CN102641955B - 在单向压力机上成形三通件的模具及其成形方法 - Google Patents

Abstract

一种在单向压力机上成形三通件的装置及其成形方法，采用在单向压力机上加载，通过斜楔、垫块和滑块的配合实施多个方向同时加载，实现了三通件在单向压力机上的整体成形。本发明中，垂直凸模与上模板相连，上模板直接受载，水平凸模经垫块-斜楔-滑块传力驱动，实现了三通件的整体一次成形，简化了工艺流程。当需要调节主支管长度或更改加载方式时，无需整体取出凹模、冲头，单独替换不同高度的垫块或更换不同斜度的滑块-斜楔即可，增加了设计的灵活性，缩短了工作时间。本发明减少了焊接和机加工过程，避免了焊缝腐蚀、切断流线等缺陷，提高了构件的可靠性，提高了材料的利用率，对加载环境要求低，具有操作简单、方便，易实施的特点。

Description

在单向压力机上成形三通件的模具及其成形方法

技术领域

本发明涉及热加工领域，具体是一种在单向压力机上成形三通件的装置及其成形方法。

技术背景

三通件作为一种重要的工业零件，在石油化工、动力工业等领域广泛应用。上述领域的发展在对三通件的需求愈来愈广泛的同时对该类零件的组织和力学性能提出了更高的要求。目前此类零件的加工方式主要有铸造、焊接、胀形、机械加工。铸造件的铸造缺陷难以克服，常成为零件失效隐患；采用胀形方法成形三通件壁厚受限且均匀性难以控制；焊缝处的残余应力易引发应力腐蚀断裂，造成管道泄漏和破坏，且焊接零件对服役环境要求较高；机械加工成形三通件生产效率低、材料利用率低，且机加工时切断金属流线，影响产品强度和刚度等性能。

中国专利申请CN1056830A公开了一种利用液压胀形制造三通件的方法，通过将管坯置入型模内，经合模、锁模、两端模封管、充液、两端模相对运动、放液、两端模回程、主缸回程、顶出缸顶出等步骤，完成三通件的成形。首先该成形方法是在室温下进行，由于受到材料塑性变形能力以及液体压力的限制，胀形程度不宜过大，所以所成形三通管的壁厚受限，成形相对壁厚(管坯壁厚/管坯外径)较大的工件困难；其次该方法所成形三通件是在模具的压力下，迫使毛坯厚度减薄和表面积增大来获得零件几何尺寸，支管是由于主管材料向支管型腔流动形成，而材料在室温下的流动能力和主管壁厚减薄有限，所以支管壁厚难以控制，易于减薄过度而发生破裂。

中国发明专利CN101695739公布了一种大型正、斜三通的锻制工艺，截出坯料预热后在多向模锻液压机上锻压出主管，与此同时在锻模内主管上反挤压形成凸块，通过后续机加工成形支管。采用该方法在第一步锻造成形三通管主管时，在成形后期由于金属剧烈向支管型腔流动，导致金属逐渐脱离成形主管的模具表面，形成空腔；同时采用机加工成形支管，降低材料利用率，切断金属流线，使得构件流线外露，降低了构件的力学性能和抗腐蚀性能。

中国发明专利CN85202826U公布了一种用于模锻气压、液压传动管路系统上的管接头多向模锻设备。该装置的上模板、动圈和下模板内分别装有四组以下的锲形工作机构。水平冲头通过锲形块、动圈和滑块与垂直冲头协调运动。加载时，上模板与压力机滑块一起下行，锲形块向外滑动的同时向下推压动圈做向下运动，动圈下端的斜面所产生的水平分立推动侧向滑块及冲头挤压工件。该装置的每组锲形块-动圈-滑块之间传动均依靠斜面提供的侧向水平分力，装置复杂，能量利用率低，为使水平冲头达到相应载荷，压力机需要提供较大的压力，且该装置只能成形主支管高度固定的管件。

中国发明专利CN102248102A公布了一种整体成形铝合金等径三通件的方法，采用三通模具实施整体成形铝合金等径三通件，其加载成形过程为水平凸模先运动，侧凸模稍后运动，三个凸模一起运动至最终成形位置，通过协调不同方向模具的加载顺序控制成形过程中的金属流动。此种成形方式要求在多向模锻液压机上进行，水平凸模和垂直凸模的运动依靠多向模锻压力机不同方向的加载，模具运动控制复杂，动力要求高。

