專利名稱:單層管狀零件增加強(qiáng)度的工藝及實(shí)施該工藝的裝置的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于提高強(qiáng)度的方法，為了提高單層管狀零件，如液壓缸的耐內(nèi)壓力性能，以及實(shí)施該方法的裝置。
在承受內(nèi)壓力的管子的內(nèi)表面存在最大的剪切應(yīng)力，而其外表面的剪切應(yīng)力隨壁厚的增加而減小。特別是在壁厚管子外部，材料強(qiáng)度沒(méi)有完全利用。
為了改善材料的利用情況已經(jīng)提出建議，將幾個(gè)管子相互套在里面，每次將外管先預(yù)熱，然而套在內(nèi)管外面。冷卻后，外管熱壓配合在內(nèi)管上，這樣在外管中形成剪切應(yīng)力，而在內(nèi)管中形成壓應(yīng)力。用這方法，在工作狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力能夠較多的分布在橫截面上。此外，已經(jīng)眾所周知的，管子內(nèi)部用機(jī)械方法使其變形，特別是用液體或氣體加壓，負(fù)荷超過(guò)材料的屈服極限，產(chǎn)生永久變形。在管子內(nèi)部用這種方式產(chǎn)生的機(jī)械變形，管子外部也擴(kuò)大了，管子外部的應(yīng)力大都剛在屈服極限以下，管子外部的彈性變形又導(dǎo)致永久變形管子內(nèi)部受一預(yù)加壓應(yīng)力。在管子內(nèi)部加壓的方法更是眾所周知的，用一特殊工具將內(nèi)壁作滾壓處理，或用一個(gè)具有過(guò)盈尺寸的芯棒擠壓穿過(guò)，或在管子內(nèi)部用高壓液體冷拔。對(duì)于管壁較厚的用高壓液體冷拔或用具有過(guò)盈尺寸芯棒擠壓穿過(guò)特別有利，但這些方法同時(shí)帶來(lái)了缺點(diǎn)，因要求有很高的力或壓力，就要求相對(duì)講是大的設(shè)備費(fèi)用。在管壁有臺(tái)階的管子時(shí)，用這些方法，費(fèi)用更高，因?yàn)檫@種管子有不同的管子截面，就需要用不同的壓力或用不同的芯棒或按內(nèi)徑分級(jí)芯棒加工。
本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種開(kāi)始就提到的方法，用了這種方法，使得應(yīng)力分布在管壁截面上更為合理，這方法加了預(yù)應(yīng)力，在工作狀態(tài)時(shí)，管壁截面的應(yīng)力分布更為均勻。本發(fā)明的方法解決該任務(wù)的主要點(diǎn)是，在管形另件外部沿軸向移動(dòng)加熱，同時(shí)在其內(nèi)部管子總長(zhǎng)或部分范圍內(nèi)，徑對(duì)對(duì)外加壓。這樣就使管子外部在軸向范圍加熱，而防止因加熱在縱向體 增加。加熱時(shí)主要因外經(jīng)增大而使體積增加。當(dāng)外經(jīng)增加的同時(shí)，在管子內(nèi)部存在內(nèi)壓力，超過(guò)材料彈性變形極限，使其產(chǎn)生永久變形，冷卻時(shí)在管子外部形成兩個(gè)方向的拉應(yīng)力，在其內(nèi)部形成兩個(gè)方向的壓應(yīng)力。在管子內(nèi)部同時(shí)用了經(jīng)向向外的壓力載荷，則在管子外部用的熱載荷就小，加熱就不會(huì)帶來(lái)冶金方面的缺點(diǎn)。原則上，外部加熱不超過(guò)彈性極限，是通過(guò)在內(nèi)部經(jīng)向向外的壓力在管壁形成拉應(yīng)力，該拉應(yīng)力隨外部加熱傳到管壁截面多少深度而定。在管子外部加熱，同時(shí)在管子內(nèi)部加壓力載荷，在總的管壁厚度上產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，這樣就能在工作壓力下，在總的管壁厚度上保證產(chǎn)生極均勻的載荷。更好的是在管形另件內(nèi)部加壓力載荷時(shí)，可同時(shí)使其冷卻，這樣又增加了加壓或加熱作用深度可控性。
