本發(fā)明屬于液壓成型技術，具體涉及一種可軸向補料的微型管件液壓成型裝置，特別針對外徑為0.9-2mm的微型管件。

背景技術：

管件液壓成型技術是用管坯作為原材，通過對管腔內(nèi)施加液體壓力及在軸向施加載荷使其在給定模具型腔內(nèi)發(fā)生塑性變形，管壁與模具內(nèi)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(yè)。然而，隨著科學技術的發(fā)展，電子、醫(yī)療、微器械等行業(yè)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(fā)展起來的一種微型空心管件規(guī)?；a(chǎn)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(xiàn)，該技術成形出來的微型管件在電子、醫(yī)療、微器械等行業(yè)應用前景良好。但是，管件微型化使成形工藝系統(tǒng)的各個方面，如微型管件材料成形性能、成型工藝、摩擦等都存在尺度效應的問題，因此在傳統(tǒng)微型管件液壓成型的過程中，微型管件成形性能并不是很好。

Wagner S W, Ng K, Emblom W J等人在Influence of continuous direct current on 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，且不能夠?qū)崿F(xiàn)軸向補料。James Ballanfonte Lowrie 及其團隊設計了一套可軸向補料的微管液壓成型裝置，但是要用到壓機來達到合模密封要求，成型設備體積較大，且軸向補料采用凸輪機構(gòu)手動控制，無法精確調(diào)節(jié)補料量和補料速度；Yoshihiro Amikura等人在fracture evaluation of A 1070 Aluminum Micro-tubes Using Bulge Forming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。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可軸向補料的微型管件液壓成型裝置，解決了微型管件液壓成型的高壓密封及軸向補料問題，能有效地改善微型管件的塑性成形能力。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：一種可軸向補料的微型管件液壓成型裝置，包括兩個完全相同的液壓成型子裝置，所述兩個液壓成型子裝置分別與微型管件的兩端連接。

所述液壓成型子裝置包括模具、軸向補料系統(tǒng)和供油系統(tǒng)，供油系統(tǒng)、軸向補料系統(tǒng)分別與模具連接，供油系統(tǒng)與軸向補料系統(tǒng)連接。

所述模具包括推桿、后蓋、后螺母、第一鑲塊、連接塊、過渡接頭、第二鑲塊和前螺母，連接塊包括一個變直徑的第一通孔，以及與第一通孔垂直的第二通孔，第一通孔兩端分別設有凹槽，后螺母設置在第一通孔一端的凹槽中，前螺母設置在第一通孔另一端的凹槽中，后螺母與第一通孔之間設有第一鑲塊，后螺母的螺帽與后蓋固連；第二鑲塊一端設有凸起，另一端嵌入前螺母中，第二鑲塊的凸起與第一通孔連接；過渡接頭為一端設有凸起的圓柱體，柱身上設有一個垂直與圓柱體軸線的第三通孔，還設有與第三通孔垂直的第四通孔，第四通孔一端與第三通孔連通，另一端穿過圓柱體不設有凸起的端面，沖頭一端固定在第四通孔內(nèi)，另一端穿過第二鑲塊的中心，與微型管件相連；推桿包括桿身和桿頭，桿頭端面中心設有凹槽，過渡接頭的凸起與推桿桿頭端面的凹槽固連，桿頭直徑大于桿身直徑，桿身依次穿過第一通孔、第一鑲塊、后螺母和后蓋中心，第一通孔設有臺階面，防止桿頭從第一通孔中脫離，第二通孔的軸線位于臺階面與第二鑲塊凸起端面之間。

所述軸向補料系統(tǒng)包括依次連接的PLC觸摸屏一體機、驅(qū)動器、步進電機、減速機和絲杠螺母，PLC觸摸屏一體機通過發(fā)出一定頻率的脈沖信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器將脈沖信號放大，再傳給步進電機，經(jīng)過減速機減速，最后帶動絲杠螺母的絲杠螺母副運動，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，絲杠螺母的螺母與模具中的推桿桿身尾部固連，從而實現(xiàn)軸向補料，PLC觸摸屏一體機與供油系統(tǒng)連接。

所述供油系統(tǒng)包括液壓站、增壓器、單向閥和高壓油管，液壓站與增壓器相連，增壓器的高壓腔與單向閥相連，單向閥再與高壓油管相連，高壓油管另一端通過快接接頭與模具中第二通孔連接，液壓站與軸向補料系統(tǒng)的PLC觸摸屏一體機連接，通過PLC觸摸屏一體機控制液壓站的輸出壓力。