发明内容

针对以上提出的三通件成形过程中无法满足高性能要求以及对设备要求高，加载过程复杂的缺点，本发明提出了一种在单向压力机上成形三通件的装置及其成形方法。

本发明包括上模板、下模板、2个凹模、2个水平凸模、垂直凸模、2个滑块、2个挡板、2个斜楔和2个垫块；2个滑块分别安装在位于下模板上表面的两端的滑块槽内；水平凸模位于2个滑块之间，并且该水平凸模的外端与滑块内侧表面配合；2个挡板分别位于2个滑块的外侧，并嵌装入下模板上表面的挡板安装槽内；2个斜楔的斜面分别置于2个滑块的斜面上，并且各斜楔侧表面的燕尾块插入挡板侧表面的燕尾槽内；2个垫块的下表面分别安放在斜楔的上表面；上模板位于所述垫块的上表面；2个凹模位于2个垫块之间；2个凹模扣合为整体并固紧，使2个凹模上的水平凹槽形成完整的主管型腔，2个凹模上的垂直凹槽形成完整的支管型腔；所述凹模的主管型腔的中心线与水平凸模的中心线重合；所述凹模的支管型腔的中心线与垂直凸模的中心线重合；2个水平凸模分别位于2个滑块的内侧；垂直凸模固定在上模板下表面的中心。

在下模板的中部有凹模插块固定槽；在所述下模板上表面的两端的滑块槽的外侧分别有挡板的安装槽，该安装槽的槽底分布有安装孔。

在凹模的一个表面有三通槽，该三通槽的水平槽为所成形管件主管的型腔，位于所述水平槽的中间并与该水平槽垂直贯通的垂直槽为所成形工件支管的型腔；所述主管型腔和支管型腔的直径均与所成形管件的外径相同；在凹模1的下表面有凸出的插块。

斜楔下表面与一侧表面相交处的直角加工成斜面，该斜面的倾斜角度β为45°～60°。斜楔的另一侧表面中部有燕尾块。滑块4的上表面为平面，且上表面与一侧表面相交处的直角加工成斜面，该斜面的倾斜角度α为45°～60°。滑块4的下表面中部有凸出的插块，该插块能够安装在下模板的滑槽内。

本发明还提出了一种利用上述成形三通件的模具成形三通件的方法，其具体步骤为：

步骤一：准备坯料；将圆柱形坯料，缺陷局部打磨；坯料在箱式电阻炉内以2℃/s的速度加热；当坯料为铝合金时，坯料的加热温度为350℃～400℃；当坯料为钢材时，坯料的加热温度为950℃～1050℃；模具预热至350℃～400℃并保温1h；

步骤二：放置坯料；将加热并保温的坯料放置到凹模的主管型腔内，并且使坯料长度方向的中心线与凹模的主管型腔的轴线重合；固定两个凹模的相对位置，使分别处于两个凹模上的半圆形主管型腔和半圆形支管型腔型腔组合成为一个完整的圆形型腔；

步骤三：定位凹模；放置水平凸模；将凹模固定于下模板凹槽内，将2个水平凸模分别置于凹模的主管型腔内，并位于坯料的两侧，水平凸模工作段的端面距坯料端面1mm；

步骤四：定位垂直凸模；连接垂直凸模与上模板：垂直凸模穿入上模板中心孔并固定；

步骤五：放置上模板；将滑块推入滑道，挡板放于下模板上，将斜楔燕尾部分放入燕尾槽，与滑块接触，将垫块放至斜楔上；将上模板两端置于垫块上，使上模板中心孔轴线与凹模支管型腔轴线在同一直线上；

步骤六：加载成形三通件；通过单向压力机加载成形；加载成形过程有两种，一种是多向分步成形三通件，另一种是多向同步成形三通件；

当采用多向分步成形三通件时：

第一步，成形三通件主管；通过单向压力机加载，压力作用于上模板中心处，使单向压力机上的滑块向下运动；在单向压力机的压力下，垫块向下运动，从而推动两个滑块同时向凹模方向滑动，进而推动两个水平凸模同时相向同速运动，挤压坯料，成形三通件主管；单向压力机的下压速度为5mm/s，下压距离为(Htanα+1)mm；

第二步，成形三通件支管；取下垫块，通过单向压力机加载成形，压力作用于上模板中心处，使单向压力机上的滑块向下运动；在单向压力机的压力下，垂直凸模向下运动挤压坯料，成形三通件支管；单向压力机的下压速度为5mm/s，下压距离为支管深度h；

当采用多向同步成形三通件时：

通过单向压力机加载时，压力作用于上模板中心处，使单向压力机上的滑块向下运动。在单向压力机的压力下，垂直凸模向下运动挤压坯料，成形三通件支管；在单向压力机的压力下，垫块向下运动，从而推动两个滑块同时向凹模方向滑动，进而推动两个水平凸模同时相向同速运动，挤压坯料，成形三通件主管。单向压力机的下压速度为5mm/s，下压距离为支管深度(Htanα+1)mm；

步骤七：脱模；成形结束后，卸载并退模；垂直凸模先退出，再将2个水平凸模同时退出；得到三通件。

本发明采用在单向压力机上加载，通过斜楔、滑块的配合实现多个方向同时加载。上模板直接受载，水平凸模经垫块-斜楔-滑块传力驱动，实现了三通件的整体一次成形，简化了工艺流程。当需要调节主支管长度或更改加载方式时，无需整体取出凹模、冲头，单独替换不同高度的垫块或更换不同斜度的滑块-斜楔即可，增加了设计的灵活性，缩短了工作时间。

