專利名稱：一種斜三通的冷成形加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種金屬管件加工技術，具體地說是一種斜三通的冷成形加工 方法。
背景技術：
斜三通連接件是工程管路系統(tǒng)的重要組成部分，除了改變管路中介質(zhì)流動 方向以外，還可以提高管路柔性，緩解管件振動和約束力，補償熱膨脹所帶來 的負效應，從而對提高整個管路的系統(tǒng)穩(wěn)定性起著重要作用。如能有效采用斜 三通，不僅可以減少管道的流動損失，有效地提高能源利用率，而且可以縮短 管道長度，降低管道設備投資。
目前，對于金屬斜三通的制備方法一般為金屬管件呈一定角度相貫后對焊 和金屬材料鍛造后機械加工。采用焊接工藝制備金屬斜三通，材料利用率相對 較高，但使用金屬管件對接熔焊，容易在焊縫處形成氣孔、夾雜等缺陷而造成 斜三通管件質(zhì)量較低。另外，熱影響區(qū)的存在會嚴重降低斜三通的力學性能。 上述缺陷使采用焊接工藝制備的金屬斜三通管件很難服役于對力學性能要求苛 刻的重大工程環(huán)境中。對金屬材料熱鍛后機械加工制備斜三通管件，盡管總體 質(zhì)量較高，但管件的局部流線在機械加工過程中容易被切斷。另外，采用此種 工藝制備金屬斜三通管件，涉及工序較多，加工效率低，成本居高不下。
目前國際國內(nèi)對于采用液壓脹形技術制備金屬斜三通研究主要集中理論與 數(shù)值模擬方面，研究的進展如下2002年，高霖等(Journal of Materials Processing Tech, 2002,129,261-267)采用自適用有限元模擬研究了采用液壓 脹形方法制備了斜三通管件，可以很好地控制斜三通管件成形；2004年，Suwat 等(Materials Processing Technology, 2004， 146， 124-129)對金屬斜三通的 液壓成形工藝參數(shù)如軸向進給、內(nèi)壓力大小、管坯原始長度等進行了討論，并 通過有限元方法進行了優(yōu)化，最后通過試驗修正了上述工藝參數(shù)；2006年，程 東明等(塑性工程學報,2006， 13, 9-13)利用數(shù)值模擬對斜三通管件內(nèi)高壓成形 過程進行了研究，研究了 87MPa 145MPa范圍內(nèi)5條不同內(nèi)壓的加載路徑的 成形過程，分析了過渡區(qū)內(nèi)凹、支管高度不足等缺陷產(chǎn)生的原因和內(nèi)壓為 116MPa時零件成形過程中典型位置的壁厚變化，以及內(nèi)壓對零件壁厚分布的影；2008 年，D.M. Cheng 等 (Materials Science and Engineering: A， 2008， 36-39)研究了斜三通管件液壓成形三個不同階段的典型厚度分布，并 研究了內(nèi)壓力對斜三通管件厚度分布的影響。上述研究均采用液壓成形方法制 備斜三通管件，論證了盡管變形工藝參數(shù)較多、成形難度較大，卻是很有前景 的成形工藝。因液壓成形工藝為整體成形，故纖維組織完整且分布合理，有力 的保證了成形后斜三通管件的力學性能。另外，液壓脹形設備因自動化程度高， 能夠輕易實現(xiàn)對左右沖頭進給距離和時間以及成形壓力的精確控制。故生產(chǎn)效 率極高，從而使金屬斜三通的制造成本大大降低。如何對液壓脹形設備的左、 右沖頭尺寸進行優(yōu)化設計以及采用不同的進給距離和進給時間對沖頭進行控制 的方法，在上述文獻皆沒有涉及，而這些恰恰是成功制備壁厚均勻、力學性能 優(yōu)越的高質(zhì)量管件的重要因素。