外部加熱溫度范圍從100℃至600℃，尤其選用100℃至350℃為好，就能保證在管壁材料中不會(huì)出現(xiàn)組織的變化。為了更好的控制加熱作用深度最好用感應(yīng)法加熱，可改變其電流頻率或感應(yīng)線圈移動(dòng)速度控制加熱作用深度。較好的方法是加熱作用深度限制在管狀另件材料截面從外到里的20-50%。
用特別簡(jiǎn)單的方式，在內(nèi)部加壓的同時(shí)用管子內(nèi)部的冷卻水冷卻內(nèi)壁。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置，其基本特征是有一個(gè)與管形另件外徑相配的高頻感應(yīng)線圈及與內(nèi)壁緊密配合的基本上為園柱形填充物，其兩端放密封圈之間的外徑較小，形成的環(huán)狀空間可充水且可冷卻和/或用液壓加載。這樣一個(gè)園柱形填充物可允許在管子軸向長(zhǎng)度上應(yīng)用所希望的內(nèi)壓力，這樣可在管子軸向長(zhǎng)度上不同壁厚計(jì)算并加以變化的內(nèi)壓力。還可能考慮到管子軸向長(zhǎng)度上不同壁厚，用感應(yīng)線圈加熱，感應(yīng)加熱效應(yīng)基本上受線圈軸向長(zhǎng)度限止，用感應(yīng)線圈在管子軸向長(zhǎng)度上根據(jù)不同壁厚，調(diào)整至不同的加熱程度。
用特別簡(jiǎn)單的方式，在裝置的未端可有一孔，通入壓力液體，接通至少一個(gè)經(jīng)向孔，通至外經(jīng)較小的環(huán)狀空間，用該裝置使管子在軸向受限止的范圍受到壓力。
加內(nèi)壓力并用水冷卻的裝置，最好是這樣的結(jié)構(gòu)，在填充物兩端截面范圍內(nèi)，外徑較小的環(huán)狀空間設(shè)置兩孔，為了通水和環(huán)狀空間的通氣，通冷卻介質(zhì)的軸向孔基本上在中心軸處。
如果高頻感應(yīng)線圈的電源其電流強(qiáng)度和/或頻率是可調(diào)的，這常常是有利的。
本發(fā)明裝置的實(shí)施例在附圖中用草圖表示。管子壁厚上受到的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力用曲線作進(jìn)一步說(shuō)明。
在附圖中，圖1是本發(fā)明裝置第一個(gè)實(shí)施例的草圖，圖2是與圖1類如的本發(fā)明裝置作了改變的實(shí)施例，圖3為感應(yīng)線圈沿壁厚達(dá)到的溫度分布曲線，圖4至圖8是用了不同工藝措施剪切應(yīng)力分布曲線。圖9是在工作壓力下用本發(fā)明方法得到的剪切應(yīng)力分布曲線。
在圖1中管壁用1表示。在管子外邊設(shè)置一感應(yīng)線圈2，感應(yīng)線圈可沿管子軸線方向，即箭頭3所示方向移動(dòng)。高頻電源線用4表示，高頻電源本身用公知的方法可調(diào)節(jié)其電流強(qiáng)度和頻率。
在管壁1內(nèi)部放入填充物5，借助于密封圈6與管壁1內(nèi)部緊密配合。填充物在軸心范圍a內(nèi)外經(jīng)較小為b，而形成環(huán)狀空間7。填充物5在軸向開(kāi)了一個(gè)輸入壓力油的孔8，與徑向孔9與環(huán)狀空間相通。將壓力油壓入軸向孔8，在環(huán)狀空間7中對(duì)管壁1內(nèi)部加壓，由于加壓使管壁內(nèi)部產(chǎn)生冷變形，在管壁截面范圍內(nèi)擴(kuò)展，可用高頻線圈2中的不同電流強(qiáng)度或不同頻率控制變形程度。
在圖2中的結(jié)構(gòu)，在填充物5上開(kāi)一軸向通孔10，將冷卻液通入該孔，可通過(guò)填充物5。在填充物兩端11處有兩通孔12，一處連接進(jìn)水管，另一處接出水管或通氣管。通過(guò)一個(gè)孔或進(jìn)水管12將水充滿環(huán)狀空間7。在環(huán)狀空間7中充滿水以后，從中心孔10通入冷卻物質(zhì)，使水冷卻。這樣，管壁內(nèi)部在加徑向壓力達(dá)到同時(shí)冷卻的目的。感應(yīng)線圈還是用2表示，在箭頭3方向可按不同移動(dòng)速度移動(dòng)。
