一种小直径薄壁C形金属密封环的成形装置及方法与流程

一种小直径薄壁c形金属密封环的成形装置及方法
技术领域
1.本发明涉及零件加工技术领域，尤其涉及一种小直径薄壁c形金属密封环的成形装置及方法。


背景技术：

2.c形金属密封环具有内压自紧作用，属于自紧式密封垫片，其结构简单、预紧力小、回弹性能好、适应压力和温度波动性强，在高温、高压、超高压、高真空度等工况下依旧具有较好的密封性能，因此被广泛应用于航空航天、核能、石油化工、汽车及能源等领域。
3.目前，c形金属密封环的成形一般通过将带材焊接成环形筒坯后，采用多道次对称式整体成形工艺，通过内/外旋轮将环形筒坯旋压成c形金属密封环，内/外旋轮为回转体圆盘形结构，圆周上为相互配合的凹/凸型腔，但该方法在旋压过程中定位、对中困难，容易因发生滑动、偏移，导致出现旋压后的c形金属密封环不对称，产品合格率低的问题；当c形金属密封环尺寸较小时，带材焊接难度较大，且受到模具尺寸的约束，无法成形尺寸小于φ20以下的c形金属密封环；或者，c形金属密封环的成形还可以通过将管材绕弯后焊接成圆环，采用车削的方式去除多余部分，即可得到c形截面的金属密封环，该方案解决了带材旋压难以定位、对中的问题，但该方法对薄壁管材而言，制造难度大、成本高，且薄壁管材绕制圆环时极易出现凹坑、塌陷、横截面严重变形等缺陷，而且也需要对薄壁管材进行焊接。
4.两种c形金属密封环的成形方法在成形小直径薄壁c形金属密封环时，均存在焊接难度大的问题，在焊接时，还会出现气孔、夹砂、未焊透等焊接缺陷，且焊缝质量对产品生产合格率以及使用性能影响较大。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种小直径薄壁c形金属密封环的成形装置及方法，用于实现小直径薄壁c形金属密封环的成形，且避免因焊接导致的产品质量和使用性能下降的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种小直径薄壁c形金属密封环的成形装置，用于将环形胚料成形为c形金属密封环，包括：
7.底座，底座用于与车床转动连接；
8.第一成形组件，第一成形组件设置于底座的上方并与底座可拆卸固定连接，第一成形组件用于将环形胚料靠近轴线的环形段下压形成内弧边，使环形胚料形成第一步成形件；
9.第二成形组件，第二成形组件设置于底座的上方并与底座可拆卸固定连接，第二成形组件用于将第一步成形件远离轴线的环形段下压，使第一步成形件形成第二步成形件，第二步成形件沿轴线方向的截面为j形；
10.第三成形组件，第三成形组件设置于底座的上方并与底座可拆卸固定连接，第三成形组件用于将第二步成形件远离轴线的环形段回压，使第二步成形件形成第三步成形
件，第三步成形件沿轴线方向的截面为c形。
11.相对现有技术，本发明提供的一种小直径薄壁c形金属密封环的成形装置能够依次通过第一成形组件将环形胚料靠近轴线的环形段下压形成内弧边，形成第一步成形件，然后再通过第二成形组件将远离轴线的环形段下压，形成第二步成形件，最后将下压后的环形段的下半部分朝向轴线方向回压，形成第三步成形件，所得的第三步成形件为沿轴线方向的截面为c形的环状结构，即为c形金属密封环，另外底座相对车床能够转动，进而通过底座带动第一成形组件、第二成形组件或第三成形组件转动，进而便于加工操作。相对于现有技术，本发明提供的一种小直径薄壁c形金属密封环的成形装置能够实现小直径薄壁c形金属密封环的成形，而且加工过程中无需对胚料进行焊接，因此能够避免因焊接导致的产品质量和使用性能下降的问题。
12.可选地，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，第一成形组件包括：
13.第一下模具，第一下模具设置于底座的上方并与底座可拆卸连接，第一下模具的上端设置有第一凹腔和第一通孔，第一通孔的直径大于环形胚料的内径且小于环形胚料的外径，第一凹腔用于容纳并限位环形胚料；
14.第一旋轮，第一旋轮与环形胚料靠近轴线的环形段抵接，并为环形胚料靠近轴线的环形段提供向下的作用力。
15.可选地，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，底座上设置有空腔，空腔用于容纳并限位第一下模具，第一成形组件还包括：
16.第一上模具，第一上模具设置于第一下模具的上方，第一上模具的下端设置有第二凹腔和成形通孔，第二凹腔用于容纳底座的上端，第二凹腔的底部与环形胚料抵接，成形通孔的下端直径大于环形胚料的内径且小于环形胚料的外径，第一旋轮的一端穿过成形通孔并与环形胚料靠近轴线的环形段抵接。
17.可选地，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，底座的外侧设置有外螺纹，第二凹腔的侧壁上设置有内螺纹，第一上模具与底座螺纹连接。
18.可选地，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，成形通孔的上端为圆锥形。
19.可选地，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，第一上模具的外周侧设置有滚压花纹。
20.可选地，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，第二成形组件包括：
