩放单元 5-过滤缓冲器 6-流体快充单元 7-液压泵 8-第一溢流阀 9-第二溢流阀 10-第一单向阀 11-第一换向阀 12-油箱 13-低压腔 14-活塞 15-高压腔 16-缓冲器 17-过滤器 18-第二单向阀 19-第三单向阀 20-第二换向阀 21-水泵 22-第三溢流阀 23-第四单向阀 24-第三换向阀 25-第五单向阀 26-第四换向阀 27-第六单向阀 28-第五换向阀 29-第七单向阀 30-第一水箱 30-过滤器 32-水泵 33-第二水箱
具体实施方式
33.下面结合附图1对本发明进行进一步的说明：一种充压镦形成形装置，是由控制单元和执行单元组成，控制单元由控制系统(1)构成，执行单元包括模具(2)、一级压力控制单元(3)、二级压力缩放单元(4)、缓冲过滤单元 (5)、快充单元(6)，一级压力控制单元(3)、二级压力缩放单元(4)、缓冲过滤单元 (5)、模具(2)依次串联，快充单元(6)与缓冲过滤单元(5)联通并具有通断控制，一级压力控制单元(3)主要由液压泵(7)、第一溢流阀(8)、第二溢流阀(9)、第一单向阀 (10)、第一换向阀(11)和油箱(12)组成，液压泵(7)将油箱(12)中的流体介质增压，增压后通过第一溢流阀(8)进行调压，然后经第一单向阀(10)输送至二级增压器(4) 的低压腔(13)，第二溢流阀(9)接在第一单向阀(10)出口端之后并与第一溢流阀(8)并联，另一端回油箱(12)，配合调整低压腔(13)的压力p，特别是当流体介质反流时，负责将其调压排出，第一单向阀(10)可以防止流体介质向液压泵(7)反流，第一换向阀(11)接在第一单向阀(10)出口端之后并与第二溢流阀(9)并联，另一端回油箱(12)，负责控制低压腔(13)与油箱(12)之间管路的通断。
34.二级压力缩放单元(4)为活塞式增压缸，负责将一级压力控制单元(3)输送过来的压力p按照横截面积比进一步升高，活塞(14)和高压腔(15)的横截面积比为n的话(n＞1)，
高压腔(15)输出的流体介质压力会增至np。
35.缓冲过滤单元(5)置于二级压力缩放单元(4)和模具(2)之间，缓冲过滤单元 (5)由缓冲器(16)、过滤器(17)、第二单向阀(18)、第三单向阀(19)和第二换向阀(20)组成，缓冲器(16)、过滤器(17)和第二单向阀(18)第二换向阀(20)依次串联，将模具(2)和二级压力缩放单元(4)联通，为流体介质自模具(2)向二级压力缩放单元 (4)流动的通道，第三单向阀(19)和第二换向阀(20)串联然后与过滤器(17)和第二单向阀(18)并联，第三单向阀(19)的开通方向与第二单向阀(18)相反，为流体介质自高压腔(15)向模具(2)流动的通道。
36.缓冲器(16)竖直放置，当模具(2)中的高压流体介质向外流动时，流体介质自缓冲器(16)下端进入，自上端流出，然后依次经过滤器(17)、第二单向阀(18)进入高压腔 (15)，推动活塞(14)上移，低压腔(13)的流体介质经第二溢流阀(9)调压后返回至油箱 (12)，进一步的，当模具(2)需要高压流体介质输入时，来自高压腔(15)输出的流体介质经过第二换向阀(20)和第三单向阀(19)，由上端进入缓冲器(16)，然后自下端输出至模具。
37.流体快充单元6由水泵(21)、第三溢流阀(22)、第四单向阀(23)、第三换向阀 (24)、第五单向阀(25)、第四换向阀(26)、第六单向阀(27)、第五换向阀(28)、第七单向阀(29)和第一水箱(30)组成，快充单元(6)有三个输出终端，一个是经水泵 (21)、第四单向阀(23)、第四换向阀(26)、第六单向阀(27)通向模具(2)；二是经水泵(21)、第四单向阀(23)、第三换向阀(24)、第五单向阀(25)通向二级压力缩放单元 (4)的高压腔(15)；三是经水泵(21)、第四单向阀(23)、第五换向阀(28)、第七单向阀(29)通向缓冲器(16)内腔的上端，第四单向阀(23)起防止流体介质向水泵(21)和第三溢流阀(22)反流的作用，第五单向阀(25)起防止高压腔(15)中流体介质向快充单元流动的作用，第六单向阀(27)起防止模具中流体介质向快充单元流动的作用，第七单向阀(29)起防止缓冲器(16)中流体介质向快充单元流动的作用，第四换向阀(26)、第三换向阀(24)和第五换向阀(28)分别负责控制第四单向阀(23)与模具(2)、第四单向阀 (23)与二级压力缩放单元(4)、第四单向阀(23)与缓冲器(16)之间管路的通断，水泵(21)负责将第一水箱(30)中的流体介质增压，通过第三溢流阀(22)进行调压。
