一種小相對彎曲半徑大徑厚比薄壁彎曲管件的整體成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬空心構(gòu)件先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種相對彎曲半徑較小及徑厚比較大的管材內(nèi)高壓成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在飛機(jī)、航天器和汽車領(lǐng)域，減輕重量是現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的重要趨勢，內(nèi)高壓成形工藝是制造空心結(jié)構(gòu)件的重要方法之一，既可以減輕重量又可以充分利用材料的強(qiáng)度，節(jié)約了材料、降低了成本。
[0003]目前用于大直徑薄壁管的彎曲工藝有壓彎、滾彎、數(shù)控繞彎或沖壓拼焊結(jié)構(gòu)。但以上傳統(tǒng)成形技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)成形中均有以下問題:
[0004](I)壓彎是將管材放置于上下模具中，利用上模閉合，將管件壓入模具型腔實(shí)現(xiàn)成形的彎曲過程，根據(jù)是否采用內(nèi)壓支撐，壓彎又可以分為無內(nèi)壓支撐和內(nèi)壓支撐下的兩種壓彎類型，其適用于相對彎曲半徑較大的小角度的彎曲，無法滿足復(fù)雜彎曲軸線零件的需求；
[0005](2)數(shù)控繞彎可以實(shí)現(xiàn)三維復(fù)雜軸線管彎曲，能連續(xù)進(jìn)行不同角度的彎曲，但其對相對彎曲半徑R/D和相對厚度D/t都有一定的局限性，數(shù)控繞彎的最小相對半徑1.25D，當(dāng)R/D過小時(shí)，彎曲的外側(cè)管壁會(huì)產(chǎn)生過渡變薄，導(dǎo)致破裂，內(nèi)側(cè)管壁將增厚，失穩(wěn)起皺;CNC彎曲的相對厚度D/t < 30，當(dāng)隨著管材直徑的增加，或者壁厚的減小時(shí)，當(dāng)D/t > 100時(shí)，彎曲的外側(cè)管壁會(huì)產(chǎn)生過渡變薄，導(dǎo)致破裂，內(nèi)側(cè)管壁將增厚，失穩(wěn)起皺。(R為管材中性層曲率半徑、d為管材直徑、t管材壁厚)。
[0006](3)目前對于小相對彎曲半徑及大徑厚比薄壁管的成形，由于傳統(tǒng)彎曲工藝的限制，只能通過先沖壓成形兩個(gè)或者兩個(gè)以上半片再焊接成整體，為了減少焊接變形，一般采用點(diǎn)焊，因此得到的不是封閉的截面。由于焊點(diǎn)的存在，零件結(jié)構(gòu)的疲勞性能低，材料利用率低，綜合生廣成本尚等缺點(diǎn)。
[0007]所以對于小相對彎曲半徑及大徑厚比薄壁彎曲管件的成形，由于傳統(tǒng)技術(shù)的局限性，特別對于薄壁大徑厚比的管子，因壁厚薄，管徑大，相對彎曲半徑小，彎管時(shí)會(huì)產(chǎn)生皺紋等缺陷，形成死皺，往往無法成形或內(nèi)高壓成形時(shí)形成無法展平的死皺等缺陷，小相對彎曲半徑及大徑厚比薄壁管的成形一直是困擾管材成形的一個(gè)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]現(xiàn)有的大直徑薄壁管成形技術(shù)，無法滿足復(fù)雜的小相對彎曲半徑及大徑厚比薄壁管的整體成形的需要。本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的弊端，提出了新的綜合制造方法。針對飛機(jī)、航天器和汽車領(lǐng)域所需的具有小相對彎曲半徑及大徑厚比薄壁管的零件，采用新的綜合制造方法能夠制造高質(zhì)量的零件，有效地解決了實(shí)際應(yīng)用中的大直徑薄壁管成形困難、成形質(zhì)量不高的問題。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]首先選用比最終零件直徑偏小而壁厚比要求壁厚大的管坯(以不銹鋼SS304材料為例，保證膨脹率30%以內(nèi))，即降低了徑厚比使徑厚比D/t<100，以避免彎管時(shí)管坯外側(cè)開裂或內(nèi)側(cè)起皺的現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)可對彎曲軸線進(jìn)行優(yōu)化，增大兩側(cè)相鄰兩個(gè)彎之間的直線段長度以達(dá)到數(shù)控繞彎所需的夾持工藝段長度，避免了原軸線所需的多層彎管模具。同時(shí)將原軸線的相對彎曲半徑由R < ID增大至R > 1.25D，以滿足數(shù)控繞彎所能達(dá)到的最小相對彎曲半徑能力。這樣降低了數(shù)控繞彎的裝備的能力要求及模具的復(fù)雜化，使彎管難度大大降低，彎管缺陷完全消除。最后將滿足要求的彎曲管坯放入內(nèi)高壓成形模具中，經(jīng)內(nèi)高壓成形模具合模將彎曲管坯壓人內(nèi)高壓成形模具中，進(jìn)行內(nèi)高壓成形過程。最終得到空間形狀復(fù)雜、性能良好的空心件。