21.第二下模具，第二下模具设置于底座的上方并与底座可拆卸连接，第二下模具上设置有环状凸台和第二通孔，环状凸台的上端面为圆弧状，环状凸台的外径等于待成形的c形金属密封环的周向直径φ减2倍的c形金属密封环壁厚t，第一步成形件抵接设置于环状凸台的上端，且与第二下模具同轴；
22.第二上模具，第二上模具设置于第一步成形件的上方，第二上模具包括上端圆柱部和下端圆柱部，下端圆柱部穿过第一步成形件的中心孔并伸入第二通孔并与第二下模具可拆卸连接，上端圆柱部和下端圆柱部连接处为倒角，倒角的半径等于待成形的c形金属密封环c形截面的外径r，倒角与第一步成形件抵接，第一步成形件与第二上模具同轴；
23.第一紧定螺钉，第二上模具设置有第一定位孔，底座上设置有螺纹孔，第一紧定螺钉的一端穿过第一定位孔并于螺纹孔螺纹连接，第一紧定螺钉的另一端具有第一突出部，
第一突出部与上端圆柱部的上端面抵接，第一紧定螺钉用于使第二上模具、第一步成形件、第二下模具和底座同轴且相对固定；
24.第二旋轮，第二旋轮与第一步成形件远离轴线的环形段抵接，并对第一步成形件远离轴线的环形段提供向下的作用力。
25.可选地，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，第三成形组件包括：
26.第三下模具，第三下模具设置于底座的上方并与底座可拆卸连接，第三下模具上设置有第三凹腔和第三通孔，第三凹腔的形状与待成形的c形金属密封环的下端外壁形状相同，用于容纳第二步成形件并使第二步成形件与第三下模具同轴；
27.第三上模具，第三上模具设置于第三下模具的上方，第三上模具为具有多道开口槽的花瓣形结构，开口槽将第三上模具分割为多个l形件，多个l形件的第一边的底端均固定连接，多个l形件合围形成锥形通孔，第三上模具的下端穿过第二步成形件的中心孔并伸入第三通孔中；
28.圆锥销钉，圆锥销钉的一端穿过第二步成形件的中心孔并伸入锥形通孔中，圆锥销钉的锥面斜率大于锥形通孔的锥面斜率，圆锥销钉用于对每个l形件施加向外的作用力，使l形件产生由轴线向外的形变，进而使l形件的第二边与第二步成形件的远离轴线的环形段的内侧抵接，并对第二步成形件提供支撑力；
29.第三旋轮，第三旋轮与第二步成形件远离轴线的环形段的外壁抵接，并对第二步成形件远离轴线的环形段的外壁提供朝向轴线的作用力。
30.可选地，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，第三成形组件还包括：
31.第二紧定螺钉，圆锥销钉上设置有第二定位孔，底座上设置有螺纹孔，第二紧定螺钉的一端穿过第二定位孔并于螺纹孔螺纹连接，第二紧定螺钉的另一端具有第二突出部，第二突出部与圆锥销钉的上端面抵接，第二紧定螺钉用于使圆锥销钉、第三上模具、第二步成形件、第三下模具和底座同轴且相对固定。
32.可选地，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，小直径薄壁c形金属密封环的成形装置还包括：
33.动力件，动力件的输出端与底座动力连接，用于驱动底座转动。
34.本发明还提供一种小直径薄壁c形金属密封环的成形方法，应用于上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置，小直径薄壁c形金属密封环的成形方法包括：
35.基于待成形的c形金属密封环的周向直径、待成形的c形金属密封环c形截面的外径、待成形的c形金属密封环的壁厚和开口夹角，确定环形胚料的内径和外径；
36.基于环形胚料的内径和外径，制备环形胚料；
37.将环形胚料的靠近轴线的环形段下压形成内弧边，使环形胚料形成第一步成形件；
38.将第一步成形件远离轴线的环形段下压，使第一步成形件形成沿轴线方向的截面为j形的第二步成形件；
39.将第二步成形件远离轴线的环形段向轴线方向回压，使第二步成形件形成沿轴线方向的截面为c形的第三步成形件。
40.可选地，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形方法中，基于待成形的c形金属密封环的周向直径、待成形的c形金属密封环c形的截面的外径、待成形的c形金属密封环的
壁厚和开口夹角，确定环形胚料的内径和外径满足：
41.φ
内
＝φ-2r-(π-β)
×
(r-t/2)
42.φ
外
＝φ-2r+(3π-β)
×
(r-t/2)
43.其中，φ
内
为环形胚料的内径，单位为mm；φ
外
为环形胚料的外径，单位为mm；φ为待成形的c形金属密封环的大径，单位为mm；r为待成形的c形金属密封环在轴线方向上的截面的外径，单位为mm；t为待成形的c形金属密封环的壁厚，单位为mm；β为待成形的c形金属密封环的开口夹角，单位为rad。
44.可选地，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形方法中，在将第二步成形件远离轴线的环形段向轴线方向回压，使第二步成形件形成沿轴线方向的截面为c形的第三步成形件之后，小直径薄壁c形金属密封环的成形方法还包括：
45.对第三步成形件放入真空热处理炉中进行时效热热处理。
附图说明
46.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
47.图1为一种c形金属密封环的结构示意图；
