專利名稱：多通管接頭的塑擠成型工藝及模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多通管接頭及變斷面空心零件的塑擠成形工藝及模具。
管路系統(tǒng)在日常生活中及石油化工、電力、核電、機械等部門中應(yīng)用極為廣泛，而多通管接頭及變斷面空心零件是其不可缺少的零部件。日常生活中，如送水、送氣的管路系統(tǒng)，其內(nèi)壓小，強度性能要求低，因此采用鑄造、焊接方法生產(chǎn)這些零部件就足以滿足要求。而對于石油、化工、電力電站系統(tǒng)中采用的管路有一些特殊要求，如抗高壓、耐高溫、防腐防銹等，這樣，鑄造、焊接方法生產(chǎn)的管接頭就遠遠達不到要求，這就要求在材質(zhì)及加工方法上加以改進。多項模鍛加工是近年來迅速發(fā)展起來的鍛造新工藝，它綜合了模鍛和擠壓的優(yōu)點，克服了傳統(tǒng)鍛壓設(shè)備加工的局限性和效益低的弱點，具有鍛件尺寸精度高、質(zhì)量好、材料利用率高、節(jié)省能源等優(yōu)點，更主要的是可以一次鍛制出其它鍛壓方法無法或很難加的形狀復(fù)雜的鍛件，例如“T”、“+”型鍛件等。目前，常用的方法是管坯軟模脹形法，即采用液體、橡膠或氣體的壓力代替剛性凸?；虬寄?，使空心件或管狀坯料向外擴張，脹出所需的凸起曲面。國內(nèi)應(yīng)用較多的是橡膠脹形，而國外尤其是日本液壓脹形則占相當(dāng)大的比例。
軟模脹形法雖然具有許多優(yōu)點，但仍存在一些不足1、對于低強度、高塑性材料，軟模脹形法生產(chǎn)的鍛件必須增加沖支管底部的輔加工序;而對有些高強度材料則需增加沖孔一翻邊工序。
2、軟模脹形的變形特點主要是材料受切向和母線方向的拉伸，其脹形的變形程度受材料延伸極限的限制。
3、隨著變形程度的增加，內(nèi)壓的增加，橡膠脹形法將大量耗損橡膠，液壓脹形法的介質(zhì)泄漏也將加重。因此，要求的設(shè)備、模具的精度、密封性均較高。成本的提高，使軟模脹形法的應(yīng)用受到了一定的限制。
本發(fā)明有目的在于提供一個新的多通管接頭及變斷面空心零件的成形工藝及模具在這種加工工藝中，采用固體材料代替液體、橡膠作為密封、傳力成形介質(zhì)，從而降低生產(chǎn)成本，使產(chǎn)品的質(zhì)量、材料的利用率都有大幅度地提高。
本發(fā)明提供的多通管接頭及變斷面空心零件的塑擠成形工藝是采用固體材料作為密封、傳力成形介質(zhì)，首先將介質(zhì)溶化后注入或裝入預(yù)處理過的管坯或空心坯料中，然后把它們裝入可分模的凹模里，合緊凹模，沖頭向管坯和介質(zhì)加壓。沖頭在擠壓管坯的同時擠壓介質(zhì)，致使管坯內(nèi)形成高壓將管坯擠脹出所要求的形狀。沖頭繼續(xù)加壓，使介質(zhì)以足夠的壓力接凹模支管處刃口形狀沖去支管底部。將成形件取出凹模加溫溶化介質(zhì)，即可獲得所需要的成品件。充填介質(zhì)的數(shù)量要根據(jù)加工零件的形狀及變形量確定。充填的介質(zhì)可以是一種、也可以二種同時使用。成形過程可以在室溫也可以在高溫中進行。
本發(fā)明提供的多通管接頭及變斷面空心零件塑擠成形模具主要由可分模的凹模和沖頭組成，沖頭下端部應(yīng)有α為1～6°的錐度或有一個錐度α為2～6°的錐形中心孔。
按本發(fā)明采用的固體介質(zhì)是1、在室溫40℃以下選用的固體介質(zhì)為a.含有Bi54-58%，Pb16-18%，Sn18-20%，Hg9-12%的合金材料。
b.含有Bi42-48%，Pb20-24%，Sn7-10%，Cd4-6%，In17-22%的合金材料。
c.含有Bi48-52%，Pb20-24%，Sn10-13%，In18-22%的合金材料。
