專利名稱：用于具有管嘴凸臺的管件結(jié)構(gòu)的成型方法和成型裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料成形領(lǐng)域，尤其涉及一種用于具有管嘴凸臺的管件結(jié)構(gòu)的成型方法和成型裝置。
背景技術(shù)：
帶有管嘴凸臺結(jié)構(gòu)的管道是核電、火電、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域中的重要設(shè)施部件。目前制造帶有管嘴凸臺結(jié)構(gòu)的管道有如下兩種方法。一種方法是基于自由鍛工藝 和機加工去除材料的手段，即首先利用實心坯料進行自由鍛造成形得到一個局部帶有實心凸臺的管道輪廓的實心毛坯，再對毛坯進行機加工得到管道內(nèi)孔以及管嘴凸臺內(nèi)孔。該方法材料利用率很低、生產(chǎn)效率低下、廢品率高以及加工火次多工藝繁復。還有人提出一種方法，基于拉拔和擠壓工藝，在管嘴的對應(yīng)位置拉拔管嘴，然后進行擠壓成形，管嘴不可能一次擠壓成形，往往通過對同一管嘴使用不同尺寸模具逐次擠壓最終成形，通常前幾次的擠壓尺寸跨度較大，而最后一次管嘴精整的尺寸跨度較小，當管嘴的尺寸達到要求時，擠壓成形結(jié)束。這種方法的缺點是，對同一管嘴的擠壓次數(shù)過多會造成管嘴加熱次數(shù)過多，造成過燒且組織性能不易保證；另外，擠壓次數(shù)過多，需要不同尺寸的模具，造成模具成本很高。目前基于塑性成形的各種三通成形工藝，在針對一類管長、壁厚和管嘴凸臺等都較大的管件成形時，都存在一定的不足，無法直接應(yīng)用于帶有管嘴凸臺結(jié)構(gòu)的管道成形中。而基于自由鍛與機加工的成形方法也不是制造帶有管嘴凸臺結(jié)構(gòu)的管道的理想技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種用于具有管嘴凸臺的管件結(jié)構(gòu)的成型方法。本發(fā)明的另一個目的在于提出一種采用上述方法的用于具有管嘴凸臺的管件結(jié)構(gòu)的成型裝置。根據(jù)本發(fā)明第一方面實施例的一種用于具有管嘴凸臺的管件結(jié)構(gòu)的成型方法，包括以下步驟SI、在管坯上構(gòu)造出一個塑性流變區(qū)，所述塑性流變區(qū)的長度范圍內(nèi)的材料體積大于或等于待成形的管嘴凸臺的體積，且在所述管坯的塑性流變區(qū)的外部設(shè)置外模具；S2、從所述管坯的兩端向所述管坯的塑性流變區(qū)施加軸向的鐓擠力以使所述管坯的塑性流變區(qū)內(nèi)的材料側(cè)向移動以形成管嘴凸臺。根據(jù)本發(fā)明實施例的成型方法，通過模具成形，管坯材料在模具型腔的約束以及在管坯端部的剛端作用下，在預設(shè)的塑性流變區(qū)域進行側(cè)向流動，形成管嘴凸臺。本方法可以一次成形管件管嘴凸臺結(jié)構(gòu)，且凸臺管嘴壁為管身壁上材料連續(xù)擠壓流動而形成，具有連續(xù)金屬流線特征，管嘴凸臺與管體之間具有完好的一體性，因此提高了管件的管嘴凸臺結(jié)構(gòu)的力學性能。由此，管嘴凸臺的成型過程中，操作簡便易控、材料利用率和合格率高，制造周期短。
另外，根據(jù)本發(fā)明的成型方法還具有如下附加技術(shù)特征所述步驟SI中進一步包括以下步驟S11、在所述管坯上預定待成形的管嘴凸臺處形成預制孔；S12、所述預制孔內(nèi)放入芯棒，所述管坯內(nèi)的沿軸向的管腔內(nèi)放入芯軸，且所述預制孔的外部設(shè)有具有至少一個凸臺型腔的擠壓模具進行約束。

在本發(fā)明的一個示例中，所述芯棒沿所述預制孔的軸向可浮動地設(shè)在所述預制孔內(nèi)。在本發(fā)明的另一個示例中，所述芯棒與所述擠壓模具一體形成。在本發(fā)明的再一個示例中，所述芯棒、所述擠壓模具與所述外模具一體形成。在本發(fā)明的又一個示例中，所述芯棒與所述芯軸連接?？蛇x地，所述芯棒與所述芯軸通過螺紋或燕尾槽連接。在本發(fā)明的一個示例中，所述擠壓模具的凸臺型腔的頂部閉合。在本發(fā)明的另一個示例中，所述擠壓模具的凸臺型腔的頂部敞開?？蛇x地，所述擠壓模具的凸臺型腔為直筒式圓柱體形、臺階式圓柱體形或錐形。所述步驟S2中進一步包括以下步驟S21、在所述管坯的兩端分別通過剛端施加軸向鐓擠力。在本發(fā)明的一個示例中，所述管坯的兩個剛端中其中一個靜止且另一個以Vl的速度移動，且所述外模具與擠壓模具同時以Vm = V1/2的速度與Vl同向移動。