所述推桿、第一鑲塊和連接塊之間設有斯特封；推桿、第一鑲塊和后螺母之間設有斯特封。

所述第一鑲塊和連接塊的凹槽之間設有密封圈；后螺母和第一鑲塊之間設有密封圈。

所述推桿、后蓋和后螺母之間設有密封圈。

所述第二鑲塊、前螺母和微型管件之間設有密封圈。

所述第二鑲塊、前螺母之間設有密封圈；第二鑲塊和連接塊的凹槽之間設有密封圈。

所述沖頭為管狀沖頭。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點在于：

1、通過改變過渡接頭、第二鑲塊和前螺母的中心孔尺寸，可以實現(xiàn)外徑0.9-2mm微型管件的液壓成型。

2、在向管件內(nèi)部通入高壓液體的過程中，能夠?qū)ξ⑿凸芗啥耸┘虞S向力，進行軸向補料。

3、在第一鑲塊4和第二鑲塊7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。斯特封的使用解決了往復運動的動密封問題。

4、本發(fā)明提出的可軸向補料的微型管件液壓成型裝置的軸向補料系統(tǒng)包括PLC觸摸屏一體機、驅(qū)動器、步進電機、減速機和絲杠螺母，步進電機精確按照脈沖信號工作，從而實現(xiàn)對補料量精準控制。

5、本發(fā)明提出的可軸向補料的微型管件液壓成型裝置的供油系統(tǒng)采用PLC觸摸屏一體機對供油過程進行控制，與傳統(tǒng)的手動操作控制相比，PLC控制更加精準、可靠，響應速度更快。并且，該可軸向補料的微型管件液壓成型裝置采用高壓傳感器來測量高壓油管內(nèi)的壓力、力傳感器來測軸向推力，比傳統(tǒng)的讀數(shù)式儀表的測量精度更高，更準確。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提出的可軸向補料的微型管件液壓成型裝置的工作原理示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明提出的可軸向補料的微型管件液壓成型模具的剖面圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

結(jié)合圖1，一種可軸向補料的微型管件液壓成型裝置，包括兩個完全相同的液壓成型子裝置25，兩個液壓成型子裝置25分別與微型管件的兩端連接。

所述液壓成型子裝置25包括模具、軸向補料系統(tǒng)和供油系統(tǒng)，供油系統(tǒng)、軸向補料系統(tǒng)分別與模具連接，供油系統(tǒng)與軸向補料系統(tǒng)連接。

結(jié)合圖2，所述模具包括推桿1、后蓋2、后螺母3、第一鑲塊4、連接塊5、過渡接頭6、第二鑲塊7和前螺母8，連接塊5包括一個變直徑的第一通孔11，以及與第一通孔11垂直的第二通孔9，第一通孔11兩端分別設有凹槽，后螺母3設置在第一通孔11一端的凹槽中，前螺母8設置在第一通孔11另一端的凹槽中，后螺母3與第一通孔11之間設有第一鑲塊4，后螺母3的螺帽與后蓋2固連。第二鑲塊7一端設有凸起，另一端嵌入前螺母8中，第二鑲塊7的凸起與第一通孔11連接。過渡接頭6為一端設有凸起的圓柱體，柱身上設有一個垂直與圓柱體軸線的第三通孔10，還設有與第三通孔10垂直的變直徑第四通孔，第四通孔直徑小的一端與第三通孔10連通，直徑大的一端穿過圓柱體不設有凸起的端面，管狀沖頭12一端設置在第四通孔內(nèi)，止于第四通孔變截面的臺階面14，另一端穿過第二鑲塊7的中心，與微型管件相連。推桿1包括桿身和桿頭，桿頭端面中心設有凹槽，過渡接頭6的凸起與推桿1桿頭端面的凹槽固連，桿頭直徑大于桿身直徑，桿身依次穿過第一通孔11、第一鑲塊4、后螺母3和后蓋2中心，第一通孔11設有臺階面13，防止桿頭從第一通孔11中脫離，第二通孔9的軸線位于臺階面13與第二鑲塊7凸起端面之間。高壓油管通過快接接頭與第二通孔9連接。推桿1桿身尾部與軸向補料系統(tǒng)中螺母連接。

