CN103920788A - 局部大变形空心件的差压成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种局部大变形空心件的差压成形方法，属于金属空心构件制造技术领域。首先将管坯放入模具后模，将冲头装入管坯中并进行密封；向管坯内、外表面同时注入高压液体，并使管坯内部的压力大于外表面压力，形成可控的压力差；利用液压缸推动冲头轴向进给实现补料，同时在内、外液压的差压作用下使管坯产生局部大变形；最后排出高压液体，获得局部大变形空心件。通过控制管坯内外压力差，来改善管坯局部胀形时的应力状态，使胀形过程能够充分进行，提高了其胀形极限。在管坯外表面注入的液压油，显著改善了管坯外表面与模具型腔之间的润滑，减小了摩擦，方便了轴向补料和最终成形。

Description

局部大变形空心件的差压成形方法

技术领域

本发明涉及一种空心件的差压成形方法，特别是一种局部大变形空心件的差压成形方法，属于金属空心构件制造技术领域。

背景技术

液压胀形技术由于成形效率高，是制造空心结构件的常用手段。通过液压胀形技术，可以获得截面复杂的空心结构件，其在航空航天、核电、石化等工程领域得以广泛应用。

随着内高压成形技术的飞速发展，具有局部大变形特征的空心结构件越来越多。局部大变形是指局部截面膨胀率远超出材料的延伸率。在液压胀形工艺中，若胀形工艺参数控制不当，则易导致局部胀破的问题。目前实现管坯局部大膨胀方法主要包括：(1)、通过优化压力加载路径对成形过程实施优化，以实现管坯局部大膨胀；(2)、采用波动加载方法，在成形过程中，减小管坯表面与模具型腔之间的摩擦力以实现顺利补料；(3)、采用刚性平衡冲头改变胀形过程中管坯的应力状态，以提高其成形极限。该方法在多通管件的胀形过程中已经得到了实际应用，对于改善支管的局部减薄具有重要作用。

2013年8月28日，中国发明专利CN 102248058 B公开一种提高管材内高压成形极限的工艺方法，其通过预先向将发生大变形的区域送料，形成有益皱，后采用高压将其展开，以满足大膨胀量对补料的需求。

2010年6月2日，中国发明专利CN 101219451 A公开了一种具有局部凸起状的长管零件成形方法，其采用局部加热的方法改善管坯的塑性，最终实现较大的变形量。

上述方法可以在一定程度上缓解管坯在局部大变形可能出现的开裂或过度减薄的问题，但无法解决局部膨胀率过大(局部胀形量是材料延伸率的2倍以上)的成型问题。通过成形零件的结构优化改善管坯在胀形过程中的应力状态虽然具有较好的效果，但是当局部大变形量不是集中在一处(如多通)，而是在周向连续分布时，平衡冲头将难以发挥作用，并且模具结构将异常复杂，从而使制造成本急剧增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述缺陷，提供一种使用装置简单、适用多通、成形局部膨胀率大的空心件的差压成形方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种局部大变形空心件的差压成形方法，具体包括以下步骤：

1)、将管坯置入模具中，合模后用冲头进行密封；

2)、分别向管坯内、外注入高压液体后加压，并使管坯内部的压力大于外部压力，形成压力差；

3)、推动冲头轴向进给实现补料，同时在内、外液压的差压作用下使管坯产生局部大变形；

4)、排出高压液体，最终获得所需要的局部大变形空心件。

本发明中，所述步骤2)加压控压过程为：将管坯内的液压升至40-60MPa、管坯外的液压升至3-7MPa，然后缓慢增大管坯内、外的液压，使管坯内的液压维持在45-65MPa，管坯外的液压维持在5-10MPa，保持管坯内、外间35-60MPa的压力差。

本发明中，所述管坯内高压液体为水或液压油。

本发明中，所述管坯外高压液体为液压油。

本发明中，所述管坯为单金属管坯或双金属复合管坯。

本发明的有益效果在于：(1)、本发明通过控制管坯内外压力差，来改善管坯局部胀形时的应力状态，使胀形过程能够充分，提高了其胀形极限；(2)、本发明在通过在管坯外表面（即模具内）注入的液压油，显著改善了管坯外表面与模具型腔之间的润滑，减小了摩擦，方便了补料和最终成形；(3)、本发明使用的成形装置结构简单、成形成本较低。