在本發(fā)明的另一個示例中，所述管坯的兩個剛端分別以VI、V2的速度同步相向運動，其中Vl = V2，且所述外模具與擠壓模具靜止。在本發(fā)明的再一個示例中，所述管坯的兩個剛端分別以VI、V2的速度異步相向運動，其中Vl = V2，且所述外模具與擠壓模具以Vm的速度移動以保證所述管嘴凸臺成型對稱。在本發(fā)明的一個示例中，所述剛端為剛端模具且分別設(shè)在所述管坯的兩端。在本發(fā)明的另一個示例中，所述剛端分別由所述管坯的兩端形成。在本發(fā)明的一個示例中，在步驟S12中，還包括S121、在所述擠壓模具的凸臺型腔處附加上一個壁厚與管嘴壁厚相等的鐓壓模具，所述鐓壓模具隨著鐓擠過程中管嘴凸臺坯料的上升而隨動地移動，同時該模具上可按照預定加載曲線施加壓力，以使所述管嘴凸臺擠壓成形。在本發(fā)明的另一個示例中，在步驟S21后，還包括S22、所述管嘴凸臺成形后，使用一個壁厚與管嘴壁厚相等的鐓壓模具對所述成形后的管嘴凸臺頂端進行鐓壓。在本發(fā)明的再一個示例中，在步驟S2后，還包括S3、所述管嘴凸臺成形后，使用一個壁厚小于與管嘴壁厚的第二擠壓模具對所述管嘴凸臺反擠壓以形成臺階形的凸臺。在本發(fā)明的一個示例中，所述塑性變形區(qū)包括所述管坯的全部長度范圍。在本發(fā)明的另一個示例中，所述塑性變形區(qū)包括所述管坯的部分長度范圍?？蛇x地，所述塑性變形區(qū)由將管坯加熱至其可鍛溫度后形成。所述管坯為無縫管件，由擠壓、軋制或鑄造加工制造形成。
可選地，管坯為碳鋼或合金鋼?？蛇x地,管還為招材或銅材。根據(jù)本發(fā)明第二方面實施例的一種用于具有管嘴凸臺的管件結(jié)構(gòu)的成型裝置，采用根據(jù)本發(fā)明第一方面實施例的所述的成型方法對管坯進行成形，包括芯棒，所述芯棒設(shè)在所述管坯的預制孔內(nèi)，其中所述預制孔形成在所述管坯的塑性流變區(qū)內(nèi)預定待成形的管嘴凸臺處；芯軸，所述芯軸設(shè)在蘇搜狐管坯內(nèi)的沿軸向的管腔內(nèi)；擠壓模具，所述擠壓模具設(shè)在所述預制孔的外部；和外模具，所述外模具包括第一和第二模腔分塊，所述第一和第二模腔分塊配合以限定出模腔，所述芯棒、芯軸和擠壓模具均設(shè)在所述模腔內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的成型方法，具有以下優(yōu)點I)管嘴凸臺通過管壁材料在模腔的約束下擠壓成形，成形過程中材料在管嘴出口 之前受力為三向壓應(yīng)力狀態(tài)，球應(yīng)力很高，極大提高管嘴凸臺的的力學和組織性能；2)側(cè)向鐓擠成形工藝直接將管壁上材料經(jīng)鐓擠而流出形成管嘴凸臺，完好地保證了管嘴與管身材料的金屬流線，有利于提高管嘴凸臺的結(jié)構(gòu)強度；3)與某些先成形實心凸臺再機加工管嘴凸臺內(nèi)孔的工藝相比，本方法直接成形管嘴壁，僅留下管嘴內(nèi)孔較少的尺寸余量進行機加工，提高了材料的利用率，同時減少機加工耗費的時間，因此提高了生產(chǎn)效率，縮短了生產(chǎn)周期。4)成形管嘴凸臺的形狀多樣性適應(yīng)性強、尺寸覆蓋范圍廣，可以一次性成形高度較大的凸臺，成形精度高，表面質(zhì)量好。根據(jù)本發(fā)明第二方面實施例的用于具有管嘴凸臺的管件結(jié)構(gòu)的成型裝置，采用根據(jù)本發(fā)明第一方面實施例所述的成型方法對管坯進行成形，包括芯棒，所述芯棒設(shè)在所述管坯的預制孔內(nèi)，其中所述預制孔形成在所述管坯的塑性流變區(qū)內(nèi)預定待成形的管嘴凸臺處；芯軸，所述芯軸設(shè)在所述管坯內(nèi)的沿軸向的管腔內(nèi)；擠壓模具，所述擠壓模具設(shè)在所述預制孔的外部；和外模具，所述外模具包括第一和第二模腔分塊，所述第一和第二模腔分塊配合以限定出模腔，所述芯棒、芯軸和擠壓模具均設(shè)在所述模腔內(nèi)。