48.图2为本发明实施例提供的一种小直径薄壁c形金属密封环的成形装置的第一组件和底座的结构示意图；
49.图3为本发明实施例提供的一种小直径薄壁c形金属密封环的成形装置的第二组件和底座的结构示意图；
50.图4为本发明实施例提供的一种小直径薄壁c形金属密封环的成形装置的第三组件和底座的结构示意图；
51.图5为本发明实施例提供的一种小直径薄壁c形金属密封环的成形装置的第一上模具的剖面图；
52.图6为本发明实施例提供的一种小直径薄壁c形金属密封环的成形装置的第三上模具的剖面图；
53.图7为本发明实施例提供的一种小直径薄壁c形金属密封环的成形装置和方法中环形胚料、第一步成形件、第二步成形件和第三步成形件的结构示意图；
54.图8为本发明实施例提供的一种小直径薄壁c形金属密封环的成形方法的步骤图。
55.附图标记：
56.1-c形金属密封环；2-底座；21-下圆柱部；22-限位凸台；23-上圆柱部；24-空腔；3-第一成形组件；31-第一下模具；311-第一凹腔；312-第一通孔；32-第一旋轮；33-第一上模具；331-第二凹腔；332-环形凸起；333-成形通孔；4-第二成形组件；41-第二下模具；411-环状凸台；412-第二通孔；42-第二上模具；421-上端圆柱部；422-下端圆柱部；423-第一定位孔；43-第一紧定螺钉；5-第三成形组件；51-第三下模具；511-第三凹腔；512-第三通孔；52-第三上模具；521-l形件；5211-圆形凸起；522-锥形通孔；53-圆锥销钉；531-第二定位孔；54-第二紧定螺钉；6-环形胚料；7-第一步成形件；8-第二步成形件；9-第三步成形件。
具体实施方式
57.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
58.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
59.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
60.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
61.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
62.目前，c形金属密封环的成形一般通过将带材焊接成环形筒坯后，采用多道次对称式整体成形工艺，通过内/外旋轮将环形筒坯旋压成c形金属密封环，但该方法在旋压过程中定位困难，容易因发生滑动、偏移，导致出现旋压后的c形金属密封环的不对称，产品合格率低的问题；或者，c形金属密封环的成形还可以通过将管材绕弯后焊接成圆环，采用车削的方式去除多余部分，即可得到c形截面的金属密封环，但该方法对薄壁管材而言，制造难度大、成本高，且薄壁管材绕制圆环时极易出现凹坑、塌陷、横截面严重变形等缺陷。另外，两种c形金属密封环的成形方法在成形小直径薄壁c形金属密封环时，均存在焊接难度大的问题，在焊接时，还会出现气孔、夹砂、未焊透等焊接缺陷，且焊缝质量对产品生产合格率以及使用性能影响较大。
63.为了解决上述问题，请参阅图1、图2、图3、图4和图7，本发明实施例提供了一种小直径薄壁c形金属密封环的成形装置，用于将环形胚料6成形为c形金属密封环1，包括：底座2、第一成形组件3、第二成形组件4和第三成形组件5，底座2用于与车床转动连接；第一成形组件3设置于底座2的上方并与底座2可拆卸固定连接，第一成形组件3用于将环形胚料6靠近轴线的环形段下压形成内弧边，使环形胚料6形成第一步成形件7；第二成形组件4设置于底座2的上方并与底座2可拆卸固定连接，第二成形组件4用于将第一步成形件7远离轴线的环形段下压，使第一步成形件7形成第二步成形件8，第二步成形件8沿轴线方向的截面为j形；第三成形组件5设置于底座2的上方并与底座2可拆卸固定连接，第三成形组件5用于将第二步成形件8远离轴线的环形段回压，使第二步成形件8形成第三步成形件9，第三步成形件9沿轴线方向的截面为c形。
64.在具体成形过程中，先将第一成形组件3设置于底座2的上方并与底座2固定连接，通过第一成形组件3将环形胚料6靠近轴线的环形段下压形成内弧边，使环形胚料6形成如图7所示的第一步成形件7，然后将第一成形组件3与底座2分离，将第二成形组件4设置于底座2的上方并与底座2固定连接，通过第二成形组件4将第一步成形件7远离轴线的环形段下压，使第一步成形件7形成如图7所示的沿轴线方向的截面为j形的第二步成形件8，然后将第二成形组件4与底座2分离，将第三成形组件5设置于底座2的上方并与底座2固定连接，通过第三成形组件5将第二步成形件8远离轴线的环形段向轴线方向回压，使第二步成形件8形成如图7所示的沿轴线方向的截面为c形的第三步成形件9，第三步成形件9即为如图1所示的c形金属密封环1。