附图说明

图1为凹模的结构示意图，其中：图1a为主视图，图1b为侧视图；

图2为下模板的结构示意图，其中：图2a为主视图，图2b为俯视图；

图3为水平凸模的结构示意图；

图4为滑块的结构示意图，其中：图4a为主视图，图4b为侧视图；

图5为挡板的结构示意图，其中：图5a为主视图，图5b为侧视图，图5c为俯视图；

图6为斜楔的结构示意图，其中：图6a为主视图，图6b为俯视图；

图7为垂直凸模的结构示意图；

图8为上模板的结构示意图，其中：图8a为主视图，图8b为俯视图；

图9为所成形三通件结构示意图；

图10为本发明的结构示意图；

图11为本发明的轴测图。附图中：

1.凹模    2.下模板    3.水平凸模    4.滑块    5.挡板

6.斜楔    7.垂直凸模  8.上模板      9.垫块    10.工件

具体实施方式

实施例一

本实施例是一种在单向压力机上成形三通件的模具，包括上模板8、下模板2、2个凹模1、2个水平凸模3、垂直凸模7、2个滑块4、2个挡板5、2个斜楔6和2个垫块9。

2个滑块4分别安装在位于下模板2上表面的两端的滑块安装槽内。水平凸模3位于2个滑块4之间，并且该水平凸模3的外端与滑块4内侧表面配合。2个挡板5分别位于2个滑块4的外侧，并嵌装入下模板2上表面的挡板安装槽内。2个斜楔6的斜面分别置于2个滑块4的斜面上，并且各斜楔6侧表面的燕尾块插入挡板5侧表面的燕尾槽内，实现斜楔6与挡板5的连接。2个垫块9的下表面分别安放在斜楔6的上表面。上模板8位于所述垫块9的上表面。2个凹模1位于2个垫块9之间。2个凹模1扣合成为一个整体，并通过螺栓固紧，使2个凹模1上的水平凹槽形成完整的主管型腔，2个凹模1上的垂直凹槽形成完整的支管型腔。所述凹模1的主管型腔的中心线与水平凸模3的中心线重合。所述凹模1的支管型腔的中心线与垂直凸模7的中心线重合。2个水平凸模3分别位于2个滑块4的内侧。垂直凸模7固定在上模板8下表面的中心。

下模板2为矩形块。在下模板2的上表面有凹模1的插块安装槽；所述的凹模插块安装槽位于下模板2长度方向的中部。在所述插块安装槽的两侧，分别有条状的凹槽，该凹槽为滑块4的滑道。在下模板2长度方向的两端，有挡板5的安装槽，在该安装槽的底面分布有挡板5的安装孔。

所述上模板8亦为矩形块状。在上模板8的中心有垂直凸模7的安装孔。

所述凹模1为板件。在凹模1的一个表面有三通槽，该三通槽的水平槽为所成形管件主管的型腔，位于所述水平槽的中间并与该水平槽垂直的垂直槽为所成形工件支管的型腔。所述主管型腔和支管型腔的直径均与所成形管件的外径相同。在凹模1的下表面有凸出的插块，通过该插块，将凹模1固定在下模板2上表面的中心处。在凹模1的上表面、支管型腔的两侧对称分布有贯通凹模1厚度的螺栓槽。使用时，将两个凹模1有三通槽的表面贴合，使分别处于两个凹模上的半圆形主管型腔和半圆形支管型腔型腔组合成为一个完整的型腔。

所述水平凸模3有2个，为杆件，包括工作段和固定段。所述固定段的横截面为方形，与滑块4内侧表面配合。在工作段和固定段之间有径向凸出的凸台，该凸台外径与凹模1主管型腔直径相等。

所述垂直凸模7亦为杆件，包括工作段和固定段。在工作段和固定段之间有径向凸出的凸台，该凸台外径与凹模1支管型腔直径相等。所述固定段的横截面为方形，在所述固定段的端面有轴向的内螺纹孔，用于将该垂直凸模7与上模板8固接。

所述斜楔6有2个，均为块状。斜楔6的上表面为平面；斜楔的下表面与一侧表面相交处的直角加工成斜面，该斜面的倾斜角度β为45°～60°。斜楔6的另一侧表面中部有燕尾块。

所述滑块4有2个，均为块状。滑块4的上表面为平面，且上表面与一侧表面相交处的直角加工成斜面，该斜面的倾斜角度α为45°～60°。滑块4的下表面中部有凸出的插块，该插块可安装在下模板的滑槽内。

本实施例中，通过下模板2的凹槽及螺栓固定凹模1和挡板5；滑槽供滑块4滑行。根据三通件为对称结构的特点，本实施例中的凹模1采用前后分模形式，即凹模1由对称的前后两半凹模组成，两半凹模合模后形成直径相等的主管型腔和支管型腔，且型腔均为三通件形。凹模1型腔的直径与所成形三通件10的外径相等。