發(fā)明內(nèi)容
針對焊接與鍛造后機械加工等方法制備金屬斜三通管件的不足，本發(fā)明的
目的是提供一種斜三通的冷成形加工方法，^該方法在液壓系統(tǒng)中通過設計左右 沖頭尺寸以及精確控制左右沖頭的不同進給距離和進給時間，成功制備出高質(zhì) 量斜三通管件。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的
一種斜三通的冷成形加工方法，其特征在于它采用整體液壓脹形工藝， 通過采用潤滑劑對金屬管坯表面進行潤滑處理，并合理控制左右沖頭尺寸、不 同進給距離和進給時間，在模具中成形出壁厚均勻的高質(zhì)量管件；具體步驟如 下
① 準備待成形的金屬管坯，坯料可以為鋁合金、鈦合金、鋼、鎂合金、鋯
合金等易變性與難變形的所有金屬材料；管坯可以是無縫管或有縫管；
② 在管坯表面均勻涂抹潤滑劑，潤滑劑可以是二甲苯、機械油、熔煉橡膠、 二硫化鉬、石墨、潤滑脂等液體或固體潤滑劑，也可以是上述或其他各種潤滑 劑的組合；
③ 對涂抹表面涂層后的管坯放入下模型腔內(nèi)，并進行精確定位；
④ 通過液壓系統(tǒng)控制合模過程并控制合模力，通過另外的液壓回路控制左 右沖頭相向運動，與管坯端面接觸時充入液壓油，左右沖頭做相向運動；⑤圓角大的一端進給距離大于或等于圓角小的一端的沖頭進給距離；對于 左右沖頭的進給時間控制應為圓角小的一端進給一端時間后，停止進給，圓 角大的一端沖頭繼續(xù)保持進給；
當金屬斜三通的支管與主管的夾角越小，管坯金屬流動愈加困難，而對
應的兩端沖頭的進給速度應盡量減小，從而使管坯進行充分變形；
⑦對通過液壓脹形的整體成形工藝制備出的斜三通半成品進行固溶熱處理 以消除加工硬化，并通過后續(xù)的整形、倒坡口、研磨以及噴砂等精整處理，直 至制備出支管與主管可成任意角度的等徑或異徑斜三通成品。 本發(fā)明所使用的液壓脹形整體成形工藝制備斜三通，相對于焊接和機械加工工 藝制備斜三通，有成本低、性能好的突出優(yōu)勢。另外，金屬正三通因?qū)儆趯ΨQ 件，故左右沖頭的進給距離相等，進給速度和成形內(nèi)壓力的匹配關系相對簡單。 而采，維壓脹形工藝成形金屬斜三通時，因斜三通并非對稱管件，材料在圓角
大小^ il部位流動速虔不同，另外，沖頭進給速度與成形內(nèi)壓力的匹配關系
嚴重影響著最終成形質(zhì)量。所以，通過對左右沖頭尺寸進行設計，并使左右兩 端沖頭的進給距離和進給時間不同，能夠成功制備出高質(zhì)量斜三通管件。
本發(fā)明在制備正三通金屬管件的液壓系統(tǒng)中，通過對左、右沖頭的尺寸設 計優(yōu)化以及對左、右沖頭進給距離和進給時間的精確控制，并使左、右沖頭的 進給和成形內(nèi)壓力得以良好匹配，從而制備出高質(zhì)量的壁厚均勻金屬斜三通。
與現(xiàn)有的技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1、 充分利用現(xiàn)有成形正三通的液壓脹形設備，在現(xiàn)有設備的基礎上通過左 右沖頭的尺寸的重新設計和優(yōu)化，充分提高了現(xiàn)有設備的利用率，不需要重復
投資；
2、 成形后的斜三通管件壁厚均勻，流線完整且分布合理，產(chǎn)品生產(chǎn)效率高， 平均成本低；