[0011]具體方法如下:
[0012]—種小相對彎曲半徑、大徑厚比薄壁彎曲管件的整體成形方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0013]第一步，將不銹鋼鋼管進(jìn)行數(shù)控繞彎，繞彎成所需軸線形狀，具體做法是:選用比最終零件徑厚比低的管坯，管坯的徑厚比D/t<100;對管坯數(shù)控繞彎的彎曲軸線進(jìn)行優(yōu)化:增大兩側(cè)相鄰兩個(gè)彎之間的直線段長度以達(dá)到數(shù)控繞彎所需的夾持工藝段長度，管坯軸線的相對彎曲半徑R/D 2 1.25;
[0014]第二步，用內(nèi)高壓成形上模具將管材壓入成形模具中，將管材內(nèi)快速填充乳化液，由增壓沖頭和進(jìn)給沖頭沖頭對管材的左右兩端進(jìn)行密封；
[0015]第三步，增壓器開始增壓，在軸向沖頭補(bǔ)料和管材內(nèi)腔增壓的共同作用下，使管坯貼合在模具型腔表面實(shí)現(xiàn)內(nèi)高壓成形；
[0016]第四步，卸壓、將增壓沖頭和進(jìn)給沖頭后退至預(yù)設(shè)位置后開啟模具，取出成形的零件，其相對彎曲半徑R/D < I，徑厚比D/t >100。
[0017]有益效果:
[0018]1、本發(fā)明為小相對彎曲半徑及大徑厚比薄壁管彎曲成形提供了一種新的成形方法;
[0019]2、本發(fā)明有效地解決了小相對彎曲半徑及大徑厚比薄壁彎曲管件的整體成形的困難;同時(shí)為其它具有空心結(jié)構(gòu)的零件整體成形提供了一種新方法，對提高零件成形性能、成形質(zhì)量等具有重要指導(dǎo)意義；
[0020]3、本發(fā)明方法簡單可行，生產(chǎn)效率高，在航空、航天、汽車制造等工程領(lǐng)域具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值和明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明工藝流程圖；
[0022]圖2為本發(fā)明典型大直徑薄壁管彎曲原理示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明典型大直徑薄壁管內(nèi)高壓成形模具原理示意圖。
[0024]I壓力機(jī)滑塊，2上模架，3上模具，4繞彎管坯(直徑D = 10mm，壁厚t = 1.5mm,相對彎曲半徑R = 200mm)，5密封沖頭，6快速填充管路，7下模具，8壓力機(jī)臺(tái)面，9下模架，10增壓沖頭，11大直徑薄壁管件(直徑D = 127mm，壁厚t = Imm，相對彎曲半徑R = 109mm)；
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面通過具體的實(shí)施例子，詳細(xì)說明S形軸線大薄壁管、U形軸線大薄壁管、Ω形軸線大薄壁管整構(gòu)件綜合制造工藝。
[0026]實(shí)施例1
[0027]第一步，將長900mm、直徑89mm、壁厚1.2mm的SS304不銹鋼鋼管進(jìn)行數(shù)控繞彎，繞彎的相對彎曲半徑為180mm，繞彎成S形；
[0028]第二步，將彎曲后的S形坯料放入內(nèi)高壓成形模具中，成形模具上模進(jìn)行合模，通過快速填充裝置將管坯填充滿乳化液后，填充乳化液達(dá)到一定時(shí)間或一定壓力后增壓沖頭和進(jìn)給沖頭對管材的左右兩端進(jìn)行密封處理；
[0029]第三步，此時(shí)增壓器開始增壓，在軸向沖頭補(bǔ)料和管材內(nèi)腔增壓的共同作用下，使管坯貼合在模具型腔表面實(shí)現(xiàn)內(nèi)高壓成形；
[0030]第四步，卸壓、將增壓沖頭和進(jìn)給沖頭后退至預(yù)設(shè)位置后開啟模具，取出成形的零件，得到管材直徑100mm、平均壁厚Imm左右、相對彎曲半徑95mm的最終大直徑薄壁管件；
[0031]實(shí)施例2
[0032]第一步，將長1000mm、直徑100mm、壁厚1.2mm的SS304不銹鋼鋼管進(jìn)行數(shù)控繞彎，繞彎的相對彎曲半徑為200mm，繞彎成U形；