垂直凸模7通过上模板8中部的螺栓固定在上模板8的下表面。上模板8置于垫块9上，垫块9置于斜楔6上，斜楔6与滑块4之间通过斜面接触。凸模由垂直凸模7和两个水平凸模3组成。垂直凸模7和水平凸模3的工作段均呈圆柱形，并在端部倒圆角。工作时，水平凸模3在凹模1的主管型腔内沿主管型腔轴线方向运动成形主管，该水平凸模3工作段的长度与三通件主管的深度相等，工作段的直径与三通件主管的内径相等；垂直凸模7在凹模的支管型腔内沿支管型腔轴线方向运动成形支管，该垂直凸模7工作段的长度与三通件支管的深度相等，工作段的直径与三通件支管的内径相等。成形过程中由单向压力机对上模板8加载，垂直凸模7随上模板8向下运动，垂直挤压工件10；垫块9下行驱动斜楔6，斜楔6下端斜面所产生的水平分力推动滑块4及水平凸模3运动，水平挤压工件10。

实施例二

本实施例是一种采用实施例一所述在单向压力机上成形三通件的模具成形三通件的方法。本实施例所采用的三通件模具中斜楔与滑块的斜面角度α均为45°，垫块高度为130mm。

本实施例所成形的三通件原材料采用7075铝合金挤压棒材，模具材料采用AISI-H21钢材，所成形的三通件包括支管和主管。如图9所示，L是支管高度，h是支管深度，H是主管单侧深度，且0.5H＜h＜H，D1是主管内径，D2是主管外径，该三通件的支管与主管的内径外径均对应相等。本实施例中，h＝48mm，H＝66mm，L＝70mm，D1＝32mm，D2＝66mm。

本实施例成形过程中，先成形三通件主管，后成形三通件支管，即水平凸模先加载，垂直凸模后加载，具体步骤为：

步骤一：准备坯料，将7075铝合金棒料车削至直径小于三通件主管外径1mm，即φ65mm。根据塑性成形过程中“体积不变”的原则确定出坯料的长度尺寸为140mm。将棒料加工成φ65mm×140mm的圆柱形坯料，缺陷局部打磨；坯料在箱式电阻炉内以2℃/s的速度加热至400℃并保温30min，模具预热至350℃并保温1h。

步骤二：放置坯料。将加热并保温的坯料放置到凹模的主管型腔内，并且使坯料长度方向的中心线与凹模的主管型腔的轴线重合。用紧固螺钉固定两个凹模的相对位置，使分别处于两个凹模上的半圆形主管型腔和半圆形支管型腔型腔组合成为一个完整的圆形型腔。

步骤三：定位凹模，放置水平凸模。将凹模固定于下模板凹槽内，将2个水平凸模分别置于凹模的主管型腔内，并位于坯料的两侧，水平凸模工作段的端面距坯料端面1mm。

步骤四：定位垂直凸模。连接垂直凸模与上模板：垂直凸模穿入上模板中心孔并用螺钉固定。

步骤五：放置上模板。将滑块推入滑道，挡板放于下模板上，将斜楔燕尾部分放入燕尾槽，斜楔斜面与滑块斜面接触，将垫块放至斜楔上，然后将上模板两端置于垫块上，使上模板中心孔轴线与凹模支管型腔轴线在同一直线上。

步骤六：加载成形三通件。通过单向压力机加载成形。加载成形过程有两种，一种是多向同步成形三通件，另一种是多向分步成形三通件。本实施例采用多向分步成形三通件，其具体过程是：

第一步，成形三通件主管。通过单向压力机加载，压力作用于上模板中心处，使单向压力机上的滑块向下运动。在单向压力机的压力下，垫块向下运动，从而推动两个滑块同时向凹模方向滑动，进而推动两个水平凸模同时相向同速运动，挤压坯料，成形三通件主管。单向压力机的下压速度为5mm/s，下压距离为(Htanα+1)mm，本实施例中，单向压力机的下压距离为67mm。

第二步，成形三通件支管。取下垫块，通过单向压力机加载成形，压力作用于上模板中心处，使单向压力机上的滑块向下运动。在单向压力机的压力下，垂直凸模向下运动挤压坯料，成形三通件支管。单向压力机的下压速度为5mm/s，下压距离为支管深度h，本实施例中，单向压力机的下压距离为48mm。

步骤七：脱模。成形结束后，卸载并退模；垂直凸模先退出，再将2个水平凸模同时退出；得到三通件。

实施例三

本实施例是一种采用实施例一所述在单向压力机上成形三通件的模具成形三通件的方法。本实施例所采用的三通件模具中斜楔与滑块的斜面角度α均为45°，垫块高度为130mm。

本实施例所成形的三通件原材料采用7050铝合金挤压棒材，模具材料采用AISI-H21钢材，所成形的三通件包括支管和主管。如图9所示，L是支管高度，h是支管深度，H是主管单侧深度，且0.5H＜h＜H，D1是主管内径，D2是主管外径，该三通件的支管与主管的内径外径均对应相等。本实施例中，h＝48mm，H＝66mm，L＝70mm，D1＝32mm，D2＝66mm。

