局部大變形空心件的差壓成形方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種局部大變形空心件的差壓成形方法，屬于金屬空心構(gòu)件制造【技術(shù)領(lǐng)域】。首先將管坯放入模具后模，將沖頭裝入管坯中并進(jìn)行密封；向管坯內(nèi)、外表面同時(shí)注入高壓液體，并使管坯內(nèi)部的壓力大于外表面壓力，形成可控的壓力差；利用液壓缸推動(dòng)沖頭軸向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)補(bǔ)料，同時(shí)在內(nèi)、外液壓的差壓作用下使管坯產(chǎn)生局部大變形；最后排出高壓液體，獲得局部大變形空心件。通過控制管坯內(nèi)外壓力差，來改善管坯局部脹形時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，使脹形過程能夠充分進(jìn)行，提高了其脹形極限。在管坯外表面注入的液壓油，顯著改善了管坯外表面與模具型腔之間的潤滑，減小了摩擦，方便了軸向補(bǔ)料和最終成形。
【專利說明】 局部大變形空心件的差壓成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空心件的差壓成形方法，特別是一種局部大變形空心件的差壓成形方法，屬于金屬空心構(gòu)件制造【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]液壓脹形技術(shù)由于成形效率高，是制造空心結(jié)構(gòu)件的常用手段。通過液壓脹形技術(shù)，可以獲得截面復(fù)雜的空心結(jié)構(gòu)件，其在航空航天、核電、石化等工程領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。
[0003]隨著內(nèi)高壓成形技術(shù)的飛速發(fā)展，具有局部大變形特征的空心結(jié)構(gòu)件越來越多。局部大變形是指局部截面膨脹率遠(yuǎn)超出材料的延伸率。在液壓脹形工藝中，若脹形工藝參數(shù)控制不當(dāng)，則易導(dǎo)致局部脹破的問題。目前實(shí)現(xiàn)管坯局部大膨脹方法主要包括:(I)、通過優(yōu)化壓力加載路徑對(duì)成形過程實(shí)施優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)管坯局部大膨脹；(2)、采用波動(dòng)加載方法，在成形過程中，減小管坯表面與模具型腔之間的摩擦力以實(shí)現(xiàn)順利補(bǔ)料；(3)、采用剛性平衡沖頭改變脹形過程中管坯的應(yīng)力狀態(tài)，以提高其成形極限。該方法在多通管件的脹形過程中已經(jīng)得到了實(shí)際應(yīng)用，對(duì)于改善支管的局部減薄具有重要作用。
[0004]2013年8月28日，中國發(fā)明專利CN 102248058 B公開一種提高管材內(nèi)高壓成形極限的工藝方法，其通過預(yù)先向?qū)l(fā)生大變形的區(qū)域送料，形成有益皺，后采用高壓將其展開，以滿足大膨脹量對(duì)補(bǔ)料的需求。
[0005]2010年6月2日，中國發(fā)明專利CN 101219451 A公開了一種具有局部凸起狀的長管零件成形方法，其采用局部加熱的方法改善管坯的塑性，最終實(shí)現(xiàn)較大的變形量。
[0006]上述方法可以在一定程度上緩解管坯在局部大變形可能出現(xiàn)的開裂或過度減薄的問題，但無法解決局部膨脹率過大(局部脹形量是材料延伸率的2倍以上)的成型問題。通過成形零件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化改善管坯在脹形過程中的應(yīng)力狀態(tài)雖然具有較好的效果，但是當(dāng)局部大變形量不是集中在一處(如多通)，而是在周向連續(xù)分布時(shí)，平衡沖頭將難以發(fā)揮作用，并且模具結(jié)構(gòu)將異常復(fù)雜，從而使制造成本急劇增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述缺陷，提供一種使用裝置簡單、適用多通、成形局部膨脹率大的空心件的差壓成形方法。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種局部大變形空心件的差壓成形方法，具體包括以下步驟:
1)、將管坯置入模具中，合模后用沖頭進(jìn)行密封；
2)、分別向管坯內(nèi)、外注入高壓液體后加壓，并使管坯內(nèi)部的壓力大于外部壓力，形成壓力差；
3)、推動(dòng)沖頭軸向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)補(bǔ)料，同時(shí)在內(nèi)、外液壓的差壓作用下使管坯產(chǎn)生局部大變
形；
4)、排出高壓液體，最終獲得所需要的局部大變形空心件。[0009]本發(fā)明中，所述步驟2)加壓控壓過程為:將管坯內(nèi)的液壓升至40_60MPa、管坯外的液壓升至3-7MPa，然后緩慢增大管坯內(nèi)、外的液壓，使管坯內(nèi)的液壓維持在45-65MPa，管還外的液壓維持在5-lOMPa,保持管還內(nèi)、外間35_60MPa的壓力差。
[0010]本發(fā)明中，所述管坯內(nèi)高壓液體為水或液壓油。
[0011]本發(fā)明中，所述管坯外高壓液體為液壓油。
[0012]本發(fā)明中，所述管坯為單金屬管坯或雙金屬復(fù)合管坯。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:(I)、本發(fā)明通過控制管坯內(nèi)外壓力差，來改善管坯局部脹形時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，使脹形過程能夠充分，提高了其脹形極限；(2)、本發(fā)明在通過在管坯外表面(即模具內(nèi))注入的液壓油，顯著改善了管坯外表面與模具型腔之間的潤滑，減小了摩擦，方便了補(bǔ)料和最終成形；(3)、本發(fā)明使用的成形裝置結(jié)構(gòu)簡單、成形成本較低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1本發(fā)明局部大變形空心件的差壓成形方法的流程圖；
