專利名稱：具有局部凸起狀的長管零件的成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及局部凸起狀長管零件的成形方法。
技術(shù)背景目前，為了節(jié)約能源消耗、降低污染排放，要求汽車、飛機(jī)等高能耗領(lǐng)域 實(shí)現(xiàn)輕量化制造。輕量化的主要途徑是采用輕質(zhì)材料和輕體結(jié)構(gòu)。輕質(zhì)材料包 括鋁合金、鎂合金、鈦合金和復(fù)合材料等。輕體結(jié)構(gòu)主要包括薄殼零件、空心 變截面零件和整體構(gòu)件。對(duì)于空心變截面零件，傳統(tǒng)的制造工藝一般為先沖壓 成形兩個(gè)半片然后再焊接成整體，工藝復(fù)雜，質(zhì)量難以保證。若采用內(nèi)高壓成 形方法則可以一次成形此類零件。所謂內(nèi)高壓成形，是指管材在內(nèi)部高壓液體 和軸向壓力的共同作用下發(fā)生變形而成形為所需要的零件。對(duì)于室溫下成形性 能較差的鋁合金、鎂合金等輕合金管材，采用將管材和模具整體加熱的方式來 提高管材的成形性能(專利名輕合金管材熱態(tài)內(nèi)高壓成形方法；專利號(hào)ZL2005100104707)。由于內(nèi)高壓成形時(shí)管材受到內(nèi)部壓力的作用而發(fā)生向外側(cè) 的脹形，所以這類零件都具有向外凸起的形狀特征。在實(shí)際應(yīng)用中，有的管件 的總體長度較長，但是只有一個(gè)局部凸起位置需要成形，若采用一次整體成形 的方法，需將整個(gè)管坯都置于模具型腔中，模具的長度方向尺寸要很大，模具 成本很高，同時(shí)需要成形設(shè)備具有足夠尺寸的工作臺(tái)面；另一方面還要求成形 設(shè)備能夠提供足夠大的合模力，因?yàn)槌尚螘r(shí)需要的合模力與模具型腔內(nèi)管材的 水平投影面積成正比，管材越長，水平投影面積越大，所需合模力越大。目前 多采用先成形局部凸起的管坯，然后再與其直管部分組裝焯接的方法生產(chǎn)此類 具有局部凸起的長管零件。但是采用這種方法生產(chǎn)的零件往往強(qiáng)度和剛度都較 差，整體性能達(dá)不到設(shè)計(jì)和使用要求。而且生產(chǎn)工序復(fù)雜，生產(chǎn)周期長和成本 高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決現(xiàn)有成形方法生產(chǎn)的零件強(qiáng)度和剛度都較差、整體性能達(dá) 不到設(shè)計(jì)和使用要求，而且生產(chǎn)工序復(fù)雜、生產(chǎn)周期長和成本高的問題，提供了一種適用于具有局部凸起狀的長管零件的成形方法，解決上述問題的具體技 術(shù)方案如下本發(fā)明提出的具有局部凸起狀的長管零件的成形方法的步驟如下 步驟一、首先將管材1的兩端由密封裝置2密封，密封裝置2由約束環(huán)套 8、彈性環(huán)9、螺母10和帶錐面拉桿11組成，約束環(huán)套8套在管材1的端部 和帶錐面拉桿ll上，約束環(huán)套8與管材1通過螺紋3連接，彈性環(huán)9設(shè)在管 材1端部的內(nèi)壁和帶錐面拉桿11的外圓周上，螺母10設(shè)在約束環(huán)套8外端部 的帶錐面拉桿11上，帶錐面拉桿11的軸心設(shè)有壓力介質(zhì)通道7，帶錐面拉桿ll的錐面端設(shè)在管材l內(nèi)；步驟二、根據(jù)局部凸起零件的形狀設(shè)計(jì)上模具4和下模具5，上模具4和下模具5上設(shè)有加熱裝置6，將上模具4和下模具5套固在管材1上需要成形的部位；步驟三、由加熱裝置6對(duì)上模具4和下模具5進(jìn)行加熱，加熱溫度為100 950°C，采用水冷卻方式對(duì)模具型腔外的管材1進(jìn)行冷卻；步驟四、通過密封裝置2帶錐面拉桿11上的壓力介質(zhì)通道7向管材1內(nèi) 注入高壓氣體，氣體壓力為1 50MPa;步驟五、當(dāng)上模具4和下模具5型腔段內(nèi)的管材完成變形并完全與上模具 4和下模具5的型腔貼合后，將管材l內(nèi)氣體的壓力降至常壓，即得到需要的 具有局部凸起狀的長管零件。上述方法適用于經(jīng)過局部加熱后屈服強(qiáng)度在100 450MPa的鋁合金、鎂合 金、鈦合金和高強(qiáng)鋼等管材。