3、 通過對沖頭尺寸的重新設計和優(yōu)化，并通過精確控制左右沖頭的進給距 離和時間，可以制備出支管與主管呈各個傾斜角度的斜三通，從而大大拓展斜 三通的范圍。


圖la是安裝管坯后未擠壓時的斜三通液壓脹形示意圖； 圖lb是擠壓后的斜三通液壓脹形示意圖；圖2是左沖頭示意圖； 圖3是右沖頭示意圖4a是液壓脹形斜三通模具上模結構示意圖； 圖4b是圖4a的側視圖5a是斜三通液壓脹形模具下模結構示意圖5b是圖5a的A-A剖視圖;
圖5c是圖5a的側視附圖中標記說明
1.液壓系統(tǒng)書 2.上模
3.下模 4.左沖頭
5.右沖頭 6.管坯 7.斜三通管件。
具體實施例方式
一種本發(fā)明所述的48. 3X5的等徑斜三通的加工方法。
① 通過下料機對316L不銹鋼金屬管進行下料，欲成形管坯的軸向尺寸為 280mm;外徑為48. 3mm，厚度為5mm;
② 在管坯表面均勻涂抹適用于冷成形的表面涂層，表面涂層由二硫化鉬、 二甲苯和石墨組合組成；
③ 對涂抹潤滑劑后的管坯放入斜三通下模型腔內(nèi)，并進行精確定位；
④ 通過液壓系統(tǒng)控制上模2下行，并與下模3閉合，合模后通過液壓系統(tǒng) l控制合模力，然后通過另外的液壓回路驅(qū)動左沖頭4、右沖頭5相向運動，首 先與管坯6的兩端接觸，此時充入液壓油，并控制不同時間對應的不同壓力。 精確控制不同的進給距離和進給時間的同時，還要控制進給速度和成形內(nèi)壓力 的良好匹配關系，從而保證316L斜三通管件的順利進行整體成形；當采用液壓 脹形工藝制備斜三通管件時的優(yōu)化工藝組合為推制速度2.5m/s+內(nèi)壓力 100Mpa+左、右沖頭推進距離50隨、80mra+摩擦系數(shù)0.07時，能夠保證斜三通 產(chǎn)品厚度減薄率均勻；
7⑤使用專門的脫模頂出機構對產(chǎn)品實施脫模，將斜三通管件半成品從模具 中頂出；
(D對成形的半成品進行表面處理，主要進行去除斜三通管件表面殘留涂層 及塑料薄膜；
⑦ 對表面處理后的產(chǎn)品進行固溶熱處理以消除加工硬化；
⑧ 通過整形工序進一步調(diào)整斜三通的形狀；
⑨ 進行倒坡口機械加工，并按照相關標準進行倒角處理；通過酸洗、鈍化、 研磨以及噴砂等精整處理制備出符合要求的斜三通成品。
本發(fā)明中，通過對現(xiàn)有液壓脹形設備改造后的左右沖頭必須進行精加工， 與模具型腔接觸部位不能出現(xiàn)毛刺等現(xiàn)象，以防劃傷模具內(nèi)表面。另外，需對 沖頭進行淬火處理，以提高與管坯接觸部位的硬度，以防變形后的沖頭損傷模 具型腔表面。另外，需精確控制左右沖頭的不同進給距離和進給時間，并和成 形內(nèi)壓力得以良好匹配。從而才能制備出高質(zhì)量的金屬斜三通管件。
本發(fā)明通過對一般液壓脹形設備的左右沖頭的改進優(yōu)化，并通過精確控制 左右沖頭的不同進給距離和時間，以及進給速度和成形內(nèi)壓力的匹配關系，從 而制備出成本低廉、性能優(yōu)越的斜三通管件，因?qū)儆谡w成形，管件壁厚均勻， 流線完整且分布合理，力學性能優(yōu)越，從而對于提高管路系統(tǒng)的柔性和系統(tǒng)安 全性具有重要的意義。
權利要求