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I為管坯上具有一個直筒式管嘴凸臺的示意圖；圖2為管坯上具有一個臺階式管嘴凸臺的示意圖；圖3為管坯上具有多個直筒式管嘴凸臺的示意圖；圖4為管坯上具有多個臺階式管嘴凸臺的示意圖；圖5為管坯上具有傾斜管嘴凸臺的示意圖；圖6為短管坯上帶有管嘴凸臺的示意圖；圖7為成形管嘴凸臺過程中塑性流變區(qū)材料流動示意圖；圖8為一種閉式型腔且芯棒、擠壓模與型腔為一體結(jié)構(gòu)時鐓擠工藝示意圖；圖9為一種閉式型腔且芯棒與型腔為一體結(jié)構(gòu)時繳擠工藝不意圖10為一種閉式型腔且芯棒固定時繳擠工藝不意圖；圖11為一種閉式型腔且芯棒固定或浮動時鐓擠工藝示意圖；圖12為一種開式型腔且芯棒固定或浮動時鐓擠工藝示意圖；圖13為一種開式型腔且芯棒固定或浮動時鐓擠工藝示意圖；圖14為一種帶有隨動鐓壓模具的側(cè)向鐓擠工藝演變情形示意圖；圖15為一種帶有反擠壓步驟的側(cè)向鐓擠工藝演變情形示意圖；附圖標記I :塑性流變區(qū)；2 :第一模腔分塊；5 :第二模腔分塊3、8 :剛 而；4、7 :繳擠塾片6 :芯軸；9 :管嘴凸臺擠壓模具；10 :芯棒；11 :鐓壓模具；12 :反擠壓模具
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制?！ぴ诒景l(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。下面參考圖I描述根據(jù)本發(fā)明第一方面實施例的用于具有管嘴凸臺的管件結(jié)構(gòu)的成型方法，該方法用于在管坯的基礎(chǔ)上成形外壁上具有管嘴凸臺的管件結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明實施例的用于具有管嘴凸臺的管件結(jié)構(gòu)的成型方法，包括以下步驟SI、在管坯上構(gòu)造出一個塑性流變區(qū)1(如圖7所示)，所述塑性流變區(qū)I的長度范圍內(nèi)的材料體積大于或等于待成形的管嘴凸臺的體積，且在所述管坯的塑性流變區(qū)I的外部設(shè)置外模具。上該外模具為可分離的組合式多瓣模具，并且該模具可設(shè)計為預應(yīng)力模具。由于成形完畢需要將具有凸臺的管件取出，因此，模具必須為可分離的組合結(jié)構(gòu)。具體地，外模具包括括第一模腔分塊2和第二模腔分塊5,第一模腔分塊2和第二模腔分塊5配合以內(nèi)部限定出模腔。分模面取沿軸線方向的水平或垂直縱截面。S2、從所述管坯的兩端向所述管坯的塑性流變區(qū)I施加軸向的鐓擠力以使所述管坯的塑性流變區(qū)內(nèi)的材料側(cè)向移動以形成管嘴凸臺。
所述步驟SI中進一步包括以下步驟S11、在所述管坯上預定待成形的管嘴凸臺處形成預制孔；S12、所述預制孔內(nèi)放入 芯棒10，所述管坯內(nèi)的沿軸向的管腔內(nèi)放入芯軸6，且所述預制孔的外部設(shè)有具有至少一個凸臺型腔的擠壓模具9進行約束。其中本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明的描述中，芯棒和芯軸只是一種模具名稱，可以抽象化理解。芯軸的功能是限制鐓擠過程中管體內(nèi)壁變形，其材料不局限為模具鋼，也可以為其他復合材料；其結(jié)構(gòu)不局限于實心結(jié)構(gòu)，也可以為復合結(jié)構(gòu)?？蛇x地，擠壓模具9的凸臺型腔為直筒式圓柱體形、臺階式圓柱體形或錐形，這根據(jù)待成形的管嘴凸臺的形狀而定。由此，管坯基礎(chǔ)上形成的帶有管嘴凸臺的管件上的管嘴凸臺也可為直筒式圓柱體形(如圖I所示)、臺階式圓柱體形(如圖2所示)或錐形(圖未示出)，且管件上的管嘴凸臺也可為一個，也可為多個，例如圖3中示出的管件上具有多個直筒式圓柱體形的管嘴凸臺，如圖4中示出的管件上具有多個臺階式圓柱體形的管嘴凸臺。管嘴凸臺的軸線可以是與管坯軸線垂直，如圖1-4、圖6所示，當然，本發(fā)明并不限于此，在本發(fā)明的其他示例中，管嘴凸臺也可以相對于管坯傾斜一定角度(如圖5所示)。本方法中，的管嘴凸臺在管件外壁上分布的位置按其軸線分布可以在一個平面內(nèi)，也可以不在一個平面內(nèi)。在本發(fā)明的一些示例中，構(gòu)造出一個塑性流變區(qū)I的過程中還包括加熱步驟。加熱步驟是否必要視材料的塑性變形抗力而定，對于塑性變形抗力小的材料，可以無需加熱步驟，直接實施常溫下的冷鐓擠。對于塑性變形抗力大的材料，若管坯為短管，則加熱區(qū)域為管坯整個長度；若管坯為長管，則加熱區(qū)為管坯凸臺附近一定范圍內(nèi)局部長度，但加熱區(qū)也可以包括管坯全長的情況。在有加熱的情形下，塑性流變區(qū)的范圍由加熱區(qū)范圍及模腔和芯軸等模具包圍的范圍共同限定；在無加熱的情形下，塑性流變區(qū)的范圍由模腔及芯軸等模具所包圍的范圍確定。