CN113953387A - 一种基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法及装置 - Google Patents

一种基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法及装置,属于管材连接技术领域。首先通过挤压上管材连接端产生翻边,然后在下管材连接孔处进行厚向挤压,发生塑性变形的连接孔边缘向上管材外壁流动并挤压上管材,使上管材发生颈缩,实现上管材与下管材之间的塑性连接。本发明结构简单,设计合理,安装便捷,与常规设备兼容性好,适合大批量生产。生产过程中不增加辅助材料,连接强度高,接头质量好,而且操作便捷,生产效率高,易实现流水线生产,不会造成环境污染。

Description

一种基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法及 装置
技术领域
本发明属于管材连接技术领域,具体涉及一种基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法及装置。
背景技术
三通管件是应用于管道流体分支部位的关键部件,在化工、民用建筑、机械制造、船舶工业等领域应用十分广泛。根据连接管材的尺寸,三通管有同径三通与异径三通两种形式,主要的三通管连接工艺有焊接、辅助件紧固连接等。但上述方法均存在一定的缺点,如焊接对材料的焊接性有一定要求,并容易造成环境污染,制造成本高,对人体有危害;辅助件紧固连接如螺栓连接或螺纹连接等,会增加三通管质量和体积,不符合轻量化设计要求,同时,接头强度受振动影响较大。
三通管无缝制造工艺主要有液压成形与热压成形,液压成形能够获得凸起高度较小的三通管,但成形模具较为复杂,设备所需吨位较大,制造成本高。热压成形通过管坯的径向压缩和支管部位的拉伸而成形,具有所需设备吨位较低,对材料的适应性较宽,但不适用于小直径,较薄壁厚的三通管制造,同时,需要加热,能耗较高。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法及装置,结构简单,不增加辅助材料,连接强度高,接头质量好,而且操作便捷,生产效率高,易实现流水线生产,不会造成环境污染。
本发明是通过以下技术方案来实现:
本发明公开了一种基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法,包括以下步骤:
S1:对待连接的上管材的连接端和下管材的连接孔进行加工,使下管材的连接孔轮廓线与上管材的连接端形状互相匹配;将翻边模放置在下管材内连接孔的下方,并通过支撑模固定;
S2:将上管材的连接端放置于下管材的连接孔内并与翻边模装配;将挤压模套装在上管材外部,上模安装在上管材上端部;
S3:上模向下运动,挤压上管材,使上管材的连接端在翻边模内发生翻边变形,使上管材的连接端和下管材的连接孔处形成锁扣,上模停止运动并保持位置不变;
S4:挤压模向下运动,对下管材的连接孔边缘进行厚向挤压变形,使该部位发生塑性变形;同时发生塑性变形的连接孔边缘向上管材外壁流动并挤压上管材,使上管材发生颈缩,使上管材的连接端和下管材的连接孔形成连接结构,完成三通管的成形。
优选地,下管材的外径不小于上管材的外径,壁厚不小于上管材壁厚的2倍。
优选地,上管材与下管材为低碳钢、铝合金、不锈钢或PVC。
优选地,S3中,上模向下运动的速度为0.02~0.1mm/s;,S4中,挤压模向下运动的速度为0.2~2mm/s。
优选地,S4中,完成三通管的成形后,挤压模以0.5~3mm/s的速度向上运动至初始位置,然后取出翻边模和支撑模。
本发明公开的实现上述基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法的装置,包括上模、挤压模、翻边模和支撑模,上模下端为圆柱凸台,圆柱凸台的外径与上管材内径匹配,上模用于挤压上管材使上管材的连接端在翻边模内发生翻边变形;挤压模下部的内径与上管材的外径匹配,上部的内径与上模的外径匹配,挤压模下端为环状凸起,挤压模用于对下管材的连接孔边缘进行厚向挤压变形,使该部位发生塑性变形;翻边模的下平面与支撑模的上平面接触,翻边模与支撑模的组合形状能够填满下管材内部;下管材的连接孔下方的翻边模上设有能够容置上管材翻边的环形凹槽;支撑模用于固定翻边模。
优选地,上模的外径为上管材外径的1.2~2倍,下端圆柱凸台的高度为5~15mm。
优选地,挤压模下端环状凸起的高度为下管材壁厚的0.8~2倍,挤压模在下管材的连接孔边缘的挤压深度为下管材壁厚的0.3~0.7倍。
优选地,挤压模下端环状凸起的边缘均为半径0.5~1.5mm的圆角。
优选地,翻边模上的环形凹槽的边缘和底角均为半径为2~5mm的圆角。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
