CN102049443B

CN102049443B - 一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法

Info

Publication number: CN102049443B
Application number: CN 201010541780
Authority: CN
Inventors: 林俊峰; 李峰; 刘钢; 苑世剑
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2030-11-12
Also published as: CN102049443A

Abstract

一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，它涉及一种非对称空心管件的液压成形方法。本发明解决了液压成形方法中由于非对称空心管件膨胀端顶部壁厚减薄严重易开裂而难于成形非对称空心管件问题。本发明步骤：在模具内非对称结构的凸起部位放置垫块，中间毛坯凸起的高度为成形零件凸起的高度的85％-95％，对初始管坯的两端进行密封，向其内部施加液体压力进行胀形，胀形后，提高压力，保压，卸压，取出中间毛坯；对推板施加外力使中间毛坯最大变形截面的顶端与模具相接触，得到改变截面形状的毛坯；将改变截面形状的毛坯放入模具中，在其内部施加液体压力进行高压胀形，卸压，取出成形最终零件。本发明适用于非对称空心管件的液压成形。

Description

一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法

技术领域

本发明涉及一种非对称空心管件的液压成形方法，具体涉及一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，属于液压成形技术领域。

背景技术

目前在工业上对于承受以扭转载荷为主的轴类零件，采用空心结构最明显的特点就是减轻质量，不仅可以保证动力传输能力，而且很大程度上减轻了整体的质量，这对于汽车、航空、航天工业来说非常重要，例如对于卫星和火箭，减轻质量的直接效果就是可以增加有效载荷。

减轻质量的另一个效益就是节约能源，对于轿车，每减轻重量10％，油耗可降低8％-10％。另外采用空心结构，使转动惯量降低，输出功率增大，使得发动机的整体性能提高，带来低油耗高性能的双重效应。

对于对称空心管件来说(例如图1所示的空心阶梯轴4，就是对称结构)，为了减小加工余量，一般多采用锻件作毛坯。通过多道次粗车加钻孔的方法完成粗加工，但这种方法有着许多弊端，如切削加工量大，材料利用率低，金属流线被切割导致内应力过大，生产效率低；另外劳动强度大，对操作经验要求高。从锻件到粗加工结束，对设备的要求很高，需要压力机、仿形车、深孔钻、专用热处理设备等多种大型设备，这无形当中增加了制造成本，而且仿形车的调刀和深孔钻都占用大量工时。

利用液压成形工艺进行对称空心管件的加工可解决以上问题。采用管坯为原料成形对称空心零件，通过管材内部施加液体压力和轴向加力补料把管坯压入到模具型腔使其成形为所需工件，适用于制造沿构件轴线有变化的圆形、矩形截面或异型截面空心构件，可以一次整体成形沿构件轴线截面有变化的复杂结构件，大大提高了材料利用率，减重效益显著，加工过程不存在锻造缺陷和机加过程中产生的热应力，不破坏金属的流线，因此粗加工过程不需要热处理。加工过程一次完成，很大程度上降低了成本，提高了生产效率。

非对称空心管件是相对于对称空心管件来定义的，图2所示的空心双拐曲轴5，就是非对称空心零件，由于非对称结构且单侧有较大的膨胀量，其液压成形过程为非对称膨胀，变形不均匀，管坯在从圆截面变为非对称截面时容易在一侧聚料起皱，另一侧由于充不满而减薄严重发生破裂。如何在较大的膨胀量下保证非对称结构件壁厚的相对均匀是其成形的难点，常规的液压成形方法很难成形出此类构件，尤其是凸起部较高时，通常会在膨胀端顶部由于壁厚减薄严重而开裂。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的液压成形方法中由于非对称空心管件膨胀端顶部壁厚减薄严重易开裂而难于成形非对称空心管件问题，进而提供一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法。

本发明的技术方案是：一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法的步骤为：

步骤一、成形中间毛坯：

首先将初始管坯放入到成形零件的模具中，在模具内非对称结构的凸起部位放置垫块，垫块的高度等于成形零件凸起与形成中间毛坯凸起的高度差，中间毛坯凸起的高度为成形零件凸起的高度的85％-95％，然后闭合模具，初始管坯两端的冲头同时相对进给，对初始管坯的两端进行密封；然后向初始管坯内部施加液体压力进行胀形，压力为50-80MPa，胀形完成后，提高压力至100-120MPa，保压3-7分钟；然后移出初始管坯两端的冲头，进行卸压，当压力降低到10MPa以下时，开起模具，取出成形后的试件，该试件为中间毛坯；