65.通过上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置的结构和具体实施过程可知，本发明实施例提供的一种小直径薄壁c形金属密封环的成形装置能够依次通过第一成形组件3将环形胚料6靠近轴线的环形段下压形成内弧边，形成第一步成形件7，然后再通过第二成形组件4将远离轴线的环形段下压，形成第二步成形件8，最后将下压后的环形段的下半部分朝向轴线方向回压，形成第三步成形件9，所得的第三步成形件9为沿轴线方向的截面为c形的环状结构，即为c形金属密封环1，另外底座2相对车床能够转动，进而通过底座2带动第一成形组件3、第二成形组件4或第三成形组件5转动，进而便于加工操作。相对于现有技术，本发明实施例提供的一种小直径薄壁c形金属密封环的成形装置能够实现小尺寸c形金属密封环1的成形，而且加工过程中无需对胚料进行焊接，因此能够避免因焊接导致的产品质量和使用性能下降的问题，同时能够保证在旋压过程中环形胚料6的定位、对中准确，保证加工质量；另外，相对于通过管材绕弯、焊接、车边成形c形金属密封环的成形工艺，本发明实施例提供的一种小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，胚料在成形过程中受到模具的约束作用，保证了所成形的c形金属密封环产品c形截面形状与尺寸的精确性，避免了管材绕弯、车边所引起的凹坑、塌陷、横截面严重变形等缺陷。
66.具体地，如图2所示，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，第一成形组件3包括第一下模具31和第一旋轮32，第一下模具31设置于底座2的上方并与底座2可拆卸连接，第一下模具31的上端设置有第一凹腔311和第一通孔312，第一通孔312的直径大于环形胚料6的内径且小于环形胚料6的外径，第一凹腔311用于容纳并限位环形胚料6；第一旋轮32与环形胚料6靠近轴线的环形段抵接，并为环形胚料6靠近轴线的环形段提供向下的作用力。在成形过程中，将第一下模具31与底座2固定连接，将环形胚料6设置于第一下模具31上的第一凹腔311内，控制底座2相对机床转动，然后将第一旋轮32与环形胚料6靠近轴线的环形段抵接，并持续地为环形胚料6靠近轴线的环形段提供向下的作用力，在底座2转动时，带动第一下模具31和环形胚料6转动，此时环形胚料6相对第一旋轮32转动，第一旋轮32持续地为环形胚料6靠近轴线的环形段提供向下的作用力后，因为第一通孔312的直径大于环形胚料6的内径，因此环形胚料6靠近轴线的环形段下方无实体结构，环形胚料6靠近轴线的环形段受力逐步向下弯曲，同时第一旋轮32配合环形胚料6靠近轴线的环形段向下进给，最终使环形胚料6靠近轴线的环形段形成内弧边，将环形胚料6加工为如图7所示的第一步成形件7，在成形过程中，底座2能够带动第一下模具31和环形胚料6转动，进而配合第一旋轮32对环形胚料6靠近轴线的整个环形段逐步施加作用力，使环形胚料6靠近轴线的环形段逐步的产生形变，完成将环形胚料6加工为如图7所示的第一步成形件7的同时，保证形变的均
匀度和加工质量。
67.在一些实施例中，第一凹腔311的底部和第一通孔312的侧壁的连接处为圆角，圆角的半径等于待成形的c形金属密封环在c形截面的内径。如此设置，将环形胚料6加工为如图7所示的第一步成形件7时，圆角对环形胚料6起到限制作用，保证环形胚料6靠近轴线的环形段形成的内弧边的内径与待成形的c形金属密封环的c形截面的内径相等，提高成形精度。
68.作为一种可选的方式，如图2和图5所示，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，底座2上设置有空腔24，空腔24用于容纳并限位第一下模具31，第一成形组件3还包括第一上模具33，第一上模具33设置于第一下模具31的上方，第一上模具33的下端设置有第二凹腔331、环形凸起332和成形通孔333，第二凹腔331用于容纳底座2的上端，环形凸起332与环形胚料6抵接，成形通孔333的下端直径大于环形胚料6的内径且小于环形胚料6的外径，第一旋轮32的一端穿过成形通孔333并与环形胚料6靠近轴线的环形段抵接。通过第一上模具33的第二凹腔331容纳底座2的上端，底座2上端的空腔24容纳并限位第一下模具31，然后第一下模具31的第一凹腔311容纳环形胚料6，环形凸起332与环形胚料6抵接，对环形胚料6进行限位，使环形胚料6固定于第一下模具31和第一上模具33之间，通过第一下模具31和第一上模具33进一步保证环形胚料6固定牢靠性，保证环形胚料6受力变形时，环形胚料6相对第一下模具31不会产生相对位移，提高由环形胚料6成形的第一步成形件7的精度，另外成形通孔333的下端直径大于环形胚料6的内径，保证第一旋轮32的一端能够穿过成形通孔333并与环形胚料6靠近轴线的环形段抵接。
69.作为一种可能的方式，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，底座2的外侧设置有外螺纹，第一上模具33的第二凹腔331的侧壁上设置有内螺纹，第一上模具33与底座2螺纹连接。螺纹连接的方式连接可靠且便于第一上模具33与底座2拆卸，便于更换第一成形组件3和第二成形组件4。
70.在一些实施例中，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，成形通孔333的上端为圆锥形。如此设置，能够保证第一旋轮32对环形胚料6进行加工时，能够顺利穿过成形通孔333，并在对环形胚料6靠近轴线的环形段施加作用力时，第一旋轮32不会与第一上模具33接触，保证第一上模具33和环形胚料6相对第一旋轮32能够正常转动且不发生干涉。
71.在一些实施例中，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，第一上模具33的外周侧设置有滚压花纹。如此设置，便于工作人员对第一上模具33的安装和拆卸。
