專利名稱：金屬管材固體顆粒傳壓介質(zhì)脹形新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及管類脹形技術(shù)領(lǐng)域。
目前，國內(nèi)外管材脹形均采用剛性模脹形和軟模脹形兩類方法成形。采用剛性分塊式凸模脹形時(shí)稱剛性模脹形。利用彈性體(聚氨脂橡膠、天然橡膠或石蠟)或液體(礦物油、乳化液或水)、氣體代替剛性凸模的作用對(duì)管坯進(jìn)行脹形時(shí)，稱軟模脹形近年來又發(fā)展起來采用低熔點(diǎn)合金作為傳壓的塑擠脹形。
剛性分塊式凸模脹形工藝中，分塊凸模與管坯之間存在較大摩擦力，且脹形內(nèi)壓力的分布不均勻，使得材料的切向應(yīng)力應(yīng)變分布亦不均勻，降低了脹形系數(shù)的極限值，允許變形量較小，壁厚減薄嚴(yán)重，降低了零件的強(qiáng)度和使用壽命。由于分塊凸模間存在間隙，因此成形后的零件表面有時(shí)會(huì)殘留明顯的直線段和棱角，導(dǎo)致成形后的零件幾何精度難以保證。另外，剛性分塊式凸模脹形的模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便加工。但生產(chǎn)效率較高，因此剛性分塊式凸模脹形工藝適用于精度要求不高，變形量較小，生產(chǎn)批量較大的管類脹形。
彈性體脹形工藝可克服剛性模脹形模具復(fù)雜、脹形均勻程度較差、成形精度不高以及不便于加工復(fù)雜異形件等缺點(diǎn)，但彈性體脹形工藝中，彈性體耐高溫性能較差(例如聚氨脂橡膠，一般不宜在80℃以上的條件下工作)。彈性體都有使用壽命的限制，增加了加工成本。管坯成形時(shí)的脹形壓力(對(duì)管壁的單位壓力)不均勻，使局部脹形產(chǎn)生很大困難。一般彈性材料(如聚氨脂橡膠)的加載——壓縮——回彈——卸載曲線不重合，導(dǎo)致彈性體自身發(fā)熱，尤其在大變形或高速成形情況下更為嚴(yán)重。彈性體發(fā)熱導(dǎo)致其使用性能下降，甚至不能正常工作。由于彈性體的彈性曲線一般為非線性，其壓縮量、硬度、尺寸、形狀、單位壓力等因素對(duì)脹形均有影響，故在設(shè)計(jì)時(shí)很難把握，往往需要反復(fù)調(diào)試，不便實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)智能控制。
液壓脹形工藝是在無摩擦條件下成形，故液體傳力均勻，使材料在最有利的受力條件下變形，工藝過程簡單，零件表面光滑，質(zhì)量好，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)智能控制，但液壓脹形工藝也存在許多缺點(diǎn)，如生產(chǎn)效率低，液體密封較為困難，油液易污染場地，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需專門液壓系統(tǒng)供液，因而設(shè)備投資較大，不宜用于大批量生產(chǎn)。
采用低熔點(diǎn)合金作為傳壓介質(zhì)進(jìn)行脹形的工藝稱塑擠脹形。在塑擠脹形過程中，利用低熔點(diǎn)合金的塑性流動(dòng)進(jìn)行脹形，可克服剛性模脹形、液壓脹形模具復(fù)雜的缺點(diǎn)，但脹形內(nèi)壓力的分布不均勻，使得材料的切向應(yīng)力應(yīng)變分布亦不均勻，成形質(zhì)量較液壓脹形差。同時(shí)，增加了成形后需加熱熔出合金的工序，生產(chǎn)效率低，能源消耗大，加熱過程中對(duì)工件的組織性能有影響。
本發(fā)明的目的在于提供一種零件成形質(zhì)量好、模具壽命長、生產(chǎn)效率高、成本低、能源消耗低、利于綠色環(huán)保的金屬管材成形工藝。
