CN101450441A - 一种斜三通的冷成形加工方法 - Google Patents

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陶杰
郭训忠
王平
丁月霞
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Abstract

本发明公开了一种斜三通的冷成形方法,采用整体液压胀形工艺对管件进行冷成形以制备金属斜三通管件,主要包括以下步骤:准备待加工斜三通的金属管坯;使用润滑剂对管坯表面进行润滑处理后放入斜三通下模型腔内,并进行精确定位;通过液压系统控制左、右冲头进给距离和时间,使冲头进给和内压力得以良好匹配;当左、右冲头运动到达指定位置,停止进给并释放内压力,然后将斜三通管件脱模;对半成品进行固溶、整形、倒坡口、研磨以及喷砂等处理,制备出成品金属斜三通管件。本发明制备斜三通管件生产效率高、成本低,并且成形管件的流线分布合理,壁厚分布均匀,力学性能优越。

Description

一种斜三通的冷成形加工方法
技术领域
本发明涉及一种金属管件加工技术,具体地说是一种斜三通的冷成形加工 方法。
背景技术
斜三通连接件是工程管路系统的重要组成部分,除了改变管路中介质流动 方向以外,还可以提高管路柔性,缓解管件振动和约束力,补偿热膨胀所带来 的负效应,从而对提高整个管路的系统稳定性起着重要作用。如能有效采用斜 三通,不仅可以减少管道的流动损失,有效地提高能源利用率,而且可以縮短 管道长度,降低管道设备投资。
目前,对于金属斜三通的制备方法一般为金属管件呈一定角度相贯后对焊 和金属材料锻造后机械加工。采用焊接工艺制备金属斜三通,材料利用率相对 较高,但使用金属管件对接熔焊,容易在焊缝处形成气孔、夹杂等缺陷而造成 斜三通管件质量较低。另外,热影响区的存在会严重降低斜三通的力学性能。 上述缺陷使采用焊接工艺制备的金属斜三通管件很难服役于对力学性能要求苛 刻的重大工程环境中。对金属材料热锻后机械加工制备斜三通管件,尽管总体 质量较高,但管件的局部流线在机械加工过程中容易被切断。另外,采用此种 工艺制备金属斜三通管件,涉及工序较多,加工效率低,成本居高不下。
目前国际国内对于采用液压胀形技术制备金属斜三通研究主要集中理论与 数值模拟方面,研究的进展如下:2002年,高霖等(Journal of Materials Processing Tech, 2002,129,261-267)采用自适用有限元模拟研究了采用液压 胀形方法制备了斜三通管件,可以很好地控制斜三通管件成形;2004年,Suwat 等(Materials Processing Technology, 2004, 146, 124-129)对金属斜三通的 液压成形工艺参数如轴向进给、内压力大小、管坯原始长度等进行了讨论,并 通过有限元方法进行了优化,最后通过试验修正了上述工艺参数;2006年,程 东明等(塑性工程学报,2006, 13, 9-13)利用数值模拟对斜三通管件内高压成形 过程进行了研究,研究了 87MPa〜145MPa范围内5条不同内压的加载路径的 成形过程,分析了过渡区内凹、支管高度不足等缺陷产生的原因和内压为 116MPa时零件成形过程中典型位置的壁厚变化,以及内压对零件壁厚分布的影;2008 年,D.M. Cheng 等 (Materials Science and Engineering: A, 2008, 36-39)研究了斜三通管件液压成形三个不同阶段的典型厚度分布,并 研究了内压力对斜三通管件厚度分布的影响。上述研究均采用液压成形方法制 备斜三通管件,论证了尽管变形工艺参数较多、成形难度较大,却是很有前景 的成形工艺。因液压成形工艺为整体成形,故纤维组织完整且分布合理,有力 的保证了成形后斜三通管件的力学性能。另外,液压胀形设备因自动化程度高, 能够轻易实现对左右冲头进给距离和时间以及成形压力的精确控制。故生产效 率极高,从而使金属斜三通的制造成本大大降低。如何对液压胀形设备的左、 右冲头尺寸进行优化设计以及采用不同的进给距离和进给时间对冲头进行控制 的方法,在上述文献皆没有涉及,而这些恰恰是成功制备壁厚均匀、力学性能 优越的高质量管件的重要因素。
发明内容
针对焊接与锻造后机械加工等方法制备金属斜三通管件的不足,本发明的
目的是提供一种斜三通的冷成形加工方法,^该方法在液压系统中通过设计左右 冲头尺寸以及精确控制左右冲头的不同进给距离和进给时间,成功制备出高质 量斜三通管件。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种斜三通的冷成形加工方法,其特征在于:它采用整体液压胀形工艺, 通过采用润滑剂对金属管坯表面进行润滑处理,并合理控制左右冲头尺寸、不 同进给距离和进给时间,在模具中成形出壁厚均匀的高质量管件;具体步骤如 下:
① 准备待成形的金属管坯,坯料可以为铝合金、钛合金、钢、镁合金、锆
合金等易变性与难变形的所有金属材料;管坯可以是无缝管或有缝管;
