CN103143622A - 一种用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法，包括以下步骤：S1,制备复合介质：将颗粒介质与熔融状态下的易熔合金均匀混合，易熔合金熔点低于管坯及颗粒介质的熔融温度；S2,填充复合介质：将流体状的复合介质灌入空心管坯内，然后冷却至复合介质凝固；S3,成形管件；S4,取出介质：让管内凝固的易熔合金转变为熔融状态，使其带动颗粒介质一起与管件脱离。本发明克服了采用传统的刚性模具成形厚壁金属管件时，难以达到较好成形质量的障碍，同时避免了金属管零件多工步成形，大大节约了模具成本，缩短了生产周期，达到绿色快速生产的目的。

Description

一种用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法

技术领域

本发明涉及厚壁金属管件的塑性成形方法，更具体地说，涉及一种用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法。

背景技术

在传统的金属管件刚模成形方法中，由于管件中空特点难以一次成形，需要多副模具，因此成本高、生产周期长，且管件在发生变形过程中容易出现壁厚减薄、外壁内凹、截面畸变等缺陷，产品质量得不到保证。为避免或减少质量缺陷的产生，生产中常采用芯轴或在管件内填充承压介质的方法。使用芯轴时需要较精确的工艺参数，成本高。对于在管内填充承压介质，一般分为柔性介质和固体介质两种。柔性介质通常指气体和液体，一般以水或油等液体为承压介质，即通常所说的管材内高压成形技术，以管材为坯料，通过管材内部施加高压液体把管坯压入到模腔中使其成形。但该方法还有一定的局限：①成本较高，需要高性能液压泵；②工作压力相对较低，一般为0.3-0.5GPa,且升压较为困难；③加工厚壁金属部件或高强度金属部件（如钛合金等）受到限制；④液体压力填充工艺的模具复杂，生产效率低，且易造成场地污染。固体介质一般有砂粒、石蜡、松香、低熔点合金等，但这些填充物对于厚壁管件的支撑力明显不足或影响生产质量。

近年来，国内学者提出了固体颗粒介质成形新工艺，是采用固体颗粒代替柔性介质对管材、板材进行胀形成形，避免了高压液体密封的难题。在中国发明专利CN1363434A中公开了一种金属管材固体颗粒传压介质胀形新工艺，对薄壁金属管坯和杯状薄壁金属管坯进行了胀形，所得零件表面光滑、质量好；但此项专利仅限于薄壁管的胀形工艺，且固体颗粒塑性流动能力不足，容易影响管件内壁质量。

在中国发明专利CN1165717A中公开的一种金属管中空塑性成形锻造法，该方法是先预制以PVC或PET为原料经真空射出成所需锻塑型体的中空罐状胶膜，根据需要灌入以水、铁砂、钢珠及有机淀粉等原料混合的液态填充料，封口后籍-5℃至-20℃之间的低温极速冷冻硬化模芯，将模芯置于金属管坯内，一同进行锻压后解除封口，采用溶化、软化或震碎模芯的方法取出填充物。该方法克服了中空锻塑成形模芯难以取出的障碍，可以用于制作高强度的中空金属零件，但该方法填充过程复杂，生产周期长，只适用小批量生产，且所使用的填充介质需在较低的温度下硬化，工作环境较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法，包括以下步骤：

S1,制备复合介质：将颗粒介质与熔融状态下的易熔合金均匀混合，易熔合金熔点低于管坯及颗粒介质的熔融温度；

S2,填充复合介质：将流体状的复合介质灌入空心管坯内，然后冷却至复合介质凝固；

S3,成形管件；

S4,取出介质：让管内凝固的易熔合金转变为熔融状态，使其带动颗粒介质一起与管件脱离。

在本发明所述的用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法中，在所述步骤S3中，采用模压成型的方法成形管件，其包括以下步骤：

S31，将填有复合介质的管坯放入模具型腔；

S32，压力机带动上模动作，将管坯压制成形，制得管件。

在本发明所述的用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法中，所述易熔合金为铋基低熔点合金、锡基低熔点合金或锌基低熔点合金。

在本发明所述的用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法中，所述铋基低熔点合金包括以下组分，以重量百分比表示为：

在本发明所述的用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法中，所述锡基低熔点合金包括以下组分，以重量百分比表示为：

