CN104438541A - 管件气胀热成形生产设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管件气胀热成形生产设备，其特征是：包括压力机、安装在压力机中的热成形模具、高压气体系统和轴向液压系统；所述热成形模具包括上模座和下模座，在上模座下表面安装上模成形镶块，在下模座上表面安装下模成形镶块，上模成形镶块的下表面和下模成形镶块的上表面为硼钢钢管工件的成型面；在所述热成形模具的两端分别设置封头，封头的前端与硼钢钢管工件的管端接触，封头的后端与轴向液压系统连接，在热成形模具两端的封头中心分别设置通气孔，通气孔的前端与硼钢钢管工件的内部连通，通气孔的后端连接轴向高压气体系统。本发明可以生产出材料机械强度达到1500MPa、截面形状和周长变化的工件。

Description

管件气胀热成形生产设备

技术领域

本发明涉及一种管件气胀热成形生产设备，尤其是一种硼钢钢管高温下内高压气体胀形及淬火的生产设备，属于热处理塑性成形技术领域。

背景技术

硼钢钢管作为一系列热成形钢管，生产工艺分为成形和淬火冷却2个阶段，其中：成形阶段需要在高温下由模具冲压成形；淬火冷却阶段需要通过控制一定的冷却速度，可以发生从奥氏体微观组织向马氏体微观组织的转变，得到极高的强度和硬度；根据硼钢种类不同，其强度可以达到500～2000MPa。常见热成形后强度达到1500MPa的硼钢化学成分如表1所示。

表1

	C	Si	Mn	P	S	C	B
								min	0.20	0.20	1.00	-	-	0.15	0.0015
max	0.25	0.35	1.30	0.025	0.015	0.25	0.0050

管件内高压成形工艺，利用高压流体产生的压力，充塞在管件A内部充当凸模，外部随产品形状的模具钢B充当凹模，经历投料、模具闭合、管件内预充流体、加压、同时轴向液压缸轴向推料成形和开模取料几个阶段完成管件成形。其中，根据产品及成形性的需要，过程先后会有交叉。

管件内高压成形工艺，通常其前道要配合有弯管和/或预成型工艺，在内高压成形工艺之前，得到与最终工件形状尺寸基本相似的零件，同时避免高压成形模具闭合过程中产生夹料，避免成形过程中出现开裂和起皱等缺陷。如果以上问题可以避免，可以省去弯管和/或预成型工艺，直接进行内高压。为简略计，弯管和/或预成型工艺本发明不再详细讨论。

目前常见管件成形工艺为常温下内高压成形。受限于制管工艺及材料自身机械性能的限制，所应用的管件强度有限，抗拉强度很难超过1000MPa。

目前常见硼钢钢管热成形多为普通热冲压工艺，成形过程内部无高压媒介，只能适应等截面周长的产品，产品形状十分受限。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种管件气胀热成形生产设备，可以生产出材料机械强度达到1500MPa、截面形状和周长变化的工件。

按照本发明提供的技术方案，所述管件气胀热成形生产设备，其特征是：包括压力机、安装在压力机中的热成形模具、高压气体系统和轴向液压系统；所述热成形模具包括上模座和下模座，在上模座下表面安装上模成形镶块，在下模座上表面安装下模成形镶块，上模成形镶块的下表面和下模成形镶块的上表面为硼钢钢管工件的成型面；在所述热成形模具的两端分别设置封头，封头的前端与硼钢钢管工件的管端接触，封头的后端与轴向液压系统连接，在热成形模具两端的封头中心分别设置通气孔，通气孔的前端与硼钢钢管工件的内部连通，通气孔的后端连接轴向高压气体系统。

进一步的，所述轴向高压气体系统包括高压气体发生器、高压气体增压机、高压气体压力调节阀和高压气体卸压阀，高压气体发生器的进口端与气源连接，高压气体发生器的出口端通过气体管路与高压气体增压机连接，高压气体增压机通过进气管路与封头连接，封头与出气管路连接，在出气管路上设置高压气体卸压阀，在进气管路上设置高压气体压力调节阀。

进一步的，所述管件气胀热成形生产设备还包括加热设备、上料传送装置和下料传送及收集装置。

进一步的，所述上料传送装置采用机器人和/或传送带。

进一步的，所述下料传送及收集装置包括上料传送部分和收集部分，上料传送部分采用机器人或/和传送带，收集部分采用机器人或/和传送带。

进一步的，所述轴向液压系统包括液压缸或气缸。

进一步的，所述压力机采用框架式液压压机或机械伺服压机。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明可以得到强度高达1500MPa的高强度钢管；

(2)本发明充分利用气体内高压吹胀成形，可以得到横向截面周长变化的产品。现有技术中，有利用硼钢管件进行热成形的工艺，得到的大多是断面周长不变的产品，限制了产品设计的自由；本发明允许在材料成形性能许可的范围内，自由变化产品的断面周长，使产品达到不同的强度、刚度、装配和空间要求，为零部件功能的优化提供了更大的空间；

