CN1575213A - 管状元件的成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种管状元件的成形方法，其包括：使用第一和第二模具(M1，M2)对管状坯料(Pa)进行扩管(胀形)成形及弯曲成形的预备成形方法，和使用第三模具(M3)将预备成形管(Pc)成形为具有所期望的断面形状的最终成形方法。在被加热到管状坯料的再结晶温度以上的第一和第二模具(M1，M2)中进行所述预备成形，在被加热到管状坯料的再结晶温度以下的第三模具(M3)中进行所述最终成形。从而可以利用铝合金制管状坯料，高精度、高品质地成形具有扩管部分和弯曲部分的异型断面的管状元件，并且可以使生产效率大幅提高。

Description

管状元件的成形方法
技术领域
本发明涉及一种管状元件的成形方法，在此方法中，使用将金属制管状坯料保持在该坯料的再结晶温度以上的预备成形模具和保持在该坯料的再结晶温度以下的最终成形模具，通过热成形，将该金属制管状坯料成形为高品质、高精度的管状元件。
背景技术
目前，作为加压成形方法的其中一种技术方法，将金属制管状坯料成形为在其长度方向的适当位置具有扩管部分的异型断面的管状元件的所谓胀形成形方法已为人所知。在该胀形成形方法中，将放置有管状坯料的模具合模之后，对该管状坯料的内部施加流体压力所形成的内压，使该管状坯料膨胀并贴合在模具的内腔面上，从而成形为所期望的形状。但是以往这种胀形成形方法，一般是通过在常温等条件下的冷成形来进行。
然而，这种冷胀形成形需要对要加工的管状坯料内部施加非常高的压力，因而存在着可加工性差、并由此需要大型设备以及高强度坯料加工困难等问题。
因此，为解决上述问题，提出了将成形用模具加热来进行胀形成形的热胀形成形方法的多种方案(参照日本特开昭62-270229号公报、日本特开昭62-259623号公报、日本特开昭62-259624号公报)，在这种热胀形成形方法中，使模具本身具有加热功能和冷却功能，将放置在模具内的坯料加热，对内侧施加压力使其膨胀，此时为防止模具的过热，将该模具冷却，防止了坯料的过分膨胀，同时也防止了模具本身的破损。
然而，在以往的热胀形成形方法中，由于反复对同一模具进行加热、冷却，不仅使热效率降低，也导致了模具的早期恶化，并且由于用于一个模具来完成一系列的成形加工过程，所以根据制品的形状有时会需要较长的成形时间，而且也会降低制品的品质精度，同时也不适应管状元件成形中高精度、高品质的要求。
发明内容
本发明是鉴于上述问题所研究出来的，其目的在于提供一种新的管状元件的成形方法，此方法用保持在管状坯料的再结晶温度以上的预备成形模具来进行热预备成形，并用保持在该坯料的再结晶温度以下的最终成形模具来进行热最终成形，从而能够将管状坯料成形为高品质、高精度的最终成形品，并且能够大幅提高生产效率。
为了达到上述目的，本发明提出了一种管状元件的成形方法，其第一特征在于：一种管状元件的成形方法，通过对管状坯料施加内压使其成形为所期望的形状，其包括预备成形工序和最终成形工序，其中预备成形工序为：将管状坯料放置在预备成形模具的内腔中，对该管状坯料施加内压，将所述预备成形模具合模，利用所述管状坯料预备成形出预备成形管；最终成形工序为：将所述预备成形管放置在最终成形模具内所形成的内腔内，在对该预备成形管施加规定的内压的状态下，将最终成形模具合模，使该预备成形管最终成形为具有所期望的断面形状的管状元件；分别对预备成形模具和最终成形模具进行温度控制，使进行所述预备成形的预备成形模具的温度，保持在所述管状坯料的再结晶温度以上，并使进行所述最终成形的最终成形模具的温度，保持在所述预备成形管的再结晶温度以下。
根据如上所述的特征，本发明将管状坯料成形分为用保持在管状坯料的再结晶温度以上的预备成形模具来进行热预备成形，和用保持在管状坯料的再结晶温度以下的最终成形模具来进行热最终成形，从而可以成形出高品质、高精度的管状元件，并且大幅提高生产效率。
另外，为了达到上述目的，本发明提出了一种管状元件的成形方法，其第二特征在于：在所述第一特征的基础上，所述预备成形为扩管成形。