Sn    85.4%

Bi    14.6%。

在本发明所述的用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法中，所述锌基低熔点合金包括以下组分，以重量百分比表示为：

Zn92.4%

Al4%

Cu3.5%

Mg0.1%。

在本发明所述的用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法中，所述颗粒介质为砂粒或钢球。

在本发明所述的用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法中，所述颗粒介质的粒径Φ的范围是2mm≤Φ≤7mm。

在本发明所述的用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法中，在所述步骤S2中，所述空心管坯的两端设有密封塞。

实施本发明的用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法，具有以下有益效果：

1、通过易熔合金固化颗粒介质以强化复合介质的承压强度，从而使空心管件在充填介质后具有更大的成形极限，并且复合介质的塑性流动性好，不会影响管件内壁的成形质量。管坯内的介质对管壁起了支撑作用，提高了厚壁管件的成形性能，成形零件壁厚变化均匀、管壁无凹陷。

2、管坯成形时，内部的复合介质处于固态，因此本发明工艺对密封要求极低，管坯的两端可以采用简易密封塞或不需要密封塞，大大降低了密封成本。

3、本发明的方法不仅可加工圆形截面厚壁管件，也可以加工异形截面厚壁管件，对于复杂形状的零件，可以一次成形，降低了模具成本；

4、易熔合金熔点低，熔融态流动性好，融化时可以带动颗粒介质易灌入和泄出。复合介质制作简单，灌入及泄出管件容易，可重复使用，并且易熔合金价格低廉，生产成本低。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施方式一中管件弯曲成形的剖面示意图；

图2是本发明实施方式一中管件弯曲成形后的剖面示意图；

图3是本发明实施方式二的管件压扁成形的剖面示意图；

图4是本发明实施方式二的管件压扁成形后的剖面示意图；

图5是本发明实施方式三的管件一次模压成形异形管件的剖面示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

实施方式一

下面结合图1和图2具体说明本实施方式。本实施方式是将图1所示的直管坯2压制成形为图2所示的弯管管件6，本实施方式中直管坯2是屈服强度为275MPa的铝合金6061-T651,熔点范围是580-650℃，管坯2直径为76mm，壁厚为6mm。

对于强度较小的铝合金、镁合金等厚壁金属管材，对管内填充的复合介质3的抗压能力要求不高，易熔合金可以采用以铋基或锡基低熔点合金。铋基低熔点合金包括50.6%Bi、26.9%Pb、Sn12.5%、Cd10%，其强度为42.1MPa，熔点为70℃。锡基低熔点合金包括85.4%Sn、14.6%Bi，其强度为85MPa，熔点为190℃。本实施例中选用铋基低熔点合金。

颗粒介质可以选用砂粒或钢球，颗粒介质的粒径Φ的范围是2mm≤Φ≤7mm，在保证支撑力的前提下，流动性好，避免在成型时损伤管内壁。本实施例中选用直径为4mm的钢球。将易熔合金与钢球均匀混合后可以提升抗压能力。

参照图1，弯曲成形装置包括上模腔1、管坯2、复合介质3、下模腔4和密封塞5，以管坯2中心线处为分模面，上模腔1为管件6弯曲内侧外轮廓，下模腔2为管件6弯曲外侧的外轮廓。

成形步骤如下：

S1，将易熔合金与钢珠以1:1比例均匀混合为复合介质3；易熔合金与钢珠之间的比例可以根据管坯2的材料、壁厚等参数进行调整；

S2，用密封塞5将管坯2一端密封，把熔融状态的复合介质3倒入一端密封的管坯2中，再用密封塞5密封管坯2另一端，静置冷却至复合介质3凝固；熔融状态的复合介质3是指易熔合金处于熔化状态，钢珠并没有熔化；

S3，成形管件6，具体包括步骤S31：将管坯2置于下模腔4上，步骤S32：压力机带动上模腔1动作使管坯2压弯成形；

S4，管坯2成形为管件6后，拔出密封塞5，对管件6施加高于易熔合金熔点的温度，使复合介质3脱离管件6，复合介质3可循环使用。

本实施例中采用的是模压成型的方法成形管件6，但其只是一种优选的实施方式，也可以采用滚压、数控弯管等其它方式成形管件6。

实施方式二

下面结合图3和图4具体说明本实施方式。本实施方式中使用强度较高的35#碳钢管材，其屈服强度为315MPa，径厚比为12.8，径厚比小于20的钢管称为厚壁管，需要能够承受较大压力的复合介质3。

