CN103920789A - 一种弯头三通管内高压成形模具及方法 - Google Patents

Abstract

一种弯头三通管内高压成形模具及方法，它涉及一种三通管内高压成形模具及方法，以解决现有内高压成形模具的主型腔底部没有储料仓，使得成形后的三通管底部由于压缩变形导致增厚严重的问题。模具：主型腔的顶部设有与主型腔相通的支管型腔，主型腔的底部设有两个储料仓。方法：一、确定主型腔的直径D；二、确定储料仓的直径和深度；三、将管材坯料放置于下模的型腔中；四、第一冲头和第二冲头将管材坯料的两端密封；五、注入内压；六、通过外力使第一冲头和第二冲头向中间移动进行补料，管材坯料发生胀形后，被挤压的材料流入储料仓和支管型腔中；七、开模取件；八、切去零件的工艺段，即得到弯曲成形后弯头三通管。本发明用于三通管成形。

Description

一种弯头三通管内高压成形模具及方法

技术领域

本发明涉及一种三通管内高压成形模具及方法，具体涉及一种弯头三通管内高压成形模具及方法。

背景技术

内高压成形三通管为整体成形，内高压方法成形的三通管避免了焊接过程中的变形以及焊缝的不可靠性，提高了零件的尺寸精度、强度与刚度，特别是疲劳强度。能改善管件内的气体流动特性，结构形状设计更趋灵活、优化。三通管的内高压成形工艺需要轴向冲头，中间冲头以及内压共同作用，必须通过合理的成形区间，才能成形合格的三通零件。首先将管坯放入下模，闭合上模具后，向管内充满液体，用左右冲头进行密封，然后左右冲头施加轴向力补料，同时管内施加一定的压力来使管坯成形。当内压不足或轴向冲头补料量过大时，主管容易在轴向推力的作用下发生起皱；当内压过大时或轴向冲头补料量不足时，支管顶部容易发生破裂。三通管零件的壁厚分布特点为主管增厚，支管减薄。由于三通管的形状非对称，主管底部的材料为压缩变形，增厚严重，支管顶部的材料处于胀形状态，壁厚减薄较大。

内高压成形可以成形出形状复杂的三通管，按轴线形状，分为直线和曲线三通管。常见的直线三通管有T型三通管，曲线三通管有直角三通，U型三通等。随着管材弯曲角度的增加，零件形状非对称所带来的影响随之增大，成形难度越大。因此管材弯曲角度越大，成形区间越来越小，更加容易发生起皱或破裂的缺陷。即使无缺陷的零件，壁厚均匀性也较差。

综上，现有的内高压成形模具的主型腔8底部没有储料仓，使得成形后的三通管底部由于压缩变形导致增厚严重甚至起皱的缺陷。

发明内容

本发明为解决现有的内高压成形模具的主型腔底部没有储料仓，使得成形后的三通管底部由于压缩变形导致增厚严重的问题，而提出了一种弯头三通管内高压成形模具及方法。

模具：弯头三通管内高压成形模具包括下模、上模、第一冲头、第二冲头和中间冲头，上模与下模扣合设置，上模与下模之间设有主型腔，第一冲头设置在主型腔的一端，第二冲头设置在主型腔的另一端，第一冲头的内部设有注液孔，注液孔的一端与主型腔相通，主型腔的顶部设有支管型腔，且主型腔与支管型腔相互连通，中间冲头设置在支管型腔中，所述主型腔的底部设有两个储料仓。

方法：弯头三通管内高压成形的方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、根据管材坯料的直径确定主型腔的直径D：主型腔的直径D与管材坯料的直径相等；

步骤二、根据主型腔的直径D确定储料仓的直径和深度：储料仓的直径为d_c，储料仓的深度为h_c，具体计算公式如下：

$d_c\≤\left(\frac{\mathrm{\π}+\mathrm{\α}}{2\mathrm{\π}}\right)D$ 或 $d_c\≤\left(\frac{180+\mathrm{\α}}{360}\right)D,$ 其中0°≤α≤180°  公式一

h_c≤0.5D           公式二

其中α为管材坯料的弯曲角度；

步骤三、放置管材坯料：将管材坯料放置于下模的型腔中，然后闭合上模与下模；

步骤四、密封管材坯料的两端：将第一冲头和第二冲头分别设置在主型腔内，第一冲头和第二冲头将管材坯料的两端密封；

步骤五、注入内压：将注液孔与液压系统连接，通过注液孔向管材坯料的内腔注入高压液体；

步骤六、升高内压：向第一冲头和第二冲头施压，通过外力使第一冲头和第二冲头向中间移动进行补料，管材坯料发生胀形后，被挤压的材料流入储料仓和支管型腔中，支管型腔内的材料随着中间冲头缓慢后退成形出支管；