步骤二、改变中间毛坯的截面形状：

在中间毛坯最大变形截面的两侧放置两块推板，利用油压机对左推板和右推板施加外力使其相对运动，使中间毛坯变形截面的顶端与模具相接触，即变形后截面的垂直长度等于成形零件的凸起高度，得到改变截面形状的毛坯；

步骤三、成形最终零件：

将改变截面形状的毛坯，再放入到模具中，然后闭合模具，改变截面形状的毛坯两端的冲头同时相对进给，对改变截面形状的毛坯的两端进行密封；然后在改变截面形状的毛坯的内部施加液体压力进行高压胀形，当压力达到150-200MPa时，移出改变截面形状的毛坯两端的冲头，进行卸压，当压力降低到10MPa以下时，开起模具，取出成形最终零件。

本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明通过降低局部膨胀量成形出中间毛坯，再利用截面形状的变化调整贴模顺序，将严重的不均匀变形转化为均匀变形，最后进行终成形，有效地控制了壁厚的减薄率，实现了局部具有70％以上膨胀量的非对称空心零件的成形。本发明尤其适用于壁厚为1-8mm的非对称空心管件成形。

附图说明

图1是对称空心零件中的空心阶梯轴的结构示意图，图2是非对称空心零件中空心双拐曲轴的结构示意图，图3是改变中间毛坯截面形状的成形工艺图(图中1为左推板、2为中间毛坯变形截面、3为右推板)，图4改变截面后的中间毛坯变形截面2的变化示意图，图5是初始管坯与成形零件在A1截面上的对比图，图6是初始管坯与成形零件在A2截面上的对比图，图7是初始管坯与成形零件在A3截面上的对比图，图8是A1截面上初始管坯与中间毛坯的对比图(图中H1为A1截面上中间毛坯的高度，K1为A1截面上中间毛坯的宽度)，图9是A2截面上初始管坯与中间毛坯的对比图(图中H2为A2截面上中间毛坯的高度)，图10是A3截面上初始管坯与中间毛坯的对比图(图中H3为A3截面上中间毛坯的高度)。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式的一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法的步骤为：

步骤一、成形中间毛坯：

步骤二、改变中间毛坯的截面形状：

在中间毛坯最大变形截面的两侧放置两块推板，利用油压机对左推板1和右推板3施加外力使其相对运动，使中间毛坯变形截面2的顶端与模具相接触，即变形后截面的垂直长度等于成形零件的凸起高度，得到改变截面形状的毛坯；

步骤三、成形最终零件：

本实施方式的步骤一中的中间毛坯凸起的高度为成形零件凸起的高度的85％-95％，使得中间毛坯与成形零件相比，局部膨胀量和平均膨胀量都有所降低，变形的不均匀性得到了缓解，降低了成形的难度；步骤二中的改变中间毛坯的横截面形状，改变了贴模的顺序，消除不均匀变形，使减薄严重的区域首先贴模，避免了成形过程中局部开裂；步骤三中将改变截面形状的毛坯的两侧胀起贴模。

具体实施方式二：本实施方式的步骤一中，中间毛坯凸起的高度为成形零件凸起的高度的85％-90％。变形的不均匀性得到有效缓解，大大降低了成形的难度。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式的步骤一中，中间毛坯凸起的高度为成形零件凸起的高度的90％-95％。变形的不均匀性得到有效缓解，降低了成形的难度，同时利于后续工序的完成。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式的步骤一中，向初始管坯内部施加液体压力为50-60MPa。减小变形速率，成形效果好。其它步骤与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：本实施方式的步骤一中，向初始管坯内部施加液体压力为60-70MPa。变形速率适中，成形效果好。其它步骤与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式六：本实施方式的步骤一中，向初始管坯内部施加液体压力为70-80MPa。变形速率快，缩短了成形时间。其它步骤与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式七：本实施方式的步骤一中，胀形完成后，提高压力至100-110MPa，保压5-7分钟。保形能力强。其它步骤与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式八：本实施方式的步骤一中，胀形完成后，提高压力至110-120MPa，保压3-5分钟。保形能力强。其它步骤与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式九：本实施方式的步骤三中，当压力达到150-170MPa时，移出改变截面形状的毛坯两端的冲头。保形能力强。其它步骤与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。

具体实施方式十：本实施方式的步骤三中，当压力达到170-200MPa时，移出改变截面形状的毛坯两端的冲头。保形能力强。其它步骤与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。

