CN113600732B - 一种将管坯局部周长缩短的模具及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种将管坯局部周长缩短的模具及其使用方法，属于管坯加工技术及专用装置技术领域。一种将管坯局部周长缩短的模具，包括上模和下模，以及用于***管坯的管腔中的型芯；所述上模具有上模腔，下模具有下模腔，上模腔和下模腔配合形成模腔；其特殊之处在于，所述型芯放入模腔后，模腔内形成管坯形变腔；上模腔和/或下模腔为扩口状，扩口的两侧为弧状，且扩口的两侧与动模运动的方向成夹角。同时，本申请中还提供了模具的使用方法。本申请的模具及方案，具有简单实用，加工效率高的优点。

Description

一种将管坯局部周长缩短的模具及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种将管坯局部周长缩短的模具及其使用方法，属于管坯加工技术及专用装置技术领域。
背景技术
管件能充分利用材料的刚性，具有更好的抗弯性能和安全性能，被广泛应用在机械结构中。实际承载时，零件各部分受力条件不同，一般的管件在不同位置所需的截面周长是不同的。通常，在抗弯模量大的位置，所设计的截面周长大，而抗弯模量小的位置，截面周长小，零件沿轴线最好具有不同的截面周长或形状。当前有多种技术能实现零件截面周长的改变，如缩管、内高压成形，充压镦形等；但现有的技术存在效率低、需专用装备等问题，制造成本高。尤其是充压镦形工艺，因为需要持续的向管件中进行充压，才能保证工艺的有效性，因此对密封性的要求较高，也必须要有相应的充压设备。为解决改变管坯周长，尤其是局部缩小周长，现有工艺制造存在效率低和成本高等问题，本领域技术人员积极研究，如何提高效率，并降低成本。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，提供一种将管坯局部周长缩短的模具及其使用方法。
本发明是通过如下的技术方案，解决上述技术问题：一种将管坯局部周长缩短的模具，包括上模和下模，以及用于***管坯的管腔中的型芯；所述上模具有上模腔，下模具有下模腔，上模腔和下模腔配合形成模腔；其特殊之处在于，所述型芯放入模腔后，模腔内形成管坯形变腔；上模腔和/或下模腔为扩口状，扩口的两侧为弧状，且扩口的两侧与动模运动的方向成夹角。
上述技术方案的优点是：本申请通过对扩口的改进，将扩口两侧设计为弧形，模腔的侧壁为有弯曲的弧度；挤压时，对管坯变形的流动方向起到导流的作用；即，通过对扩口侧壁的形状的改进，调整管坯挤压时的受力状态，实现对形变的流动方向的控制；这样设计的模腔，型芯的外壁与模腔壁之间的缝隙成弯曲状，模具对管坯挤压时，管坯的顶部先与模具接触，受压向两侧形变，两侧形变的过程中，开口端受力，管坯变形部分就会向模腔内弯曲的缝隙处变形，最终就可以使管坯变形的部分充满模腔。
为了能够更好的解决本发明要解决的技术问题，在上述技术方案的基础上，还可以做出如下的改进：
进一步，所述的扩口由开口端向底部，跨距依次变小。
上述技术特征在本申请中的优点是：由扩口端向底部平滑的弯曲，更有利于引导形变。
进一步，所述型芯截面的形状与模腔截面的形状相同或相近似。
上述技术特征在本申请中的优点是：型芯与模腔的截面的外廓线相同或者相近，从内侧起变形支撑作用，可以保证保证管坯形变后的壁厚。
进一步，所述型芯与模腔同轴线时，型芯截面的外轮廓线与模腔截面的轮廓线为等距线。
上述的轴位于上模与下模合模后的分模线上；该轴也是与管坯的轴同轴，通常以管坯的轴为型芯的轴。
进一步，所述的上模腔的截面包括上侧弧段和上底弧段，上底弧段半径大于上侧弧段半径。
进一步，所述上底弧段的弦A与过轴弦平行，弦A与过轴弦之间的间距大于1/4过轴弦的弦长。
进一步，所述上模和下模接触面的初始间距小于弦A与过轴弦之间的间距。
进一步，所述的下模腔的截面包括下侧弧段和下底弧段，下底弧段半径大于下侧弧段半径。
进一步，所述的上模和/或下模包括用于挤压上侧弧段的侧弧挤压模，和用于挤压底弧段的底弧挤压模。
