CN102248058B - 一种提高管材内高压成形极限的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械制造领域，特别涉及一种提高管材内高压成形极限的工艺方法。其技术方案是包括如下步骤：首先在相对较低压力下在管坯端部施加轴向补料，使管坯顺利送入胀形区，形成微小有益皱纹，然后停止轴向补料。随后升高压力，对胀形区管坯进行整形，至有益皱纹消失，然后降低压力。重复上述过程，直至零件贴模成形。卸掉内压，端部冲头后退至与模具型腔完全分开为止，打开模具，从模具中取出零件。该方法避免了轴向补料和内压整形同时进行情况下因摩擦力过大管坯端部易发生失稳起皱，而胀形区因补料不足易发生破裂和有益皱不能重复利用的缺陷，可大大提高管材的成形极限，减少预成型和热处理工序，同时大大降低模具型腔的磨损，延长模具寿命。

Description

一种提高管材内高压成形极限的工艺方法

技术领域：

本发明涉及一种机械制造领域，特别涉及一种提高管材内高压成形极限的工艺方法。

背景技术：

以往内高压成形都采用线性加载路径，其加载路径的特点为轴向补料量和内压同时单调递增，即随着轴向补料的进行，内压不断升高。这种加载方式在成形小膨胀量零件时成形窗口很宽，对设备控制精度要求不高。但当成形大膨胀量零件或复杂截面形状零件时，成形窗口非常窄，工艺难度很大。传统改善室温内高压成形性能的方法是通过精确控制加载路径，同时施加预成型工序及热处理工序来提高或恢复管坯的成形能力。但这对成形设备的控制精度提出了很高的要求，且增加了成形工序和制造成本，生产效率较低，难于成形大膨胀量或低硬化指数材料的空心零件。虽然由袁安营，张士宏，王忠堂，李文伟著作的文献《管材内高压成形新加载方式的研究》提出一种内压加载技术——脉动加载方式，即在成形过程中轴向补料连续施加，而内压按一定规律波动。但该技术不能完全克服上述困难。其原因为脉动加载过程中内压处在高点时轴向补料没有停止，且压力的波动幅度及频率始终保持不变，导致送料区管坯易发生压缩起皱导致成形失败。此外，该加载方式用于实际生产时，由于其波形的非线性，内压脉动特征难以控制，不适于实际应用。

发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种提高管材内高压成形极限的工艺方法，解决目前大膨胀率零件或低塑性材料内高压成形中显著存在的轴向补料困难，易发生失稳起皱和破裂等缺陷的问题。

一种提高管材内高压成形极限的工艺方法，包括以下步骤：

A、模具运行准备：

将初始管坯放入模具型腔，合模并施加合模力；

B、成形：

(a)、端部的右冲头和左冲头轴向进给，直至管坯两端密封，

(b)、自端部冲头的介质填充通道向管坯内部填充成形介质至管坯型腔完全充满为止，保持内压为p ₀，其要点为内压p ₀应保证管坯在轴向补料过程中不发生起皱失稳，内压p ₀应大于2σ _s t/d而小于（σ _s t/d+σ _b t/d），其中σ _s为管坯材料的流动屈服应力，σ _b为管坯材料的流动屈服极限，t为管坯壁厚，d为管坯内径，

©、端部的右冲头和左冲头施加一定量的轴向进给，把送料区管坯推至胀形区，使管坯形成微小有益皱纹，然后停止，获得中间形状工件，形成微小有益皱纹管坯，

(d)、内压升高至p _i（i为内压波动序次，i=1，2，3…n），消除微小有益皱纹，获得中间形状工件，即微小有益皱纹展平管坯，其要点为内压p _i应大于(σ _s t/d+σ _b t/d）而小于2σ _b t/d，

(e)、内压降至p ₀，

(f)、重复步骤c、d、e直至成形出零件，即终成形管坯，

C、取件：

（a）、卸掉管坯内部压力，

（b）、端部冲头后退至与模具型腔完全分开，

（c）、打开模具，从模具中取出零件,

步骤A中：将初始管坯放入模具型腔，上模向下移动与下模闭合完成合模，施加的相应合模力可保证成形过程中上、下模具不会因内压升高而分开。

施加的压力的波形主要为矩形波。

介质可以是气体介质、热油介质或粘性介质。

上述的初始管坯可以是塑性材料、低碳钢、不锈钢或者是铝镁合金。

本发明的有益效果是：该工艺方法可充分利用金属材料反复加载时再屈服应力提高的特点，提高材料的均匀变形能力，延迟破裂失稳的发生，进而提高管材的成形极限；由于摩擦力降低，管料容易送到胀形区，减轻管坯端部的起皱趋势，提高成形件的壁厚均匀性，从而进一步提高管材的成形极限；成形件的表面质量好，模具磨损减轻，延长模具使用寿命；与传统加载模式同时辅以预成型工序和退火热处理工序方法相比，该工艺方法具有工艺参数易于控制，成形工序少，制造成本低，所需设备吨位小等优点。本发明设计合理、便于实施、效果显著，具有较强的推广价值。