這種金屬管材固體顆粒傳壓介質(zhì)脹形新工藝，其特征在于1)根據(jù)被加工零件的外形形狀制成模塊型腔；將端蓋1、模塊3安裝好；2)根據(jù)成形工藝的要求調(diào)整好模塊3之間的間隙，管坯2放置在模塊3內(nèi)，并充滿固體顆粒傳壓介質(zhì)4，然后安裝壓圈6和壓頭5；3)對(duì)壓圈6施加一壓力F，壓緊管坯2的端部，對(duì)壓頭5施加一壓力P，使固體顆粒傳壓介質(zhì)4產(chǎn)生脹形壓力；4)管坯2在固體顆粒傳壓介質(zhì)4的脹形壓力和軸向壓力聯(lián)合作用下，產(chǎn)生塑性變形；當(dāng)管坯變形達(dá)到成形要求時(shí)，成形完畢；所說的固體顆粒傳壓介質(zhì)4是細(xì)沙，其粒徑≤4mm，也可以為鋼球，其直徑≤4mm。
本發(fā)明用于金屬管材的冷態(tài)成形，其最終截面形狀可以為枝管形空心零件(如三通管等)，也可以為軸對(duì)稱形狀的空心零件(如波紋管、球形旋轉(zhuǎn)接頭等)，亦可為非軸對(duì)稱形狀的空心零件(如汽車差動(dòng)齒輪箱殼體等)。管坯可以為兩端開口(如實(shí)施例中圖1、圖2)的空心管，也可以為一端開口，一端封閉的單開口(如實(shí)施例中圖3、圖4)空心管。其模具結(jié)構(gòu)、工藝為管坯內(nèi)充滿固體顆粒傳壓介質(zhì)，由上、下端蓋將管坯內(nèi)固體顆粒傳壓介質(zhì)封住，然后對(duì)壓圈施加一壓力F，對(duì)管坯施加軸壓，再對(duì)壓頭施加壓力P，使固體顆粒傳壓介質(zhì)產(chǎn)生脹形壓力。中間模塊可以為一組或多組。模塊型腔形狀根據(jù)零件形狀的最終要求而定。


及實(shí)施例圖1、圖2為兩端開口的空心管坯，采用固體顆粒傳壓介質(zhì)脹形工藝進(jìn)行整體成形波紋管的示意圖。
圖3、圖4為一端開口一端封閉的空心管坯，采用固體顆粒傳壓介質(zhì)脹形工藝進(jìn)行壺類零件整體成形的示意圖。
圖5、圖6為兩端開口的空心管坯，采用固體顆粒傳壓介質(zhì)脹形工藝進(jìn)行整體成形支管類管接頭的示意圖。
圖中1——端蓋，2——管坯，3——模塊，4——固體顆粒傳壓介質(zhì)，5——壓頭，6——壓圈，7——連接螺栓，8——固體顆粒傳壓介質(zhì)，9——壓頭，10——壓圈，11——上模塊，12——筒坯，13——下模塊，14——左壓頭，15——上模，16——固體顆粒傳壓介質(zhì)，17——管坯，18——壓圈，19——壓頭，20——下模，21——反壓塊實(shí)施例1圖1是波紋管成形模具準(zhǔn)備階段。在此階段，安裝時(shí)保持各模塊間隙相等，管坯內(nèi)充滿固體顆粒傳壓介質(zhì)4；然后對(duì)壓圈6施加一壓力F，壓緊管坯2端部，對(duì)壓頭5施加一壓力P，使固體顆粒傳壓介質(zhì)產(chǎn)生脹形壓力。管坯在固體顆粒傳壓介質(zhì)脹形壓力和軸向壓力聯(lián)合作用下，產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)管坯變形達(dá)到成形要求時(shí)，成形完畢，進(jìn)入圖2最終成形階段。
實(shí)施例2圖3是壺類件成形模具準(zhǔn)備階段。在此階段，筒坯內(nèi)充滿固體顆粒傳壓介質(zhì)8；然后對(duì)壓圈10施加一壓力F，壓緊管坯12端部，對(duì)壓頭9施加一壓力P，使固體顆粒傳壓介質(zhì)產(chǎn)生脹形壓力。筒坯在固體顆粒傳壓介質(zhì)脹形壓力和軸向壓力聯(lián)合作用下，產(chǎn)生塑性脹形。當(dāng)筒坯與上下模塊貼合時(shí)，成形完畢，進(jìn)入圖4最終成形階段。
實(shí)施例3圖5是支管類管接頭的成形模具準(zhǔn)備階段。在此階段，管坯內(nèi)充滿固體顆粒傳壓介質(zhì)16；然后對(duì)壓圈18施加一壓力F，壓緊管坯17端部，對(duì)壓頭19施加一壓力P，同時(shí)對(duì)左壓頭14施加壓力N＝F+P，使固體顆粒傳壓介質(zhì)產(chǎn)生脹形壓力。管坯在固體顆粒傳壓介質(zhì)脹形壓力和軸向壓力聯(lián)合作用下，產(chǎn)生塑性脹形。在軸向壓縮脹形的同時(shí)，通過反壓塊21對(duì)脹形區(qū)施加一徑向反壓力W，當(dāng)支管成形到要求長度時(shí)，成形完畢，進(jìn)入圖6最終成形階段。