本发明公开的基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法,首先通过挤压上管材连接端产生翻边,然后在下管材连接孔处进行厚向挤压,发生塑性变形的连接孔边缘向上管材外壁流动并挤压上管材,使上管材发生颈缩,实现上管材与下管材之间的塑性连接。该方法操作便捷,连接快速,易实现流水线生产,连接过程不需要加热,不会产生粉尘或废气,对环境友好;适用材料范围广,可用于同种材料或异种材料之间的连接。通过塑性成形在下管材回转面上有机械锁扣,而且在上管材回转面上具有颈缩,大大提高了其连接强度,连接质量高。同时由于采用两种管材连接制造三通管,因此,支管的高度可以根据实际需要确定,其长度可远远超过液压成形或热压成形等成形方式,调节范围大,适用性更强。
进一步地,下管材的外径不小于上管材的外径,壁厚不小于上管材壁厚的2倍,下管材厚度较大,在挤压后材料能发生较大的塑性流动,并与下管材形成牢固的锁扣,而当壁厚较小时,材料塑性流动弱,影响连接质量。
进一步地,上管材与下管材可以为低碳钢、铝合金、不锈钢或PVC,应用范围广。
进一步地,上模向下运动的速度为0.02~0.1mm/s,上模主要作用为进行翻边。速度较小时,翻边不容易出现墩布裂纹;挤压模向下运动的速度为0.2~2mm/s,合适的挤压速度能够兼顾连接强度和连接时间。
进一步地,完成三通管的成形后,挤压模以0.5~3mm/s的速度向上运动,此时挤压模已完成了对管材的挤压并进行退模,且挤压模与上管材之间间隙较小,当速度较大时,易产生对上管材的剪切运动并变形,当速度较小时,增加了连接时间。
本发明公开的实现上述利用管材塑性变形实现管材与板材连接方法的装置,结构简单,设计合理,安装便捷,与常规设备兼容性好,适合大批量生产。
进一步地,上模的外径为上管材外径的1.2~2倍,上模与上管材安装在一起,不能有较大的间隙,否则易产生管材的偏斜,不利于管材的翻边,而较小的间隙会导致管材与上模配合在一起,不容易分离;下端圆柱凸台的高度为5~15mm,能够保证上管材能很好套装在上模上并能够保证一定的垂直度,放置高度太小发生倾斜和太高而浪费材料,增加成本。
进一步地,挤压模下端环状凸起的高度为下管材壁厚的0.8~2倍,凸起高度主要是对下管材进行挤压产生塑性变形,当高度较大时,增加制造难度和成本,且挤压的下管材厚度有限,当高度较小时,对下管材的挤压厚度较小,难易满足管材之间的连接要求;挤压模在下管材的连接孔边缘的挤压深度为下管材壁厚的0.3~0.7倍,挤压深度与下管材的厚度值有一定的关系,当挤压深度较大时,易使下管材的挤压部分厚度减薄严重,产生失稳,当挤压深度较小时,下管材的塑性变形小,难以形成稳固的连接接头。
进一步地,挤压模下端环状凸起的边缘均为半径0.5~1.5mm的圆角,能够避免挤压使对连接部位造成机械损伤。
进一步地,翻边模上的环形凹槽的边缘和底角均为半径为2~5mm的圆角,能够避免挤压使对连接部位造成机械损伤。
附图说明
图1为本发明的上管材和下管材定位安装后的剖面示意图;
图2为本发明的上管材发生弯曲变形示意图;
图3为本发明的挤压模运动至与下管材接触的示意图;
图4为本发明的下管材挤压变形后示意图;
图5为本发明的挤压模向上运动的示意图;
图6为本发明的完成连接后的三通结构示意图;
图7为本发明的加工后的上管材和下管材的示意图;
图8为本发明的完成连接的三通管的三维示意图。
图中:1为上模,2为挤压模,3为上管材,4为下管材,5为翻边模,6为支撑模。
具体实施方式
下面结合附图和一个具体实施例对本发明做进一步的详细说明,所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1,为实现本发明的一套具体装置,以此为例对本发明的基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法进行具体解释,不构成对本发明的限定,本发明的方法能够利用任何能够实现其分步功能的现有装置来实现。
该装置包括上模1、挤压模2、翻边模5和支撑模6,上模1下端为圆柱凸台,圆柱凸台的外径与上管材3内径匹配,上模1用于挤压上管材3使上管材3的连接端在翻边模5内发生翻边变形;挤压模2下部的内径与上管材3的外径匹配,上部的内径与上模1的外径匹配,挤压模2下端为环状凸起,挤压模2用于对下管材4的连接孔边缘进行厚向挤压变形,使该部位发生塑性变形;翻边模5的下平面与支撑模6的上平面接触,翻边模5与支撑模6的组合形状能够填满下管材4内部;下管材4的连接孔下方的翻边模5上设有能够容置上管材3翻边的环形凹槽;支撑模6用于固定翻边模5。
翻边模5与支撑模6可以分别做成两个半圆柱。
在本发明的一个较优的实施例中,上模1的外径为上管材3外径的1.2~2倍,下端圆柱凸台的高度为5~15mm。
在本发明的一个较优的实施例中,挤压模2下端环状凸起的高度为下管材4壁厚的0.8~2倍,挤压模2在下管材4的连接孔边缘的挤压深度为下管材4壁厚的0.3~0.7倍。
在本发明的一个较优的实施例中,挤压模2下端环状凸起的边缘均为半径0.5~1.5mm的圆角。
在本发明的一个较优的实施例中,翻边模5上的环形凹槽的边缘和底角均为半径为2~5mm的圆角。
本发明的具体步骤为:
S1:对待连接的上管材3的连接端和下管材4的连接孔进行加工,使下管材4的连接孔轮廓线与上管材3的连接端形状互相匹配,如图7;将翻边模5放置在下管材4内连接孔的下方,并通过支撑模6固定;上管材3与下管材4为低碳钢、铝合金、不锈钢或PVC,下管材4的外径不小于上管材3的外径,壁厚不小于上管材3壁厚的2倍;
S2:如图1,将上管材3的连接端放置于下管材4的连接孔内并与翻边模5装配;将挤压模2套装在上管材3外部,上模1安装在上管材3上端部;
