一种基于体积减小的管件液压成形工艺及成形装备技术领域
本发明涉及一种利用体积减小的液压成形技术进行管件成形的工艺，涵盖了钢、
铝、镁等金属管，以及金属管与高分子材料组合而成的复合管的塑性成形技术领域。
背景技术
管件内高压成形工艺为：利用高压流体产生的压力，充塞在管件A内部充当凸模，
外部随产品形状的模具钢B充当凹模，经历投料、模具闭合、管件内预充流体、加压、同时轴
向液压缸轴向推料成形和开模取料几个阶段完成管件成形，其中，根据产品及成形性的需
要，过程先后会有交叉。
目前常见管件成形工艺为向管内注入高压水的内高压成形，内高压工艺成形力
大，通常内压在0-400MPa左右，因此内高压注水系统设备投资巨大，加工成本高，成形时间
长（30秒左右），限制了零件的广泛应用。
另一方面，加工成本较低的管件冲压成形技术，在工件需要弯管、管件的中段具有
形状特征需要成形的情况下，由于金属管内部中空，成形时的变形难以控制，常常随着压
机、管件原材料和模具状态的波动而波动，难以满足产品稳定性的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种外加内压在1-50MPa的中低压注水系统，和可以保证成
形时内压可达150~250mpa高压的保压系统，实现低成本高效率液压成形的工艺，在所有的
几何特征中，同等周长下圆的面积是最大的（大多数管件成形的原材料均为圆管），所以在
成形过程中，大多伴随管内中空体积减小的现象，因此，在管件液压成形过程中，完全可实
现体积减小，管内液体净流出的工艺过程，强行向管内注入高压水的工艺可以改变为控制
水净流出时的高压压力的“保压过程”，不再需要向管内注水的高压系统。
为了达到上述目的，采用以下基于体积减小的管件液压成形工艺：首先根据最终
产品的周长变化，先对直管进行扩管/缩管；然后根据产品形状对管件进行弯管、空管预成
形等工序，得到体积比最终工件大的半成品管件；再然后对半成品管件进行无高压注水的
液压成形，液压成形工艺包括以下步骤，S1：半成品管件内部低压通水，将半成品管件内部
的气体置换排出；S2:半成品管件两端部密封；S3：向半成品管件内部注射低压水；S4：对半
成品管件外施加压力，半成品管件在内外压力的双重压力下成形。
优选的，所述低压水的压力在1-50MPa之间。
优选的，S4中，半成品管件成形过程中，管件内部可采用高压保压力，范围可在1-
400mpa范围内。
还提供一种成形工艺的成形装备，包括：成形模具、压机设备，所述成形模具包括
有上下模，用于放置和固定半成品管件；所述压机设备包括有：注水系统、高压保压系统、压
机滑块和封头，利用注水系统对半成品管件内部注低压水，利用封头将半成品管件两端口
封住；利用压机滑块施加力于成形模具，用于对半成品管件施加外部压力；利用高压保压系
统保持半成品管件内部的压力。
优选的，成形装备还包括有：轴向成形装置、增压装置，利用轴向成形装置完成半
成品管件端部的成形，增压装置用于在上下模闭合过程中对工件的内部内压过高自动泄
压。
本发明的有益效果：先进行预成形得到半成品管件，对半成品管件进行低压注水
并封住两端口，再进行低压注水以保证管件内部压力，利用压机设备进行外力的施加，半成
品管件在内外双重压力下完成成形，本专利申请采用低压、中低压注水代替了传统高压注
水，设备投资小、生产成本低。
附图说明
图1为本专利申请中关于成形装备的结构示意图；
图2为一种变截面半成品管件的示意图；
图3为图2中半成品管件成形过程中的截面图；
图4为一种等截面半成品管件的示意图；
图5为图4中半成品管件成形过程中，管件内外受力的结构示意图；
图6为本专利申请的工艺流程图；
图中，1、半成品管件；2、上模；3、下模；4、注水系统；5、压机滑块；
P代表管件内部的压力。
具体实施方式
提供一种成形工艺的成形装备，如图1所示，包括：成形模具、压机设备，所述成形
模具包括有上下模，用于放置和固定半成品管件；所述压机设备包括有：注水系统、1-
400mpa的高压保压系统、200-5000吨成形力的压机滑块和封头，利用注水系统对半成品管
件内部注低压水，在半成品管件两端口封住封头，用于保证半成品管件内部的压力；利用压
机滑块施加力于成形模具，用于对半成品管件施加外部压力；利用高压保压系统用于控制
水净流出时的高压压力，不再需要向管内注水，用于保持半成品管件内部的压力。
优选的，所述注水系统包括：0.1-25mpa的低压水快速注水系统、1-50mpa的中低压
注水系统。
优选的，所述成形装备还包括有：轴向成形装置、增压装置，利用轴向成形装置完
成半成品管件端部的成形，增压装置用于在上下模闭合过程中对工件的内部内压过高自动
泄压。