在上述方案的基础上，为了能够更好的发挥模具的作用，提出上述模具的使用方法，包括以下步骤：
步骤1)选择初始管坯，初始管坯截面可以为圆形，初始管坯的壁厚为t；
步骤2)设计上模、下模和型芯；为便于型芯从管坯内取出，型芯的外轮廓应比上模和下模的内型面向内偏移t+a的距离，0.05mm＜a＜10mm；
步骤3)将初始管坯置于下模的下模腔，型芯插装在初始管坯内压缩位处，上模下压合模，实现初始管坯局部周长缩短；
步骤4)开模，取出型芯，获得成品管件。
进一步，所述设计上模、下模和型芯的方法为：上模的上模腔和下模的下模腔组合后的内型面与成品管件缩短周长部截面的形状轮廓相同；所述型芯截面的过轴弦与上模和下模的分模线重合；所述型芯的型面在截面上的弦A与过轴弦平行，弦A与过轴弦之间的间距大于/过轴弦的弦长；所述上模和下模接触面的初始间距小于弦A与过轴弦之间的间距。
附图说明
图1为本申请一种将管坯局部周长缩短的模具合模状态示意图；
图2为上模的结构示意图；
图3为下模的结构示意图；
图4为上模和下模合模后的模腔的结构示意图；
图5为初始管坯的截面结构示意图；
图6为成品管件的结构示意图；
图7为型芯的剖面结构示意图；
图8为上模下压接触初始管坯顶部的位置状态示意图；
图9为初始管坯需要上下两侧需要挤压的模具结构示意图；
图10为弦A与过轴弦不平行的模具结构示意图；
图11为模腔和型芯均为非圆截面的模具结构示意图；
图12为模腔和型芯均为非对称结构的模具结构示意图；
图13为侧弧挤压模和底弧挤压模平行设计的模具结构示意图；
图14为侧弧挤压模和底弧挤压模套装设计的模具结构示意图。
附图标记记录如下：1-上模，1.1-上模腔，1.11-上底弧段，1.12-上侧弧段，2-下模，2.1-下模腔，2.11-下侧弧段，2.12-下侧弧段，2.2-下侧弧挤压模，2.3-下底弧挤压模，3-型芯，3.2-弦A，3.3-过轴弦，3.4-型面，4-产品，4a-初始管坯；6-侧弧挤压模，7-底弧挤压模。
具体实施方式
以下实施例结合附图，仅是为了对权利要求书中所记载的技术方案加以说明，并非是对权利要求保护范围的限制。
实施例1
结合附图1-3，一种将管坯局部周长缩短的模具，包括上模1和下模2，以及用于***管坯的管腔中的型芯3；所述上模1具有上模腔1.1，下模2具有下模腔2.1，上模腔1.1和下模腔2.1配合形成模腔；所述型芯3放入模腔后，模腔内形成管坯形变腔；上模腔1.1和/或下模腔2.1为扩口状，扩口的两侧为弧状，且扩口的两侧与动模运动的方向成夹角。动模可以是上模也可以是下模，是指二者中用于挤压的模具。
在上述的技术方案的基础上，还可以对部分结构做出如下的改进和优化：
所述的扩口由开口端向底部，跨距依次变小；
所述型芯3截面的形状与模腔截面的形状相同或相近似；
型芯3与模腔同轴线时，型芯3截面的外轮廓线与模腔截面的轮廓线为等距线。
实施例2
在实施例1的基础上，对模具的结构做出如下的设计，
结合附图2，所述的上模腔1.1的截面包括上侧弧段1.12和上底弧段1.11，上底弧段1.11半径大于上侧弧段1.12半径；上侧弧段1.12的弦与上底弧段1.11的弦A的夹角为130°～150°；
结合附图2和4，上底弧段1.11的弦A 3.2与过轴弦3.3平行，弦A 3.2与过轴弦3.3之间的间距大于1/4过轴弦3.3的弦长；
结合附图8，上模1和下模2接触面的初始间距小于弦A 3.2与过轴弦3.3之间的间距；
结合图9，下模腔2.1的截面包括下侧弧段2.11和下底弧段2.12，下底弧段2.12半径大于下侧弧段2.11半径。
弦A和过轴弦的位置也可以是不平行的，如图10，型芯或者产品的截面也剋是非圆截面(如图11)和非对称结构(如图12)。本申请的模具可以适用于不同的截面形状的管坯的变形压缩，以改变管坯局部的周长。
实施例3
所述的上模1和/或下模2包括用于挤压上侧弧段的侧弧挤压模，和用于挤压底弧段的底弧挤压模；