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)采用與長管上局部凸起狀相對(duì)應(yīng)的小型模具，大大節(jié)省了模具成本；不需 要臺(tái)面尺寸大的專用設(shè)備即可成形長管狀零件，大大降低了對(duì)設(shè)備工作臺(tái)面的 要求；模具型腔內(nèi)管材的水平投影面積小，模具受到的垂直方向分模力小，大大降低了對(duì)設(shè)備合模力的要求；采用局部加熱的方式，降低了待成形管坯的變形抗力，可在較小的壓力下成形，同時(shí)也降低了對(duì)設(shè)備合模力的要求；采用局部加熱的方式，顯著提高了管材的成形性能，對(duì)鋁合金、鎂合金等室溫成形性差的管材效果更為顯著；管坯端部采用新型的密封結(jié)構(gòu)，無需采用水平油缸來推動(dòng)沖頭，簡化了工藝過程和控制難度，節(jié)省了設(shè)備投入；上述成形方法， 避免將長管坯先分解后成形再焊接的過程，大大提高了零件的整體性能。


圖1是本發(fā)明的管材1、上模具4、下模具5和密封裝置2的結(jié)構(gòu)示意圖， 圖2是成形后局部凸起狀長管零件示意圖，圖3是密封裝置2由限位擋塊12 固定的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是密封裝置2由水平拉桿固定的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1描述本實(shí)施方式。本實(shí)施方式的具有局部凸起 狀的長管零件的成形方法的步驟如下步驟一、首先將管材1的兩端由密封裝置2密封，密封裝置2由約束環(huán)套 8、彈性環(huán)9、螺母10和帶錐面拉桿11組成，約束環(huán)套8套在管材1的端部 和帶錐面拉桿ll上，約束環(huán)套8與管材1通過螺紋3連接，彈性環(huán)9設(shè)在管 材1端部的內(nèi)壁和帶錐面拉桿11的外圓周上，螺母10設(shè)在約束環(huán)套8外端部 的帶錐面拉桿11上，帶錐面拉桿11的軸心設(shè)有壓力介質(zhì)通道7，帶錐面拉桿 11的錐面端設(shè)在管材l內(nèi)；步驟二、根據(jù)局部凸起零件的形狀設(shè)計(jì)上模具4和下模具5，上模具4和 下模具5上設(shè)有加熱裝置6，將上模具4和下模具5套固在管材1上需要成形 的部位；步驟三、由加熱裝置6對(duì)上模具4和下模具5進(jìn)行加熱，加熱溫度為100 950°C，采用水冷卻方式對(duì)模具型腔外的管材1進(jìn)行冷卻；步驟四、通過密封裝置2帶錐面拉桿11上的壓力介質(zhì)通道7向管材1內(nèi) 注入高壓氣體，氣體壓力為1 50MPa;步驟五、當(dāng)上模具4和下模具5型腔段內(nèi)的管材完成變形并完全與上模具 4和下模具5的型腔貼合后，將管材l內(nèi)氣體的壓力降至常壓，將上模具4和 下模具5打開，即得到成形的局部凸起狀的長管零件。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖1描述本實(shí)施方式。本實(shí)施方式的加熱裝置6 采用電熱棒或熱油循環(huán)的加熱方式。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1描述本實(shí)施方式。本實(shí)施方式的彈性環(huán)9采用 聚氨酯材料。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖3描述本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同之處在于步驟一中密封裝置2采用限位擋塊12固定，限位擋塊12 套裝在螺母10的外環(huán)上，限位擋塊12的下端固定在壓力機(jī)臺(tái)面上。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖4描述本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同之處在于步驟一中密封裝置2采用壓盤13、拉桿14和拉桿螺母15 固定，壓盤13套在螺母10的外環(huán)上，在壓盤13上開有橫向通孔，拉桿14 的兩端通過橫向通孔由拉桿螺母15擰固。
具體實(shí)施方式
六:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同之處在于步驟三中 當(dāng)加熱溫度為100 30(TC時(shí)，步驟四中通過密封裝置2帶錐面拉桿11上的壓 力介質(zhì)通道7向管材1內(nèi)注入液體介質(zhì)，液體介質(zhì)采用耐熱油，液體介質(zhì)的壓 力為l 100MPa。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式步驟四中密封裝置2上的壓力介質(zhì)通道7 與液壓泵或氣壓泵連接。本發(fā)明采用局部約束本發(fā)明只將需要成形的管材置于模具型腔內(nèi)，而其余部位都置于模具型腔 之外的方法，使模具的總體尺寸明顯減小。模具尺寸的減小大大降低了對(duì)設(shè)備 臺(tái)面尺寸和合模力的要求，實(shí)現(xiàn)用小模具、小設(shè)備成形長度方向尺寸較大的局 部凸起管狀零件。本發(fā)明采用局部加熱本發(fā)明采用局部加熱的方式使模具型腔內(nèi)管材的溫度高于模具型腔外管 材的溫度，從而使該部位的材料更容易發(fā)生變形。模具型腔內(nèi)管材的局部加熱， 可以采用在模具外部加熱然后快速放入模具型腔的方式，也可以采用模具傳熱 的方式，通過對(duì)模具加熱來提高型腔內(nèi)管材的溫度。在加熱的同時(shí)，為了使模 具型腔內(nèi)外的管材保持一定的溫度梯度以避免模具型腔外的管材同時(shí)發(fā)生變 形，需采用水冷卻方式對(duì)模具型腔外的管材1進(jìn)行冷卻。本發(fā)明采用管端密封由于管坯較長，若采用傳統(tǒng)的密封方式，管材容易在沖頭水平推力的作用 下發(fā)生起皺，對(duì)于管坯兩端不在同一直線上的情況更是如此。本發(fā)明采用在管材1內(nèi)放置具有超彈性的彈性環(huán)9 (如聚氨酯)，通過使彈性環(huán)9擴(kuò)張的方法實(shí)現(xiàn)密封；擰動(dòng)螺母10，則帶錐面拉桿11將向右側(cè)移動(dòng)并使彈性環(huán)9向外擴(kuò) 張，彈性環(huán)9的外壁緊緊貼合在管材1的內(nèi)壁和約束環(huán)套8上從而實(shí)現(xiàn)有效的 密封。管材1的左端采用相同的密封形式。本密封結(jié)構(gòu)，管端只在徑向受到彈 性環(huán)9的壓力以及水平方向很小的摩擦力的作用，這些力都不會(huì)使管端發(fā)生變 形。因管材l內(nèi)充滿帶壓的液體介質(zhì)或氣體，彈性環(huán)9和帶錐面拉桿11在液 體介質(zhì)或氣體壓力的作用下將受到向左右兩側(cè)的推力。為了防止彈性環(huán)9、帶 錐面拉桿11等密封結(jié)構(gòu)被推出管端而使密封失效，在密封裝置2與管材1的 端部采用螺紋3連接、限位擋塊12固定和壓盤13固定的方式來平衡其受到的 水平推力。當(dāng)對(duì)成形部位加熱溫度超過300。C時(shí)，因無合適的耐高溫液體介質(zhì)，此時(shí) 采用壓縮空氣、氮?dú)獾葰怏w作為壓力介質(zhì)，氣體的壓力在1 50MPa;當(dāng)所用 材料為高溫下耐腐蝕性較差的材料時(shí)，應(yīng)選用氬氣等保護(hù)氣體作為壓力介質(zhì)， 氣體的壓力在1 50MPa。
權(quán)利要求
1、具有局部凸起狀的長管零件的成形方法，其特征在于該成形方法的步驟如下步驟一、首先將管材(1)的兩端采用密封裝置(2)密封，密封裝置(2)由約束環(huán)套(8)、彈性環(huán)(9)、螺母(10)和帶錐面拉桿(11)組成，約束環(huán)套(8)套在管材(1)的端部和帶錐面拉桿(11)上，約束環(huán)套(8)與管材(1)通過螺紋(3)連接，彈性環(huán)(9)設(shè)在管材(1)端部的內(nèi)壁和帶錐面拉桿(11)的外圓周上，螺母(10)設(shè)在約束環(huán)套(8)外端部的帶錐面拉桿(11)上，帶錐面拉桿(11)的軸心設(shè)有壓力介質(zhì)通道(7)，帶錐面拉桿(11)的錐面端設(shè)在管材(1)內(nèi)；步驟二、根據(jù)局部凸起零件的形狀設(shè)計(jì)上模具(4)和下模具(5)，上模具(4)和下模具(5)上設(shè)有加熱裝置(6)，將上模具(4)和下模具(5)套固在管材(1)上需要成形的部位；步驟三、由加熱裝置(6)對(duì)上模具(4)和下模具(5)進(jìn)行加熱，加熱溫度為100～950℃，采用水冷卻方式對(duì)模具型腔外的管材(1)進(jìn)行冷卻；步驟四、通過密封裝置(2)帶錐面拉桿(11)上的壓力介質(zhì)通道(7)向管材(1)內(nèi)注入高壓氣體，氣體壓力為1～50MPa；步驟五、當(dāng)上模具(4)和下模具(5)型腔段內(nèi)的管材完成變形并完全與上模具(4)和下模具(5)的型腔貼合后，將管材(1)內(nèi)氣體的壓力降至常壓，即得到成形的局部凸起狀的長管零件。