72.具体地，如图3所示，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，第二成形组件4包括第二下模具41、第二上模具42、第一紧定螺钉43和第二旋轮，第二下模具41设置于底座2的上方并与底座2可拆卸连接，第二下模具41上设置有环状凸台411和第二通孔412，环状凸台411的上端面为半径与待成形的c形金属密封环在轴线方向上的截面的内径相同的圆弧状，环状凸台411的外径等于待成形的c形金属密封环1的周向直径φ减2倍的c形金属密封环1壁厚t，需要说明的是，待成形的c形金属密封环1的周向直径φ为如图1所示的待成形的c形金属密封环1最外侧圆环的直径，第一步成形件7抵接设置于环状凸台411的上端，且与第二下模具41同轴；第二上模具42设置于第一步成形件7的上方，第二上模具42包括上端圆柱部421和下端圆柱部422，下端圆柱部422穿过第一步成形件7的中心孔并伸入第
二通孔412并与第二下模具41可拆卸连接，上端圆柱部421和下端圆柱部422连接处为圆角，圆角的半径等于待成形的c形金属密封环1中c形截面的外径r，圆角与第一步成形件7抵接，第一步成形件7与第二上模具42同轴；第二上模具42设置有第一定位孔423，底座2上设置有螺纹孔，第一紧定螺钉43的一端穿过第一定位孔423并于螺纹孔螺纹连接，第一紧定螺钉43的另一端具有第一突出部，第一突出部与上端圆柱部421的上端面抵接，第一紧定螺钉43用于使第二上模具42、第一步成形件7、第二下模具41和底座2同轴且相对固定；第二旋轮与第一步成形件7远离轴线的环形段抵接，并对第一步成形件7远离轴线的环形段提供向下的作用力。在成形过程中，将第二下模具41与底座2固定连接，将第一步成形件7设置于第二下模具41的环状凸台411的上端，并使第一步成形件7的内弧边朝向底座2，然后将第二上模具42的下端圆柱部422穿过第一步成形件7的中心孔并伸入第二通孔412并与第二下模具41相对固定，上端圆柱部421和下端圆柱部422连接处为圆角，圆角处与第一步成形件7抵接，使第一步成形件7固定设置于第二上模具42和第二下模具41之间，然后通过第一紧定螺钉43的一端穿过第二上模具42的第一定位孔423并于底座2的螺纹孔螺纹连接，使第二上模具42、第一步成形件7、第二下模具41和底座2同轴且相对固定，之后再通过第二旋轮与第一步成形件7远离轴线的环形段抵接，控制底座2相对机床转动，带动第二下模具41、第一步成形件7、第二上模具42一起转动，此时第一步成形件7相对第二旋轮转动，第二旋轮对第一步成形件7远离轴线的环形段持续施加向下的作用力后，第一步成形件7远离轴线的环形段逐步向下弯曲变形，使第一步成形件7形成沿轴线方向的截面为j形的第二步成形件8，而且在成形过程中，通过第一紧定螺钉43保证第二上模具42、第一步成形件7、第二下模具41和底座2同轴且相对固定，保证第二步成形件8的加工精度；另外，倒角的半径等于待成形的c形金属密封环1在轴线方向的截面的外径r，保证在成形过程中，第二上模具42的倒角处能够与第一步成形件7的内弧边的上端充分接触，为第一步成形件7的内弧边提供支撑力，保证成型后尺寸与待成形的c形金属密封环1的尺寸相匹配。
73.具体地，如图4所示，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，第三成形组件5包括第三下模具51、第三上模具52、圆锥销钉53和第三旋轮，第三下模具51设置于底座2的上方并与底座2可拆卸连接，第三下模具51上设置有第三凹腔511和第三通孔512，第三凹腔511的形状与待成形的c形金属密封环1的下端外壁形状相同，用于容纳第二步成形件8并使第二步成形件8与第三下模具51同轴；第三上模具52设置于第三下模具51的上方，第三上模具52为具有多道开口槽的花瓣形结构，开口槽将第三上模具52分割为多个l形件521，多个l形件521的第一边的底端均固定连接，多个l形件521合围形成锥形通孔522，第三上模具52的下端穿过第二步成形件8的中心孔并伸入第三通孔512中；圆锥销钉53的一端穿过第二步成形件8的中心孔并伸入锥形通孔522中，圆锥销钉53的锥面斜率大于锥形通孔522的锥面斜率，圆锥销钉53用于对每个l形件521施加向外的作用力，使l形件521产生由轴线向外的形变，进而使l形件521的第二边与第二步成形件8的远离轴线的环形段的内侧抵接，并对第二步成形件8提供支撑力；第三旋轮与第二步成形件8远离轴线的环形段的外壁抵接，并对第二步成形件8远离轴线的环形段的外壁提供朝向轴线的作用力。在成形过程中，将第三下模具51与底座2固定连接，将第二步成形件8设置于第三下模具51的第三凹腔511内，并使第二步成形件8的圆弧段朝向底座2，然后将第三上模具52的下端穿过第二步成形件8的中心孔并伸入第三通孔512中，然后将圆锥销钉53的一端穿过第二步成形件8的中心孔并伸入
