一種能降低成形壓力的管狀零件內高壓成形方法
2023-05-20 11:51:01
專利名稱：一種能降低成形壓力的管狀零件內高壓成形方法
技術領域：
本發明涉及一種管狀結構零件的塑性成形方法，具體涉及管狀結構零件的內高壓成形方法。
背景技術：
採用內高壓成形技術，能使置於模具中的管材在通入其內部的高壓液體作用下成形為各種空心變截面構件。用該方法得到的構件具有強度高、剛度高、疲勞強度高、成本低等優點，將大量取代目前由傳統工藝製造的衝壓焊接件。目前，內高壓成形技術在德國和美國有所應用，工業生產所採用的壓力已經達到400MPa，隨著內高壓成形零件複雜程度的提高、用途的擴展，成形壓力可能進一步提高。內高壓成形的空心構件的截面形狀通常為矩形、梯形或多邊形，在成形過程中的難點在於外凸圓角的成形。空心構件的內高壓成形過程實際上分為兩個階段，第一個階段是「成形」階段，此階段僅需要較低的壓力即可使管材發生初始變形，並大部分實現貼模，獲得基本的輪廓形狀；第二個階段是「整形」階段，此時需大幅度提高內壓實現小圓角等複雜形狀的最終貼模成形。整形所需壓力往往高達300MPa～400MPa，對於直徑φ80mm，長度2000mm的管材，如果整形壓力為300MPa，則需要成形設備提供48MN的合模力，採用400MPa的整形壓力則需要64MN的合模力。整形壓力決定著設備合模所需要的最大噸位、模具所需承壓能力、密封結構的可靠性、高壓源的壓力等與生產成本密切相關的參數指標。因此，降低成形所需的「整形壓力」是降低內高壓成形件成本的根本途徑。另外在「整形」階段，零件直邊與模具之間的摩擦阻礙材料向模具圓角的移動，內壓越高摩擦力越大，僅靠提高整形壓力來成形外凸的小圓角效果並不理想。由於摩擦的影響，內高壓成形過程中零件貼模較晚的圓角和貼模較早的直邊之間的過渡區壁厚減薄量往往大於其它部位，因此易在該處產生應力集中，影響零件的強度和疲勞強度，整形壓力越高過渡區壁厚減薄越嚴重，甚至在整形過程中發生開裂，影響產品的成品率。
發明內容
為了克服現有的內高壓成形方法在空心管件的圓角成形時需要較大「整形壓力」和產品的質量低的缺陷，提供一種能降低成形壓力的管狀零件內高壓成形方法，它利用把管狀零件預成形來降低圓角成形壓力並且避免成形過程中壁厚過度減薄和開裂。本發明的技術方案包括如下步驟二、把所需成形的管件1放置進下模3的型腔中；三、上模2與下模3進行合模，管件1處於上模2和下模3所扣合的型腔內；四、給管件1的內腔中通入高壓液體使管件1發生向外膨脹的塑性變形並且貼靠在上模2和下模3所扣合的型腔內壁上；在步驟二前還包括如下步驟一、把所需成形的管件1進行預成形，使管件1的截面成為「多瓣花形」，管件1的花瓣1-1的數量和方位與管件1上所需成形圓角的數量和方位相對應。本發明的方法在預成形階段，可以使管件1的截面形狀預先獲得一個合理變化，使終成形時既能夠順利合模，又能夠降低終成形的整形壓力，還能夠促進管件1最終多邊形的截面圓角部位的準確成形，使成形件外形尺寸合格、壁厚均勻，避免開裂現象發生。本方法設計合理、工作可靠，具有較大的推廣價值。
圖1是本發明實施方式一和實施方式二成形方法的示意圖，圖2是實施方式三成形方法的示意圖，圖3是實施方式四成形方法的示意圖，圖4是實施方式六成形方法的示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖1具體說明本實施方式。