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有局部凸起狀的長管零件的成形方法，其特 征在于加熱裝置(6)采用電熱棒或熱油循環(huán)的加熱方式。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有局部凸起狀的長管零件的成形方法，其特 征在于密封裝置(2)采用限位擋塊(12)固定，限位擋塊(12)套裝在螺母(10)的外環(huán)上，限位擋塊(12)的下端固定在壓力機(jī)臺(tái)面上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有局部凸起狀的長管零件的成形方法，其特 征在于密封裝置(2)采用壓盤(13)、拉桿(14)和拉桿螺母(15)固定，壓 盤(13)套在螺母(IO)的外環(huán)上，在壓盤(13)上開有橫向通孔，拉桿(14) 的兩端通過橫向通孔由拉桿螺母(15)獰固。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有局部凸起狀的長管零件的成形方法，其特 征在于步驟三中對(duì)上模具(4)和下模具(5)的加熱溫度為20(TC。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有局部凸起狀的長管零件的成形方法，其特 征在于步驟四中向管材(1)內(nèi)注入氣體的壓力為30MPa。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有局部凸起狀的長管零件的成形方法，其特 征在于步驟四中氣體采用壓縮空氣、氮?dú)饣驓鍤狻?br> 8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有局部凸起狀的長管零件的成形方法，其特 征在于步驟三中當(dāng)加熱溫度為100 30CrC時(shí)，步驟四中通過密封裝置(2)帶 錐面拉桿(11)上的壓力介質(zhì)通道(7)向管材(1)內(nèi)注入液體介質(zhì)，液體介 質(zhì)采用耐熱油，液體介質(zhì)的壓力為1 100MPa。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l'所述的具有局部凸起狀的長管零件的成形方法，其特 征在于彈性環(huán)(9)采用聚氨酯材料。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的具有局部凸起狀的長管零件的成形方法， 其特征在于步驟四中密封裝置(2)上的壓力介質(zhì)通道(7)與液壓泵或氣壓泵 連接。
全文摘要
具有局部凸起狀的長管零件的成形方法，它涉及長管零件的成形方法。它解決了現(xiàn)有采用先成形局部凸起狀的管材，再組裝焊接成局部凸起狀長管零件的方法所生產(chǎn)零件的強(qiáng)度和剛度差、工序復(fù)雜和成本高的問題。本發(fā)明的方法為一、首先將管材(1)的兩端采用密封裝置(2)密封；二、根據(jù)局部凸起的形狀設(shè)計(jì)小型模具；三、由加熱裝置(6)對(duì)模具進(jìn)行加熱；四、由密封裝置(2)上的通道(7)向管材(1)內(nèi)注入高壓液體或高壓氣體；五、當(dāng)模具型腔段內(nèi)的管材完成變形并與模具的型腔貼合后，即得到成形的局部凸起狀的長管零件。本發(fā)明具有模具尺寸小、設(shè)備臺(tái)面尺寸和噸位小，與傳統(tǒng)成形方法相比，用該方法生產(chǎn)的零件成本低、整體性能和表面質(zhì)量好。
文檔編號(hào)B21D26/033GK101219451SQ200810063918
公開日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者何祝斌, 鋼 劉, 苑世劍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)