CN111346933A - 管材任意位置法兰渐进增厚成形方法 - Google Patents

管材任意位置法兰渐进增厚成形方法 Download PDF

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Abstract

一种基于管材的法兰增厚实现方法，通过向反顶凸模施加背压并设置芯棒恒速向上移动，从而对管件进行镦挤处理，随着管件内部的变形力逐渐增加，将位于保护型腔的管件材料逐渐挤入成形型腔，管件在成形型腔内的侧壁随之累积增厚并最终形成法兰。本发明使侧壁材料逐渐累积成形，能够有效防止管壁发生扭曲或填充不满等缺陷，提高了法兰增厚的成形极限和成形效率；通过在凸模内增加定位腔，实现管壁任意部位法兰的一次成形，扩大了工艺适用范围。

Description

管材任意位置法兰渐进增厚成形方法
技术领域
本发明涉及的是一种金属材料塑性成形领域的技术，具体是一种管材轴向任意位置渐进增厚成形法兰的工艺方法。
背景技术
管材作为工业生产中不可或缺的一种零件，广泛应运于冶金、化工及汽车行业。为了实现特殊功能，管材往往在轴线方向具有不同壁厚的情况，最典型的就是法兰特征。对于端部的法兰特征，往往采用镦粗方法，由于镦粗部分高径比限制，镦粗变形量较小；对于中部的法兰特征，多采用直接镦粗的方式，通过设计不同的模具型腔达到增厚管壁的目的，但是该类成形方法受到管壁失稳的限制，增厚效果有限。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种管材任意位置法兰渐进增厚成形方法，通过控制变形区的方法达到增大变形量以适应任意位置法兰增厚的需求。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明通过向反顶凸模施加背压并设置芯棒恒速向上移动，从而对管件进行镦挤处理，随着管件内部的变形力逐渐增加，将位于保护型腔的管件材料逐渐挤入成形型腔，管件在成形型腔内的侧壁随之累积增厚并最终形成法兰。
所述的反顶凸模与成形型腔滑动配合，根据所需增厚的法兰位置进一步设有定位型腔，通过定位型腔的位置及形状实现在管件轴向任意部位形成法兰增厚。
所述的反顶凸模、芯棒以及位于管件外侧的凹模构成压模装置，该压模装置设置于上、下工作台之间，其中：反顶凸模、凹模与芯棒之间形成成形所需的型腔，凹模底部与下工作台之间设有弹性件，当下工作台上行时，通过弹力将凹模与上工作台相贴合。
所述的凹模的内部为阶梯式型腔，该阶梯式型腔包括保护型腔和成形型腔，其中：成形型腔内径与目标法兰外径相同，保护型腔内径与管材初始外径相同，芯棒对应为阶梯形结构。
所述的法兰增厚具体为：将芯棒塞入管件内部并将管件置于凹模型腔中，液压设备与反顶凸模相连并被启动以提供恒定背压，下工作台则以恒定的速度向上运动，管件从保护型腔压入成形型腔，管件的侧壁开始增厚，弹簧被压缩并向凹模施加压力以使凹模固定不动。
技术效果
与现有技术相比，本发明使侧壁材料逐渐累积成形，变形量不再受到变形材料高径比的限制，能够有效防止管壁发生扭曲或填充不满等缺陷，同时提高了法兰增厚的成形极限和成形效率；通过在反顶凸模内增加定位腔，可以实现管壁任意部位法兰的一次成形，扩大了工艺适用范围。
附图说明
图1为实施例1的示意图；
图中：a为结构示意图；b为原理图；
图2为实施例2的示意图；
图中：a为结构示意图；b为原理图；
图3为本发明各组件的结构示意图；
图中：a为实施例1的反顶凸模的示意图；b为实施例2的反顶凸模的示意图；c为凹模的示意图；d为芯棒的示意图；
图4为管件的示意图；
图中：a为原始管件；b为实施例1法兰增厚管件；c为实施例2法兰增厚管件；
图5为现有技术效果图；
图中：a为实施例1的现有技术效果图；b为实施例2的现有技术效果图；
以上图中：反顶凸模1、凹模2、管件3、芯棒4、弹簧5、上工作台6、下工作台7、保护型腔8、定位型腔9、成形型腔10、定位结构11。
具体实施方式
实施例1
如图1、图3和图4所示，本实施例为管件3端部形成法兰增厚，具***置为管件3的上管口he段，具体通过外接液压设备提供恒定压力Fc，并采用带有工作台6、7的压模装置对管件3进行镦挤处理，根据所需成形法兰的尺寸大小设定工作台的行程Sm，使工作台以恒速Vp带动压模装置，随着芯棒4上行，管件3从定位型腔逐渐挤入成形型腔，管件3的侧壁逐渐增厚，直到行程结束，形成法兰。
所述的压模装置包括：反顶凸模1、凹模2和芯棒4，其中：反顶凸模1分别与凹模2和芯棒4滑动配合，凹模2与芯棒4也滑动配合，三者之间构成封闭的型腔。
所述的型腔体积与管件3的体积相同。
所述的凹模2的内部为阶梯式型腔，其顶部设有上工作台6。
所述的阶梯式型腔包括：成形型腔10和保护型腔8，其中：成形型腔10的直径Dd1与法兰的外径Df相同，即Dd1＝Df；保护型腔8的直径Dd2与管件3的外径D0相同，即Dd2＝D0。
所述的芯棒4为阶梯形，其下端设有下工作台7，该下工作台7通过弹簧5与凹模2的底部连接。
所述的阶梯形芯棒分为上段芯棒与下段芯棒，其中：上段芯棒的直径Dm2为与管件3的内径d0相同，即Dm2＝d0；下段芯棒的直径为Dm1与管件的外径D0相同，即Dm1＝D0＝Dd2。
所述的反顶凸模1的外径为Dc，满足：Dc＝Dd1＝Df；其内径为dc，满足：dc＝Dm2＝d0。
所述的镦挤处理具体为：将芯棒4塞入管件3，管件3置于型腔中，液压设备与反顶凸模1相连并被启动以提供恒定背压，下工作台7则以恒定的速度向上运动，管件3从保护型腔8挤入成形型腔10，管件3的侧壁开始增厚，弹簧5被压缩并向凹模2施加压力以使凹模2固定不动。
实施例2
如图2、图3和图4所示，本实施例为管件3中部形成法兰增厚，具体增厚位置为距离管件3的上管口hd处。与实施例1相比，本实施例的反顶凸模1增加了定位结构11，因此管件所处的封闭型腔可分为三部分具体情况如下：
所述的带有定位结构的反顶凸模1如图3b所示，该定位结构的高度为hc且满足hc＝hd，宽度为tc且满足tc＝t0。
所述的封闭型腔依次包括：成形型腔10、保护型腔8和定位型腔9，其中：成形型腔10的直径与法兰的外径相同，保护型腔8的直径与管件3外径相同，定位型腔9与定位结构11配合确定管件3的法兰增厚的具***置。
如图5所示，现有技术将反顶凸模固定，使芯棒与凹模仪器固定于工作台，工作台工作时，会带动芯棒与凹模一起运动，对管材直接进行镦粗增厚，若反顶凸模与凹模的距离——即管材变形区的高度h0与管材的厚度t0的比值过大，将会造成失稳，即如图5所示的折叠缺陷。而本发明在成形法兰时舍弃了传统方法对材料进行整体墩粗的理念，采用了渐进成形的思想，将材料逐渐挤入变形区进而累积成法兰。具体为：成形时，下工作台7上行，通过芯棒4对管件3施加成形力。同时，液压设备启动，与其相连的反顶凸模1对管件3施加与成形力方向相反的恒定反顶力。因此，当成形力大于反顶力时，管件的材料就会从保护型腔逐渐挤入并累积在成形空腔，进而形成所需要的法兰。基于上述成形过程逐渐累积材料的特点，本发明成形法兰的变形量将不再受传统方法中h0/t0值的约束，可对管材进行持续的侧壁增厚而不发生失稳。与传统的直接镦粗相比，本发明可有效避免传统工艺过程中的折叠缺陷。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (6)