圖2明局部大變形空心件的差壓成形方法的差壓脹形示意圖；
圖3發(fā)明局部大變形空心件的差壓成形方法的局部潤滑示意圖；
圖4發(fā)明局部大變形空心件的差壓成形方法的液體導(dǎo)向示意圖；
圖5發(fā)明實(shí)施例1的差壓曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖1至5，以成形凸起空心件、階梯狀變徑管件及三通管件為具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0016]實(shí)施例1
第一步，將直徑為50mm、長為300mm、壁厚為2mm的304不銹鋼管坯2表面清理后放入凸形模具I中，上、下模合模；
第二步，將沖頭3裝入管坯中并進(jìn)行密封；
第三步，向管坯2內(nèi)部和向管坯外表面(即模具I內(nèi)部)同時(shí)注入液壓油4，迅速將管坯2內(nèi)的液壓增大至45MPa、管坯2外的液壓增大至7MPa，然后同時(shí)緩慢增大管坯2內(nèi)、外的液壓，控制管坯2內(nèi)的液壓在工作階段基本維持在50MPa，管坯2外的液壓在工作階段基本維持在lOMPa，控制管坯內(nèi)、模具I內(nèi)壓力差為40MPa ；
第四步，利用液壓缸推動(dòng)沖頭3軸向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)補(bǔ)料，在內(nèi)、外液壓的差壓作用下使管坯2產(chǎn)生局部大變形；
第五步，排出高壓液體，將球狀空心件從模具中取出，最終獲得局部截面膨脹率達(dá)60%的球狀凸起空心件。
[0017]實(shí)施例2
第一步，將直徑為40mm、長為500 mm、壁厚2mm的20鋼管坯表面清理后放入階梯狀模具中，上、下模合模；
第二步，將沖頭裝入管坯中并進(jìn)行密封；
第三步，向管坯內(nèi)部和向管坯外表面(即模具內(nèi)部)同時(shí)注入高壓液體，迅速將管坯內(nèi)的液壓增大至40MPa、管坯外的液壓增大至7MPa，然后緩慢增大管坯內(nèi)、外的液壓，控制管坯內(nèi)的液壓在工作階段基本維持在45MPa，管坯外的液壓在工作階段基本維持在lOMPa，控制管坯內(nèi)、外壓力差為35MPa ；
第四步，利用液壓缸推動(dòng)沖頭軸向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)補(bǔ)料，在內(nèi)、外液壓的差壓作用下使管坯產(chǎn)生局部大變形；
第五步，排出高壓液體，將管件從階梯狀模具中取出，最終獲得局部截面膨脹率達(dá)50%的階梯狀變徑管件。
[0018]實(shí)施例3
第一步，將直徑為30mm，長為400mm，壁厚2mm的304不銹鋼管坯表面清理后放入三通模具中，上、下模合模；
第二步，將沖頭裝入管坯中并進(jìn)行密封；
第三步，向管坯內(nèi)部注入水、向管坯外表面(即模具內(nèi)部)注入液壓油，迅速將管坯內(nèi)的液壓增大至60 MPa、管坯外的液壓增大至3 MPa，然后緩慢增大管坯內(nèi)、外的液壓，控制管坯內(nèi)的液壓在工作階段基本維持在65MPa，管坯外的液壓在工作階段基本維持在5MPa，控制管還內(nèi)、夕卜壓力差為60MPa ；
第四步，利用液壓缸推動(dòng)沖頭軸向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)補(bǔ)料，在內(nèi)、外液壓的差壓作用下使管坯產(chǎn)生局部大變形；
第五步，排出高壓液體，將管件從三通模具中取出，最終獲得支管高度達(dá)到管坯直徑
1.2倍以上的304不銹鋼三通管件。
[0019]上述實(shí)施例以單金屬管坯為例詳細(xì)說明了本發(fā)明成形方法，本發(fā)明同樣也適應(yīng)于雙金屬復(fù)合管坯。
[0020]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(duì)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。
【權(quán)利要求】
1.一種局部大變形空心件的差壓成形方法，其特征在于包括以下步驟: 1)、將管坯(2)置入模具(I)中，合模后用沖頭(3)進(jìn)行密封； 2)、分別向管坯(2)內(nèi)、外注入高壓液體(4)后加壓，并使管坯(2)內(nèi)部的壓力大于外部壓力，形成壓力差； 3)、推動(dòng)沖頭(3)軸向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)補(bǔ)料，同時(shí)在內(nèi)、外液壓的差壓作用下使管坯(2)產(chǎn)生局部大變形； 4)、排出高壓液體(4)，最終獲得所需要的局部大變形空心件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種局部大變形空心件的差壓成形方法，其特征在于所述步驟2)加壓控壓過程為:將管坯(2)內(nèi)的液壓升至40-60MPa、管坯(2)外的液壓升至3_7MPa，然后緩慢增大管坯(2)內(nèi)、外的液壓，使管坯(2)內(nèi)的液壓維持在45-65MPa，管坯(2)外的液壓維持在5-10MPa，保持管坯(2)內(nèi)、外間35_60MPa的壓力差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種局部大變形空心件的差壓成形方法，其特征在于:所述管坯(2)內(nèi)高壓液體(4)為水或液壓油。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種局部大變形空心件的差壓成形方法，其特征在于:所述管坯(2)外高壓液體(4)為液壓油。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種局部大變形空心件的差壓成形方法，其特征在于:所述管坯(2)為單金屬管坯或雙金屬復(fù)合管坯。
【文檔編號(hào)】B21D26/033GK103920788SQ201410132719
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】郭訓(xùn)忠, 陶杰, 徐翌偉, 范敏郁 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)