本实施例成形过程中，先成形三通件主管，后成形三通件支管，即水平凸模先加载，垂直凸模后加载，具体步骤为：

步骤一：准备坯料，将7050铝合金棒料车削至直径小于三通件主管外径1mm，即φ65mm。根据塑性成形过程中“体积不变”的原则确定出坯料的长度尺寸为140mm。将棒料加工成φ65mm×140mm的圆柱形坯料，缺陷局部打磨；坯料在箱式电阻炉内以2℃/s的速度加热至350℃并保温30min，模具预热至350℃并保温1h。

步骤二：放置坯料。将加热并保温的坯料放置到凹模的主管型腔内，并且使坯料长度方向的中心线与凹模的主管型腔的轴线重合。用紧固螺钉固定两个凹模的相对位置，使分别处于两个凹模上的半圆形主管型腔和半圆形支管型腔型腔组合成为一个完整的圆形型腔。

步骤三：定位凹模，放置水平凸模。将凹模固定于下模板凹槽内，将2个水平凸模分别置于凹模的主管型腔内，并位于坯料的两侧，水平凸模工作段的端面距坯料端面1mm。

步骤四：定位垂直凸模。连接垂直凸模与上模板：垂直凸模穿入上模板中心孔并用螺钉固定。

步骤五：放置上模板。将滑块推入滑道，挡板放于下模板上，将斜楔燕尾部分放入燕尾槽，斜楔斜面与滑块斜面接触，将垫块放至斜楔上，然后将上模板两端置于垫块上，使上模板中心孔轴线与凹模支管型腔轴线在同一直线上。

步骤六：加载成形三通件。通过单向压力机加载成形。加载成形过程有两种，一种是多向同步成形三通件，另一种是多向分步成形三通件。本实施例采用多向分步成形三通件，其具体过程是：

第一步，成形三通件主管。通过单向压力机加载，压力作用于上模板中心处，使单向压力机上的滑块向下运动。在单向压力机的压力下，垫块向下运动，从而推动两个滑块同时向凹模方向滑动，进而推动两个水平凸模同时相向同速运动，挤压坯料，成形三通件主管。单向压力机的下压速度为5mm/s，下压距离为(Htanα+1)mm，本实施例中，单向压力机的下压距离为67mm。

第二步，成形三通件支管。取下垫块，通过单向压力机加载成形，压力作用于上模板中心处，使单向压力机上的滑块向下运动。在单向压力机的压力下，垂直凸模向下运动挤压坯料，成形三通件支管。单向压力机的下压速度为5mm/s，下压距离为支管深度h，本实施例中，单向压力机的下压距离为48mm。

步骤七：脱模。成形结束后，卸载并退模；垂直凸模先退出，再将2个水平凸模同时退出；得到三通件。

实施例四

本实施例是一种采用三通模具在单向压力机上整体成形等径三通件的方法。本实施例所采用的三通件模具中斜楔与滑块的斜面角度α均为45°，垫块高度为125mm。

本实施例的原材料采用AISI-5140棒材，模具材料采用AISI-H13钢材，所成形的三通件包括支管和主管。如图9所示，L是支管高度，h是支管深度，H是主管深度，且0.5H＜h＜H，D1是主管内径，D2是主管外径，该三通件的支管与主管的内径外径均对应相等。本实施例中，h＝43mm，H＝66mm，L＝60mm，D1＝32mm，D2＝66mm。

本实施例通过改变垫块高度控制水平凸模与垂直凸模的加载距离，成形主支管高度比不同的三通件。本实施例在单向压力机上成形上述三通件，具体步骤为：

步骤一：准备坯料，首先将AISI-5140棒料车削至直径小于三通件主管外径1mm，即φ65mm，然后根据塑性成形过程中“体积不变”的原则确定出坯料的长度尺寸为136mm，将棒料加工成φ65mm×136mm的圆柱形坯料，缺陷局部打磨；坯料在箱式电阻炉内以2℃/s的速度加热至1000℃并保温30min，模具预热至400℃并保温1h。

步骤二：放置坯料。将加热并保温的坯料放置到凹模的主管型腔内，并且使坯料长度方向的中心线与凹模的支管型腔的轴线重合，紧固螺钉固定两凹模相对位置。

步骤三：定位凹模，放置水平凸模。将凹模固定于下模板凹槽内，将2个水平凸模分别置于凹模的主管型腔内，并位于坯料的两侧，水平凸模工作段的端面距坯料端面1mm。

步骤四：定位垂直凸模。连接垂直凸模与上模板：垂直凸模穿入上模板中心孔并用螺钉固定。

步骤五：放置上模板。将滑块推入滑道，挡板放于下模板上，将斜楔燕尾部分放入燕尾槽，斜楔斜面与滑块斜面接触，将垫块放至斜楔上，然后将上模板两端置于垫块上，使上模板中心孔轴线与凹模支管型腔轴线在同一直线上。

步骤六：加载成形三通件。通过单向压力机加载成形。加载成形过程有两种，一种是多向同步成形三通件，另一种是多向分步成形三通件。本实施例采用多向同步成形三通件，其具体过程是：