圖2中黑色部分代表密封件微型管件15除外，所述推桿1、第一鑲塊4和連接塊5之間設有斯特封；推桿1、第一鑲塊4和后螺母3之間設有斯特封；斯特封的作用在于形成動密封。推桿1、后蓋2和后螺母3之間設有YXd軸用密封圈，形成動密封。后螺母3和第一鑲塊4的接觸面之間用O型密封圈形成靜密封。第一鑲塊4和連接塊5的凹槽的接觸面之間用O型密封圈形成靜密封。連接塊5的凹槽和第二鑲塊7之間的接觸面用O型密封圈形成靜密封。第二鑲塊7和前螺母8接觸面之間用O型密封圈形成靜密封。微型管件、第二鑲塊7和前螺母8之間用O型密封圈形成動密封。

軸向補料系統(tǒng)包括依次連接的PLC觸摸屏一體機16、驅(qū)動器17、步進電機18、減速機19、絲杠螺母20，PLC觸摸屏一體機16通過發(fā)出一定頻率的脈沖信號給驅(qū)動器17，驅(qū)動器17將脈沖信號放大，再傳給步進電機18，經(jīng)過減速機19減速，最后帶動絲杠螺母20的絲杠螺母副運動，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，絲杠螺母20的螺母與模具中的推桿1桿身尾部固連，從而實現(xiàn)軸向補料，PLC觸摸屏一體機16與供油系統(tǒng)連接。

供油系統(tǒng)包括液壓站23、增壓器22、單向閥21和高壓油管，液壓站23通過油管與增壓器22相連，液壓站23輸出液壓油的壓力通過其溢流閥來控制，再由增壓器22使得壓力增加到7倍，增壓器22的高壓腔與單向閥21相連，單向閥21作用是保壓。單向閥21的出口與高壓油管相連，高壓油管的另一端通過快接接頭與模具中第二通孔9連接，溢流閥與軸向補料系統(tǒng)的PLC觸摸屏一體機16連接，通過PLC觸摸屏一體機16控制溢流閥的閥口壓力。

實施例1

以加工外徑為2mm的微型管件為例。所采用的微型管件材料304不銹鋼，管件尺寸外徑2mm，壁厚0.3mm。

一種可軸向補料的微型管件液壓成型裝置，包括兩個完全相同的液壓成型子裝置25，兩個液壓成型子裝置25分別位于微型管件的兩端。

所述液壓成型子裝置25包括模具、軸向補料系統(tǒng)和供油系統(tǒng)，供油系統(tǒng)、軸向補料系統(tǒng)分別與模具連接，供油系統(tǒng)與軸向補料系統(tǒng)連接。

其中就模具而言，連接塊5體積為100*100*50mm，整個模具長度方向為140mm,滿足微成形模具微型化的要求。

模具包括推桿1、后蓋2、后螺母3、第一鑲塊4、連接塊5、過渡接頭6、第二鑲塊7和前螺母8，連接塊5包括一個變直徑的第一通孔11，以及與第一通孔11垂直的第二通孔9，第一通孔11兩端分別設有凹槽，后螺母3與第一通孔11一端的凹槽通過螺紋連接，前螺母8與第一通孔11另一端的凹槽通過螺紋連接，后螺母3與第一通孔11之間設有第一鑲塊4，后螺母3的螺帽與后蓋2通過三個對稱分布的螺釘連接。第二鑲塊7一端設有凸起，第二鑲塊7嵌入前螺母8中，第二鑲塊7的凸起與第一通孔11間隙配合。過渡接頭6為一端設有凸起的圓柱體，柱身上設有一個垂直與圓柱體軸線的第三通孔10，還設有與第三通孔10垂直的變直徑第四通孔，第四通孔直徑小的一端與第三通孔10連通，直徑大的一端穿過圓柱體不設有凸起的端面，管狀沖頭12一端設置在第四通孔內(nèi)，止于第四通孔變截面的臺階面14，另一端穿過第二鑲塊7的中心，與微型管件端面相接觸。推桿1包括桿身和桿頭，桿頭端面中心設有凹槽，過渡接頭6的凸起與推桿1桿頭端面的凹槽通過內(nèi)外螺紋連接，桿頭直徑大于桿身直徑，桿身依次穿過第一通孔11、第一鑲塊4、后螺母3和后蓋2中心，第一通孔11設有臺階面13，防止桿頭從第一通孔11中脫離，第二通孔9的軸線位于臺階面13與第二鑲塊7凸起端面之間。高壓油管通過快接接頭與第二通孔9連接。推桿1桿身尾部與軸向補料系統(tǒng)中絲杠螺母中螺母的法蘭通過螺釘連接。