结合图9，在实施例1或者2的基础上，为了解决需要对圆管两侧进行形变的问题，所述下模2包括下侧弧挤压模2.2和下底弧挤压模2.3；下侧弧挤压模2.2为环状套模；下模2.1模腔的截面包括下弧段2.12和两个下侧弧段2.11；两个下侧弧段2.11成镜像对称；下侧弧段2.11的弦与下弧段2.11的弦的为130°～150°。
上模和下模均可以采用分体的结构，将模具中用于挤压管坯侧部的部分和挤压顶部的部分分开，形成用于挤压管坯侧部的侧弧挤压模6和用于挤压管坯顶部的底弧挤压模7。侧弧挤压模6和底弧挤压模7可以是平行的结构，如图13，也可以是套装的结构，如图14。
实施例4
在实际的生产中，为了对圆管管坯做出需要的形变，对模具的设计和使用，提出如下的具体操作方法：
步骤1)选择初始管坯4a(如图5、8)，初始管坯4a截面优选圆形，初始管坯4a的壁厚为t；
步骤2)设计上模1、下模2和型芯3；为便于型芯3从管坯内取出，型芯3的外轮廓应比上模1和下模2的内型面向内偏移t+a的距离，0.05mm＜a＜10mm；
步骤3)将初始管坯4a置于下模2的下模腔2.1，型芯3插装在初始管坯4a内压缩位处，上模1下压合模，实现初始管坯局部周长缩短；
步骤4)开模，取出型芯3，获得成品管件4。
其中，所述设计上模1、下模2和型芯3的方法为：结合图2、3，上模1的上模腔1.1和下模2的下模腔2.1组合后的内型面与成品管件缩短周长部截面的形状轮廓相同；所述型芯3截面的过轴弦3.3与上模1和下模2的分模线重合，如图1、4；所述型芯3的型面3.4在截面上的弦A3.2与过轴弦3.3平行，弦A3.2与过轴弦3.3之间的间距大于1/4过轴弦3.3的弦长；所述上模1和下模2接触面的初始间距小于弦A3.2与过轴弦3.3之间的间距；所述上模腔1.1截面包括上底弧段1.11和两个上侧弧段1.12；两个上侧弧段1.12成镜像对称，也可以时非对称的；上模腔1.1开口宽度等于圆管坯直径；上侧弧段1.12的弦与上底弧段1.11的弦的夹角为130°～150°。
在需要的时候，对下模2可以采取如下的设计：参见图9，所述下模2包括下侧弧挤压模2.2和下底弧挤压模2.3；下侧弧挤压模2.2为环状套模；下模2.1模腔的截面包括下弧段2.12和两个下侧弧段2.11；两个下侧弧段2.11成镜像对称；下侧弧段2.11的弦与下弧段2.11的弦的为130°～150°。
实施例5
取一个初始管坯4a(如图5、8)，计划将其局部压缩周长，形成管件4(如图6)，初始管坯4a截面形状为圆形，记半径为R。
设计模具，上模1和下模2闭合后的内型面与型芯3外型面共同构成管坯被压缩后所处的空间位置；上模1和下模2的内型面形状和型芯3外型面形状按下面的方法确定：
上模1和下模2闭合后，其内型面所构成的轮廓形状与管件4的截面形状轮廓相同(考虑到加工误差等因素，二者相近即可，只要成形的管件4达到公差要求)，贯穿上模1和下模2闭合后的内型面最大截面的直线MN3.3(附图3，该位置也是型芯截面内的最大截面直线，该直线所处的弦也是型芯的直径)设为上模1、下模2的分模线，优选MN3.3平行于弦A3.2，弦A3.2过弧ACB的两个端点。则分模线的上侧部分为上模1的内型面，分模线的下侧部分为下模2的内型面，截面向内等距约一倍的初始管坯壁厚得到型芯3的截面外轮廓。相应的，在型芯3上由弧ACB等距约1倍的初始管坯壁厚得到的型面EGF(图7)称为压缩平台-型面3.4。记弦A 3.2离中心距离为h，必须保证h＞0.5R。
上模1和下模2开合，一般定为竖直开合模，上模1自上而下合模，当上模1接触到初始管坯4a的最高点D时(图4、8)，因h＞0.5R，上模1与下模2的分模面之间的高度e与h之间肯定有如下关系e＜h，实际意义是上模1的分模面在竖直方向上其所处的位置低于型芯3的型面3.4在竖直方向上所处的位置，这样上模1的内型面与型芯3就构成了一个的带曲率的间隙略大于管坯厚度的缝隙S，e越小缝隙就越窄，由于缝隙S呈弯曲状，并与模具运动方向存在夹角，该弯曲的缝隙会阻碍管坯在被压缩时沿此处流出，对弧ACB起到了封闭作用。通过调整h与R的大小关系，可以调整缝隙的长度和间隙大小，h一般应＞0.6R。