d.含有Bi49-52%，Pb25-27%，Sn11-14%，Cd9-12%，的合金材料。
e.含有Bi50-53%，Pb30-40%，Sn0-16%，Cd0-8.2%，的合金材料。
f.熔點為45-70℃的工業(yè)石蠟制品。
g.熔點為100-140℃的亞硝酸鹽及硝酸鹽制品。
2、高于室溫選用的固體介質(zhì)為a.熔點為435～960℃的氯化鹽及其制品。
b.晶體熔點為300～1000℃的B2O2-PbO-ZnO系玻璃和B2O2-PbO-Tl2O系玻璃。
按本發(fā)明上述介質(zhì)熔化后可直接澆注管狀或空心坯料之中，也可以用澆注擠壓或粉末壓實的方法制成一定的形狀裝入管狀或空心坯料中作為傳力成形介質(zhì)。裝填的固體介質(zhì)可以是一種，也可以是二種同時使用。對成形同一金屬材料的零件，可選用強度極限較高的固體介質(zhì)作為密封傳力介質(zhì)設(shè)置于沖頭的端部，選用強度極限較低的固體介質(zhì)設(shè)置于管狀或空心坯料的中部作為傳力成形介質(zhì)。為了調(diào)節(jié)控制坯料內(nèi)壁承受介質(zhì)壓力的大小，在坯料的介質(zhì)中還可以設(shè)置芯棒，以減小成形力、節(jié)約能耗。
按本發(fā)明可根據(jù)管狀或空心坯料膨脹量的大小和幾何形狀特征充填介質(zhì)的數(shù)量有所不同，膨脹量大的零件，充填介質(zhì)的數(shù)量較多，使坯料端部與沖頭肩部有外間隙。膨脹量較小的零件。充填的介質(zhì)較少，沖頭端部與內(nèi)充介質(zhì)的端部有內(nèi)間隙。對一側(cè)膨脹量大的零件，將對應(yīng)的另一側(cè)管狀坯料的兩端部切去坡口，對于四通兩側(cè)膨脹量大的零件，則將管狀坯料的兩端向內(nèi)切去對稱的坡口，坡口的高度要按管狀坯料的長度、壁厚、軸向壓縮量及膨脹量確定。
按本發(fā)明選用強度極限較高的固體介質(zhì)作為密封傳力介質(zhì)置于靠近沖頭的坯料的上下端部，選用強度極限較低的固體介質(zhì)作為傳力成形介質(zhì)置于坯料中部。零件成形極限大的應(yīng)選用強度極限較高的固體介質(zhì)，零件成形極限小的選用強度極限較低的固體介質(zhì)。
按本發(fā)明強度極限較高的成形金屬選用的固體介質(zhì)的強度極限也相對較高，反之，選用強度極限較低的固體介質(zhì)。塑性較低的金屬材料選用強度極限相對較高的固體介質(zhì)，塑性較高的金屬材料選用強度極限相對較低的固體介質(zhì)。
按本發(fā)明施加壓力的沖頭下端應(yīng)有α＝1～6°的錐度，或有一個錐度為α＝2～6°的錐形中心孔。
按本發(fā)明在加工之前，管狀及空心毛坯的外表面要進行潤滑處理，以減小外表面摩擦系數(shù)。其內(nèi)壁還要進行酸洗，堿洗和水清洗等措施，以增加內(nèi)表面的粗糙度。
附圖及實施例

圖1～3為三通、四通及變斷面空心零件的剖視圖。
圖4～6為塑擠成形工藝的工作原理。
圖7～8為充填二種介質(zhì)的管狀坯料剖視圖。
圖9～10為充填二種和一種介質(zhì)中間加有芯棒的管狀坯料剖視圖。
圖11～12為沖頭剖視圖。
圖13為沖頭肩部與坯料端部有外間隙的管狀坯料剖視圖。
圖14為沖頭端部與介質(zhì)端部有內(nèi)間隙的管狀坯料剖視圖。
圖15為兩端部切去對稱坡口的管狀坯料剖視圖。
圖16為兩端部切去一側(cè)坡口的管狀坯料剖視圖。
在圖4中，(1)為沖頭，(2)是凹模，(3)為管狀坯料，(4)為固體介質(zhì)，(5)為支管處頂桿。在圖5中(6)為支管。在圖6中(7)為已沖開的支管底部。
下面以加工三通管接頭為例說明本發(fā)明，這是本發(fā)明最合適的具體實施例(見圖4-6)。