圖2中黑色部分代表密封件微型管件15除外，所述推桿1、第一鑲塊4和連接塊5之間設有斯特封；推桿1、第一鑲塊4和后螺母3之間設有斯特封；斯特封的作用在于形成動密封。推桿1、后蓋2和后螺母3之間設有YXd軸用密封圈，形成動密封。后螺母3和第一鑲塊4的接觸面之間用O型密封圈形成靜密封。第一鑲塊4和連接塊5的凹槽的接觸面之間用O型密封圈形成靜密封。連接塊5的凹槽和第二鑲塊7之間的接觸面用O型密封圈形成靜密封。第二鑲塊7和前螺母8接觸面之間用O型密封圈形成靜密封。微型管件、第二鑲塊7和前螺母8之間用O型密封圈形成動密封。

軸向補料系統(tǒng)包括依次連接的PLC觸摸屏一體機16、驅(qū)動器17、步進電機18、減速機19、絲杠螺母20，PLC觸摸屏一體機16通過發(fā)出一定頻率的脈沖信號給驅(qū)動器17，驅(qū)動器17將脈沖信號放大，再傳給步進電機18，經(jīng)過減速機19減速，最后帶動絲杠螺母20的絲杠螺母副運動，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，實現(xiàn)對補料量精準控制。絲杠螺母20的螺母與模具中的推桿1桿身尾部固連，從而實現(xiàn)軸向補料，PLC觸摸屏一體機16與供油系統(tǒng)連接。

供油系統(tǒng)包括液壓站23、增壓器22、單向閥21和高壓油管，液壓站23通過油管與增壓器22相連，液壓站23輸出液壓油的壓力通過其溢流閥來控制，再由增壓器22使得壓力增加到7倍，增壓器22的高壓腔與單向閥21相連，單向閥21作用是保壓。單向閥21的出口與高壓油管相連，高壓油管的另一端通過快接接頭與模具中第二通孔9連接，溢流閥與軸向補料系統(tǒng)的PLC觸摸屏一體機16連接，通過PLC觸摸屏一體機16控制溢流閥的閥口壓力。

工作流程如下：

第一步供油系統(tǒng)通過連接塊5上的第二通孔9給微型管件初步供油，使微型管件內(nèi)部壓力維持在5Mpa，表示液壓油已經(jīng)充滿微型管件內(nèi)腔，然后供油系統(tǒng)和軸向補料系統(tǒng)同時工作，即供油系統(tǒng)以某一加載曲線進行供油，同時軸向補料系統(tǒng)通過PLC觸摸屏一體機16給出脈沖頻率和脈沖數(shù)來控制步進電機18，帶動絲杠螺母20的絲杠螺母副運動，進而控制推桿1的軸向運動，控制補料量。

由于在工作過程中存在往復運動，故在整個裝置的設計過程中，綜合考慮了動靜密封的問題，通過擠壓O型密封圈可以達到靜密封350Mpa；而推桿1由于需要往復運動，就采用兩道斯特封來密封，密封也能達到350Mpa。

采用這種可軸向補料的微型管件液壓成型裝置能顯著的提高微型管的塑性成型能力，與傳統(tǒng)的不帶軸向補料的液壓成型工藝相比，微型管的成形能力能提高15%左右。

本發(fā)明通過改變過渡接頭6、第二鑲塊7和前螺母8的中心孔尺寸，可以實現(xiàn)外徑0.9-2mm微型管件的液壓成型。本發(fā)明提出的可軸向補料的微型管件液壓成型裝置的供油系統(tǒng)采用PLC觸摸屏一體機對供油過程進行控制，與傳統(tǒng)的手動操作控制相比，PLC控制更加精準、可靠，響應速度更快。并且，該可軸向補料的微型管件液壓成型裝置采用高壓傳感器來測量高壓油管內(nèi)的壓力、力傳感器來測軸向推力，比傳統(tǒng)的讀數(shù)式儀表的測量精度更高，更準確。