本实施方式选择以锌基低熔点合金来固化直径为4mm的钢球，两者以1:1的比例均匀混合。锌基低熔点合金包括92.4%Zn、4%Al、3.5%Cu、0.1%Mg，强度为194MPa，熔点为380℃。

本实施方式是将图3所示的直管坯2压制成形为图4所示的方管管件6，成形装置包括上模腔1、下模腔4、管坯2和复合介质3。管坯2由圆形截面压扁为方形截面，管内空心体积减小，内填充的复合介质3会发生塑性流动而挤出，但复合介质3中混合的小钢珠能一定程度上减小复合介质3的塑性流动能力，因此复合介质3同样可以起到较好的承压作用，避免缺陷的产生。

成形步骤如下：

S1，将易熔合金与钢珠以1:1比例均匀混合为复合介质3；

S2，把熔融状态的复合介质3倒入管坯2中，静置冷却至复合介质3凝固；

S3，成形管件6，具体包括步骤S31：将管坯2置于下模腔4上，步骤S32：压力机带动上模腔1动作使管坯2压扁成形；

S4，管坯2成形为管件6后，对管件6施加高于易熔合金熔点的温度，使复合介质3脱离管件6，复合介质3可循环使用。

实施方式三

下面结合图5具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一和实施方式二不同的是：减少了零件的加工工步，即一次完成了两次弯曲以及局部压扁成形，所制造的管件6为异形截面管，截面形状包括：圆形、方形以及椭圆。本发明的方法适用于截面为封闭曲线轮廓形状的任意管件6。本实施方式中管坯2材料性能以及内填充的复合介质3与实施方式一相同。参照图5，成形装置包括管坯2、上模腔1、下模腔4、复合介质3以及密封塞5。

成形步骤如下：

S1，将易熔合金与钢珠以1:1比例均匀混合为复合介质3；

S2，用密封塞5将管坯2一端密封，把熔融状态的复合介质3倒入一端密封的管坯2中，再用密封塞5密封管坯2另一端，静置冷却至复合介质3凝固；

S3，成形管件6，具体包括步骤S31：将管坯2置于下模腔4上，步骤S32：压力机带动上模腔1动作使管坯2弯曲和压扁成形；

S4，管坯2成形为管件6后，拔出密封塞5，对管件6施加高于易熔合金熔点的温度，使复合介质3脱离管件6，复合介质3可循环使用。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1,制备复合介质：将颗粒介质与熔融状态下的易熔合金均匀混合，易熔合金熔点低于管坯及颗粒介质的熔融温度；

S2,填充复合介质：将流体状的复合介质灌入空心管坯内，然后冷却至复合介质凝固；

S3,成形管件；

S4,取出介质：让管内凝固的易熔合金转变为熔融状态，使其带动颗粒介质一起与管件脱离。

2.根据权利要求1所述的用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法，其特征在于，在所述步骤S3中，采用模压成型的方法成形管件，其包括以下步骤：

S31，将填有复合介质的管坯放入模具型腔；

S32，压力机带动上模动作，将管坯压制成形，制得管件。

3.根据权利要求1所述的用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法，其特征在于，所述易熔合金为铋基低熔点合金、锡基低熔点合金或锌基低熔点合金。

4.根据权利要求3所述的用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法，其特征在于，所述铋基低熔点合金包括以下组分，以重量百分比表示为：

5.根据权利要求3所述的用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法，其特征在于，所述锡基低熔点合金包括以下组分，以重量百分比表示为：

Sn    85.4%

Bi    14.6%。

6.根据权利要求3所述的用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法，其特征在于，所述锌基低熔点合金包括以下组分，以重量百分比表示为：

Zn92.4%

Al4%

Cu3.5%

Mg0.1%。

7.根据权利要求1所述的用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法，其特征在于，所述颗粒介质为砂粒或钢球。

8.根据权利要求1所述的用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法，其特征在于，所述颗粒介质的粒径Φ的范围是2mm≤Φ≤7mm。

9.根据权利要求1所述的用于提高厚壁金属管件成形性能的介质成形方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述空心管坯的两端设有密封塞。

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