大截面差变径管件的加工装置及成形方法.pdf

大截面差变径管件的加工装置及成形方法，它涉及一种差变径管件的加工装置及成形方法。本发明的目的是为解决目前大截面差变径管件液压成形或扩口时常出现壁厚减薄过度及开裂、成形极限较低、达不到设计要求等问题。加工装置是凹模固装在工作台上，凸模置于凹模的内腔中，冲头的端部装在凹模内腔中，冲头上设有油路，凸模上设有凸模内孔，凸模内孔与溢流阀连接，冲头与凹模之间装有密封圈。方法是把凸模固定在工作台上；将凹模套在凸模上；管坯置于凹模内的凸模上部，冲头移入凹模，并利用锥面密封住管坯端部，向管坯内施加液压的同时，冲头下移，直至成形结束，取出工件。本发明的装置和方法适用于各种低塑性大截面差变径管件的加工成形。

1.  一种大截面差变径管件的加工装置，所述装置包括工作台(7)和溢流阀(8)，其特征在于所述装置还包括冲头(1)、密封圈(2)、凹模(3)和凸模(6)，凹模(3)固装在工作台(7)的上端面上，所述凸模(6)固定在工作台(7)的上端面上，凸模(6)置于凹模(3)的内腔中，所述冲头(1)装在凹模(3)的内腔中，并与凹模(3)的内腔滑动配合，所述冲头(1)上设有油路(1-1)，所述凸模(6)的上端面上沿轴向设有凸模内孔(6-1)，所述凸模内孔(6-1)与溢流阀(8)通过管路连接，所述冲头(1)的端部(1-2)的外壁为由上到下渐缩的圆锥面，所述凸模(6)的外壁为由上到下渐扩的圆锥面，所述凹模(3)的内腔侧壁由上到下由圆柱面和圆锥面构成，凹模(3)的内腔侧壁的圆锥面的直径由上到下逐渐增大，所述冲头(1)与凹模(3)之间装有密封圈(2)。

2、  一种使用权利要求1所述的大截面差变径管件的加工装置的成形方法，其特征在于所述成形方法的步骤是：一、把凸模(6)固定在工作台(7)上；二、将凹模(3)套在凸模(6)上，并固定在工作台(7)上；三、将管坯(4)放入凹模(3)的内腔中，管坯(4)的下端与凸模(6)的侧壁接触；四、将冲头(1)的端部(1-2)伸入凹模(3)的内腔中，冲头(1)的端部(1-2)的侧壁与管坯(4)的上端贴合；五、通过冲头(1)上的油路(1-1)向冲头(1)、管坯(4)和凸模(6)所形成的封闭空腔内注入传压介质(5)，并通过装在冲头(1)与凹模(3)之间的密封圈(2)将传压介质(5)密封在管坯(4)内；六、通过冲头(1)上的油路(1-1)不断向管坯(4)内注入传压介质(5)增压；七、随着管坯(4)内腔中的压力的增大，冲头(1)向下运动，管坯(4)的下端面与凸模(6)的侧壁贴合并向下运动，管坯(4)的下端逐渐变形扩大；八、当管坯(4)的内腔压力过大时，溢流阀(8)打开排除多余的传压介质(5)，使管坯(4)在运动的过程中始终与凸模(6)的侧壁紧密配合；九、当管坯(4)移动到工作台(7)的上端面时，管坯(4)制成大截面差变径管件，立即卸去管坯(4)内的液压；十、将冲头(1)沿着轴向撤出，将凹模(3)移走，取出大截面差变径管件。

3.  根据权利要求2所述的大截面差变径管件的成形方法，其特征在于所述管坯(4)的材料为镁合金、铝合金、钛合金、高强钢及高温合金。

大截面差变径管件的加工装置及成形方法
技术领域
本发明涉及一种变径管件的加工装置及成形方法。
背景技术
传统大截面差变径管件采用内高压成形时，往往需要“一模两件”才能加工成形，不仅增加后序分离步骤，还需要专用设备双侧加载，控制难度较大，精度也相对较低。在成形过程中，管件变径部位最大截面因处于双拉应力状态易出现壁厚过度减薄、开裂等缺陷；特别是对于低塑性材料，如铝合金、镁合金、钛合金和高强钢等，其成形极限较低、不仅成形中变形流动控制困难，且整体性能达不到设计和使用要求。另一种成形方法—扩口也存在着管件成形极限低，壁厚严重减薄等问题。为克服上述缺点，通常采用中间退火、局部加热、加背压或预成形等工序来提高管件的成形性能，由于增加了工序导致生产效率较低、制造成本增加。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有大截面差变径管件采用液压成形或扩口等加工方式中常出现壁厚减薄过度且易于开裂等缺陷，特别是对于低塑性材料，如铝合金、镁合金、钛合金和高强钢等，其成形极限较低、不仅成形中变形流动控制困难，且整体性能达不到设计和使用要求的问题，提供了一种适用于大截面差变径管件的加工装置及成形方法。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述装置包括工作台和溢流阀，所述装置还包括冲头、凹模和凸模，凹模固装在工作台的上端面上，所述凸模固定在工作台的上端面上，凸模置于凹模的内腔中，所述冲头装在凹模的内腔中，并与凹模的内腔滑动配合，所述冲头上设有油路，所述凸模的上端面上沿轴向设有凸模内孔，所述凸模内孔与溢流阀通过管路连接，所述冲头的端部的外壁为由上到下渐缩的圆锥面，所述凸模的外壁为由上到下渐扩的圆锥面，所述凹模的内腔侧壁由上到下由圆柱面和圆锥面构成，凹模的内腔侧壁的圆锥面的直径由上到下逐渐增大，所述冲头与凹模之间装有密封圈。
本发明的大截面差变径管件加工装置的成形方法的步骤是：一、把凸模固定在工作台上；二、将凹模套在凸模上，并固定在工作台上；三、将管坯放入凹模的内腔中，管坯的下端与凸模的侧壁接触；四、将冲头的端部伸入凹模的内腔中，冲头的端部的侧壁与管坯的上端贴合；五、通过冲头上的油路向冲头、管坯和凸模所形成的封闭空腔内注入传压介质，并通过装在冲头与凹模之间的密封圈将传压介质密封在管坯内；六、通过冲头上的油路不断向管坯内注入传压介质增压；七、随着管坯内腔中的压力的增大，冲头向下运动，管坯的下端面与凸模的侧壁贴合并向下运动，管坯的下端逐渐变形扩大；八、当管坯的内腔压力过大时，溢流阀打开排除多余的传压介质，使管坯在运动的过程中始终与凸模的侧壁紧密配合；九、当管坯移动到工作台的上端面时，管坯制成大截面差变径管件，立即卸去管坯内的液压；十、将冲头沿着轴向撤出，将凹模移走，取出大截面差变径管件。
本发明具有以下有益效果：1.采用本发明大截面差变径管件的装置加工成形时，无需专用设备，仅单侧加载即可实现成形过程，并且管件最大截面部位所处应力状态由双拉应力状态变为一拉一压应力状态，从而避免了缺陷的产生，显著地提高了成形极限。2.本发明的方法所需设备简单、易于控制，生产工序较少、周期缩短和成本也显著降低。特别对于低塑性材料而言，更易于实现提高其成形极限和提高壁厚均匀性。3.利用本发明的加工装置及方法制作出来的产品可广泛应用于航空航天、汽车及机械等领域，且能满足低塑性高强度结构件精度、强度和使用性能要求较高的需求。
附图说明