[0033]第二步，將彎曲后的U形坯料放入內(nèi)高壓成形模具中，成形模具上模進(jìn)行合模，通過快速填充裝置將管坯填充滿乳化液后，填充乳化液達(dá)到一定時(shí)間或一定壓力后增壓沖頭和進(jìn)給沖頭對管材的左右兩端進(jìn)行密封處理；
[0034]第三步，此時(shí)增壓器開始增壓，在軸向沖頭補(bǔ)料和管材內(nèi)腔增壓的共同作用下，使管坯貼合在模具型腔表面實(shí)現(xiàn)內(nèi)高壓成形；
[0035]第四步，卸壓、將增壓沖頭和進(jìn)給沖頭后退至預(yù)設(shè)位置后開啟模具，取出成形的零件，得到管材直徑114mm，平均壁厚Imm左右、相對彎曲半徑105mm的最終大直徑薄壁管件；
[0036]實(shí)施例3
[0037]第一步，將長1200mm、直徑100mm、壁厚1.5mm的SS304不銹鋼鋼管進(jìn)行數(shù)控繞彎，繞彎的相對彎曲半徑為200mm，繞彎成V形繞彎管坯4;
[0038]第二步，將彎曲后的V形繞彎管坯4放入內(nèi)高壓成形模具中，成形模具上模進(jìn)行合模將V形繞彎管坯4完全壓入Ω形模具中，通過快速填充裝置將管坯填充滿乳化液后，填充乳化液達(dá)到一定時(shí)間或一定壓力后增壓沖頭和進(jìn)給沖頭對管材的左右兩端進(jìn)行密封；
[0039]第三步，此時(shí)增壓器開始增壓，在軸向沖頭補(bǔ)料和管材內(nèi)腔增壓的共同作用下，使管坯貼合在模具型腔表面實(shí)現(xiàn)內(nèi)高壓成形；
[0040]第四步，卸壓、增壓沖頭和進(jìn)給沖頭后退至預(yù)設(shè)位置后開啟模具，取出成形的零件，得到管材直徑127mm，平均壁厚0.9mm左右、相對彎曲半徑109_的最終Ω形大直徑薄壁管件11。
[0041]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種小相對彎曲半徑大徑厚比薄壁彎曲管件的整體成形方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，將不銹鋼鋼管進(jìn)行數(shù)控繞彎，繞彎成所需軸線形狀，具體做法是:選用比最終零件徑厚比低的管坯，管坯的徑厚比D/t<100;對管坯數(shù)控繞彎的彎曲軸線進(jìn)行優(yōu)化:增大兩側(cè)相鄰兩個(gè)彎之間的直線段長度以達(dá)到數(shù)控繞彎所需的夾持工藝段長度，管坯軸線的相對彎曲半徑R/D 2 1.25; 第二步，用內(nèi)高壓成形上模具將管材壓入成形模具中，將管材內(nèi)快速填充乳化液，由增壓沖頭和進(jìn)給沖頭沖頭對管材的左右兩端進(jìn)行密封； 第三步，增壓器開始增壓，在軸向沖頭補(bǔ)料和管材內(nèi)腔增壓的共同作用下，使管坯貼合在模具型腔表面實(shí)現(xiàn)內(nèi)高壓成形； 第四步，卸壓、將增壓沖頭和進(jìn)給沖頭后退至預(yù)設(shè)位置后開啟模具，取出成形的零件，其相對彎曲半徑R/DS 1，徑厚比D/t>100。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小相對彎曲半徑及大徑厚比薄壁管的成形方法，其特征在于:最終成形件成形后為整體整形，構(gòu)件表面質(zhì)量高及尺寸精度高，滿足構(gòu)件的減薄率要求。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種小相對彎曲半徑大徑厚比薄壁彎曲管件的整體成形方法：首先選用比最終零件直徑偏小而壁厚比要求壁厚大的管坯，即降低了徑厚比使徑厚比D/t＜100，以避免彎管時(shí)管坯外側(cè)開裂或內(nèi)側(cè)起皺的現(xiàn)象發(fā)生。增大兩側(cè)相鄰兩個(gè)彎之間的直線段長度以達(dá)到數(shù)控繞彎所需的夾持工藝段長度，同時(shí)將原軸線的相對彎曲半徑由R≤1D增大至R≥1.25D，這樣降低了CNC彎機(jī)的裝備的能力要求及模具的復(fù)雜化，使彎管難度大大降低，彎管缺陷完全消除。最后將滿足要求的彎曲管坯放入內(nèi)高壓成形模具中，經(jīng)內(nèi)高壓成形模具合模將彎曲管坯壓人內(nèi)高壓成形模具中，進(jìn)行內(nèi)高壓成形過程。最終得到空間形狀復(fù)雜、性能良好的空心件。
【IPC分類】B21D26/033, B21D7/12, B21D35/00
【公開號(hào)】CN105598265
【申請?zhí)枴緾N201510968919
【發(fā)明人】任建軍, 馮志力, 葛鑫, 吳常斌
【申請人】哈爾濱奔馬科技有限公司
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年12月21日