锥形通孔522中，并使第二步成形件8的每个l形件521产生由轴线向外的形变，进而使l形件521的第二边最外侧与第二步成形件8的远离轴线的环形段的内侧抵接，然后使第三旋轮与第二步成形件8远离轴线的环形段的外壁抵接，控制底座2相对机床转动，带动第三下模具51、第二步成形件8、第三上模具52、圆锥销钉53一起转动，此时第二步成形件8相对第三旋轮转动，第三旋轮对第二步成形件8远离轴线的环形段的外壁提供朝向轴线的作用力后，l形件521的第二边最外侧对第二步成形件8的远离轴线的环形段的内壁提供支撑力，需要说明的是，l形件521的第二边最外侧对第二步成形件8的远离轴线的环形段的内壁的抵接部位均在第三旋轮与第二步成形件8远离轴线的环形段的外壁的抵接部的下方，在第三旋轮的作用下，第二步成形件8远离轴线的环形段逐步产生回弯的形变，最终形成沿轴线方向的截面为c形的第三步成形件9，第三步成形件9即为加工完成的c形金属密封环1，加工完成后，将圆锥销钉53拆离第三上模具52的锥形通孔522，此时第三上模具52的多个l形件521回弹，保证第三上模具52能够从已经成形完成的沿轴线方向的截面为c形的第三步成形件9中取出；另外，第三凹腔511的形状与待成形的c形金属密封环1的下端外壁形状相同，保证成形后的第三步成形件9与标准c形金属密封环1的尺寸相匹配。
74.优选地，如图6所示，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，l形件521的第二边的下侧设置有圆形凸起5211，圆形凸起5211的外廓形状与第二步成形件8的弧形段的内侧形状相匹配，用于为第二步成形件8的弧形段提供支撑力，防止在第二步成形件8远离轴线的环形段逐步产生回弯的形变的过程中，第二步成形件8的弧形段产生形变，保证成形后的c形金属密封环1的精度。
75.作为一种可选的方式，如图4所示，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，第三成形组件5还包括第二紧定螺钉54，圆锥销钉53上设置有第二定位孔531，底座2上设置有螺纹孔，第二紧定螺钉54的一端穿过第二定位孔531并于螺纹孔螺纹连接，第二紧定螺钉54的另一端具有第二突出部，第二突出部与圆锥销钉53的上端面抵接，第二紧定螺钉54用于使圆锥销钉53、第三上模具52、第二步成形件8、第三下模具51和底座2同轴且相对固定；需要说明的是，第一紧定螺钉43和第二紧定螺钉54可为同一紧定螺钉。在成形过程中，通过第二紧定螺钉54保证圆锥销钉53、第三上模具52、第二步成形件8、第三下模具51和底座2同轴且相对固定，保证第三步成形件9的加工精度。
76.具体地，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，小直径薄壁c形金属密封环的成形装置还包括动力件，动力件设置于车床内，动力件的输出端与底座2动力连接，用于驱动底座2转动。
77.在一些实施例中，如图2、图3和图4所示，底座2包括下圆柱部21、限位凸台22和上圆柱部23，下圆柱部21与动力件的输出端动力连接，上圆柱部23上设置有空腔24，空腔24用于容纳并限位第一下模具31、第二下模具41或第三下模具51，上圆柱部23外侧设置有外螺纹，用于与第一上模具33的第二凹腔331内壁上的内螺纹配合，限位凸台22用于在底座2与车床连接时，对底座2进行限位。
78.具体地，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置中，第一旋轮32、第二旋轮和第三旋轮均为不同尺寸的锥体堆砌而成的塔状锥形结构，不同锥体间采用圆弧过渡。需要说明的是，第一旋轮32、第二旋轮和第三旋轮可为同一旋轮，示例性地，如2图所示，第一旋轮32、第二旋轮和第三旋轮为同一旋轮，且具有第一锥段和第二锥段，在将环形胚料6加
工成第一步成形件7时，第一锥段与环形胚料6靠近轴线的环形段抵接并对环形胚料6靠近轴线的环形段施加向下作用力，在将第一步成形件7加工成第二步成形件8时，第一锥段与第一步成形件7远离轴线的环形段抵接并对第一步成形件7远离轴线的环形段施加向下作用力，再将第二步成形件8加工成第三步成形件9的时候，第二锥段与第二步成形件8远离轴线的环形段抵接并对第二步成形件8远离轴线的环形段施加朝向轴线的作用力。
79.本发明实施例还提供一种小直径薄壁c形金属密封环的成形方法，应用于上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置，如图7和图8所示，小直径薄壁c形金属密封环的成形方法包括：
80.基于待成形的c形金属密封环1的周向直径、待成形的c形金属密封环1的c形截面的外径、待成形的c形金属密封环1的壁厚和开口夹角，确定环形胚料6的内径和外径；需要说明的是，待成形的c形金属密封环1的周向直径φ为如图1所示的待成形的c形金属密封环1最外侧圆环的直径，
81.s101：基于环形胚料6的内径和外径，制备环形胚料6；
82.s102：将环形胚料6的靠近轴线的环形段下压形成内弧边，使环形胚料6形成第一步成形件7；
83.s103：将第一步成形件7远离轴线的环形段下压，使第一步成形件7形成沿轴线方向的截面为j形的第二步成形件8；
84.s104：将第二步成形件8远离轴线的环形段向轴线方向回压，使第二步成形件8形成沿轴线方向的截面为c形的第三步成形件9。
85.通过上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形方法的步骤可知，本发明实施例提供的一种小直径薄壁c形金属密封环的成形方法能够依次将环形胚料6靠近轴线的环形段下压形成内弧边，形成第一步成形件7，然后再将远离轴线的环形段下压，形成第二步成形件8，最后将下压后的环形段的下半部分朝向轴线方向回压，形成第三步成形件9，所得的第三步成形件9为沿轴线方向的截面为c形的环状结构，第三步成形件9即为成形后的c形金属密封环1。相对于现有技术，本发明实施例提供的一种小直径薄壁c形金属密封环的成形方法能够实现小尺寸c形金属密封环1的成形，而且加工过程中无需对胚料进行焊接，因此能够避免因焊接导致的产品质量和使用性能下降的问题。