② 在管坯表面均匀涂抹润滑剂,润滑剂可以是二甲苯、机械油、熔炼橡胶、 二硫化钼、石墨、润滑脂等液体或固体润滑剂,也可以是上述或其他各种润滑 剂的组合;
③ 对涂抹表面涂层后的管坯放入下模型腔内,并进行精确定位;
④ 通过液压系统控制合模过程并控制合模力,通过另外的液压回路控制左 右冲头相向运动,与管坯端面接触时充入液压油,左右冲头做相向运动;⑤圆角大的一端进给距离大于或等于圆角小的一端的冲头进给距离;对于 左右冲头的进给时间控制应为:圆角小的一端进给一端时间后,停止进给,圆 角大的一端冲头继续保持进给;
当金属斜三通的支管与主管的夹角越小,管坯金属流动愈加困难,而对
应的两端冲头的进给速度应尽量减小,从而使管坯进行充分变形;
⑦对通过液压胀形的整体成形工艺制备出的斜三通半成品进行固溶热处理 以消除加工硬化,并通过后续的整形、倒坡口、研磨以及喷砂等精整处理,直 至制备出支管与主管可成任意角度的等径或异径斜三通成品。 本发明所使用的液压胀形整体成形工艺制备斜三通,相对于焊接和机械加工工 艺制备斜三通,有成本低、性能好的突出优势。另外,金属正三通因属于对称 件,故左右冲头的进给距离相等,进给速度和成形内压力的匹配关系相对简单。 而采,維压胀形工艺成形金属斜三通时,因斜三通并非对称管件,材料在圆角
大小^?il部位流动速虔不同,另外,冲头进给速度与成形内压力的匹配关系
严重影响着最终成形质量。所以,通过对左右冲头尺寸进行设计,并使左右两 端冲头的进给距离和进给时间不同,能够成功制备出高质量斜三通管件。
本发明在制备正三通金属管件的液压系统中,通过对左、右冲头的尺寸设 计优化以及对左、右冲头进给距离和进给时间的精确控制,并使左、右冲头的 进给和成形内压力得以良好匹配,从而制备出高质量的壁厚均匀金属斜三通。
与现有的技术相比,本发明具有以下优点:
1、 充分利用现有成形正三通的液压胀形设备,在现有设备的基础上通过左 右冲头的尺寸的重新设计和优化,充分提高了现有设备的利用率,不需要重复
投资;
2、 成形后的斜三通管件壁厚均匀,流线完整且分布合理,产品生产效率高, 平均成本低;
3、 通过对冲头尺寸的重新设计和优化,并通过精确控制左右冲头的进给距 离和时间,可以制备出支管与主管呈各个倾斜角度的斜三通,从而大大拓展斜 三通的范围。
附图说明
图la是安装管坯后未挤压时的斜三通液压胀形示意图; 图lb是挤压后的斜三通液压胀形示意图;图2是左冲头示意图; 图3是右冲头示意图;
图4a是液压胀形斜三通模具上模结构示意图; 图4b是图4a的侧视图;
图5a是斜三通液压胀形模具下模结构示意图;
图5b是图5a的A-A剖视图;
图5c是图5a的侧视图;
附图中标记说明
1.液压系统书 2.上模
3.下模 4.左冲头
5.右冲头 6.管坯 7.斜三通管件。
具体实施方式
一种本发明所述的48. 3X5的等径斜三通的加工方法。
① 通过下料机对316L不锈钢金属管进行下料,欲成形管坯的轴向尺寸为 280mm;外径为48. 3mm,厚度为5mm;
② 在管坯表面均匀涂抹适用于冷成形的表面涂层,表面涂层由二硫化钼、 二甲苯和石墨组合组成;
③ 对涂抹润滑剂后的管坯放入斜三通下模型腔内,并进行精确定位;
④ 通过液压系统控制上模2下行,并与下模3闭合,合模后通过液压系统 l控制合模力,然后通过另外的液压回路驱动左冲头4、右冲头5相向运动,首 先与管坯6的两端接触,此时充入液压油,并控制不同时间对应的不同压力。 精确控制不同的进给距离和进给时间的同时,还要控制进给速度和成形内压力 的良好匹配关系,从而保证316L斜三通管件的顺利进行整体成形;当采用液压 胀形工艺制备斜三通管件时的优化工艺组合为:推制速度2.5m/s+内压力 100Mpa+左、右冲头推进距离50隨、80mra+摩擦系数0.07时,能够保证斜三通 产品厚度减薄率均匀;
7⑤使用专门的脱模顶出机构对产品实施脱模,将斜三通管件半成品从模具 中顶出;
(D对成形的半成品进行表面处理,主要进行去除斜三通管件表面残留涂层 及塑料薄膜;
⑦ 对表面处理后的产品进行固溶热处理以消除加工硬化;
⑧ 通过整形工序进一步调整斜三通的形状;
⑨ 进行倒坡口机械加工,并按照相关标准进行倒角处理;通过酸洗、钝化、 研磨以及喷砂等精整处理制备出符合要求的斜三通成品。
本发明中,通过对现有液压胀形设备改造后的左右冲头必须进行精加工, 与模具型腔接触部位不能出现毛刺等现象,以防划伤模具内表面。另外,需对 冲头进行淬火处理,以提高与管坯接触部位的硬度,以防变形后的冲头损伤模 具型腔表面。另外,需精确控制左右冲头的不同进给距离和进给时间,并和成 形内压力得以良好匹配。从而才能制备出高质量的金属斜三通管件。
本发明通过对一般液压胀形设备的左右冲头的改进优化,并通过精确控制 左右冲头的不同进给距离和时间,以及进给速度和成形内压力的匹配关系,从 而制备出成本低廉、性能优越的斜三通管件,因属于整体成形,管件壁厚均匀, 流线完整且分布合理,力学性能优越,从而对于提高管路系统的柔性和系统安 全性具有重要的意义。