1、一種斜三通的冷成形加工方法，其特征在于它采用整體液壓脹形工藝，通過采用潤滑劑對金屬管坯表面進行潤滑處理，并合理控制左右沖頭尺寸、不同進給距離和進給時間，在模具中成形出壁厚均勻的高質(zhì)量管件；具體步驟如下①準備待加工斜三通的金屬管坯；②使用潤滑劑對管坯表面進行潤滑處理后放入斜三通下模型腔內(nèi)，并進行精確定位；③通過液壓系統(tǒng)控制合模過程并控制合模力，并通過液壓系統(tǒng)控制左、右沖頭進給距離和時間，同時使沖頭進給和內(nèi)壓力得以良好匹配；④當左、右沖頭運動到達指定位置，停止進給并釋放內(nèi)壓力，然后將斜三通管件脫模；⑤對半成品進行固溶、整形、倒坡口、研磨以及噴砂處理，制備出成品金屬斜三通管件。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種斜三通的冷成形加工方法，其特征在于步 '驟②中的潤滑劑是液體或固體潤滑劑，是二甲苯、機械油、熔煉橡膠、二硫化 鉬、石墨、潤滑脂中的一種或幾種組合。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種斜三通的冷成形加工方法，其特征在于步 驟①中金屬管坯是鋁合金或鈦合金或鋼或鎂合金或鋯合金。
4、 根據(jù)權利要求1所述的一種斜三通的冷成形加工方法，其特征在于步 驟①中金屬管坯是無縫管或有縫管。
5、 根據(jù)權利要求1所述的一種斜三通的冷成形加工方法，其特征在于步 驟③中，左右沖頭軸向的尺寸大于或等于左右沖頭的進給距離，徑向尺寸等于 相應管坯的尺寸。
6、 根據(jù)權利要求1所述的一種斜三通的冷成形加工方法，其特征在于步 驟③中，左、右沖頭中圓角大的一端進給距離大于或等于圓角小的一端的沖頭 進給距離。
7、 根據(jù)權利要求1所述的一種斜三通的冷成形加工方法，其特征在于步 驟③中，左、右沖頭圓角小的一端進給一端時間后，停止進給，圓角大的一端 沖頭繼續(xù)保持進給。
8、 根據(jù)權利要求1所述的一種斜三通的冷成形加工方法，其特征在于步 驟③中，支管與主管的夾角越小，對應的兩端沖頭的進給速度也隨之減小。
9、 根據(jù)權利要求1所述的一種斜三通的冷成形加工方法，其特征在于步 驟②中，金屬斜三通管件的支管與主管的夾角在0-90度的范圍內(nèi)變化。
10、 根據(jù)權利要求1所述的一種斜三通的冷成形加工方法，其特征在于 步驟⑤中，金屬斜三通管件的支管直徑小于或等于主管的直徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種斜三通的冷成形方法，采用整體液壓脹形工藝對管件進行冷成形以制備金屬斜三通管件，主要包括以下步驟準備待加工斜三通的金屬管坯；使用潤滑劑對管坯表面進行潤滑處理后放入斜三通下模型腔內(nèi)，并進行精確定位；通過液壓系統(tǒng)控制左、右沖頭進給距離和時間，使沖頭進給和內(nèi)壓力得以良好匹配；當左、右沖頭運動到達指定位置，停止進給并釋放內(nèi)壓力，然后將斜三通管件脫模；對半成品進行固溶、整形、倒坡口、研磨以及噴砂等處理，制備出成品金屬斜三通管件。本發(fā)明制備斜三通管件生產(chǎn)效率高、成本低，并且成形管件的流線分布合理，壁厚分布均勻，力學性能優(yōu)越。
文檔編號B23P15/00GK101450441SQ20081024264
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月31日 優(yōu)先權日2008年12月31日
發(fā)明者丁月霞, 平 王, 郭訓忠, 杰 陶 申請人:南京航空航天大學;江蘇華陽金屬管件有限公司