附图说明：

附图1是初始管坯放入模具型腔位置示意图；

附图2是合模示意图；

附图3是形成微小有益皱示意图；

附图4是微小有益皱展平示意图；

附图5是终成形示意图；

附图6是脉动内高压成形加载曲线；

上图中：1.下模，2.右冲头，3.初始管坯，4.上模，5.左冲头，6.介质填充通道，7.形成微小有益皱纹管坯，8.微小有益皱纹展平管坯， 9.终成形管坯。

具体实施方式：

结合附图1-6，对本发明作进一步描述：

1、模具运行准备,

a、制作模具，模具由上模4、下模1和端部的右冲头2和左冲头5组成，模具型腔分为送料区、胀形区，上述与现有技术相同，此不赘述，

b、将初始管坯3放入凹模1中，上模4向下移动与下模1闭合完成合模，并施加相应的合模力，其要点为合模力应能保证成形过程中上、下模具不会因内压升高而分开，

2、成形，

a、端部的右冲头2和左冲头5轴向进给，直至管坯两端密封，

b、自端部冲头的介质填充通道6向管坯内部填充成形介质至管坯型腔完全充满为止，保持内压为p ₀，其要点为内压p ₀应保证管坯在轴向补料过程中不发生起皱失稳，内压p ₀应大于2σ _s t/d而小于（σ _s t/d+σ _b t/d），其中σ _s为管坯材料的流动屈服应力，σ _b为管坯材料的流动屈服极限，t为管坯壁厚，d为管坯内径，

c、端部的右冲头2和左冲头5施加一定量的轴向进给，把送料区管坯推至胀形区，使管坯形成微小有益皱纹，然后停止，获得中间形状工件，即形成微小有益皱纹管坯7，其要点为微小有益皱纹波峰波谷的绝对高度差应小于5%d，

d、内压升高至p _i（i为内压波动序次，i=1，2，3…n），消除微小有益皱纹，获得中间形状工件，即微小有益皱纹展平管坯8，其要点为内压p _i应大于（σ _s t/d+σ _b t/d）而小于2σ _b t/d，

e、内压降至p ₀，

f、重复步骤c、d、e直至成形出零件，即终成形管坯9，

3、取件，

a、将管坯内部压力降低至0Mpa，

b、端部冲头后退至与模具型腔完全分开，

c、打开模具，从模具中取出零件。

本发明特别适用于成形大膨胀率、复杂截面形状等需施加轴向补料的空心零件。

需要说明的是：脉动内压的波形主要为矩形波；适于传力介质为气体介质、热油介质、粘性介质等可用于内高压成形的传力介质；该工艺可用于成形变径管、多通管和异型截面空心构件；采用的管坯应为塑性材料、低碳钢、不锈钢或者是铝镁合金。

Claims (5)

1.一种提高管材内高压成形极限的工艺方法，包括以下步骤：

A、模具运行准备：

将初始管坯(3)放入模具型腔，合模并施加合模力；

B、成形：

(a)、端部的右冲头(2)和左冲头(5)轴向进给，直至管坯两端密封，

(b)、自端部冲头的介质填充通道(6)向管坯内部填充成形介质至管坯型腔完全充满为止，保持内压为p ₀，内压p ₀应保证管坯在轴向补料过程中不发生起皱失稳，内压p ₀应大于2σ _s t/d而小于（σ _s t/d+σ _b t/d），其中σ _s为管坯材料的流动屈服应力，σ _b为管坯材料的流动屈服极限，t为管坯壁厚，d为管坯内径，

(c)、端部的右冲头(2)和左冲头(5)施加一定量的轴向进给，把送料区管坯推至胀形区，使管坯形成微小有益皱纹，然后停止，获得中间形状工件，形成微小有益皱纹管坯(7)，

(d)、内压升高至p _i，i为内压波动序次，i=1，2，3…n，消除微小有益皱纹，获得中间形状工件，即微小有益皱纹展平管坯，内压p _i应大于(σ _s t/d+σ _b t/d）而小于2σ _b t/d，

(e)、内压降至p ₀，

(f)、重复步骤c、d、e直至成形出零件，即终成形管坯，

C、取件：

（a）、卸掉管坯内部压力，

（b）、端部冲头后退至与模具型腔完全分开，

（c）、打开模具，从模具中取出零件,

其特征是：步骤A中：将初始管坯（3）放入模具型腔，上模（4）向下移动与下模（1）闭合完成合模，施加的相应合模力可保证成形过程中上、下模具不会因内压升高而分开。

2.根据权利要求1所述的提高管材内高压成形极限的工艺方法，其特征是：施加的压力的波形主要为矩形波。

3.根据权利要求1所述的提高管材内高压成形极限的工艺方法，其特征是：介质可以是气体介质、热油介质或粘性介质。

4.根据权利要求1所述的提高管材内高压成形极限的工艺方法，其特征是：所述的初始管坯（3）采用塑性材料。

5.根据权利要求4所述的提高管材内高压成形极限的工艺方法，其特征是：所述的塑性材料采用低碳钢、不锈钢或者铝镁合金。

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