固體顆粒傳壓介質(zhì)脹形工藝是采用固體顆粒傳壓介質(zhì)代替剛性凸模(或彈性體、液體)的作用對(duì)管坯進(jìn)行脹形的工藝。由于固體顆粒傳壓介質(zhì)具有液體的某些特點(diǎn)，如具有良好的流動(dòng)性及體積近似不可壓縮性(要求固體顆粒的體積壓縮量小于10％)，因此固體顆粒傳壓介質(zhì)脹形能夠克服剛性模脹形和軟模脹形的缺點(diǎn)，而又吸收了目前國內(nèi)外傳統(tǒng)脹形工藝各自優(yōu)點(diǎn)的新的脹形工藝。例如，傳力均勻，使材料在最有利的受力條件下變形，工藝過程簡單，所得零件表面光滑，質(zhì)量好等。模具結(jié)構(gòu)比液壓脹形及剛性模脹形簡單，成本低于軟模脹形工藝及剛性模脹形工藝，且克服了液壓脹形中液體密封困難、油液污染場地的問題，有利于綠色環(huán)保。
本發(fā)明可用于制造空心零件，用于航空、自行車、汽車、化工和管樂器等領(lǐng)域的生產(chǎn)，如自行車架接頭、T形接頭、汽車差動(dòng)齒輪箱殼體、轎車的集成化后軸、波紋管等。
權(quán)利要求
1.一種金屬管材固體顆粒傳壓介質(zhì)脹形新工藝，其特征在于1)據(jù)被加工零件的外部形狀制成模塊型腔，將端蓋(1)、模塊(3)安裝好；2)根據(jù)成形工藝的要求調(diào)整好模塊(3)之間的間隙。管坯(2)放置在模塊(3)內(nèi)，并充滿固體顆粒傳壓介質(zhì)(4)，然后安裝壓圈(6)和壓頭(5)；3)對(duì)壓圈(6)施加一壓力F，壓緊管坯(2)的端部，對(duì)壓頭(5)施加一壓力P，使固體顆粒傳壓介質(zhì)(4)產(chǎn)生脹形壓力；4)管坯(2)在固體顆粒傳壓介質(zhì)(4)的脹形壓力和軸向壓力聯(lián)合作用下，產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)管坯變形達(dá)到成形要求時(shí)，成形完畢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬管材固體顆粒傳壓介質(zhì)脹形新工藝，其特征在于固體顆粒傳壓介質(zhì)為細(xì)沙，其粒徑≤4mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬管材固體顆粒傳壓介質(zhì)脹形新工藝，其特征在于固體顆粒傳壓介質(zhì)為鋼球，其直徑≤4mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬管材固體顆粒傳壓介質(zhì)脹形新工藝，其特征在于加工壺類零件時(shí)，要求管坯一端封閉，一端開口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬管材固體顆粒傳壓介質(zhì)脹形新工藝，其特征在于加工支管類零件時(shí)，左壓頭(14)上加力N，反壓塊(21)上加力W。
全文摘要
金屬管材固體顆粒傳壓介質(zhì)脹形新工藝是采用固體顆粒代替剛性凸模(或彈性體、液體)的作用對(duì)管坯進(jìn)行脹形的工藝。由于固體顆粒傳壓介質(zhì)具有液體的某些特點(diǎn),如具有良好的流動(dòng)性及體積近似不可壓縮性,因此本工藝能夠克服剛性模脹形和軟模脹形的缺點(diǎn),而又吸取了傳統(tǒng)脹形工藝各自優(yōu)點(diǎn)。例如,傳力均勻,使材料在最有利的受力條件下變形,工藝過程簡單,所得零件表面光滑,質(zhì)量好等,但克服了液壓脹形中液體密封困難、油液污染場地等問題,有利于綠色環(huán)保。本發(fā)明用于自行車、汽車、化工和管樂器等領(lǐng)域的生產(chǎn),如自行車架接頭、T形接頭、汽車差動(dòng)齒輪箱殼體、轎車的集成化后軸、波紋管等。
文檔編號(hào)B21D26/00GK1363434SQ0113952
公開日2002年8月14日 申請(qǐng)日期2001年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月21日
發(fā)明者趙長財(cái), 袁榮娟 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)