86.具体地，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形方法中，基于待成形的c形金属密封环1的周向直径、待成形的c形金属密封环1的c形截面的外径、待成形的c形金属密封环1的壁厚和开口夹角，确定环形胚料6的内径和外径满足：
87.φ
内
＝φ-2r-(π-β)
×
(r-t/2)
88.φ
外
＝φ-2r+(3π-β)
×
(r-t/2)
89.其中，φ
内
为环形胚料6的内径，单位为mm；φ
外
为环形胚料6的外径，单位为mm；φ为待成形的c形金属密封环1的周向直径，单位为mm；r为待成形的c形金属密封环1的c形截面的外径，单位为mm；t为待成形的c形金属密封环1的壁厚，单位为mm；β为待成形的c形金属密封环1的开口夹角，单位为rad。
90.作为一种可能的方式，上述的小直径薄壁c形金属密封环的成形方法中，在将第二步成形件8远离轴线的环形段向轴线方向回压，使第二步成形件8形成沿轴线方向的截面为c形的第三步成形件9之后，小直径薄壁c形金属密封环的成形方法还包括：
91.s105：对第三步成形件9进行热处理；
92.具体地，将第三步成形件9放入装有酒精的容器内，连同容器一起放置于超声波清洗机中进行清洗，吹干后放置于真空热处理炉中，热处理曲线为：1h内升温至720℃，并保温8h；之后在2h内降温至620℃，并保温8h；最后随炉冷却至室温。
93.通过热处理步骤，提高第三步成形件9即c形金属密封环1的机械性能，消除残余应力，提高c形金属密封环1的质量。
94.在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
95.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种小直径薄壁c形金属密封环的成形装置，其特征在于，用于将环形胚料成形为c形金属密封环，包括：底座，所述底座用于与车床转动连接；第一成形组件，所述第一成形组件设置于所述底座的上方并与所述底座可拆卸固定连接，所述第一成形组件用于将所述环形胚料靠近轴线的环形段下压形成内弧边，使所述环形胚料形成第一步成形件；第二成形组件，所述第二成形组件设置于所述底座的上方并与所述底座可拆卸固定连接，所述第二成形组件用于将所述第一步成形件远离轴线的环形段下压，使所述第一步成形件形成第二步成形件，所述第二步成形件沿轴线方向的截面为j形；第三成形组件，所述第三成形组件设置于所述底座的上方并与所述底座可拆卸固定连接，所述第三成形组件用于将所述第二步成形件远离轴线的环形段回压，使所述第二步成形件形成第三步成形件，所述第三步成形件沿轴线方向的截面为c形。2.根据权利要求1所述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置，其特征在于，所述第一成形组件包括：第一下模具，所述第一下模具设置于所述底座的上方并与所述底座可拆卸连接，所述第一下模具的上端设置有第一凹腔和第一通孔，所述第一通孔的直径大于所述环形胚料的内径且小于所述环形胚料的外径，所述第一凹腔用于容纳并限位所述环形胚料；第一旋轮，所述第一旋轮与所述环形胚料靠近轴线的环形段抵接，并为所述环形胚料靠近轴线的环形段提供向下的作用力。3.根据权利要求2所述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置，其特征在于，所述底座上设置有空腔，所述空腔用于容纳并限位所述第一下模具，所述第一成形组件还包括：第一上模具，所述第一上模具设置于所述第一下模具的上方，所述第一上模具的下端设置有第二凹腔、环形凸起和成形通孔，所述第二凹腔用于容纳所述底座的上端，所述环形凸起与所述环形胚料抵接，所述成形通孔的下端直径大于所述环形胚料的内径且小于所述环形胚料的外径，所述第一旋轮的一端穿过所述成形通孔并与所述环形胚料靠近轴线的环形段抵接。4.根据权利要求3所述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置，其特征在于，所述底座的外侧设置有外螺纹，所述第二凹腔的侧壁上设置有内螺纹，所述第一上模具与所述底座螺纹连接。5.根据权利要求1所述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置，其特征在于，所述第二成形组件包括：第二下模具，所述第二下模具设置于所述底座的上方并与所述底座可拆卸连接，所述第二下模具上设置有环状凸台和第二通孔，所述环状凸台的上端面为圆弧状，所述环状凸台的外径等于待成形的c形金属密封环的大径φ减2倍的c形金属密封环壁厚t，所述第一步成形件抵接设置于所述环状凸台的上端，且与所述第二下模具同轴；第二上模具，所述第二上模具设置于所述第一步成形件的上方，所述第二上模具包括上端圆柱部和下端圆柱部，所述下端圆柱部穿过所述第一步成形件的中心孔并伸入所述第二通孔并与所述第二下模具可拆卸连接，所述上端圆柱部和所述下端圆柱部连接处为倒角，所述倒角的半径等于所述待成形的c形金属密封环在轴线方向的截面的外径r，所述倒