根据如上所述的特征，本发明特别是可以成形出高品质、高精度的带有扩管部分的管状元件，并且大幅提高生产效率。
再有，为了达到上述目的，本发明提出了一种管状元件的成形方法，其第三特征在于：在所述第一特征基础之上，所述预备成形为扩管成形和弯曲成形。
根据如上所述的特征，本发明特别是可以成形出高品质、高精度的带有扩管部分和弯曲部分的管状元件。
附图说明
图1A和图1B为扩管(胀形)成形后的管状坯料的立体图和成形完成后管状坯料的立体图。
图2为表示本发明的管状元件的热成形方法的成形工序图。
图3为图2的沿3-3线的剖面图。
图4为图2的沿4-4线的剖面图。
图5为图2的沿5-5线的剖面图。
图6为图5的沿6-6线的放大剖面图。
图7为表示在最终成形工序中，管状坯料的轴向热收缩状态的图。
具体实施方式
下面根据附图所示例的本发明的实施例对本发明的实施方式加以具体说明。
用本实施例的成形方法进行成形的管状坯料Pa是铝合金制、两端开口的中空圆筒体，在被搬送到用于预备成形的第一模具M1之前，用加热装置将其加热到大约500℃。作为加热装置，本实施例中采用了通电加热装置，不过也可以是用炉进行加热的装置。
本实施例的成形方法由以下工序构成：
①所述管状坯料的预备成形工序(扩管成形(胀形成形)工序以及弯曲成形工序)；
②将预备成形后的管状坯料即预备成形管成形为最终形状的管状元件的最终成形工序。
上述的成形是在后述的第一模具M1、第二模具M2及第三模具M3中连贯进行的。
如图2所示，基座1上并列布置着第一模具M1、第二模具M2及第三模具M3，第一模具M1和第二模具M2用于管状坯料的预备成形工序，而第三模具M3用于预备成形管的最终成形工序。
第一模具M1、第二模具M2及第三模具M3，由固定在基座1上并列设置的固定模具2、202、203，和与这些固定模具分别对应的可动模具3、203、303组成。这些可动模具3、203、303与架设在它们上面的升降部件UD一体连接。该升降部件UD连接着作为合模缸的升降缸4，通过该升降缸4的伸缩动作，使第一、第二及第三可动模具3、203、303步调一致地做升降动作。基座1与升降部件UD之间，设置有导向部件GU，通过该导向部件GU，引导升降部件UD的升降。
所述第一模具M1为扩管成形模具，用于对预先加热并保持在大约500℃的铝合金制中空圆筒状管状坯料(以下称作管状坯料Pa)，在其再结晶温度以上进行热扩管成形(热胀形成形)。该扩管成形型模具内采用了高频电流加热装置、加热器加热装置或其他目前所知的加热装置，作为加热装置HE1，用来对该模具加热到大约500℃。
另外，所述第二模具M2为弯曲成形模具，用于对在所述第一模具M1中成形的扩管坯料(以下称作管状坯料Pb)，在其再结晶温度以上进行热弯曲成形。该弯曲成形模具M2内，与所述第一模具M1一样，设置有加热装置HE2，例如高频电流加热装置，用于对该模具M2加热到大约500℃。可以采用高频电流加热装置、加热器加热装置或其他目前所知的加热装置，作为加热装置HE1。
另外，本发明的预备成形工序由所述热扩管成形(热胀形成形)工序和热弯曲成形工序共同构成。
再有，所述第三模具M3为最终成形型模具，用于对在所述第一模具M1及第二模具M2中被热扩管(胀形)及热弯曲成形的管状坯料(以下称作管状坯料Pc)，在其再结晶温度以下的温度，破坏原有形状，加工成形为所期望的断面形状。在该最终成形模具M3内，设置加热装置HE3，例如流体加热装置，用来将该模具M3加热到大约200℃。另外，由于管状坯料Pc仍处于加热状态(大约500℃预备成形)，所以当把该管状坯料Pc放置到该第三模具M3中时，热量从该管状坯料Pc向保持在再结晶温度以下的第三模具M3传递，管状坯料Pc随后也被控制成使其温度下降，在该第三模具M3内管状坯料Pc被进行热最终成形。
下面，按顺序对所述各工序进行详细说明。
①管状坯料Pa的扩管(胀形)成形工序(第一工序)
被预先加热到大约500℃的铝合金制管状坯料(以下称作管状坯料Pa)，被搬送到第一模具M1，在此被加热到大约500℃即管状坯料Pa的再结晶温度以上，并且被放入第一模具M1中，该管状坯料Pa在保持在其再结晶温度以上的状态下，在此实施例中其一部分即靠近其两端的部位B1、B2(参照图1A)被进行热扩管成形(热胀形成形)。