加熱區(qū)長度不超出模腔長度，是一個重要的工藝參數(shù)。所述步驟S2中進一步包括以下步驟S21、在所述管坯的兩端分別通過剛端施加軸向鐓擠力。其中步驟S21所述的在管端施加軸向鐓擠壓力以及可以包含的在塑性流變區(qū)加熱的步驟一起實現(xiàn)所述塑性流變區(qū)材料側(cè)向流動的外部驅(qū)動能量。根據(jù)本發(fā)明實施例的成型方法，通過模具成形，管坯材料在模具型腔的約束以及在管坯端部的剛端作用下，在預設(shè)的塑性流變區(qū)域進行側(cè)向流動，形成管嘴凸臺。本方法可以一次成形管件管嘴凸臺結(jié)構(gòu)，且凸臺管嘴壁為管身壁上材料連續(xù)擠壓流動而形成，具有連續(xù)金屬流線特征，管嘴凸臺與管體之間具有完好的一體性，因此提高了管件的管嘴凸臺結(jié)構(gòu)的力學性能。由此，管嘴凸臺的成型過程中，操作簡便易控、材料利用率和合格率高，制造周期短。步驟SI中所述的管坯為無縫管件，可以是擠壓、軋制、鑄造或其他材料加工方法成形制造的。管坯為金屬材料制成，它可以是常溫下變形抗力大、高溫下具有較好的塑性變形能力的碳鋼和合金鋼，也可以是常溫或低溫下具有較低變形抗力的材料如鋁材、銅材等。本方法針對的管嘴凸臺結(jié)構(gòu)，管嘴凸臺的壁厚可以與管件管身相同，也可以與管件管身壁厚不同，但對于管嘴凸臺壁厚大于管身壁厚的情況，一般適合于偏差范圍30%以內(nèi)。管嘴凸臺的高度范圍10 600mm。
本方法中的所述的管件可以較長，達5000 8000mm，也可以較短，IOOOmm以內(nèi)，如閥體。管件直徑可以較大，500 1500mm，也可以較小，IOOmm以內(nèi)。管件壁厚范圍10 200mmo上述方法中步驟(I)所述的管坯成形前預設(shè)長度至少應(yīng)為最終管長與凸臺部分所需材料的體積除以管坯橫截面積得到的長度兩者之和。在本發(fā)明的實施例中，預制孔中插入的芯棒10可相對于預制孔是浮動的，也可以是固定的，如圖8-10中所示。在本發(fā)明的一個示例中，芯棒6可與外模具例如第一模腔分塊2連接在一起以相對于預制孔固定，如圖9所示。進一步地，芯棒6、擠壓模具9與外模具一體形成，如圖8所示。當然，本發(fā)明并不限于此，在本發(fā)明的另一個示例中，芯棒10也可以與管坯的管腔中芯軸6以螺紋或燕尾槽連接在一起，如圖10所示。在成形工藝過程中，芯棒10、管內(nèi)孔腔中放置的芯軸6與管外壁放置的外模具共同限制材料的流動范圍。對于短管，整個管長都在模具的限制范圍中，當材料變形抗力較 大，全部長度上加熱到該材質(zhì)的可鍛溫度，全長范圍為塑性流變區(qū)域。對于長管，根據(jù)材質(zhì)需要加熱時，一種情形是，僅對包含管嘴凸臺一定范圍的局部長度范圍內(nèi)材料加熱，該區(qū)域為塑性流變區(qū)，此時模具僅在局部管長范圍內(nèi)限制材料流動，模具沿著管身的長度根據(jù)塑性流變區(qū)的長度以及剛端部分的剛度來綜合確定；另一種情形，對管體全長進行加熱，全部管長都是塑性流變區(qū)域，此時模具長度將整個管體都置于模腔之中。所述管外壁放置的擠壓模具9，其凸臺型腔的頂部既可以是閉式的，也可以上開式的。對于閉式模腔，如圖8-11所示，管嘴凸臺頂端材料在成形結(jié)束前受到模具的鐓壓，相應(yīng)地，管嘴凸臺頂端成形平整，同時軸向鐓擠力以及模具外部的支承力都會相應(yīng)增大。對于開式模腔，如圖12和13，凸臺型腔的出口是開通的，允許材料可以自開口中流出，相應(yīng)地，管嘴凸臺頂端成形不太平整，同時軸向鐓擠力及模具外部的支承力也較閉式模腔時低。上述步驟S2中所述在管坯兩端施加軸向鐓擠力，是通過步驟S21中剛端來施加的。對于短管，剛端為獨立的模具且分別設(shè)在管坯的兩端。對于長管，剛端可以是長管坯上的一部分；也可以是獨立的模具且分別設(shè)在管坯的兩端，此時步驟(2)中所述的管外壁放置的模腔其沿軸向的長度能將全部管坯置于模腔之內(nèi)。兩個剛端在相同鐓擠力作用下，以各自的速度運動，鐓擠速度是一個重要的工藝參數(shù)。剛端的運動方式包括單側(cè)運動和雙側(cè)運動，單側(cè)運動即一側(cè)運動，另一側(cè)靜止，對于單側(cè)運動情形，為保證管嘴凸臺成形的對稱性，模具同時也以剛端運動一半速度進行運動。具體地，管坯的兩個剛端中其中一個靜止且另一個以Vl的速度移動，且所述外模具與擠壓模具同時以Vm = V1/2的速度與Vl同向移動。