本實施方式的技術方案通過如下步驟實現一、把所需成形的管件1進行預成形，使管件1的截面成為「多瓣花形」，管件1的花瓣1-1的數量和方位與管件1上所需成形圓角的數量和方位相對應；二、把所需成形的管件1放置進下模3的型腔中；三、上模2與下模3進行合模，管件1處於上模2和下模3所扣合的型腔內；四、給管件1的內腔中通入高壓液體使管件1發生向外膨脹的塑性變形並且貼靠在上模2和下模3所扣合的型腔內壁上；如圖1所示，對於正方形截面的管件1，首先將管件1的截面成形為四瓣花形，即將管件1橫截面上對應於最終形狀橫截面直邊部分的一段成形出深度為h的凹陷，而對應於模具圓角r的部分成形為R的圓角，其中R的尺寸不需要嚴格控制，然後將該管件1置入由上模2和下模3圍成的正方形截面模具腔中，管件1的直邊凹陷深度h在0＜h＜b的範圍內，b為截面直邊中點到圓角與直邊切點之間的寬度。在終成形時受到內部液體壓力p的作用，將在直邊段內形成切向的壓力，並使直邊段在凹陷展平的過程中在直邊與圓角段之間的過渡點O處形成一種「整形推力」，將材料向圓角段補充，即使O點克服摩擦阻力和圓角段材料的阻力，向上模2和下模3圓角部位移動。同時，直邊段在O點對圓角段所作用的壓力，與管件1內部液體壓力p聯合作用下，使圓角段材料在較小的壓力p下就能發生彎曲變形，從而易於獲得很小的過渡圓角。採用本發明所提出的預成形形狀進行內高壓成形，所需要的內壓為直接採用管材進行內高壓成形需要的內壓的1/5～1/10，可以有效降低內高壓成形的整形壓力，從而降低零件製造難度。在步驟一中，管件1的預成形能通過在壓力機上壓制、內高壓成形機上成形、擠壓、衝壓、冷拔、軋制或焊接的方法實現。本發明的方法適用於各種可進行塑性成形管材的管件1，其材料包括鋼、鋁及其合金、鎂及其合金、鈦及其合金和銅及其合金。
具體實施例方式
二下面結合圖1具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的不同之處是上模2與下模3的分模位置A-A是在上模2與下模3所構成的型腔截面的直邊上。其它步驟與實施方式一相同。本實施方式所需成形的管件1需要用單獨的預成形設備和預成形模具來獲得「多瓣花形」，或者需要採用具有規定形狀的型材切割獲得。
具體實施例方式
三下面結合圖2具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式二的不同之處是上模2與下模3的分模位置B-B是在上模2與下模3所構成的型腔截面的圓角處。其它步驟與實施方式二相同。本實施方式採用普通圓截面管件1，將管件1放置於在B-B處分模的上模2和下模3中，型腔內相對邊的距離小於管件1的直徑，在合模過程中上模2和下模3把管件1夾癟，將圓截面管件1變形為具有多瓣花形截面的管件1，本實施方式使管件1的預成形和終成形在一套模具中完成，不需要預成形壓力機和單獨的預成形模具，因此模具費用和設備費用均可節省。但是該實施方法主要適於軸線為直線的零件的成形，對於軸線具有較大彎曲的零件的成形，該實施例由於要求沿矩形截面對角線分模，因而具有一定的局限性。
具體實施例方式
四下面結合圖3具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的不同之處是上模2與下模3所形成的型腔的截面為矩形，上模2與下模3的分模位置C-C是在上模2與下模3所構成的型腔截面的圓角處。其它步驟與實施方式一相同。本實施方式適用於邊長不相等的矩形截面，也適用於其它多邊形截面，不同截面件採用此種預成形都可以利用具有凹陷的直邊段在內壓力的作用下形成「整形推力」，從而將直邊段材料推向圓角，輔助圓角部位的貼模成形。
具體實施例方式
五本實施方式與實施方式一的不同點是步驟一前選用的管件1的周長為步驟四後成形完畢後管件1周長的95％～97％。所製造的管件1的截面形狀包括三角形、五邊形、六邊形等。本發明的方法適用與截面為具有局部小圓角的封閉曲線輪廓形狀的任意一種管件1。其它步驟與實施方式一相同。如此設置，使管件的材料延展變形比較合理，既能保證圓角部位的成形，又保證直邊部位不會發生摺疊或凹陷缺陷，從而獲得最佳成形效果。
具體實施例方式