如图3所示，第一模具M1具有：位于基座1上的固定模具即下模具2，和通过所述升降缸4的动作被控制成在下模具2的上面进行升降的可动模具即上模具3。在下模具2的上面，形成了用于使管状坯料Pa的下半侧部分成形的下模具成形面2m，在上模具3的下面，形成了用于使管状坯料Pa的上半侧部分成形的上模具成形面3m，在将第一模具M1合模时，这些成形面2m、3m形成内腔5。第一模具M1的左右两侧，分别设置有用于固定管状坯料Pa两端的支持装置H1。此支持装置H1具有位于第一模具M1左右两侧的左右夹具6、7，此夹具6、7可相对第一模具M1进退移动，通过驱动器10、11的动作控制设置在基座1上的导向部件8、9的移动。并且通过左右夹具6、7的前进，使管状坯料Pa的两端嵌合固定在左右夹具6、7的支持孔6a、7a内。
另外，第一模具M1的左右两侧设置有挤压装置P1，用于从轴向挤压放置在模具中的管状坯料Pa。此挤压装置P1具有左右挤压缸12、13，固定在此挤压缸12、13的连杆部12r、13r端部的挤压部件16、17，可进退自如地嵌入到上述左右夹具6、7的支持孔6a、7a内，通过左右挤压缸12、13的伸长动作，挤压部件16、17的端部分别与管状坯料Pa的两端结合，通过挤压部件16、17不断地前进动作，就可以从两端对管状坯料Pa进行轴向挤压。
左右挤压部件16、17和支持孔6a、7a之间，以及此支持孔6a、7a和管状坯料Pa的两端部外周面之间，分别设置作为密封装置S1的O型圈19、20，当挤压部件16、17与管状坯料Pa结合时，此O型圈19、20可对此管状坯料Pa与夹具6、7及挤压部件16、17之间进行密封，保持流体密封性。
第一模具M1的左右两侧设置有压缩空气供给装置A1，用于给管状坯料Pa内部加压。此压缩空气供给装置A1的构成如下：压缩空气从压缩空气供给源22，经压缩空气回路23及穿设在挤压部件16、17中的空气导入路径24，被压送到管状坯料Pa的密闭中空部。
将在前一工序即加热工序中被预先加热到大约500℃的管状坯料Pa，放进被加热装置HE1加热到同样约500℃的第一模具M1的内部，并固定好后，通过合模缸4的动作，进行该第一模具M1的合模。
通过左右夹具6、7的前进使管状坯料Pa的两端固定之后，挤压缸12、13伸长动作时，其连杆部12r、13r从轴向挤压管状坯料Pa，进行轴向挤压的同时，将加压空气从压缩空气源22经压缩空气供给路23、空气导入路径24压送到管状坯料Pa内，给该管状坯料Pa施加内压，管状坯料Pa的两端部位B1、B2被进行热扩管成形(热胀形成形)，以使它们贴合在内腔5的上、下成形面3m、2m上。
这种情况下，由于所述扩管(胀形)成形是在热状态(约500℃)下进行的，所以其成形压比冷成形时低，从而可以缩短其成形时间。
使左右夹具6，7后退，第一模具M1开模，将扩管成形后的管状坯料Pa(以下称作管状坯料Pb)从中取出，如图1A、图2所示，靠近其左右两端的部位B1、B2被扩管成形(胀形成形)。
②弯曲成形工序(第二工序)
此第二工序是将在前面工序中扩管成形后的管状坯料Pb进行弯曲成形的弯曲成形工序。
在所述第一工序中被扩管成形(胀形成形)的管状坯料Pb仍保持在加热状态，并在该状态下通过未图示的众所周知的搬运装置，搬送到第二模具M2并放置其中，在此一边施加内压一边进行热(500℃)弯曲成形。
所述第二模具M2，如图4所示，与所述第一模具M1相比除了省去了所述挤压装置P1外，具有大致相同的构成。第二模具M2由设置在基座1上的固定模具即下模具202和被控制为可在固定模具的上面进行升降的可动模具即上模具203构成。在下模具202的上面，形成了用于使管状坯料Pb的下半侧部分弯曲成形的下模具成形面202m，在上模具203的下面，形成了用于使管状坯料Pb的上半侧部分弯曲成形的上模具成形面203m，在将第二模具M2合模时，这些成形面形成内腔205。第二模具M2的左右两侧，与第一模具M1一样设置有用于固定管状坯料Pb两端的支持装置H2。此支持装置H2具有左右夹具206、207，此夹具206、207被由伸缩缸构成的驱动器210、211控制，可相对第二模具M2进退移动。在夹具206、207的支持孔206a、207a设置由0型圈219构成的密封装置S2，用于对此管状坯料Pb的开口两端进行密封，保持气密性。