实施例(结合图2-图10说明本实施例)：初始管坯的内径Φ₅为63mm，空心双拐曲轴零件的两个曲拐的形状和大小一致，与垂直方向成旋转180度镜像。在此零件上选取了三个截面-A1截面、A2截面和A3截面，每个截面相隔距离相等，A1截面内径Φ₁为86mm、A2截面内径Φ₂为71mm和A3截面的内径Φ₃为67mm，A1截面、A2截面和A3截面的平均膨胀量分别是37％，13％和6.5％，A1截面位于曲拐中间，是变形量最大的截面，A2截面位于曲拐与中间过渡段之间的位置，A3截面位于两个曲拐中间的位置。将A1截面、A2截面和A3截面按水平方向分为上下半周，成形零件上下半周变形膨胀量的计算结果如表1：

表1

由表1看出，A1截面、A2截面、A3截面的上半周膨胀量分别是62％、22％和11％，而下半周膨胀量分别是12％、4％和2％，A1截面、A2截面和A3截面的上半周膨胀量和下半周膨胀量之比分别为5.17、5.5和5.5。

具体成形过程：

首先要降低单侧的高膨胀量进行第一次成形，第一步的目的是首先成形出单侧低膨胀量的中间毛坯，为降低曲拐处的局部膨胀量，将曲拐的垂直高度由原来的86mm降到80mm，这时的管坯被称做中间毛坯。中间毛坯上下半周变形膨胀量的计算结果如表2：

表2

对中间毛坯进行同上的截面分析，A1截面、A2截面和A3截面的上半周膨胀量分别是44％，22％和11％，而下半周膨胀量分别是10％，4％和2％，A1截面、A2截面和A3截面的平均膨胀量分别是27％，13％和6.5％。可见曲拐高度降低之后，A1截面上半周的膨胀量下降了18％，下半周的膨胀量下降了2％，平均膨胀量下降了10％，而A2截面和A3截面处的膨胀量没有变化。中间毛坯与最终的零件相比，局部膨胀量和平均膨胀量都有所降低，变形的不均匀性有所缓解，成形的难度也相应的降低了，所以可以成功地成形出来。

中间毛坯成形之后，由于截面的上半周已经在中间毛坯成形时减薄很大，变形的不均匀性仍很严重，若直接胀形则完全依靠上半周的减薄来实现，所以存在破裂的危险。因此需要通过改变毛坯的截面形状，改变贴模顺序，消除不均匀变形，使减薄最严重的区域先贴膜，这样就避免了成形过程中最薄处的开裂。将中间毛坯A1截面的两侧进行压扁，使A1截面的顶端达到空心曲轴试件曲拐的高度，中间毛坯已经减薄处先贴模，基本不变形。这样再成形为空心曲轴零件件时，只是两侧对称的向外膨胀，且左右两侧膨胀率相等，从而达到改善变形不均匀性的目的。

最终成形，将改变截面后的中间毛坯，放到与零件大小一致的模具中，进行内部加压胀形，由于此时最容易开裂的部位曲拐顶端已经与模具相接触，终成形只是将曲拐两侧未贴模的部位胀起，由于采用了合理的截面形状，降低了局部膨胀率，使不均匀变形得到改善，因此这种非对称高膨胀率的空心管件终成形可以顺利成形。

Claims

1.一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，其特征在于：液压成形方法的步骤为：

步骤一、成形中间毛坯：

步骤二、改变中间毛坯的截面形状：

步骤三、成形最终零件：

2.根据权利要求1所述的一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，其特征在于：步骤一中，中间毛坯凸起的高度为成形零件凸起的高度的85％-90％。

3.根据权利要求1所述的一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，其特征在于：步骤一中，中间毛坯凸起的高度为成形零件凸起的高度的90％-95％。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，其特征在于：步骤一中，向初始管坯内部施加液体压力为50-60MPa。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，其特征在于：步骤一中，向初始管坯内部施加液体压力为60-70MPa。

6.根据权利要求1、2或3所述的一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，其特征在于：步骤一中，向初始管坯内部施加液体压力为70-80MPa。

7.根据权利要求4所述的一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，其特征在于：步骤一中，胀形完成后，提高压力至100-110MPa，保压5-7分钟。

8.根据权利要求5所述的一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，其特征在于：步骤一中，胀形完成后，提高压力至110-120MPa，保压3-5分钟。

9.根据权利要求1、2、3、7或8所述的一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，其特征在于：步骤三中，当压力达到150-170MPa时，移出改变截面形状的毛坯两端的冲头。

10.根据权利要求1、2、3、7或8所述的一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，其特征在于：步骤三中，当压力达到170-200MPa时，移出改变截面形状的毛坯两端的冲头。