整体加载成形：通过单向压力机加载，压力作用于上模板中心处，使单向压力机上的滑块向下运动。在单向压力机的压力下，垂直凸模向下运动挤压坯料，成形三通件支管；在单向压力机的压力下，垫块向下运动，从而推动两个滑块同时向凹模方向滑动，进而推动两个水平凸模同时相向同速运动，挤压坯料，成形三通件主管。单向压力机的下压速度为5mm/s，下压距离为主管单侧深度(Htanα+1)mm。本实施例中，单向压力机的下压距离为67mm。

步骤七：脱模。成形结束后，卸载并退模；垂直凸模先退出，再将2个水平凸模同时退出；得到三通件。

实施例五

本实施例是一种采用三通模具在单向压力机上整体成形等径三通件的方法。本实施例所采用的三通件模具中斜楔与滑块的斜面角度α均为60°，垫块高度为120mm。

本实施例的原材料采用7085铝合金挤压棒材，模具材料采用AISI-H21钢材，所成形的三通件包括支管和主管。如图9所示，L是支管高度，h是支管深度，H是主管深度，且0.5H＜h＜H，D1是主管内径，D2是主管外径，该三通件的支管与主管的内径外径均对应相等。本实施例中，h＝38mm，H＝66mm，L＝60mm，D1＝32mm，D2＝66mm。

本实施例通过改变斜楔-滑块斜面角度控制水平凸模与垂直凸模的加载速度，在单向压力机上一次成形三通件主管与支管，垂直凸模与水平凸模同时加载，具体步骤为：

步骤一：准备坯料，首先将7085铝合金棒料车削至直径小于三通件主管外径1mm，即φ65mm，然后根据塑性成形过程中“体积不变”的原则确定出坯料的长度尺寸为132mm，将棒料加工成φ65mm×132mm的圆柱形坯料，缺陷局部打磨；坯料在箱式电阻炉内以2℃/s的速度加热至375℃并保温30min，模具预热至375℃并保温1h。

步骤二：放置坯料。将加热并保温的坯料放置到凹模的主管型腔内，并且使坯料长度方向的中心线与凹模的支管型腔的轴线重合，紧固螺钉固定两凹模相对位置。

步骤三：定位凹模，放置水平凸模。将凹模固定于下模板凹槽内，将2个水平凸模分别置于凹模的主管型腔内，并位于坯料的两侧，水平凸模工作段的端面距坯料端面1mm。

步骤四：定位垂直凸模。连接垂直凸模与上模板：垂直凸模穿入上模板中心孔并用螺钉固定。

步骤五：放置上模板。将滑块推入滑道，挡板放于下模板上，将斜楔燕尾部分放入燕尾槽，斜楔斜面与滑块斜面接触，将垫块放至斜楔上，然后将上模板两端置于垫块上，使上模板中心孔轴线与凹模支管型腔轴线在同一直线上。

步骤六：加载成形三通件。通过单向压力机加载成形。加载成形过程有两种，一种是多向同步成形三通件，另一种是多向分步成形三通件。本实施例采用多向同步成形三通件，其具体过程是：

整体加载成形：通过单向压力机加载，压力作用于上模板中心处，使单向压力机上的滑块向下运动。在单向压力机的压力下，垂直凸模向下运动挤压坯料，成形三通件支管；在单向压力机的压力下，垫块向下运动，从而推动两个滑块同时向凹模方向滑动，进而推动两个水平凸模同时相向同速运动，挤压坯料，成形三通件主管。单向压力机的下压速度为5mm/s，下压距离为主管单侧深度(Htanα+1)mm.本实施例中，单向压力机的下压距离为115mm。

步骤七：脱模。成形结束后，卸载并退模；垂直凸模先退出，再将2个水平凸模同时退出；得到三通件。

实施例六：

本实施例是一种采用三通模具在单向压力机上整体成形等径三通件的方法。本实施例所采用的三通件模具中斜楔与滑块的斜面角度α均为53°，垫块高度为130mm。

本实施例的原材料采用AISI-4140棒材，模具材料采用AISI-H13钢材，所成形的三通件包括支管和主管。如图9所示，L是支管高度，h是支管深度，H是主管深度，且0.5H＜h＜H，D1是主管内径，D2是主管外径，该三通件的支管与主管的内径外径均对应相等。本实施例中，h＝59mm，H＝66mm，L＝86mm，D1＝32mm，D2＝66mm。

本实施例在单向压力机上一次成形三通件主管与支管，垂直凸模与水平凸模同时加载，具体步骤为：

步骤一：准备坯料，首先将AISI-4140棒料车削至直径小于三通件主管外径1mm，即φ65mm，然后根据塑性成形过程中“体积不变”的原则确定出坯料的长度尺寸为153mm，将棒料加工成φ65mm×153mm的圆柱形坯料，缺陷局部打磨；坯料在箱式电阻炉内以2℃/s的速度加热至950℃并保温30min，模具预热至400℃并保温1h。