随着上模1的下压，弧ACB的高度必然不断降低，由于缝隙S的约束又不能沿缝隙流出，只能沿着自点J到点K的方向逐渐贴靠上模1的内模腔，贴靠后二者之间又形成摩擦力，进一步阻碍材料流出。随着压缩力的增大，弧ACB就被推压在型芯3上，当压缩量不超过20倍的被压缩管坯初始壁厚时，弧ACB会最终被压缩到贴靠型芯3上且不出现褶皱，达到了缩短弧长的目的。
如管坯两处(例如Y1和Y2部位)需要压缩，可采用两套装置分别压缩的方式，也可通过装置设计在一工序中同时完成两处弧长的压缩，如图9，以此类推可实现对管坯多处压缩。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种将管坯局部周长缩短的模具，包括上模（1）和下模（2），以及用于***管坯的管腔中的型芯（3）；所述上模（1）具有上模腔（1.1），下模（2）具有下模腔（2.1），上模腔（1.1）和下模腔（2.1）配合形成模腔；其特征在于，所述型芯（3）放入模腔后，模腔内形成管坯形变腔；上模腔（1.1）和/或下模腔（2.1）为扩口状，扩口的两侧为弧状，且扩口的两侧与动模运动的方向成夹角，所述动模为上模（1）或者下模（2）。
2.根据权利要求1所述的将管坯局部周长缩短的模具，其特征在于，所述的扩口由开口端向底部，跨距依次变小。
3.据权利要求1或者2所述的将管坯局部周长缩短的模具，其特征在于，所述型芯（3）与模腔同轴线时，型芯（3）截面的外轮廓线与模腔截面的轮廓线为等距线。
4.根据权利要求1所述的将管坯局部周长缩短的模具，其特征在于，所述的上模腔（1.1）的截面包括上侧弧段（1.12）和上底弧段（1.11），上底弧段（1.11）半径大于上侧弧段（1.12）半径。
5.根据权利要求4所述的将管坯局部周长缩短的模具，其特征在于，所述上底弧段（1.11）的弦A（3.2）与过轴弦（3.3）平行，弦A（3.2）与过轴弦（3.3）之间的间距大于1/4过轴弦（3.3）的弦长。
6.根据权利要求5所述的将管坯局部周长缩短的模具，其特征在于，所述上模（1）和下模（2）接触面的初始间距小于弦A（3.2）与过轴弦（3.3）之间的间距。
7.根据权利要求1或者4所述的将管坯局部周长缩短的模具，其特征在于，所述的下模腔（2.1）的截面包括下侧弧段（2.11）和下底弧段（2.12），下底弧段（2.12）半径大于下侧弧段（2.11）半径。
8.根据权利要求1所述的将管坯局部周长缩短的模具，其特征在于，所述的上模（1）和/或下模（2）包括用于挤压上侧弧段的侧弧挤压模，和用于挤压底弧段的底弧挤压模。
9.一种权利要求1所述的管坯局部周长缩短的模具的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）选择初始管坯（4a），初始管坯（4a）的壁厚为t；
步骤2）设计上模（1）、下模（2）和型芯（3）；为便于型芯（3）从管坯内取出，型芯（3）的外轮廓应比上模（1）和下模（2）的内型面向内偏移t+a的距离，0.05mm＜a＜10mm；
步骤3）将初始管坯（4a）置于下模（2）的下模腔（2.1），型芯（3）插装在初始管坯（4a）内压缩位处，上模（1）下压合模，实现初始管坯局部周长缩短；
步骤4）开模，取出型芯（3），获得成品管件。
10.根据权利要求9所述的管坯局部周长缩短的模具的使用方法，其特征在于，所述设计上模（1）、下模（2）和型芯（3）的方法为：上模（1）的上模腔（1.1）和下模（2）的下模腔（2.1）组合后的内型面与成品管件缩短周长部截面的形状轮廓相同或相近；所述型芯（3）截面的过轴弦（3.3）与上模（1）和下模（2）的分模线重合；所述型芯（3）的型面（3.4）在截面上的弦A（3.2）与过轴弦（3.3）平行，弦A（3.2）与过轴弦（3.3）之间的间距大于1/4过轴弦（3.3）的弦长；所述上模（1）和下模（2）接触面的初始间距小于弦A（3.2）与过轴弦（3.3）之间的间距。
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