由图6所示可知，本专利所提供的基于体积减小的管件液压成形工艺，首先根据最
终产品的周长变化，先对直管进行扩管/缩管；然后根据产品形状对管件进行弯管、空管预
成形等工序，得到体积比最终工件大的半成品管件；再然后对半成品管件进行无高压注水
的液压成形。
其中，所述弯管工艺中，弯管轴线为二维或三维曲线，通过弯管机完成；扩管和缩
管工艺，对工件的管径进行局部的扩大或缩小，通过扩管机和缩管机完成；空管预成形在工
件空管内部不填充压力液体的条件下对工件进行初步的成形加工，加工的工序多少随工件
特征不同和工艺的实际需要而不同。
液压成形工艺包括以下步骤，S1：利用0.1-25mpa的低压水快速注水系统对半成品
管件内部进行快速低压通水，将半成品管件内部的气体置换排出；S2:模具的液压缸在压机
设备液压源的作用下，推动模具封头将半成品管件两端密封；S3：模具封头上有水孔，注水
系统通过该水孔向半成品管件内部注射低压水，压力在1-50MPa之间；S4：压机滑块下行，成
形模具的上模在压机滑块作用下向下运动直至与下模闭合，对半成品管件外施加压力；S5：
压机设备的高压保压系统起作用，在成形过程中保持对管件内部的压力，半成品管件在内
外压力的双重压力下成形；当管件内液体体积减小引起内压升高并超过设置的极限压力值
时，保压液压系统阀门打开，内压液体流出，压力保持在设置峰值，与此同时在内压与外部
模具的双重压力下，管件完成成形，得到所需工件。
优选的，S4中，半成品管件成形过程中，管件内部采用保压力，范围可在1-400mpa
范围内，具体的数值根据与压机滑块动作和/或模具轴向缸动作联动的极限压力曲线进行
提前设置。
优选的，对于S5，当工作沿轴线的周长变化小于2%甚至没有变化时，可以根据工艺
需要，不启用高压保压系统，仅对工件密封并注入1-50mpa中低压预压后，压机滑块闭合，完
成工作的成形。
实施例1提出对如图2所示的变截面管件的成形，且启用了高压保压系统，首先把
所需成形的半成品管件进行预成形，使半成品管件的左右方向要比型腔小一些，此时的半
成品管件比最终产品体积大，周长小于等于最终产品这样模具合模时就不会夹料。
如图4、5所示，把预成形后管件放入液压模具中，确切的说是置于上模和下模之
间，进行液压成形工作，成形步骤如下：S1：向管件中快速注入低压水排出管内空气；S2：成
形模具的液压缸在压机设备液压源的作用下，推动模具封头将半成品管件两端密封；S3：压
机设备向模具封头的水孔注射中低压水P，使管件内的压力在1-50MPa之间；S4：压机滑块下
行，模具上模在压机滑块作用下向下运动，并与下模闭合；S5：设备的保压液压系统起作用，
保压力可在1~400mpa范围内提前设置为与压机滑块动作和/或模具轴向缸动作联动的极限
压力曲线；当管内液体体积减小引起内压升高并超过设置的极限压力值时，保压液压系统
阀门打开，内压液体流出，压力保持在设置峰值，与此同时在内压与外部模具的双重压力
下，管件完成成形，得到所需工件。
实施例2提出对如图4所示的等截面管件的成形，把所需成形的管件进行弯管和预
成形，使管件的左右方向要比型腔小一些，此时的管件比最终产品体积不大于2%，把预成形
后管件放入液压模具中，如图5所示，置于上模和下模之间，进行液压成形工作，成形步骤如
下：S1：向管件中快速注入低压水排出管内空气；S2：成形模具的液压缸在压机设备液压源
的作用下，推动模具封头将半成品管件两端密封；S3：压机设备向模具封头的水孔注射中低
压水P，使管件1内的压力在1-50MPa之间；S4：不启用高压保压系统，压机滑块下行，模具上
模在压机滑块作用下向下运动，并与下模闭合，管内液体体积减小引起内压升高，管件完成
成形，得到所需工件。
本专利申请采用低压、中低压注水代替了传统的高压注水，节省了成本、减少了设
备的投资，具体数据如下表：
通常内高压(RMB)
低压成形（RMB）
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生产线
5000万
1500万
产能（/年）
100万件
100万件
单件价格
40-50元
15元
模具费
100%
60%
上述实施例仅例示性说明本专利申请的原理及其功效，而非用于限制本专利申请。任
何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或
改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本专利申请所揭示的精神与技
术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利请的权利要求所涵盖。