Claims (10)

1、一种斜三通的冷成形加工方法,其特征在于:它采用整体液压胀形工艺,通过采用润滑剂对金属管坯表面进行润滑处理,并合理控制左右冲头尺寸、不同进给距离和进给时间,在模具中成形出壁厚均匀的高质量管件;具体步骤如下:①准备待加工斜三通的金属管坯;②使用润滑剂对管坯表面进行润滑处理后放入斜三通下模型腔内,并进行精确定位;③通过液压系统控制合模过程并控制合模力,并通过液压系统控制左、右冲头进给距离和时间,同时使冲头进给和内压力得以良好匹配;④当左、右冲头运动到达指定位置,停止进给并释放内压力,然后将斜三通管件脱模;⑤对半成品进行固溶、整形、倒坡口、研磨以及喷砂处理,制备出成品金属斜三通管件。
2、 根据权利要求1所述的一种斜三通的冷成形加工方法,其特征在于:步 '骤②中的润滑剂是液体或固体润滑剂,是二甲苯、机械油、熔炼橡胶、二硫化 钼、石墨、润滑脂中的一种或几种组合。
3、 根据权利要求1所述的一种斜三通的冷成形加工方法,其特征在于:步 骤①中金属管坯是铝合金或钛合金或钢或镁合金或锆合金。
4、 根据权利要求1所述的一种斜三通的冷成形加工方法,其特征在于:步 骤①中金属管坯是无缝管或有缝管。
5、 根据权利要求1所述的一种斜三通的冷成形加工方法,其特征在于:步 骤③中,左右冲头轴向的尺寸大于或等于左右冲头的进给距离,径向尺寸等于 相应管坯的尺寸。
6、 根据权利要求1所述的一种斜三通的冷成形加工方法,其特征在于:步 骤③中,左、右冲头中圆角大的一端进给距离大于或等于圆角小的一端的冲头 进给距离。
7、 根据权利要求1所述的一种斜三通的冷成形加工方法,其特征在于:步 骤③中,左、右冲头圆角小的一端进给一端时间后,停止进给,圆角大的一端 冲头继续保持进给。
8、 根据权利要求1所述的一种斜三通的冷成形加工方法,其特征在于:步 骤③中,支管与主管的夹角越小,对应的两端冲头的进给速度也随之减小。
9、 根据权利要求1所述的一种斜三通的冷成形加工方法,其特征在于:步 骤②中,金属斜三通管件的支管与主管的夹角在0-90度的范围内变化。
10、 根据权利要求1所述的一种斜三通的冷成形加工方法,其特征在于: 步骤⑤中,金属斜三通管件的支管直径小于或等于主管的直径。
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