第二模具M2的左右两侧设置有压缩空气供给装置A2，用于给管状坯料Pb内部加压。此压缩空气供给装置A2的构成如下：压缩空气从压缩空气供给源222，经压缩空气回路23及穿设在挤压部件206、207中的空气导入路径224，被压送到胀形成形后的管状坯料Pb的密闭中空部。
在此第二工序中，通过加热装置HE2将第二模具M2加热到大约500℃，将在前面工序中被扩管成形(胀形成形)后仍保持在加热状态的管状坯料Pb，放入处于开模状态的第二模具M2中，并安放好。之后，通过驱动器210、211的动作，使左右夹具206、207进行前进动作，将管状坯料Pb的两端保持在第二模具M2中，同时用密封装置S2将其开口端部密封，保持气密性。将加压空气从压缩空气源222经压缩空气供给路径223、空气导入路径224压送到管状坯料Pb内，给该管状坯料Pb施加内压，通过合模缸4的动作，使上模具203下降，从而进行第二模具M2的合模，这样扩管(胀形)成形后的管状坯料Pb就沿上、下模具203、202的弯曲成形面203m、202m被进行热(约500℃)弯曲成形。
该弯曲成形后的管状坯料，即预备成形管(以下称作管状坯料Pc)，如图1B所示，其中间部分弯成弯曲状，其断面形状呈在上下方向被破坏了的椭圆形状。
这样，由所述扩管成形(胀形成形)工序和弯曲成形工序这两个工序构成了本发明所述的预备成形工序。在此预备成形工序中，如上所述的管状坯料，由于是在其再结晶温度以上(约500℃)进行的热成形，所以，和冷成形相比，可以实现成形迅速化、成形压低、成形装置小型化及构造简单化。
③断面成形工序(第三工序)
此工序为将弯曲成形后的管状坯料Pc调整成形为最终断面形状的断面成形工序(最终成形工序)。将在所述第一、第二工序中被扩管成形(胀形成形)及弯曲成形的管状坯料Pc保持其加热状态，直接通过未图示的众所周知的搬运装置放入到第三模具M3中并安放好，执行断面成形工序。
所述第三模具M3实质上具有与所述第二模具M2相同的构造，如图5、图6所示，由固定的下模具302和被控制为可在下模具的上面进行升降的上模具303构成。下模具302的上面及上模具303下面，形成有用于对管状坯料Pc进行断面成形的成形面302m、303m，在将第三模具M3合模时，这两个成形面302、303形成断面成形用的内腔305。
另外，如图6所示，上、下成形面303m、302m的左右两侧分别形成有限制筋(bead)302b、303b，此限制筋302b、303b与最终成形工序中的管状坯料Pc两端部配合，限制该管状坯料Pc在最终成形时的轴向收缩。
第三模具M3的左右两侧，设置有用于固定弯曲成形后管状坯料Pc两端的支持装置H3。此支持装置H3具有左右夹具306、307，此夹具306、307被由伸缩缸构成的驱动器310、311控制，相对第三模具M3进退移动。在夹具306、307的支持孔306a、307a中，设置由0型圈319所构成的密封装置S3，用于密封管状坯料Pc的开口两端部，以保持气密性。
第三模具M3的左右两侧设置有压缩空气供给装置A3，用于给管状坯料Pc内部加压。此压缩空气供给装置A3的构成如下：压缩空气从压缩空气供给源322，经压缩空气回路323及穿设在挤压部件306、307中的空气导入路径324，被压送到弯曲成形后的管状坯料Pc的密闭中空部。
所述第三模具M3通过加热装置HE3保持在大约200℃。在所述第二工序中被弯曲成形的管状坯料(预备成形管)Pc，由于仍处于加热状态(大约500℃成形)，所以当把该管状坯料Pc放置在该第三模具M3中时，热量从管状坯料Pc向该第三模具M3传递，使模具的温度上升，而管状坯料Pc的温度下降，用该第三模具成形为最终制品形状的管状坯料Pc，并没有受到第三模具M3的热的影响，防止了在该第三模具M3内部的热变形。