本例采用的固體介質(zhì)是含有Bi42-48%，Pb16-18%，Sn18-20%，Hg9-12%的合金材料。施加壓力的沖頭其中部有直徑φ為10毫米、錐角α為3°的錐形中心孔(見圖11)。管狀坯料的預(yù)處理包括a.管狀坯料的外表面進行磷化、皂化處理或涂以特制的潤滑劑，以降低成酹過程中坯料表面與凹模表面的摩擦系數(shù)，坯料內(nèi)壁需要酸洗、堿洗和水清洗，以增加與接觸固體成形傳力介質(zhì)(4)的摩擦系數(shù)。
b.管狀坯料(3)的上下端部切去坡口(圖4～6中未注出見圖5)。零件膨脹量較小時坯料也可不切坡口。
將熔化的固體成形傳力介質(zhì)(4)澆注于管狀坯料(3)中，充填的介質(zhì)較少，沖頭(1)端部與內(nèi)充固體成形傳力介質(zhì)(4)端部有內(nèi)間隙(管狀坯料中還可以注入二種不同的固體成形傳力介質(zhì)例如圖7、圖8，在介質(zhì)中還可以設(shè)置芯棒例如圖9、圖10)。然后將管狀坯料(3)裝入可分模的凹模(2)，含緊凹模(2)，上下沖頭(1)以一定的速度向管坯和介質(zhì)加壓，管坯(3)內(nèi)形成的高壓將管坯擠脹出三通的支管(6)(見圖5)，沖頭(1)繼續(xù)對管坯(3)和固體傳力成形介質(zhì)(4)加壓，介質(zhì)(4)以足夠的壓力按凹模(2)支管處刃口形狀沖去支管底部(見圖6、7)。打開凹模(2)，熔化掉成形三通管接頭中的介質(zhì)(4)，即可獲得一次加工成形的管接頭。
本發(fā)明與現(xiàn)有工藝相比具有如下優(yōu)點沖頭一次加壓成形就能得到符合要求的支管長度，省略了打孔翻邊工序。對于壁厚相對于孔徑較薄或塑性較高、強度較低的銅、鋁、軟鋼等金屬制做的多通管(包括三通、四通)接頭和變斷面空心件，可在塑擠成形的同時一次沖出支管孔形和側(cè)壁孔形。
這種加工工藝還可以根據(jù)各種不同金屬材料高溫成形特性，選擇高于室溫的固體成形傳力介質(zhì)對上述零件進行高溫成形，成形溫度為200℃-900℃，這樣可以進一步提高一次塑擠成形系數(shù)和降低成形力，高溫成形是軟模脹形等工藝難于實現(xiàn)的。
對于某些成形繼續(xù)加工的零件，可以利用成形后內(nèi)充介質(zhì)作為支襯，以便于進行后繼工序加工。又由于固體介質(zhì)自身密封形成必要的成形高壓，因此與液壓脹形法相比，使用的設(shè)備、模具簡單，要求毛坯精度、塑性也較低，產(chǎn)品的質(zhì)量容易控制，成品率高，生產(chǎn)安全。另外，由于這種加工方法使用的固體介質(zhì)可以重復(fù)使用，有些固體介質(zhì)的價格比較低，在工藝過程中消耗又少，因此降低了零件的生產(chǎn)成本，其經(jīng)濟效益是十分明顯的。
權(quán)利要求
1.一種多通管接頭及變斷面空心零件的塑擠成形工藝，其特征是采用固體材料作為成形傳力介質(zhì)，首先將固體介質(zhì)加熱熔化后注入或裝入預(yù)處理過的管坯或空心坯料中，然后將坯料裝入可分模的凹模里，合緊凹模，沖頭開始向管坯和介質(zhì)加壓，至使管坯內(nèi)形成高壓將坯料擠脹出所要求形狀，沖頭繼續(xù)加壓使得介質(zhì)以足夠的壓力沖去支管底部，將成形件取出加溫熔化介質(zhì)，即可獲得高質(zhì)量的成形件，充填介質(zhì)的數(shù)量要根據(jù)加工零件的變形特點確定，充填的介質(zhì)可以是一種，也可以是二種，成形過程可在室溫也可在高溫中進行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑擠成形工藝，其特征是1)在室溫40℃以下選用的固體成形介質(zhì)是a.含有Bi54-58%，Pb16-18%，Sn18-20%，Hg9-12%的合金材料。b.