角与所述第一步成形件抵接，所述第一步成形件与所述第二上模具同轴；第一紧定螺钉，所述第二上模具设置有第一定位孔，所述底座上设置有螺纹孔，所述第一紧定螺钉的一端穿过所述第一定位孔并于所述螺纹孔螺纹连接，所述第一紧定螺钉的另一端具有第一突出部，所述第一突出部与所述上端圆柱部的上端面抵接，所述第一紧定螺钉用于使所述第二上模具、所述第一步成形件、所述第二下模具和所述底座同轴且相对固定；第二旋轮，所述第二旋轮与所述第一步成形件远离轴线的环形段抵接，并对所述第一步成形件远离轴线的环形段提供向下的作用力。6.根据权利要求1所述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置，其特征在于，所述第三成形组件包括：第三下模具，所述第三下模具设置于所述底座的上方并与所述底座可拆卸连接，所述第三下模具上设置有第三凹腔和第三通孔，所述第三凹腔的形状与待成形的c形金属密封环的下端外壁形状相同，用于容纳所述第二步成形件并使所述第二步成形件与所述第三下模具同轴；第三上模具，所述第三上模具设置于第三下模具的上方，所述第三上模具为具有多道开口槽的花瓣形结构，所述开口槽将所述第三上模具分割为多个l形件，多个所述l形件的第一边的底端均固定连接，多个所述l形件合围形成锥形通孔，所述第三上模具的下端穿过所述第二步成形件的中心孔并伸入所述第三通孔中；圆锥销钉，所述圆锥销钉的一端穿过所述第二步成形件的中心孔并伸入所述锥形通孔中，所述圆锥销钉的锥面斜率大于所述锥形通孔的锥面斜率，所述圆锥销钉用于对每个所述l形件施加向外的作用力，使l形件产生由轴线向外的形变，进而使所述l形件的第二边与所述第二步成形件的远离轴线的环形段的内侧抵接，并对所述第二步成形件提供支撑力；第三旋轮，所述第三旋轮与所述第二步成形件远离轴线的环形段的外壁抵接，并对所述第二步成形件远离轴线的环形段的外壁提供朝向轴线的作用力。7.根据权利要求6所述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置，其特征在于，所述第三成形组件还包括：第二紧定螺钉，所述圆锥销钉上设置有第二定位孔，所述底座上设置有螺纹孔，所述第二紧定螺钉的一端穿过所述第二定位孔并于所述螺纹孔螺纹连接，所述第二紧定螺钉的另一端具有第二突出部，所述第二突出部与所述圆锥销钉的上端面抵接，所述第二紧定螺钉用于使所述圆锥销钉、所述第三上模具、所述第二步成形件、所述第三下模具和所述底座同轴且相对固定。8.根据权利要求1所述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置，其特征在于，所述小直径薄壁c形金属密封环的成形装置还包括：动力件，所述动力件的输出端与所述底座动力连接，用于驱动所述底座转动。9.一种小直径薄壁c形金属密封环的成形方法，其特征在于，应用于上述权利要求1-8任一项所述的小直径薄壁c形金属密封环的成形装置，所述小直径薄壁c形金属密封环的成形方法包括：基于待成形的c形金属密封环的周向直径、所述待成形的c形金属密封环在c形截面的外径、所述待成形的c形金属密封环的壁厚和开口夹角，确定环形胚料的内径和外径；
基于所述环形胚料的内径和外径，制备所述环形胚料；将所述环形胚料的靠近轴线的环形段下压形成内弧边，使所述环形胚料形成第一步成形件；将所述第一步成形件远离轴线的环形段下压，使所述第一步成形件形成沿轴线方向的截面为j形的第二步成形件；将所述第二步成形件远离轴线的环形段向轴线方向回压，使所述第二步成形件形成沿轴线方向的截面为c形的第三步成形件。10.根据权利要求9所述的小直径薄壁c形金属密封环的成形方法，其特征在于，所述基于待成形的c形金属密封环周向直径、所述待成形的c形金属密封环c形截面的外径、所述待成形的c形金属密封环的壁厚和开口夹角，确定环形胚料的内径和外径满足：φ
内
＝φ-2r-(π-β)
×
(r-t/2)φ
外
＝φ-2r+(3π-β)
×
(r-t/2)其中，φ
内
为所述环形胚料的内径，单位为mm；φ
外
为所述环形胚料的外径，单位为mm；φ为所述待成形的c形金属密封环的大径，单位为mm；r为所述待成形的c形金属密封环在轴线方向上的截面的外径，单位为mm；t为所述待成形的c形金属密封环的壁厚，单位为mm；β为所述待成形的c形金属密封环的开口夹角，单位为rad。

技术总结
本发明公开一种小直径薄壁C形金属密封环的成形装置及方法，涉及零件加工技术领域，以解决因焊接导致的产品质量下降的问题。所述小直径薄壁C形金属密封环的成形装置包括底座、第一成形组件、第二成形组件和第三成形组件，第一成形组件用于将环形胚料靠近轴线的环形段下压形成内弧边，形成第一步成形件；第二成形组件用于将第一步成形件远离轴线的环形段下压，形成第二步成形件；第三成形组件用于将第二步成形件远离轴线的环形段回压，形成第三步成形件。所述小直径薄壁C形金属密封环的成形方法应用于上述的成形装置。本发明提供的小直径薄壁C形金属密封环的成形装置及方法用于实现小尺寸C形金属密封环的成形，且提高产品质量。质量。质量。


技术研发人员：吕志勇 李智军 徐海安 常涛 牛晋波 袁江 周肖宇
受保护的技术使用者：西安航天动力研究所
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/9/9