1.一种基于管材的法兰增厚实现方法，其特征在于，通过向反顶凸模施加背压并设置芯棒恒速向上移动，从而对管件进行镦挤处理，随着管件内部的变形力逐渐增加，将位于保护型腔的管件材料逐渐挤入成形型腔，管件在成形型腔内的侧壁随之累积增厚并最终形成法兰。
2.根据权利要求1所述的基于管材的法兰增厚实现方法，其特征是，所述的反顶凸模与成形型腔滑动配合，根据所需增厚的法兰位置进一步设有定位型腔，通过定位型腔的位置及形状实现在管件轴向任意部位形成法兰增厚。
3.根据权利要求1所述的基于管材的法兰增厚实现方法，其特征是，所述的反顶凸模、芯棒以及位于管件外侧的凹模构成压模装置，该压模装置设置于上、下工作台之间，其中：反顶凸模、凹模与芯棒之间形成成形所需的型腔，凹模底部与下工作台之间设有弹性件，当下工作台上行时，通过弹力将凹模与上工作台相贴合。
4.根据权利要求3所述的基于管材的法兰增厚实现方法，其特征是，所述的凹模的内部为阶梯式型腔，该阶梯式型腔包括保护型腔和成形型腔，其中：成形型腔内径与目标法兰外径相同，保护型腔内径与管材初始外径相同，芯棒对应为阶梯形结构。
5.根据权利要求4所述的基于管材的法兰增厚实现方法，其特征是，所述的法兰增厚具体为：将芯棒塞入管件内部并将管件置于凹模型腔中，液压设备与反顶凸模相连并被启动以提供恒定背压，下工作台则以恒定的速度向上运动，管件从保护型腔压入成形型腔，管件的侧壁开始增厚，弹簧被压缩并向凹模施加压力以使凹模固定不动。
6.一种实现上述任一权利要求所述方法的装置，其特征在于，具体为设置于上、下工作台之间的压模装置，该压模装置包括：反顶凸模、芯棒以及位于管件外侧的凹模，其中：反顶凸模、内部为阶梯式型腔的凹模与具有阶梯形结构的芯棒之间形成成形所需的型腔。
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