步骤七、开模取件：卸掉内压，第一冲头和第二冲头分别向两边后退，开模，取出成形后的零件；

步骤八、获得弯头三通管：切去零件的工艺段，即得到弯曲成形后弯头三通管。

本发明与现有方法相比具有以下有益效果：

一、本发明是针对三通管的形状非对称，提供一种带有储料仓的模具结构，储料仓可以储存多余材料，在不影响向支管型腔补料的同时，降低管材坯料底部的压应力，从而解决三通管，尤其是直角弯头三通管和U型弯头三通管内高压成形过程中主管底部增厚严重甚至起皱的缺陷，从而提高成形极限，使得成形后的三通管壁厚均匀。

二、利用本发明(带有储料仓)的模具加工三通管，使得多余材料流入了储料仓，避免了起皱，并且主管底部的增厚明显减小，支管顶部的最大减薄率由原来的20％降低到9％以下。

附图说明

图1是零件弯曲角度α＝0°时，弯头三通管内高压成形模具的结构主剖视图；

图2是零件弯曲角度α＝0°时，弯头三通管成形结束后的模具结构示意图；

图3是图1的I局部放大图；

图4是管材坯料10的直径D与弯曲角度α的示意图；

图5是弯曲角度α＝0°时，成形结束后T型三通的零件图；

图6是零件弯曲角度α＝90°时，弯头三通管内高压成形模具的结构主剖视图；

图7是零件弯曲角度α＝90°时，弯头三通管成形结束后的模具结构示意图；

图8是零件弯曲角度α＝180°时，弯头三通管内高压成形模具的结构主剖视图；

图9是零件弯曲角度α＝180°时，弯头三通管成形结束后的模具结构示意图；

图10是本发明的弯头三通管内高压成形模具安装在压力机上的使用状态图；

图11是利用本发明的模具加工成形后的直角弯头三通管的效果图；

图12是使用传统模具加工成形后的直角弯头三通管的效果图；

图13是利用本发明的模具加工成形后的U型弯头三通管的效果图；

图14是使用传统模具加工成形后的U型弯头三通管的效果图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图6和图8说明本实施方式，本实施方式包括下模1、上模2、第一冲头3、第二冲头4和中间冲头5，上模2与下模1扣合设置，上模2与下模1之间设有主型腔8，第一冲头3设置在主型腔8的一端，第二冲头4设置在主型腔8的另一端，第一冲头3的内部设有注液孔6，注液孔6的一端与主型腔8相通，注液孔6的另一端与液压系统连接，主型腔8的顶部设有支管型腔9，且主型腔8与支管型腔9相互连通，中间冲头5设置在支管型腔9中，所述主型腔8的底部设有两个储料仓7。第一冲头3和第二冲头4用于提供轴向补料，中间冲头5用于提供反推作用力，第一冲头3、第二冲头4以及中间冲头5由伺服液压系统控制。在第一冲头3和第二冲头4将管材坯料10的两端向支管型腔9中推送的过程中，储料仓7可用于储存多余的材料，并且降低管材坯料10底部的轴向压应力，避免成形过程中的起皱和破裂缺陷。

具体实施方式二：结合图1～图10说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：

步骤一、根据管材坯料10的直径确定主型腔8的直径D：主型腔8的直径D与管材坯料10的直径相等，见图1和图4；

步骤二、根据主型腔8的直径D确定储料仓7的直径和深度：储料仓7的直径为d_c，储料仓7的深度为h_c，见图3，具体计算公式如下：

$d_c\≤\left(\frac{\mathrm{\π}+\mathrm{\α}}{2\mathrm{\π}}\right)D$ 或 $d_c\≤\left(\frac{180+\mathrm{\α}}{360}\right)D,$ 其中0°≤α≤180°  公式一

h_c≤0.5D          公式二

其中α为管材坯料10的弯曲角度；

步骤三、放置管材坯料10：将管材坯料10放置于下模1的型腔中，然后闭合上模2与下模1，见图1、图6和图8；

步骤四、密封管材坯料10的两端：将第一冲头3和第二冲头4分别设置在主型腔8内，第一冲头3和第二冲头4将管材坯料10的两端密封；见图1、图6和图8，第一冲头3和第二冲头4将管材坯料10两端密封；

步骤五、注入内压：将注液孔6与液压系统连接，通过注液孔6向管材坯料10的内腔注入高压液体11，见图1；

步骤六、升高内压：向第一冲头3和第二冲头4施压，通过外力使第一冲头3和第二冲头4向中间移动进行补料，管材坯料10发生胀形后，被挤压的材料流入储料仓7和支管型腔9中，支管型腔9内的材料随着中间冲头5缓慢后退成形出支管；中间冲头5缓慢后退以防止管材坯料10过早破裂，见图2、图7和图9；

步骤七、开模取件：卸掉内压，第一冲头3和第二冲头4分别向两边后退，开模，取出成形后的零件；

步骤八、获得弯头三通管：切去零件的工艺段，即得到弯曲成形后弯头三通管，见图3。

具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是步骤二中的管材坯料10的弯曲角度α＝0°时，根据公式一计算出储料仓7的直径d_c≤0.5D，根据公式二计算出储料仓7的深度为h_c≤0.5D。其它步骤与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图6和图7说明本实施方式，本实施方式是步骤二中的管材坯料10的弯曲角度α＝90°时，根据公式一计算出储料仓7的直径d_c≤0.75D，根据公式二计算出储料仓7的深度为h_c≤0.5D。其它步骤与具体实施方式二相同。

