内凹式内高压成形冲头密封结构

本发明涉及管材内高压成形技术，具体为通过改变管材内高压成型时冲头 端部的几何结构进行形变过程中高压液体的动密封，适用于管材内高压成形装 置等结构的动密封。

内高压成形工艺是指通过对管状坯料同时施加轴向压力和内部高压使其发 生塑性变形，并最终贴模成形的过程，属于特种塑性加工方法，具有节省原材 料，所成形零件重量轻、加工道次少，产品精度高、模具数量少，生产成本低、 零件强度刚度好，设备重量轻，操作简便等优点，在航空航天及汽车制造业等 领域中得到广泛应用，产品主要包括飞机用偏心轴，汽车用凸轮轴、排气管、 发动机托架，以及民用厨房卫生用具等。

在内高成形过程中，冲头与管坯之间的动密封至关重要，直接关系到成形 过程的成败以及成形后产品的质量及精度。目前内高压成形生产中常用的密封 为楔形冲头密封，通过将楔形冲头压入管坯迫使管坯端部发生塑性变形，通过 模具内腔对管坯端部的轴向运动的约束实现塑性形变刚性密封。但内高压成形 过程中往往涉及材料的轴向进给以保证形变过程的稳定，而这种刚性密封方式 运动过程中对型腔内表面磨损非常严重，造成生产成本显著提高，因此急需设 计合理的新型内高压动密封结构。

本发明针对目前内高压成形时模具密封处楔形冲头引起的局部塑性变形在 运动过程中对模具行腔磨损严重的问题，提出了通过改变冲头几何结构来改善 这一问题的思路，提供了一种简洁的内高压端头动密封结构，该结构具有生产 成本低，制造安装方便，安全可靠自适应性强的优点，如图1，通过改进的方法 来生产内高压成形零件可以显著提高模具寿命。

本发明的工作原理：本发明的密封结构实际上由冲头与管坯刚性接触，辅 之以凹模的径向约束形成密封。冲头前端开一梯形槽，梯形槽的外侧边长根据 管坯结构的不同要求具有一定的长度，以保证密封并实现对型腔内表面的保护。 成形过程中通过冲头内表面对对管坯形成径向扩张塑性变形，实现预紧密封， 同时通过梯形槽保证管坯端口塑性变形形成的径向扩张力作用于冲头梯形槽另 一侧内壁，而非传统楔形冲头的型腔内表面，以减少管坯对凹模内壁的摩擦与 挤压，提高凹模的使用寿命。

本发明的有益效果是：

1.本发明内高压成形密封结构简单，制备与安装方便，只需要对冲头稍作改 进，也适用于对原有的内高压成形模具进行改造升级，节约成本。

2.在低压阶段，依靠冲头与管坯端部及内壁压紧来实现密封效果；在高压阶 段，随着变形量得增加，管坯发生塑性变形，材料流入梯形槽，进一步提 高密封效果，实现高压密封。

3.减轻管坯对凹模内壁的摩擦与挤压，以冲头寿命换取凹模的寿命，降低模 具加工成本。

4.本发明适用于高液压以及厚壁管坯的密封。

图1为本发明结构示意图

图中，1为凹模；2为冲头的梯形槽；3为冲头；4为内部液压；5为管坯。

将管坯放在下模内，闭合上模，驱动端部运用本发明结构的水平冲头使其一 部分进入管坯内部型腔，一部分与管坯端部压紧，形成刚性接触，实现管端冲 头密封，通过液压系统施加内部高压液体进行加压成形。在此过程中，两端冲 头按照设定加载曲线向前推进，管坯的端部通过塑性流动进入冲头梯形槽内， 由于有槽内双侧斜面的存在，坯料端部材料会很顺利流入梯形槽同时减少了管 坯对模具的挤压力，降低了管坯运动过程中与模具内型腔之间的相互摩擦力， 减少了模具的磨损程度，提高了模具寿命。

实施例1薄壁空心异形壳体的内高压成型

1.选材与下料，根据最终零件几何形状及壁厚要求选定相应管坯材料并 通过剪切机或砂轮片下料，制备相应管坯。

2.模具设备选型。本发明主要在于改进内高压成形冲头密封结构，模具 制造可参考传统内高压成型模具，同时也可对原有的内高压模具进行改 造，以节约制造成本；依据成形零件最终的几何尺寸，计算内压力、轴 向力、合模力等参数，完成内高压成形设备的选择。

3.冲头加工。对于薄壁管坯，本发明的内凹结构开口度可以相应减小，同 时增加侧边长度以保证密封效果。

4.内高压成形。将管坯置入下模并合模，通过冲头密封并引入高压液体成 形异形壳体。

5.检验交货。对成形的异形壳体进行抽样检查，确定满足相应的标准后， 可进行表面处理及相关的后继加工，最后进行交货。

实施例2厚壁汽车后桥的内高压成型

1.选材与下料，根据后桥几何形状及壁厚要求选定相应管坯材料并通过剪切机 或砂轮片制备相应管坯。

2.模具制造与设备选型。依据后桥零件最终几何尺寸计算内压力、轴向力、合 模力等参数，完成内高压成形设备的选择。

3.冲头加工，对于厚壁零件，由于成形时轴向进给力的显著增加因此内凹结构 需具有一定刚度，开口度要相应加大。

4.内高压成形。将管坯放入下模并合模，通过结合本发明的冲头对管坯进行密 封并引入高压液体，结合对内部压力及轴向进给的合理匹配使管坯发生相应 的塑性变形并最终成型为所设计的汽车后轿桥壳。

5.检验交货。对成形的后桥进行抽检，确定满足相应的标准后可进行表面处理 及相关的后继加工并最终交货。