步骤二：放置坯料。将加热并保温的坯料放置到凹模的主管型腔内，并且使坯料长度方向的中心线与凹模的支管型腔的轴线重合，紧固螺钉固定两凹模相对位置。

步骤三：定位凹模，放置水平凸模。将凹模固定于下模板凹槽内，将2个水平凸模分别置于凹模的主管型腔内，并位于坯料的两侧，水平凸模工作段的端面距坯料端面1mm。

步骤四：定位垂直凸模。连接垂直凸模与上模板：垂直凸模穿入上模板中心孔并用螺钉固定。

步骤五：放置上模板。将滑块推入滑道，挡板放于下模板上，将斜楔燕尾部分放入燕尾槽，斜楔斜面与滑块斜面接触，将垫块放至斜楔上，然后将上模板两端置于垫块上，使上模板中心孔轴线与凹模支管型腔轴线在同一直线上。

步骤六：加载成形三通件。通过单向压力机加载成形。加载成形过程有两种，一种是多向同步成形三通件，另一种是多向分步成形三通件。本实施例采用多向同步成形三通件，其具体过程是：

整体加载成形：通过单向压力机加载，压力作用于上模板中心处，使单向压力机上的滑块向下运动。在单向压力机的压力下，垂直凸模向下运动挤压坯料，成形三通件支管；在单向压力机的压力下，垫块向下运动，从而推动两个滑块同时向凹模方向滑动，进而推动两个水平凸模同时相向同速运动，挤压坯料，成形三通件主管。单向压力机的下压速度为5mm/s，下压距离为支管深度(Htanα+1)mm。本实施例中，单向压力机的下压距离为89mm。

步骤七：脱模。成形结束后，卸载并退模；垂直凸模先退出，再将2个水平凸模同时退出；得到三通件。

实施例七

本实施例是一种采用三通模具在单向压力机上整体成形等径三通件的方法。本实施例所采用的三通件模具中斜楔与滑块的斜面角度α均为45°，垫块高度为120mm。

本实施例的原材料采用AISI-4135棒材，模具材料采用AISI-H13钢材，所成形的三通件包括支管和主管。如图9所示，L是支管高度，h是支管深度，H是主管深度，且0.5H＜h＜H，D1是主管内径，D2是主管外径，该三通件的支管与主管的内径外径均对应相等。本实施例中，h＝38mm，H＝66mm，L＝60mm，D1＝32mm，D2＝66mm。

本实施例在单向压力机上一次成形三通件主管与支管，垂直凸模与水平凸模同时加载，具体步骤为：

步骤一：准备坯料，首先将AISI-4135棒料车削至直径小于三通件主管外径1mm，即φ65mm，然后根据塑性成形过程中“体积不变”的原则确定出坯料的长度尺寸为132mm，将棒料加工成φ65mm×132mm的圆柱形坯料，缺陷局部打磨；坯料在箱式电阻炉内以2℃/s的速度加热至1050℃并保温30min，模具预热至400℃并保温1h。

步骤二：放置坯料。将加热并保温的坯料放置到凹模的主管型腔内，并且使坯料长度方向的中心线与凹模的支管型腔的轴线重合，紧固螺钉固定两凹模相对位置。

步骤三：定位凹模，放置水平凸模。将凹模固定于下模板凹槽内，将2个水平凸模分别置于凹模的主管型腔内，并位于坯料的两侧，水平凸模工作段的端面距坯料端面1mm。

步骤四：定位垂直凸模。连接垂直凸模与上模板：垂直凸模穿入上模板中心孔并用螺钉固定。

步骤五：放置上模板。将滑块推入滑道，挡板放于下模板上，将斜楔燕尾部分放入燕尾槽，斜楔斜面与滑块斜面接触，将垫块放至斜楔上，然后将上模板两端置于垫块上，使上模板中心孔轴线与凹模支管型腔轴线在同一直线上。

步骤六：加载成形三通件。通过单向压力机加载成形。加载成形过程有两种，一种是多向同步成形三通件，另一种是多向分步成形三通件。本实施例采用多向同步成形三通件，其具体过程是：

整体加载成形：通过单向压力机加载，压力作用于上模板中心处，使单向压力机上的滑块向下运动。在单向压力机的压力下，垂直凸模向下运动挤压坯料，成形三通件支管；在单向压力机的压力下，垫块向下运动，从而推动两个滑块同时向凹模方向滑动，进而推动两个水平凸模同时相向同速运动，挤压坯料，成形三通件主管。单向压力机的下压速度为5mm/s，下压距离为主管单侧深度(Htanα+1)mm。本实施例中，单向压力机的下压距离为67mm。

步骤七：脱模。成形结束后，卸载并退模；垂直凸模先退出，再将2个水平凸模同时退出；得到三通件。

Claims (6)