內(nèi)壓力也可通過(guò)壓入相對(duì)管子內(nèi)經(jīng)過(guò)盈的芯棒產(chǎn)生。芯棒與感應(yīng)線圈必須同步向前移動(dòng)。在壁厚呈階梯形不同配合。
圖3是表示在管子外部感應(yīng)加熱的作用。用高頻加熱，在管壁厚度內(nèi)，沿管壁橫截面C達(dá)到的溫度梯度，為了加熱管子外表這與從外到里的加熱可調(diào)深度有關(guān)。圖4表示隨加熱而定的剪切應(yīng)力分布，但未加壓力。圖5表示在加壓未加熱時(shí)管壁的部份范圍內(nèi)彈性伸長(zhǎng)，用圖表示其關(guān)系。圖6表示加熱同時(shí)加壓時(shí)剪切應(yīng)力的關(guān)系。圖7表示在加壓且冷卻時(shí)剪切應(yīng)力分布。圖8表示在無(wú)壓力狀態(tài)冷卻預(yù)料處理得到的剪切應(yīng)力分布。當(dāng)管子內(nèi)部加上工作壓力，在管子內(nèi)部存在的預(yù)加壓應(yīng)力在很大程度上有能力承受工作壓力，圖9表示沿總的管壁厚度C處剪切應(yīng)力分布較均勻。
權(quán)利要求
1.提高強(qiáng)度的方法，為了提高單層管狀零件，如液壓缸的耐內(nèi)壓力性能，其特征是，在管狀另件外部設(shè)置一個(gè)沿軸向移動(dòng)的加熱同時(shí)在其內(nèi)部管子總長(zhǎng)或部分范圍內(nèi)，徑向向外加壓。
2.按權(quán)利要求
1的方法，其特征是，管狀另件內(nèi)部在加壓力載荷同時(shí)冷卻。
3.按權(quán)利要求
1或2的方法，其特征是，外部加熱溫度范圍選用100℃至600℃。
4.按權(quán)利要求
1至3的方法，其特征是，用感應(yīng)法加熱。
5.按權(quán)利要求
1至4的方法，其特征是，改變外邊的高頻感應(yīng)線圈的電流強(qiáng)度和/或頻率和/或感應(yīng)線圈的移動(dòng)速度，使加熱作用深度限制在管狀另件材料截面的20～50%。
6.按權(quán)利要求
1至5的方法，其特征是，內(nèi)壓力是用液壓，用冷卻水或壓入芯棒產(chǎn)生的。
7.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求
1至6的方法所用裝置，其特征是有一個(gè)與管形另件外徑相配的高頻感應(yīng)線圈(2)及與內(nèi)壁緊密配合的基本上為園柱形填充物(5)，其兩端放密封圈(6)之間的外徑較小，形成的環(huán)狀空間(7)可充水且可冷卻和/或用液壓加載。
8.按權(quán)利要求
7的裝置，其特征是在裝置的末端有一孔(8)，通入壓力液體，接通至少一個(gè)徑向孔(9)，通至外至較小的環(huán)狀空間。
9.按權(quán)利要求
7的裝置，其特征是在填充物兩端橫截面范圍內(nèi)，外徑較小的環(huán)狀空間設(shè)置兩孔(12)，為了通水和環(huán)狀空間(7)的通氣，通冷卻介質(zhì)的軸向孔(10)基本上在中心軸處。
10.按權(quán)利要求
7至9的裝置，其特征是高頻感應(yīng)線圈(2)的電源，其電流強(qiáng)度和/或頻率是可調(diào)的。
專利摘要
為了提高單層管狀零件的強(qiáng)度和耐內(nèi)壓力性能，在管子外部受限止軸向范圍內(nèi)加熱，且加熱可在管子軸向移動(dòng)。同時(shí)在管子內(nèi)部用了徑向向外的壓力，最好在加壓力載荷的同時(shí)，使管子內(nèi)壁冷卻。加熱時(shí)用高頻感應(yīng)線圈在管子縱向移動(dòng)。在管子內(nèi)壁插入一圓柱形填充物(5)，填充物在放密封圈(6)末端之間外徑較小。用這方法形成的環(huán)狀空間(7)充滿水，且使其冷卻和1或用壓力液體加載荷。
文檔編號(hào)B23P9/00GK85101782SQ85101782
公開(kāi)日1987年1月10日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者克里斯托夫·拉伯夫斯基 申請(qǐng)人:沃斯特-阿爾派因股份公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan