專利名稱：變截面薄壁鈦管流體力學(xué)成形裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種薄壁管成形技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種變截面薄壁鈦管流體力學(xué)成形裝置。
背景技術(shù)：
鈦是一種性能優(yōu)良、在發(fā)展經(jīng)濟(jì)和國家安全中具有戰(zhàn)略意義的金屬，被稱為“太空金屬”、“海洋金屬”。鈦合金與其它結(jié)構(gòu)材料比較，其最重要的優(yōu)點(diǎn)是比強(qiáng)度高，熱強(qiáng)性好， 在400°C 500°C溫度范圍內(nèi)，鈦合金的比強(qiáng)度超過了多數(shù)不銹鋼和抗氧化鋼。鈦合金在低溫下基本上不變脆(低碳鋼在-50°C沖擊韌性只是室溫時的1/10)，α型鈦合金在液氫溫度(_253°C )下的強(qiáng)度為室溫的2倍，同時具有滿意的塑性。用鈦合金代替不銹鋼和高溫合金等材料制造零件，可以大幅度地減輕產(chǎn)品質(zhì)量，受到航空、航天工業(yè)的極大重視，已經(jīng)在歐美多種先進(jìn)型號的飛機(jī)上應(yīng)用，40 50%導(dǎo)管采用鈦合金。同時，也越來越受到汽車、機(jī)車、電力、化工、艦船上熱交換器和冷凝器等工業(yè)部門的青睞。近年來，隨著各行業(yè)新材料及特性材料使用力度加大，航天航空、艦船、核電及海水管路領(lǐng)域鈦材用量急劇增加，使鈦合金管路配件中的高質(zhì)量、高性能變截面薄壁管件用量也隨之劇增。但是，它是一種難變形金屬。目前，我國所需鈦合金管材主要依賴進(jìn)口。液體擠壓法是制造沿軸向變截面管材的先進(jìn)方法。但是存在所需液體壓力高、耗能高、工件一次變形程度小，有時需要多次退火才能完成液體擠壓或液壓脹形。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，在《鈦合金管件成形與連接技術(shù)在航空工業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢》(2009年10月27日“第十一屆全國塑性工程學(xué)術(shù)年會論文集，第一屆管材成形技術(shù)學(xué)術(shù)研討會”P. 14 33)中記載了制造鈦合金管材的方法，列舉了滾壓法、脹形法、脈沖法等，未涉及本發(fā)明流體力學(xué)成形方法。但是該技術(shù)所涉及的成形方法使變形材料的變形程度低，效率不高，更重要的是未涉及變截面管的成形問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種變截面薄壁鈦管流體力學(xué)成形裝置，用流體力學(xué)成形方法來完成沿軸向變截面薄壁管成形裝置及工藝。流體力學(xué)成形的薄壁管與縮頸和在動芯棒上液體擠壓相比，允許擴(kuò)大變形程度達(dá)30%以上，增加制造零件的品種并提高勞動生產(chǎn)率。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括密封殼體和與之相連的高壓接頭以及設(shè)置于密封殼體內(nèi)的柱塞和模具，其中柱塞內(nèi)部設(shè)有凹模，模具內(nèi)套接有正對壓力機(jī)頂桿的接桿，柱塞、密封殼體以及模具構(gòu)成空腔且空腔內(nèi)充滿液壓用工質(zhì)，模具的上端和下端分別與柱塞和液壓工質(zhì)相接觸。所述的柱塞的頂端與壓力機(jī)滑塊固定連接。所述的凹模具體位于柱塞的窩座內(nèi)并采用螺母固定實(shí)現(xiàn)靜配合。所述的密封殼體的底部設(shè)有臺階，該密封殼體與接桿相接觸的位置設(shè)有堵頭。
所述的高壓接頭具有良好密封并用加厚螺母固緊在密封殼體的外壁上。所述的密封殼體固定設(shè)置于壓力機(jī)臺面上。所述的模具內(nèi)設(shè)有導(dǎo)通油路以進(jìn)一步加強(qiáng)液壓工質(zhì)的流動性。所述的模具的上端內(nèi)部固定設(shè)有帶縱向孔的螺帽，該螺帽的內(nèi)部與工件的外壁相接觸以實(shí)現(xiàn)軸向精確定位。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于流體力學(xué)成形的薄壁管與縮頸和在動芯棒上液體擠壓相比， 允許擴(kuò)大變形程度達(dá)30%以上，增加制造零件的品種并提高勞動生產(chǎn)率。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖中a)毛坯端部與凹模接觸瞬間(左邊)和液體壓力建立瞬間(右邊)；b)變形結(jié)束瞬間并獲得空心零件。圖2為工件a)及變截面管件b)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例1如圖1所述，本實(shí)施例包括密封殼體1和與之相連的高壓接頭2以及設(shè)置于密封殼體1內(nèi)的柱塞3和模具4，其中柱塞3內(nèi)部設(shè)有凹模5，模具4內(nèi)套接有正對壓力機(jī)頂桿 16的接桿6，柱塞3、密封殼體1以及模具4構(gòu)成空腔7且空腔7內(nèi)充滿液壓用工質(zhì)8，模具 4的上端和下端分別與柱塞3和液壓工質(zhì)8相接觸。所述的柱塞3的頂端與壓力機(jī)滑塊9固定連接。所述的凹模5具體位于柱塞3的窩座內(nèi)并采用螺母10固定實(shí)現(xiàn)靜配合。所述的密封殼體1的底部設(shè)有臺階11，該密封殼體1與接桿6相接觸的位置設(shè)有堵頭12。所述的高壓接頭2具有良好密封并用加厚螺母10固緊在密封殼體的外壁上。所述的密封殼體1固定設(shè)置于壓力機(jī)臺面上。所述的模具4內(nèi)設(shè)有導(dǎo)通油路13以進(jìn)一步加強(qiáng)液壓工質(zhì)8的流動性。所述的模具4的上端內(nèi)部固定設(shè)有帶縱向孔的螺帽14，該螺帽14的內(nèi)部與工件 15的外壁相接觸以實(shí)現(xiàn)軸向精確定位。本裝置通過以下方式實(shí)現(xiàn)成形1)柱塞3位于原始位置且其內(nèi)部的頂桿位于上限位置，在模具4的錐面上安放潤滑后的毛坯，之后向密封殼體1內(nèi)注入液壓油至標(biāo)定位置，接著控制壓力機(jī)驅(qū)動頂桿下行到下限位置并接通壓力機(jī)進(jìn)行鍛造。2)柱塞3快速下行到密封殼體1的上腔入口瞬間，開始以2mm/s速度工作行程。 凹模5、毛坯的端部和模具4在接觸的瞬間開始向下運(yùn)動，此時液壓油從密封殼體1的下腔沿著模具4的縱向孔流向上腔直至充滿密封殼體1的上型腔，升高液壓油的壓力同時模具4停止下行。3)壓力油作用在模具4的一端和毛坯的側(cè)面的同時，由于密封殼體1容器的上腔直徑小于下腔直徑，對應(yīng)的模具4的上斷面的環(huán)形面積F1小于下斷面的環(huán)形面積F2 ；同樣的，密封殼體1的上下腔液體壓力差將模具4緊緊壓向毛坯。4)按照措施要求，實(shí)現(xiàn)變形所必需達(dá)到的ο 2和P的值開始流體力學(xué)成形過程柱塞3沿密封殼體1上腔下行且模具4反向上行，上升的模具4在恒定的壓力下進(jìn)行成形，在模具4和柱塞3接觸的瞬間，成形過程結(jié)束并控制壓力機(jī)壓力上升。5)柱塞3向原始位置運(yùn)動使得鍛件從模具4中脫出并滯留在凹模5中，直至由頂桿從凹模5中頂出鍛件，繼而模具4由壓力機(jī)的頂桿安放到原始位置，鍛件從工作區(qū)域取走，重復(fù)下一個成形周期。實(shí)施例2為了研究力的規(guī)范甚至分析過程的特點(diǎn)，完成了工件15的流體力學(xué)成形試驗(yàn)。使用冷拉高質(zhì)量薄壁管似6><1><100111111 (附圖加)，其材質(zhì)為工業(yè)純鈦TA1，按照GB/ T3624-1995標(biāo)準(zhǔn)制造，交貨狀態(tài)為按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范退火的軟狀態(tài)。為了對各種變形程度的工件15進(jìn)行試驗(yàn)，用Crl2MoV鋼制造了 4個凹模5，熱處理硬度為56 61HRC，凹模5的錐角為2 α =40°，工作帶孔徑依次為13、12、11和10mm。 工件15外表面涂上潤滑層，潤滑材料為覆膜+水基石墨。工件15的流體力學(xué)成形在圖1所示裝置中實(shí)現(xiàn)。所用容器的上腔直徑為40mm，下腔直徑為50mm ；支柱直徑為20mm。在容器這樣上下腔面積下，對于薄壁管(pl6xlmm軸向應(yīng)力為 σζ = 6·7ρ。在用規(guī)定變形程度成形工件15時的液體壓力精度控制在士3MPa，所用高壓表度量范圍達(dá)到500MPa。在試驗(yàn)中，球閥與容器的型腔相連，容器還裝有開啟的壓力表。同時能夠觀察瞬間穩(wěn)定的變形過程中壓力表的指針?biāo)笖?shù)據(jù)，并且能夠據(jù)此計(jì)算出工件15液壓擠壓所必需的力。這個力的一部分消耗在柱塞3、模具4和支柱密封的摩擦上。如果工件15的流體力學(xué)成形計(jì)算力建立在高壓表所示數(shù)據(jù)與壓力機(jī)表所示的力作比較，則其差值在克服裝置密封的摩擦力。管坯變形程度ε用下式確定ε = (Vf1)/f0(1)式中&、f,—分別表示管坯變形前后橫斷面積，mm2工件15變形程度ε用式(1)確定。對每一個ε成形3個工件15，故在裝置中安裝了相應(yīng)的凹模5。試驗(yàn)結(jié)果列于表1。表1工件15(pl6xlxl00mm流體力學(xué)成形與液體擠壓試驗(yàn)結(jié)果比較
權(quán)利要求
1.一種變截面薄壁鈦管流體力學(xué)成形裝置，包括密封殼體和與之相連的高壓接頭以及設(shè)置于密封殼體內(nèi)的柱塞和模具，其特征在于柱塞內(nèi)部設(shè)有凹模，模具內(nèi)套接有正對壓力機(jī)頂桿的接桿，柱塞、密封殼體以及模具構(gòu)成空腔且空腔內(nèi)充滿液壓用工質(zhì)，模具的上端和下端分別與柱塞和液壓工質(zhì)相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變截面薄壁鈦管流體力學(xué)成形裝置，其特征是，所述的柱塞的頂端與壓力機(jī)滑塊固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變截面薄壁鈦管流體力學(xué)成形裝置，其特征是，所述的凹模位于柱塞的窩座內(nèi)并采用螺母固定實(shí)現(xiàn)靜配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變截面薄壁鈦管流體力學(xué)成形裝置，其特征是，所述的密封殼體的底部設(shè)有臺階，該密封殼體與接桿相接觸的位置設(shè)有堵頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變截面薄壁鈦管流體力學(xué)成形裝置，其特征是，所述的高壓接頭采用加厚螺母固緊在密封殼體的外壁上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變截面薄壁鈦管流體力學(xué)成形裝置，其特征是，所述的模具內(nèi)設(shè)有導(dǎo)通油路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的變截面薄壁鈦管流體力學(xué)成形裝置，其特征是，所述的模具的上端內(nèi)部固定設(shè)有帶縱向孔的螺帽，該螺帽的內(nèi)部與工件的外壁相接觸以實(shí)現(xiàn)軸向精確定位。
全文摘要
一種薄壁管成型技術(shù)領(lǐng)域的變截面薄壁鈦管流體力學(xué)成形裝置，包括密封殼體和與之相連的高壓接頭以及設(shè)置于密封殼體內(nèi)的柱塞和模具，柱塞內(nèi)部設(shè)有凹模，模具內(nèi)套接有正對壓力機(jī)頂桿的接桿，柱塞、密封殼體以及模具構(gòu)成空腔且空腔內(nèi)充滿液壓用工質(zhì)，模具的上端和下端分別與柱塞和液壓工質(zhì)相接觸。本發(fā)明用流體力學(xué)成形方法來完成沿軸向變截面薄壁管成形裝置及工藝。流體力學(xué)成形的薄壁管與縮頸和在動芯棒上液體擠壓相比，允許擴(kuò)大變形程度達(dá)30％以上，增加制造零件的品種并提高勞動生產(chǎn)率。
文檔編號B21D26/033GK102172705SQ201110051478
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者吳振清, 王以華, 王韌 申請人:上海樺廈實(shí)業(yè)有限公司