雙側(cè)運動即兩側(cè)都以各自速度相向運動，此時，兩側(cè)的剛端運動既可以同步運動，也可以異步運動；既可以相同的速度運動，也可以不同的速度運動；對于兩側(cè)剛端的運動不同步或不同速時，模具也伴以一定速度運動以保證管嘴凸臺成形的對稱性。具體地，在其中一個示例中，管坯的兩個剛端分別以VI、V2的速度同步相向運動，其中Vl =V2，且所述外模具與擠壓模具9靜止。而在另一個示例中，所述管坯的兩個剛端分別以VI、V2的速度同步相向運動，其中Vl =V2，且所述外模具與擠壓模具靜止?？梢岳斫獾氖?，上述模具的運動不是必要的，可以通過施加模具平衡力方式使之固定。根據(jù)本發(fā)明的成型方法，可用于帶有單個管嘴凸臺的管件整體成形，也可以用于帶有多個管嘴凸臺的管件整體成形。對于具有多個管嘴凸臺的管件整體成形，可以按照相同的步驟逐個成形各個管嘴凸臺，但注意在成形一個管嘴凸臺時適當加入對已成形凸臺的保護措施，注意保護已經(jīng)成形完的管嘴凸臺不被損壞。
根據(jù)本發(fā)明的成型方法還可以在原基礎(chǔ)上作如下三種演變i)在第一個實施例中，在管嘴凸臺型腔處附加上一個壁厚與待成形管嘴壁厚相當?shù)溺厜耗＞?例如套筒)，該模具隨著鐓擠過程中管嘴凸臺坯料的上升而隨動地移動，同時該模具上可按照一定加載曲線施加壓力，即管嘴凸臺材料在一定阻力下擠壓成形，如圖13所示。ii)在第二個實施例中，按上述方法成形完管嘴凸臺后，接著使用一個壁厚與管嘴壁厚相當?shù)溺厜耗＞?套筒)對管嘴凸臺頂端進行鐓壓；iii)在第三個實施例中，針對臺階式管嘴凸臺的成形，先成形高度較小的直筒式凸臺，再接著使用一個壁厚較管嘴壁厚小的擠壓模具對管嘴凸臺進行反擠壓得到凸臺的頂層臺階。根據(jù)本發(fā)明的成型方法，具有以下優(yōu)點I)管嘴凸臺通過管壁材料在模腔的約束下擠壓成形，成形過程中材料在管嘴出口之前受力為三向壓應(yīng)力狀態(tài)，球應(yīng)力很高，極大提高管嘴凸臺的的力學和組織性能；2)側(cè)向鐓擠成形工藝直接將管壁上材料經(jīng)鐓擠而流出形成管嘴凸臺，完好地保證了管嘴與管身材料的金屬流線，有利于提高管嘴凸臺的結(jié)構(gòu)強度；3)與某些先成形實心凸臺再機加工管嘴凸臺內(nèi)孔的工藝相比，本方法直接成形管嘴壁，僅留下管嘴內(nèi)孔較少的尺寸余量進行機加工，提高了材料的利用率，同時減少機加工耗費的時間，因此提高了生產(chǎn)效率，縮短了生產(chǎn)周期。4)成形管嘴凸臺的形狀多樣性適應(yīng)性強、尺寸覆蓋范圍廣，可以一次性成形高度較大的凸臺，成形精度高，表面質(zhì)量好。下面參考圖I-圖13具體描述根據(jù)本發(fā)明的成型方法。其中采用的直管坯上待成形管嘴凸臺，管坯可以為較長(圖I 圖5)，也可以較短(圖6)。管坯外壁上的管嘴凸臺形狀可以為直筒式圓筒狀(圖I、圖3)、臺階式圓筒狀(圖2、圖4)及錐形圓筒狀；管嘴凸臺的數(shù)目可以是單個(圖I、圖2)，也可以是多個(圖3、圖4);管嘴凸臺的軸線可以是與管坯軸線垂直(圖I 圖4、圖6)，也可以是與管坯軸線成一定預定傾角(圖5);管嘴凸臺數(shù)目為多個時，各個管嘴凸臺的軸線可以處于同一平面內(nèi)，也可以分處不同平面內(nèi)(圖3、圖4)。根據(jù)本發(fā)明的成型方法包括以下幾個主要步驟A)管體上構(gòu)造一個局部(或為整體)塑性流變區(qū)1(圖7)，該區(qū)的長度范圍內(nèi)材料體積要滿足管嘴凸臺材料體積的補充需要；B)通過剛端3及8給塑性流變區(qū)I施加鐓擠力，剛端為管坯上一部分，也可以為獨立的模具，與模腔2及5相配合設(shè)計(圖8 圖15);C)剛端沿軸向運動，推動管坯上塑性流變區(qū)內(nèi)材料經(jīng)側(cè)向翻轉(zhuǎn)并流動形成管嘴凸臺。具體地，本發(fā)明方法一般的實施過程都包含以下步驟(I)在管坯上待成形管嘴凸臺處開預制孔；(2)在所開的預制孔中放入芯棒10(可與外部模腔2做成一體，如圖8)，在管內(nèi)孔腔中放置芯軸6，管外壁放置具有管嘴凸臺形狀的模腔2及5進行約束；(3)在管坯兩端沿軸向施加鐓擠力，在模具外部施加支承力或外部帶有鎖模結(jié)構(gòu)(對于分瓣模具即合模力)。本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員可以理解的是，根據(jù)以上主要特征以及一般實施步驟，能夠設(shè)計的模具形態(tài)可以有各種演變，但只要這些不同設(shè)計的模具均以實現(xiàn)上述成形特征為目標，那么具體的構(gòu)造特征異同并不能表示其方法的改變和不同。