六下面結合圖4具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的不同點是上模2與下模3所形成的型腔的軸線為曲線。其它步驟與實施方式一相同。通過本實施方式可以說明，本發明的方法不僅適用於軸線為直線的管材零件內高壓成形，而且適用於本實施方式所示的軸線為曲線的管件1的內高壓成形。對於軸線為曲線情況，首先要進行彎曲變形，再按照本發明實施方式二的方法進行截面預成形，再將完成預成形的管件1放入上模2和下模3中，進行內高壓成形獲得最終形狀。
權利要求
1.一種能降低成形壓力的管狀零件內高壓成形方法，它包括如下步驟二、把所需成形的管件(1)放置進下模(3)的型腔中；三、上模(2)與下模(3)進行合模，管件(1)處於上模(2)和下模(3)所扣合的型腔內；四、給管件(1)的內腔中通入高壓液體使管件(1)發生向外膨脹的塑性變形並且貼靠在上模(2)和下模(3)所扣合的型腔內壁上；其特徵在於在步驟二前還包括如下步驟一、把所需成形的管件(1)進行預成形，使管件(1)的截面成為「多瓣花形」，管件(1)的花瓣(1-1)的數量和方位與管件(1)上所需成形圓角的數量和方位相對應。
2.按照權利要求1所述的一種能降低成形壓力的管狀零件內高壓成形方法，其特徵在於管件(1)的材料包括鋼、鋁及其合金、鎂及其合金、鈦及其合金和銅及其合金。
3.按照權利要求1所述的一種能降低成形壓力的管狀零件內高壓成形方法，其特徵在於步驟一中，管件(1)橫截面上對應於最終形狀橫截面直邊部分的一段成形出深度為h的凹陷，對應於模具圓角r的部分成形為圓角R，管件(1)的直邊凹陷深度h在0＜h＜b的範圍內，寬度b為截面直邊中點到圓角與直邊切點之間的寬度。
4.按照權利要求1所述的一種能降低成形壓力的管狀零件內高壓成形方法，其特徵在於上模(2)與下模(3)的分模位置(A-A)是在上模(2)與下模(3)所構成的型腔截面的直邊上。
5.按照權利要求1所述的一種能降低成形壓力的管狀零件內高壓成形方法，其特徵在於上模(2)與下模(3)的分模位置(B-B)是在上模(2)與下模(3)所構成的型腔截面的圓角處。
6.按照權利要求1所述的一種能降低成形壓力的管狀零件內高壓成形方法，其特徵在於上模(2)與下模(3)所形成的型腔的截面為矩形，上模(2)與下模(3)的分模位置(C-C)是在上模(2)與下模(3)所構成的型腔截面的圓角處。
7.按照權利要求1所述的一種能降低成形壓力的管狀零件內高壓成形方法，其特徵在於步驟一前選用的管件(1)的周長為步驟四後成形完畢後管件(1)周長的95％～97％。
8.按照權利要求1所述的一種能降低成形壓力的管狀零件內高壓成形方法，其特徵在於上模(2)與下模(3)所形成的型腔的軸線為曲線。
全文摘要
本發明公開管狀結構零件的內高壓成形方法。一種能降低成形壓力的管狀零件內高壓成形方法包括如下步驟把所需成形的管件1進行預成形，使管件1的截面成為「多瓣花形」，管件1的花瓣1－1的數量和方位與管件1上所需成形圓角的數量和方位相對應；上模2與下模3進行合模；給管件1的內腔中通入高壓液體使管件1發生向外膨脹的塑性變形並且貼靠在上模2和下模3所扣合的型腔內壁上；本方法利用在內壓作用下多瓣花形截面直邊段形成的整形推力來促進直邊段材料向終成形模具圓角部位移動，從而降低圓角部位成形所需壓力，可以將內高壓整形壓力降低到直接由管材進行內高壓成形的1/5～1/10，並有助於避免成形過程中的壁厚過度減薄和開裂。
文檔編號B21D26/033GK1644264SQ20051000965
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月21日 優先權日2005年1月21日
發明者苑世劍, 劉鋼 申請人:哈爾濱工業大學