S3:如图2,上模1向下运动,挤压上管材3,使上管材3的连接端在翻边模5内发生翻边变形,使上管材3的连接端和下管材4的连接孔处形成锁扣,上模1停止运动并保持位置不变;上模1向下运动的速度为0.02~0.1mm/s;,S4中,挤压模2向下运动的速度为0.2~2mm/s;
S4:如图3,挤压模2向下运动,对下管材4的连接孔边缘进行厚向挤压变形,使该部位发生塑性变形;如图4,同时发生塑性变形的连接孔边缘向上管材3外壁流动并挤压上管材3,使上管材3发生颈缩,使上管材3的连接端和下管材4的连接孔形成连接结构;如图5,完成三通管的成形后,挤压模2以0.5~3mm/s的速度向上运动至初始位置,然后取出翻边模5和支撑模6,完成三通管的成形,如图6和图8。
需要注意的是,本发明不限于上述实施方式,本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更,都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:对待连接的上管材(3)的连接端和下管材(4)的连接孔进行加工,使下管材(4)的连接孔轮廓线与上管材(3)的连接端形状互相匹配;将翻边模(5)放置在下管材(4)内连接孔的下方,并通过支撑模(6)固定;
S2:将上管材(3)的连接端放置于下管材(4)的连接孔内并与翻边模(5)装配;将挤压模(2)套装在上管材(3)外部,上模(1)安装在上管材(3)上端部;
S3:上模(1)向下运动,挤压上管材(3),使上管材(3)的连接端在翻边模(5)内发生翻边变形,使上管材(3)的连接端和下管材(4)的连接孔处形成锁扣,上模(1)停止运动并保持位置不变;
S4:挤压模(2)向下运动,对下管材(4)的连接孔边缘进行厚向挤压变形,使该部位发生塑性变形;同时发生塑性变形的连接孔边缘向上管材(3)外壁流动并挤压上管材(3),使上管材(3)发生颈缩,使上管材(3)的连接端和下管材(4)的连接孔形成连接结构,完成三通管的成形。
2.根据权利要求1所述的基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法,其特征在于,下管材(4)的外径不小于上管材(3)的外径,壁厚不小于上管材(3)壁厚的2倍。
3.根据权利要求1所述的基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法,其特征在于,上管材(3)与下管材(4)为低碳钢、铝合金、不锈钢或PVC。
4.根据权利要求1所述的基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法,其特征在于,S3中,上模(1)向下运动的速度为0.02~0.1mm/s;,S4中,挤压模(2)向下运动的速度为0.2~2mm/s。
5.根据权利要求1所述的基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法,其特征在于,S4中,完成三通管的成形后,挤压模(2)以0.5~3mm/s的速度向上运动至初始位置,然后取出翻边模(5)和支撑模(6)。
6.一种实现权利要求1~5任意一项所述基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法的装置,包括上模(1)、挤压模(2)、翻边模(5)和支撑模(6),其特征在于,上模(1)下端为圆柱凸台,圆柱凸台的外径与上管材(3)内径匹配,上模(1)用于挤压上管材(3)使上管材(3)的连接端在翻边模(5)内发生翻边变形;挤压模(2)下部的内径与上管材(3)的外径匹配,上部的内径与上模(1)的外径匹配,挤压模(2)下端为环状凸起,挤压模(2)用于对下管材(4)的连接孔边缘进行厚向挤压变形,使该部位发生塑性变形;翻边模(5)的下平面与支撑模(6)的上平面接触,翻边模(5)与支撑模(6)的组合形状能够填满下管材(4)内部;下管材(4)的连接孔下方的翻边模(5)上设有能够容置上管材(3)翻边的环形凹槽;支撑模(6)用于固定翻边模(5)。
7.根据权利要求6所述的实现基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法的装置,其特征在于,上模(1)的外径为上管材(3)外径的1.2~2倍,下端圆柱凸台的高度为5~15mm。
8.根据权利要求6所述的实现基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法的装置,其特征在于,挤压模(2)下端环状凸起的高度为下管材(4)壁厚的0.8~2倍,挤压模(2)在下管材(4)的连接孔边缘的挤压深度为下管材(4)壁厚的0.3~0.7倍。
9.根据权利要求6所述的实现基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法的装置,其特征在于,挤压模(2)下端环状凸起的边缘均为半径0.5~1.5mm的圆角。
10.根据权利要求6所述的实现基于管材翻边与厚向挤压复合变形的三通管成形方法的装置,其特征在于,翻边模(5)上的环形凹槽的边缘和底角均为半径为2~5mm的圆角。
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