具体实施方式五：结合图8和图9说明本实施方式，本实施方式是步骤二中的管材坯料10的弯曲角度α＝180°时，根据公式一计算出储料仓7的直径d_c≤D，根据公式二计算出储料仓7的深度为h_c≤0.5D。其它步骤与具体实施方式二相同。

本发明的应用实例：

选用直径30mm、壁厚1.8mm的管坯，

(1)、利用本发明的模具及方法加工为弯曲角度α＝90°的直角弯头三通管，见图11；使用传统模具加工的直角弯头三通管的底部有明显的增厚，并且发生了起皱，支管顶部的最大减薄率为11.8％，见图12；图11可以看出，使用本发明(带有储料仓)的模具加工的直角弯头三通管，使得多余材料流入了储料仓7，避免了起皱，并且主管底部的增厚明显减小，支管顶部的最大减薄率降低到约9％。

(2)、利用本发明的模具及方法加工为弯曲角度α＝180°的U型弯头三通管，见图13；使用传统模具加工的U型弯头三通管的底部极易发生起皱，支管顶部的最大减薄率为20％，见图14；图13可以看出，使用本发明(带有储料仓)的模具加工的U型弯头三通管，使得多余材料流入了储料仓7，可以有效避免起皱，主管壁厚分布更加均匀，支管顶部的最大减薄只有14％。

Claims (5)

1.一种弯头三通管内高压成形模具，所述弯头三通管内高压成形模具包括下模(1)、上模(2)、第一冲头(3)、第二冲头(4)和中间冲头(5)，上模(2)与下模(1)扣合设置，上模(2)与下模(1)之间设有主型腔(8)，第一冲头(3)设置在主型腔(8)的一端，第二冲头(4)设置在主型腔(8)的另一端，第一冲头(3)的内部设有注液孔(6)，注液孔(6)的一端与主型腔(8)相通，其特征在于：主型腔(8)的顶部设有支管型腔(9)，且主型腔(8)与支管型腔(9)相互连通，中间冲头(5)设置在支管型腔(9)中，所述主型腔(8)的底部设有两个储料仓(7)。

2.一种利用权利要求1所述弯头三通管内高压成形模具实现弯头三通管内高压成形的方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、根据管材坯料(10)的直径确定主型腔(8)的直径D：主型腔(8)的直径D与管材坯料(10)的直径相等；

步骤二、根据主型腔(8)的直径D确定储料仓(7)的直径和深度：储料仓(7)的直径为d_c，储料仓(7)的深度为h_c，具体计算公式如下：

$d_c\≤\left(\frac{\mathrm{\π}+\mathrm{\α}}{2\mathrm{\π}}\right)D$ 或 $d_c\≤\left(\frac{180+\mathrm{\α}}{360}\right)D,$ 其中0°≤α≤180° 公式一

h_c≤0.5D      公式二

其中α为管材坯料(10)的弯曲角度；

步骤三、放置管材坯料(10)：将管材坯料(10)放置于下模(1)的型腔中，然后闭合上模(2)与下模(1)；

步骤四、密封管材坯料(10)的两端：将第一冲头(3)和第二冲头(4)分别设置在主型腔(8)内，第一冲头(3)和第二冲头(4)将管材坯料(10)的两端密封；

步骤五、注入内压：将注液孔(6)与液压系统连接，通过注液孔(6)向管材坯料(10)的内腔注入高压液体(11)；

步骤六、升高内压：向第一冲头(3)和第二冲头(4)施压，通过外力使第一冲头(3)和第二冲头(4)向中间移动进行补料，管材坯料(10)发生胀形后，被挤压的材料流入储料仓(7)和支管型腔(9)中，支管型腔(9)内的材料随着中间冲头(5)缓慢后退成形出支管；

步骤七、开模取件：卸掉内压，第一冲头(3)和第二冲头(4)分别向两边后退，开模，取出成形后的零件；

步骤八、获得弯头三通管：切去零件的工艺段，即得到弯曲成形后弯头三通管。

3.根据权利要求2所述弯头三通管内高压成形的方法，其特征在于：所述步骤二中的管材坯料(10)的弯曲角度α＝0°时，根据公式一计算出储料仓(7)的直径d_c≤0.5D，根据公式二计算出储料仓(7)的深度为h_c≤0.5D。

4.根据权利要求2所述弯头三通管内高压成形的方法，其特征在于：所述步骤二中的管材坯料(10)的弯曲角度α＝90°时，根据公式一计算出储料仓(7)的直径d_c≤0.75D，根据公式二计算出储料仓(7)的深度为h_c≤0.5D。

5.根据权利要求2所述弯头三通管内高压成形的方法，其特征在于：所述步骤二中的管材坯料(10)的弯曲角度α＝180°时，根据公式一计算出储料仓(7)的直径d_c≤D，根据公式二计算出储料仓(7)的深度为h_c≤0.5D。