38.下面结合动作模式一进一步说明工作原理：控制系统(1)依据下述执行单元动作设定进行程序编译，模具(2)是提供成型所需的形状的模型，1.控制系统(1)对模具(2)发出指令，模具(2)打开，放入坯料。为便于介绍，将合模过程分为三个阶段，分别用合模至位置a、位置b和位置c来表征。
39.2.控制系统(1)对模具(2)发出指令，模具(2)合模至位置a，3.控制系统(1)对流体快充单元(6)发出指令，流体快充单元(6)的水泵(21)启动，并通过第三溢流阀(22)调压，第四换向阀(26)和第五换向阀(28)打开，流体介质经两条通路向模具(2)中的工件填充流体介质，两条通路分别为经第四换向阀(26)、第六单向阀(27)至模具2和经第五换向阀(28)、第七单向阀(29)、缓冲器(16)至模具(2)。填充满后，第四换向阀(26)和第五换向阀(28)关闭，水泵(21)停止工作，4.控制系统(1)对模具(2)发出指令，模具(2)合模至位置b，5.控制系统(1)对一级压力控制单元(3)发送指令，将第一溢流阀(8)的开启压力调整为p1。液压泵(7)启动，第一溢流阀(8)将液压泵(7)输出的流体介质的压力调为p1，经第一
单向阀(10)输送至二级压力缩放单元(4)的低压腔(13)，6.二级压力缩放单元(4)通过活塞(14)的面积比将p1增至np1，控制系统(1)向第二换向阀(20)发送指令，第二换向阀(20)打开并保持打开状态，高压腔(15)中压力为 np1的流体介质经过过滤缓冲器(5)输送至模具(2)，7.控制系统(1)对一级压力控制单元(3)发送指令，将第一溢流阀(8)的开启压力调整为p2，第二溢流阀(9)的开启压力调整为kp2，一级压力控制单元(3)将压力增至p2， 8.控制系统(1)对模具(2)发送指令，模具(2)合模至位置c，模具(2)下行至位置c 的过程中，一级压力控制单元(3)需始终将压力控制在p2；进一步的是在模具(2)下行至位置c的过程中，模具型腔的体积增大，相应的二级压力缩放单元(4)的高压腔(15)中的流体介质流向模具(2)，相应的低压腔(13)中的流体介质需实时的补充，第一溢流阀(8)会自动调整溢流量，保证一级压力控制单元(3)向低压腔(13)提供压力为p1的流体介质。
40.进一步的是在模具(2)下行至位置c的过程中，模具型腔的体积不变，相应的二级压力缩放单元(4)的高压腔(15)中的流体介质不流动，相应的低压腔(13)中的流体介质不流动，第一溢流阀(8)会自动调整溢流量，虽然液压泵(7)持续工作，但能保证液体介质的压力始终为p1和kp2之间，k大于1小于2，进一步的是在模具(2)下行至位置c的过程中，模具型腔的体积减小，相应模具(2)的流体介质流向二级压力缩放单元(4)的高压腔(15)中，相应的低压腔(13)中的流体介质需实时的排出，第一单向阀(10)阻断流体介质通过液压泵(7)和第一溢流阀(8)排出，流体介质受到压缩进而压力升高，当压力达到kp2时，第二溢流阀(9)开启，排出流体介质。
41.9.若位置c不是工艺结束点，则模具继续下压，元器件的动作重复上述过程1-8；若模具合模至位置c为工艺结束点，液压泵(7)和第二换向阀(20)关闭，控制系统(1) 判断活塞(14)在预备位置以上还是以下。如果处在预备位置以下，则向水泵(21)、第三换向阀(24)和第一换向阀(11)发送指令，第三换向阀(24)和第一换向阀(11)打开，水泵 (21)启动向二级压力缩放单元(4)的高压腔(15)填充流体介质，活塞(14)移动到预备位置，然后水泵(21)、第三换向阀(24)和第一换向阀(11)关闭；如果处在预备位置以上，则向液压泵(7)、第二换向阀(20)发送指令，第二换向阀(20)打开，利用液压泵 (7)向二级压力缩放单元(4)的低压腔(13)填充流体介质，活塞(14)移动到预备位置，然后液压泵(7)和第二换向阀(20)关闭；10.控制系统(1)对模具(2)发出指令，模具(2)开启，进入下一模次生产循环。
42.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。