在第二模具M2中被弯曲成形(预备成形)后的管状坯料Pc，在被放入第三模具M3之前，通过未图示的旋转装置，如图2所示，绕其轴线L-L大致旋转90°(其旋转角因管状坯料Pa而异)之后，放入处于开模状态的第三模具M3中并安放好。之后，通过夹具306、307的前进动作，将管状坯料Pc的两端部分固定在第三模具M3上，同时用密封装置S3密封管状坯料Pc的两端部分，保持流体密封性，使夹具306、307前进。在此，通过合模缸4动作形成上模具303的下降，从而进行该第三模具M3的合模，通过压缩空气供给装置A3向管状坯料Pc内部施加内压，对在此状态下的管状坯料Pc，从与其长度方向垂直的方向施加压力，破坏其断面形状使与上下模具303、302的成形面吻合，成形为具有例如倒角R的圆角部的矩形断面的最终形状。此时，第三模具M3被保持在大约200℃即管状坯料(预备成形管)Pc的再结晶温度以下，而管状坯料Pc被保持在比第三模具M3的温度(约200℃)高的高温(约500℃)，所以即使在被保持在该管状坯料Pc的再结晶温度以下的第三模具M3中，该管状坯料Pc也可以进行实质的热状态条件下的成形。这样，由于进行该成形时，管状坯料Pc没有受到来自第三模具M3的热而发生热变形，且管状坯料Pc的两端部分通过第三模具M3的合模而与所述限制筋302b、303b配合，轴向的热收缩受到限制，所以该管状坯料Pc在第三模具M3内部可以在不受到外部影响且轴向热收缩受到限制的状态下进行成形。
另外，将第三模具M3的温度保持在再结晶温度以下进行断面成形，之后通过将该模具M3的合模状态维持一定的时间，来进行管状坯料Pc的冷却。
这样，在最终成形后，可以抑制从第三模具M3中取出时由于管状坯料Pc的冷却而造成的收缩的离散性，并且也防止了搬运管状坯料Pc时、即将第三模具M3开模并取出如图1B所示的管状元件P时的变形。另外，取出后的管状元件P不会发生由于自然冷却等外部条件下的变形。
通过以上的第一～第三工序，使用第一和第二模具M2、M3并在再结晶温度以上进行的热预备成形，和第三模具M3并在再结晶温度以下进行的热最终成形，可得到没有精度离散性的高精度、高品质的管状元件P，并使生产效率大幅提高。
这样，通过所述第一～第三工序成形的成形品管状元件P，可以被用于车辆的车架零件等。
以上，仅对本发明的一个实施例进行了说明，但是本发明不限于此实施例，还可在本发明范围内有多种实施例。
例如，在上述实施例中，对将本发明的成形方法用于铝合金制管状元件的情况进行了说明，当然也可用于其他金属制管状元件的成形。此时要根据管状元件的材质等，对管状坯料及模具的加热温度进行控制。另外，在此实施例中，用于给管状坯料施加内压的压缩性流体采用了空气，也可采用其他具有同样作用的流体。

Claims (3)

1.一种管状元件的成形方法，该方法通过对管状坯料施加内压使其成形为所期望的形状，其特征在于，包括：
预备成形工序，即将管状坯料(Pa，Pb)放置在预备成形模具(M1，M2)的内腔(5，205)中，对该管状坯料(Pa，Pb)施加内压，将所述预备成形模具(M1，M2)合模，从而利用所述管状坯料(Pa，Pb)预备成形出预备成形管(Pc)；和
最终成形工序，即将所述预备成形管(Pc)放置在最终成形模具(M3)所形成的内腔(305)内，在对该预备成形管(Pc)施加规定的内压的状态下，将最终成形模具(M3)合模，使该预备成形管(Pc)最终成形为具有所期望的断面形状的管状元件(P)；
分别对所述预备成形模具(M1，M2)和所述最终成形模具(M3)进行温度控制，使进行所述预备成形的预备成形模具(M1，M2)的温度，保持在所述管状坯料(Pa，Pb)的再结晶温度以上，并使进行最终成形的最终成形模具(M3)的温度，保持在所述预备成形管(Pc)的再结晶温度以下。
2.根据权利要求1所述的管状元件的成形方法，其特征在于：所述预备成形为扩管成形。
3.根据权利要求1所述的管状元件的成形方法，其特征在于：所述预备成形为扩管成形和弯曲成形。
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