上述列出的一般實施步驟為必須包括的步驟，為本方法核心實施步驟，如果包含并基于以上步驟而作的各種增加步驟而演變成的不同步驟并不能表示其方法的改變和不同。為實現(xiàn)上述成形特征以及包含上述必要步驟的模具，其管嘴凸臺部分可以設(shè)計成閉式型腔(圖8 圖11)或開式型腔(圖12、圖13)，可以將其設(shè)計為組合式(圖9 圖12均為組合式)或整體式(圖8)。所謂組合式即擠壓模具9和模腔2為獨立的兩個模具， 所謂整體式即擠壓模具9和模腔2設(shè)計為一個整體部件。同樣，芯棒10可以設(shè)計為浮動式或固定式，所謂浮動式，即允許芯棒10沿其軸線方向運動，所謂固定式，即不允許芯棒10沿其軸線運動。固定式芯棒，芯棒10的固定方式可以通過與外部模腔2作為一體來實現(xiàn)，也可以與管坯內(nèi)孔中放置的芯軸6以螺紋或燕尾槽形式連接在一起來實現(xiàn)；此外，剛端3和8 (或為管坯的一部分，或為獨立模具)的運動方式，可以設(shè)計為單側(cè)運動，或設(shè)計為雙側(cè)運動，所謂單側(cè)運動，即一側(cè)剛端(3或8中之一)沿軸線向固定的另一側(cè)剛端(8或3)的方向運動；所謂雙側(cè)運動，即兩側(cè)剛端3和8分別沿著軸線相向運動，兩個剛端運動可以同步或者異步的，其運動速度，也可以是相同的、或者不同的；由于待成形管坯的長度及其材料的差異，在以下方面會有不同的設(shè)計考慮模腔2及5沿軸線的長度、加熱與否、加熱區(qū)長度，剛端設(shè)計為管坯自身的一部分或獨立模具；幾種代表性的實施例是短管情形1)材料為變形抗力較大的金屬材料，模腔2及5沿軸線長度覆蓋管坯全長，剛端3和8為獨立模具，管坯全長加熱，管坯全長構(gòu)成塑性流變區(qū)；11)材料為變形抗力較小的金屬材料，模腔2及5沿軸線長度覆蓋管坯全長，剛端3和8為獨立模具，管坯不加熱，管坯全長構(gòu)成塑性流變區(qū)；長管情形ΠΙ)模腔2及5沿軸線長度覆蓋管坯的部分長度，剛端3和8為管坯自身的一部分，管坯部分長度加熱(在不超出模腔沿軸線長度范圍內(nèi)可調(diào)整加熱區(qū)長度)，管坯局部范圍構(gòu)成塑性流變區(qū)；IV)模腔2及5沿軸線長度覆蓋管坯全長，剛端3和8為獨立模具，管坯部分長度加熱(在不超出模腔沿軸線長度范圍內(nèi)可調(diào)整加熱區(qū)長度)，管坯局部或全長構(gòu)成塑性流變區(qū)；V)模腔2及5沿軸線長度覆蓋管坯全長，剛端3和8為獨立模具，管坯不加熱，管坯全長構(gòu)成塑性流變區(qū)；基于單個管嘴凸臺的成形，以上列出的5種實施例情形僅考慮模腔沿軸線方向長度、加熱情況、剛端情況幾個要素，一個完整的實施例還應(yīng)包括如下4個要素①管嘴模腔2的情形開式或閉式；②管嘴凸臺的形狀直筒式圓筒、臺階式圓筒和錐形圓筒等；③芯棒10的安裝方式浮動或固定，其中固定式，包括芯棒10與模腔2相連接及芯棒10與芯軸6相連接及芯棒10同時與模腔2和芯軸6相連接等；④剛端的運動方式單側(cè)運動或雙側(cè)運動，其中雙側(cè)運動又包括幾種情形兩側(cè)同步或異步，兩側(cè)同速或異速；兩側(cè)以相同的壓力各自運動。因此，本發(fā)明的實施例即為上述5種基本情形結(jié)合上述的4個要素分別包含的各可能情形進行組合而成的全部方案。圖8 圖13中所示的模具示意圖為上述實施例中的幾個模具結(jié)構(gòu)舉例。
管嘴凸臺形狀的異同，不是本質(zhì)區(qū)別，實際上其他形狀的管嘴凸臺都可以通過先成形直筒式凸臺，再加工而成。本方法實施例中的擠壓模具9去掉即為成形直筒式管嘴凸臺的方式。上述實施例中提到的加熱，按照具體材質(zhì)將其加熱到可鍛溫度，如為碳鋼加熱溫度為1050 1250°C，如為奧氏體不銹鋼其加熱溫度為950°C 1200°C。在上述的實施例的情形下可以作如下演變在第一個示例中，在管嘴凸臺模腔中加入隨動模具11，成形過程中可在隨動模具11上施加瞬態(tài)隨動壓力，壓力曲線可以根據(jù)管嘴凸臺坯料的流動情形設(shè)計調(diào)整，如圖14所示；在第二個示例中，在管嘴凸臺模腔中加入鐓壓模具11，當管嘴凸臺成形一定高度后，再用模具11對管嘴凸臺進行鐓壓，如圖14所示；在第三個示例中，在管嘴凸臺模腔中加入擠壓模具12，當管嘴凸臺成形一定高度后，再用模具12對管嘴凸臺進行反擠壓，如圖14所示；對于多個管嘴凸臺的成形，可使用上述方法逐一成形單個管嘴凸臺，應(yīng)注意各管嘴凸臺的先后成形順序。在成形次序排在后的管嘴凸臺成形時，注意保護已成形完畢的管嘴凸臺。根據(jù)本發(fā)明第二方面實施例的用于具有管嘴凸臺的管件結(jié)構(gòu)的成型裝置，采用根據(jù)本發(fā)明第一方面實施例所述的成型方法對管坯進行成形，包括芯棒，所述芯棒設(shè)在所述管坯的預制孔內(nèi)，其中所述預制孔形成在所述管坯的塑性流變區(qū)內(nèi)預定待成形的管嘴凸臺處；芯軸，所述芯軸設(shè)在所述管坯內(nèi)的沿軸向的管腔內(nèi)；擠壓模具，所述擠壓模具設(shè)在所述預制孔的外部；和外模具，所述外模具包括第一和第二模腔分塊，所述第一和第二模腔分塊配合以限定出模腔，所述芯棒、芯軸和擠壓模具均設(shè)在所述模腔內(nèi)。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種用于具有管嘴凸臺的管件結(jié)構(gòu)的成型方法，其特征在于，包括以下步驟 51、在管坯上構(gòu)造出一個塑性流變區(qū)，所述塑性流變區(qū)的長度范圍內(nèi)的材料體積大于或等于待成形的管嘴凸臺的體積，且在所述管坯的塑性流變區(qū)的外部設(shè)置外模具； 52、從所述管坯的兩端向所述管坯的塑性流變區(qū)施加軸向的鐓擠力以使所述管坯的塑性流變區(qū)內(nèi)的材料側(cè)向移動以形成管嘴凸臺。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的成型方法，其特征在于，所述步驟SI中進一步包括以下步驟 511、在所述管坯上預定待成形的管嘴凸臺處形成預制孔； 512、所述預制孔內(nèi)放入芯棒，所述管坯內(nèi)的沿軸向的管腔內(nèi)放入芯軸，且所述預制孔的外部設(shè)有具有至少一個凸臺型腔的擠壓模具進行約束。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成型方法，其特征在于，所述芯棒沿所述預制孔的軸向可浮動地設(shè)在所述預制孔內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成型方法，其特征在于，所述芯棒與所述擠壓模具一體形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的成型方法，其特征在于，所述芯棒、所述擠壓模具與所述外模具一體形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成型方法，其特征在于，所述芯棒與所述芯軸連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成型方法，其特征在于，所述芯棒與所述芯軸通過螺紋或燕尾槽連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成型方法，其特征在于，所述擠壓模具的凸臺型腔的頂部閉入口 ο
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成型方法，其特征在于，所述擠壓模具的凸臺型腔的頂部敞開。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的成型方法，其特征在于，所述擠壓模具的凸臺型腔為直筒式圓柱體形、臺階式圓柱體形或錐形。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項所述的成型方法，其特征在于，所述步驟S2中進一步包括以下步驟 S21、在所述管坯的兩端分別通過剛端施加軸向鐓擠力。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成型方法，其特征在于，所述管坯的兩個剛端中其中一個靜止且另一個以Vl的速度移動，且所述外模具與擠壓模具同時以Vm = V1/2的速度與Vl同向移動。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成型方法，其特征在于，所述管坯的兩個剛端分別以V1、V2的速度同步相向運動，其中Vl = V2，且所述外模具與擠壓模具靜止。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的成型方法，其特征在于，所述管坯的兩個剛端分別以V1、V2的速度異步相向運動，其中Vl = V2，且所述外模具與擠壓模具以Vm的速度移動以保證所述管嘴凸臺成型對稱。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成型方法，其特征在于，所述剛端為剛端模具且分別設(shè)在所述管坯的兩端。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成型方法，其特征在于，所述剛端分別由所述管坯的兩端形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成型方法，其特征在于，在步驟S12中，還包括 S121、在所述擠壓模具的凸臺型腔處附加上一個壁厚與待成形管嘴凸臺壁厚相等的鐓壓模具，所述鐓壓模具隨著鐓擠過程中管嘴凸臺坯料的上升而隨動地移動，同時該模具上可按照預定加載曲線施加壓力，以使所述管嘴凸臺擠壓成形。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成型方法，其特征在于，在步驟S21后，還包括 S22、所述管嘴凸臺成形后，使用一個壁厚與管嘴凸臺壁厚相等的鐓壓模具對所述成形后的管嘴凸臺頂端進行鐓壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成型方法，其特征在于，在步驟S2后，還包括 S3、所述管嘴凸臺成形后，使用一個壁厚小于與管嘴壁厚的第二擠壓模具對所述管嘴凸臺反擠壓以形成臺階形的凸臺。
20.根據(jù)權(quán)利要求I所述的成型方法，其特征在于，所述塑性變形區(qū)包括所述管坯的全部長度范圍。
21.根據(jù)權(quán)利要求I所述的成型方法，其特征在于，所述塑性變形區(qū)包括所述管坯的部分長度范圍。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的成型方法，其特征在于，所述塑性變形區(qū)由將管坯加熱至其可鍛溫度后形成。
23.根據(jù)權(quán)利要求I所述的成型方法，其特征在于，所述管坯為無縫管件，由擠壓、軋制或鑄造加工制造形成。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的成型方法，其特征在于，管坯為碳鋼或合金鋼。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的成型方法，其特征在于，管坯為鋁材或銅材。
26.一種用于具有管嘴凸臺的管件結(jié)構(gòu)的成型裝置，采用根據(jù)權(quán)利要求1-25中任一項所述的成型方法對管坯進行成形，其特征在于，包括 芯棒，所述芯棒設(shè)在所述管坯的預制孔內(nèi)，其中所述預制孔形成在所述管坯的塑性流變區(qū)內(nèi)預定待成形的管嘴凸臺處； 芯軸，所述芯軸設(shè)在所述管坯內(nèi)的沿軸向的管腔內(nèi)； 擠壓模具，所述擠壓模具設(shè)在所述預制孔的外部；和 外模具，所述外模具包括第一和第二模腔分塊，所述第一和第二模腔分塊配合以限定出模腔，所述芯棒、芯軸和擠壓模具均設(shè)在所述模腔內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于具有管嘴凸臺的管件結(jié)構(gòu)的成型方法和成型裝置，所述成型方法包括以下步驟S1、在管坯上構(gòu)造出一個塑性流變區(qū)，所述塑性流變區(qū)的長度范圍內(nèi)的材料體積大于或等于待成形的管嘴凸臺的體積，且在所述管坯的塑性流變區(qū)的外部設(shè)置外模具；S2、從所述管坯的兩端向所述管坯的塑性流變區(qū)施加軸向的鐓擠力以使所述管坯的塑性流變區(qū)內(nèi)的材料側(cè)向移動以形成管嘴凸臺。根據(jù)本發(fā)明實施例的成型方法，提高了管件的管嘴凸臺結(jié)構(gòu)的力學性能，管嘴凸臺的成型過程中，操作簡便易控、材料利用率和合格率高，制造周期短。
文檔編號B21C37/15GK102921764SQ201210236488
公開日2013年2月13日 申請日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月10日
發(fā)明者林峰, 王欣, 潘際鑾, 張磊, 張婷, 馮瀟 申請人:清華大學