图1是利用本发明的装置加工大截面差变径管件成形前的结构示意图(设置有凸模)，图2是加工大截面差变径管件成形后的结构示意图，图3是利用本发明的装置加工大截面差变径管件成形前的结构示意图(未设置凸模)，图4是加工大截面差变径管件成形后的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的装置包括工作台7和溢流阀8，所述装置还包括冲头1、凹模3和凸模6，凹模3固装在工作台7的上端面上，所述凸模6固定在工作台7的上端面上，凸模6置于凹模3的内腔中，所述冲头1装在凹模3的内腔中，并与凹模3的内腔滑动配合，所述冲头1上设有油路1-1，所述凸模6的上端面上沿轴向设有凸模内孔6-1，所述凸模内孔6-1与溢流阀8通过管路连接，所述冲头1的端部1-2的外壁为由上到下渐缩的圆锥面，所述凸模6的外壁为由上到下渐扩的圆锥面，所述凹模3的内腔侧壁由上到下由圆柱面和圆锥面构成，凹模3的内腔侧壁的圆锥面的直径由上到下逐渐增大，所述冲头1与凹模3之间装有密封圈2。
具体实施方式二：结合图1、图2说明本实施方式的成形方法的步骤是：一、把凸模6固定在工作台7上；二、将凹模3套在凸模6上，并固定在工作台7上；三、将管坯4放入凹模3的内腔中，管坯4的下端与凸模6的侧壁接触；四、将冲头1的端部1-2伸入凹模3的内腔中，冲头1的端部1-2的侧壁与管坯4的上端贴合；五、通过冲头1上的油路1-1向冲头1、管坯4和凸模6所形成的封闭空腔内注入传压介质5，并通过装在冲头1与凹模3之间的密封圈2将传压介质5密封在管坯4内；六、通过冲头1上的油路1-1不断向管坯4内注入传压介质5增压；七、随着管坯4内腔中的压力的增大，冲头1向下运动，管坯4的下端面与凸模6的侧壁贴合并向下运动，管坯4的下端逐渐变形扩大；八、当管坯4的内腔压力过大时，溢流阀8打开排除多余的传压介质5，使管坯4在运动的过程中始终与凸模6的侧壁紧密配合；九、当管坯4移动到工作台7的上端面时，管坯4制成大截面差变径管件，立即卸去管坯4内的液压；十、将冲头1沿着轴向撤出，将凹模3移走，取出大截面差变径管件。所述管坯4的材料为镁合金、铝合金、钛合金、高强钢及高温合金。
本实施方式中，实际上仅需对管料单侧实施加载即可，因此，与传统管材液压成形或内高压成形所需专用设备(上部合模及两侧加载的三向控制)相比，在普通压力机即可实现成形过程；采用此实施方式时，管件变径部位最大截面处是一拉一压的应力状态，而非采用“一模两件”方式的传统管材液压成形中管件变径部位最大截面处的双拉应力状态。因此，可避免该部位壁厚过度减薄或开裂等缺陷的产生，且能显著地提高管件的成形极限，所需设备简单、且易于控制，生产工序较少、成本低。特别对于低塑性材料而言，更易实现整体性能满足设计和使用要求。
具体实施方式三：结合图3、图4说明本实施方式的成形方法的步骤是：一、将凹模3直接固定于工作台6上；二、将管坯4放入凹模3的内腔中，管坯4的下端与工作台7上端面接触；；三、将冲头1的端部1-2伸入凹模3的内腔中，冲头1的端部1-2的侧壁与管坯4的上端贴合；四、通过冲头1上的油路1-1向冲头1、管坯4和工作台7所形成的封闭空腔内注入传压介质5；五、随着管坯4内腔中的压力的增大，冲头1向下运动，管坯4的下端面与工作台7的上端面贴合并向外侧运动，管坯4的下端逐渐变形扩大；六、当管坯4的内腔压力过大时，溢流阀8打开排除多余的传压介质5；七、当管坯4沿着工作台6上端面移动到凹模内腔侧壁处时，管坯4制成大截面差变径管件，随即卸去管内液压；八、将冲头1沿着轴向撤出，将凹模3移走，取出大截面差变径管件。本发明的方法同样可适用于各种大截面差变径管件的液压成形。
本实施方式成形方法对管材端部的加工要求相对高一些，在成形过程中管件变径部位最大截面处轴向受到的是一个垂直的压应力，因此避免了大截面差管件壁厚过度减薄或开裂等缺陷的产生。