1.一种成形三通件的模具，其特征在于，包括上模板、下模板、2个凹模、2个水平凸模、垂直凸模、2个滑块、2个挡板、2个斜楔和2个垫块；2个滑块分别安装在位于下模板上表面的两端的滑块槽内；水平凸模位于2个滑块之间，并且该水平凸模的外端与滑块内侧表面配合；2个挡板分别位于2个滑块的外侧，并嵌装入下模板上表面的挡板安装槽内；2个斜楔的斜面分别置于2个滑块的斜面上，并且各斜楔侧表面的燕尾块插入挡板侧表面的燕尾槽内；2个垫块的下表面分别安放在斜楔的上表面；上模板位于所述垫块的上表面；2个凹模位于2个垫块之间；2个凹模扣合为整体并固紧，使2个凹模上的水平凹槽形成完整的主管型腔，2个凹模上的垂直凹槽形成完整的支管型腔；所述凹模的主管型腔的中心线与水平凸模的中心线重合；所述凹模的支管型腔的中心线与垂直凸模的中心线重合；2个水平凸模分别位于2个滑块的内侧；垂直凸模固定在上模板下表面的中心。

2.如权利要求1所述一种成形三通件的模具，其特征在于，在下模板的中部有凹模插块固定槽；在所述下模板上表面的两端的滑块槽的外侧分别有挡板的安装槽，该安装槽的槽底分布有安装孔。

3.如权利要求1所述一种成形三通件的模具，其特征在于，在凹模的一个表面有三通槽，该三通槽的水平槽为所成形管件主管的型腔，位于所述水平槽的中间并与该水平槽垂直贯通的垂直槽为所成形工件支管的型腔；所述主管型腔和支管型腔的直径均与所成形管件的外径相同；在凹模的下表面有凸出的插块。

4.如权利要求1所述一种成形三通件的模具，其特征在于，斜楔的下表面与一侧表面相交处的直角加工成斜面，该斜面的倾斜角度β为45o～60o；斜楔的另一侧表面中部有燕尾块。

5.如权利要求1所述一种成形三通件的模具，其特征在于，滑块的上表面为平面，且上表面与一侧表面相交处的直角加工成斜面，该斜面的倾斜角度α为45o～60o；滑块的下表面中部有凸出的插块，该插块安装在下模板的滑槽内。

6.一种使用权利要求1所述成形三通件的模具成形三通件的方法，其特征在于，具体

步骤为：

步骤一：准备坯料；将圆柱形坯料，缺陷局部打磨；坯料在箱式电阻炉内以2℃/s的速度加热；当坯料为铝合金时，坯料的加热温度为350℃～400℃；当坯料为钢材时，坯料的加热温度为950℃～1050℃；模具预热至350℃～400℃并保温1h；

步骤二：放置坯料；将加热并保温的坯料放置到凹模的主管型腔内，并且使坯料长度方向的中心线与凹模的主管型腔的轴线重合；固定两个凹模的相对位置，使分别处于两个凹模上的半圆形主管型腔和半圆形支管型腔组合成为一个完整的圆形型腔；

步骤三：定位凹模；放置水平凸模；将凹模固定于下模板凹槽内，将2个水平凸模分别置于凹模的主管型腔内，并位于坯料的两侧，水平凸模工作段的端面距坯料端面1mm；

步骤四：定位垂直凸模；连接垂直凸模与上模板：垂直凸模穿入上模板中心孔并固定；

步骤五：放置上模板；将滑块推入滑道，挡板放于下模板上，将斜楔燕尾部分放入燕尾槽，与滑块接触，将垫块放至斜楔上；将上模板两端置于垫块上，使上模板中心孔轴线与凹模支管型腔轴线在同一直线上；

步骤六：加载成形三通件；通过单向压力机加载成形；加载成形过程有两种，一种是多向分步成形三通件，另一种是多向同步成形三通件；

当采用多向分步成形三通件时：

第一步，成形三通件主管；通过单向压力机加载，压力作用于上模板中心处，使单向压力机上的滑块向下运动；在单向压力机的压力下，垫块向下运动，从而推动两个滑块同时向凹模方向滑动，进而推动两个水平凸模同时相向同速运动，挤压坯料，成形三通件主管；单向压力机的下压速度为5mm/s，下压距离为(Ηtanα+1）mm；第二步，成形三通件支管；取下垫块，通过单向压力机加载成形，压力作用于上模板中心处，使单向压力机上的滑块向下运动；在单向压力机的压力下，垂直凸模向下运动挤压坯料，成形三通件支管；单向压力机的下压速度为5mm/s，下压距离为支管深度h；

当采用多向同步成形三通件时：

通过单向压力机加载时，压力作用于上模板中心处，使单向压力机上的滑块向下运动；在单向压力机的压力下，垂直凸模向下运动挤压坯料，成形三通件支管；在单向压力机的压力下，垫块向下运动，从而推动两个滑块同时向凹模方向滑动，进而推动两个水平凸模同时相向同速运动，挤压坯料，成形三通件主管；单向压力机的下压速度为5mm/s，下压距离为支管深度(Ηtanα+1)mm；

所述H是主管单侧深度，且0.5H<h<H，所述α是三通件模具中斜楔与滑块的斜面角度；

步骤七：脱模；成形结束后，卸载并退模；垂直凸模先退出，再将2个水平凸模同时退出；得到三通件。