含有Bi42-48%，Pb20-24%，Sn7-10%，Cd4-6%，In17-22%的合金材料。c.含有Bi48-52%，Pb20-24%，Sn10-13%，In18-22%的合金材料。d.含有Bi49-52%，Pb25-27%，Sn11-14%，Cd9-12%，的合金材料。e.含有Bi50-53%，Pb30-40%，Sn0-16%，Cd0-8.2%，的合金材料。f.熔點為45-70℃的工業(yè)石蠟制品(粘塑性材料)。g.熔點為100-140℃的亞硝酸鹽及硝酸鹽制品。2)高于室溫選用的固體成形介質(zhì)是a.熔點為435～960℃的氯化鹽及其制品。b.晶體熔點為300～100℃的B2O2-PbO-ZnO系玻璃和B2O2-PbO-Tl2O系玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑擠成形工藝，其特征是固體介質(zhì)熔化后可直接澆注管狀坯料中，也可以用澆注擠壓或粉末壓實的方法制成規(guī)定的形狀裝入管狀坯料中作為傳力介質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑擠成形工藝，其特征是在管坯或空心坯料的介質(zhì)中設(shè)置芯棒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑擠成形工藝，其特征是對膨脹量大的零件，充填介質(zhì)的數(shù)量較多，使坯料端部與沖頭肩部有外間隙，膨脹量較小的零件，充填的介質(zhì)較小，使沖頭端部與內(nèi)充介質(zhì)的端部有內(nèi)間隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑擠成形工藝，其特征是坯料的外表面要進行潤滑處理，其內(nèi)表面進行酸洗、堿洗和水清洗。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑擠成形工藝，其特征是選用強度極限較高的固體介質(zhì)作為密封傳介質(zhì)置于沖頭端部，選用強度極限較低的固體介質(zhì)作為傳力成形介質(zhì)置于坯料中部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑擠成形工藝，其特征是一側(cè)膨脹量大的零件，將對應(yīng)的另一側(cè)管狀坯料的兩端切去坡口，二側(cè)膨脹量大的零件，則將管狀坯料的兩端向內(nèi)切去對稱的坡口。
9.一種用于多通管接頭及變斷面空心零件的塑擠成形模具，其特征是沖頭下端部應(yīng)有α為1～6°的錐度或有一個錐度α為2～6°的錐形中心孔。
全文摘要
本發(fā)明屬于多通管接頭及變斷面空心零件塑擠成型工藝及模具，它采用固體材料作為密封，傳力、成型介質(zhì)，首先將介質(zhì)熔化后注入或裝入預(yù)處理過的管坯或空心坯料中，然后把它們裝入可分模的凹模里，合緊凹模，沖頭向管坯和介質(zhì)加壓。沖頭在擠壓管坯的同時擠壓介質(zhì)，致使管坯內(nèi)形成高壓將管坯擠脹出所要求的形狀。模具由可分模的凹模和下端應(yīng)有α為1～6°的錐度或有一個錐度α為2～6°的錐形中心孔。這種工藝要求設(shè)備和模具簡單、毛坯的精度和塑性較低，固體介質(zhì)可重復(fù)使用，大幅度降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號B21C25/02GK1060615SQ9010831
公開日1992年4月29日 申請日期1990年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1990年10月20日
發(fā)明者肖凱伯 申請人:東北重型機械學(xué)院秦皇島分校