附图说明

图1本发明局部大变形空心件的差压成形方法的流程图；

图2明局部大变形空心件的差压成形方法的差压胀形示意图；

图3发明局部大变形空心件的差压成形方法的局部润滑示意图；

图4发明局部大变形空心件的差压成形方法的液体导向示意图；

图5发明实施例1的差压曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图1至5，以成形凸起空心件、阶梯状变径管件及三通管件为具体实施例，对本发明作详细说明。

实施例1

第一步，将直径为50mm、长为300mm、壁厚为2mm的304不锈钢管坯2表面清理后放入凸形模具1中，上、下模合模；

第二步，将冲头3装入管坯中并进行密封；

第三步，向管坯2内部和向管坯外表面（即模具1内部）同时注入液压油4，迅速将管坯2内的液压增大至45MPa、管坯2外的液压增大至7MPa，然后同时缓慢增大管坯2内、外的液压，控制管坯2内的液压在工作阶段基本维持在50MPa，管坯2外的液压在工作阶段基本维持在10MPa，控制管坯内、模具1内压力差为40MPa；

第四步，利用液压缸推动冲头3轴向进给实现补料，在内、外液压的差压作用下使管坯2产生局部大变形；

第五步，排出高压液体，将球状空心件从模具中取出，最终获得局部截面膨胀率达60%的球状凸起空心件。

实施例2

第一步，将直径为40mm、长为500 mm、壁厚2mm的20钢管坯表面清理后放入阶梯状模具中，上、下模合模；

第二步，将冲头装入管坯中并进行密封；

第三步，向管坯内部和向管坯外表面（即模具内部）同时注入高压液体，迅速将管坯内的液压增大至40MPa、管坯外的液压增大至7MPa，然后缓慢增大管坯内、外的液压，控制管坯内的液压在工作阶段基本维持在45MPa，管坯外的液压在工作阶段基本维持在10MPa，控制管坯内、外压力差为35MPa；

第四步，利用液压缸推动冲头轴向进给实现补料，在内、外液压的差压作用下使管坯产生局部大变形；

第五步，排出高压液体，将管件从阶梯状模具中取出，最终获得局部截面膨胀率达50%的阶梯状变径管件。

实施例3

第一步，将直径为30mm，长为400mm，壁厚2mm的304不锈钢管坯表面清理后放入三通模具中，上、下模合模；

第二步，将冲头装入管坯中并进行密封；

第三步，向管坯内部注入水、向管坯外表面（即模具内部）注入液压油，迅速将管坯内的液压增大至60 MPa、管坯外的液压增大至3 MPa，然后缓慢增大管坯内、外的液压，控制管坯内的液压在工作阶段基本维持在65MPa，管坯外的液压在工作阶段基本维持在5MPa，控制管坯内、外压力差为60MPa； 

第四步，利用液压缸推动冲头轴向进给实现补料，在内、外液压的差压作用下使管坯产生局部大变形；

第五步，排出高压液体，将管件从三通模具中取出，最终获得支管高度达到管坯直径1.2倍以上的304不锈钢三通管件。

上述实施例以单金属管坯为例详细说明了本发明成形方法，本发明同样也适应于双金属复合管坯。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种局部大变形空心件的差压成形方法，其特征在于包括以下步骤：

1)、将管坯(2)置入模具(1)中，合模后用冲头(3)进行密封；

2)、分别向管坯(2)内、外注入高压液体(4)后加压，并使管坯(2)内部的压力大于外部压力，形成压力差；

3)、推动冲头(3)轴向进给实现补料，同时在内、外液压的差压作用下使管坯(2)产生局部大变形；

4)、排出高压液体(4)，最终获得所需要的局部大变形空心件。

2.根据权利要求1所述的一种局部大变形空心件的差压成形方法，其特征在于所述步骤2)加压控压过程为：将管坯(2)内的液压升至40-60MPa、管坯(2)外的液压升至3-7MPa，然后缓慢增大管坯(2)内、外的液压，使管坯(2)内的液压维持在45-65MPa，管坯(2)外的液压维持在5-10MPa，保持管坯(2)内、外间35-60MPa的压力差。

3.根据权利要求1或2所述的一种局部大变形空心件的差压成形方法，其特征在于：所述管坯(2)内高压液体(4)为水或液压油。

4.根据权利要求3所述的一种局部大变形空心件的差压成形方法，其特征在于：所述管坯(2)外高压液体(4)为液压油。

5.根据权利要求4所述的一种局部大变形空心件的差压成形方法，其特征在于：所述管坯(2)为单金属管坯或双金属复合管坯。