(3)本发明在高温下对工件进行气胀成形，可以有效降低成形需要的压力机成形力。随着温度的升高，硼钢材料的屈服强度迅速降低，延伸率提高，因此，和常温下内高压成形工艺比较，压力机成形力大为降低。要达到同等或相似强度的零件，和常温下内高压成形相比较，热成形气胀所需压力机压力可以降低到常温下内高压成形的1/3甚至更低，例如汽车用DP1000双相钢的强度为1000MPa，比热成形后硼钢的强度1500MPa要低很多，但是常温下内高压DP1000钢管所配备的压力机通常为5000吨，而热成形气胀钢管所配备的压力机可设为1200吨；

(4)本发明在淬火过程中，向管件内通入高压气体，可以有效调节硼钢的淬火冷却速度。由于管件成形上下模均为凹模，在现有管件直接热成形技术中，没有凸模而只能在两侧尽量用芯棒完成凸模的功能，所以在管件的芯棒无法达到的区域便没有凸模，工件的贴模性很差；没有足够的压力，热量无法快速传导到冷却介质——模具上，得到的产品在该区域强度难以满足设计要求。本发明利用高压气体充当凸模，工件贴模性好，能够提供足够的保压压力，从而得到合适的冷却速度，得到的产品强度在任一区域均可满足要求；

(5)本发明为直接热成形淬火工艺，淬火后无回弹。现有管件常温下内高压成形工艺，都存在工件成形后回弹的问题，模具常常要多次试模——机加工——试模，来调节回弹补偿量，达到合格尺寸；热成形工艺淬火过程保压，得到的马氏体组织后无回弹。

附图说明

图1为本发明所述管件气胀热成形生产设备的结构示意图。

图2为高压气体生成和控制示意图。

图3为所述热成形模具的示意图。

图中序号：上模成形镶块1、下模成形镶块2、硼钢钢管工件3、封头6、通气孔7、压力机8、上模座9、下模座10、轴向液压系统11、轴向高压气体系统12。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

如图1所示：本发明所述管件气胀热成形生产设备包括压力机8，压力机8中安装热成形模具，热成形模具包括上模座9和下模座10，上模座9和下模座10用于传递和承载压力机8给硼钢钢管工件施加的压力，上模座9和下模座10的材质选择QT600、HT300、GM241等铸件，也可选择45#等钢板拼接而成；在所述上模座9下表面安装上模成形镶块1，在下模座10上表面安装下模成形镶块2，上模成形镶块1的下表面和下模成形镶块2的上表面为硼钢钢管工件3的成型面；在所述热成形模具的两端分别设置封头6，封头6的前端与硼钢钢管工件3的管端接触，封头6的后端与轴向液压系统11(轴向液压缸或气缸)连接，在热成形模具两端的封头6中心分别设置通气孔7，通气孔7的前端与硼钢钢管工件3的内部连通，通气孔7的后端连接轴向高压气体系统12(高压气站)；

如图2所示，所述轴向高压气体系统12包括高压气体发生器、高压气体增压机、高压气体压力调节阀和高压气体卸压阀，高压气体发生器的进口端与气源连接，气源可以采用自然空气、氮气、二氧化碳等非爆炸、非有毒有害气体，高压气体发生器的出口端通过气体管路与高压气体增压机连接，高压气体增压机通过进气管路与封头6连接，封头6与出气管路连接，在出气管路上设置高压气体卸压阀，在进气管路上设置高压气体压力调节阀，高压气体压力调节阀可以通过控制器控制开关；所述进气管路和出气管路相分离，出气管路可以通过泵与进气管路连通，从而实现高压气体的循环使用；也可以，将出气管路引导至安全区域，直接排入大气；在工作时，模具轴向增压、保压阶段，轴向高压气体系统12向封头6输出气体，在不超过5～50MPa的范围内通过高压气体压力调节阀和进气管路输出气体压力；轴向卸压阶段，通过阀和出气管路实现卸压功能，将已输出的高压气体卸压；

所述轴向液压系统11包括液压缸或气缸，推动热成形模具轴向两端封头6的轴向进给和后退，进而实现热成形模具轴向的进给加压、保压、卸压和开模；所述轴向液压系统11还包括液压泵、液压阀、模具轴向封头液压缸速度和位移感器、电控系统、管路、接头和油箱等辅助元件，工作压力优选15-32MPa，速度在0-80mm/s范围内随位移变化任意可调，位移在工作行程范围内任意可调；

本发明所述管件气胀热成形生产设备还包括加热设备、上料传送装置和下料传送及收集装置；所述加热装置用于将硼钢钢管工件加热到850～950℃，使得钢管均匀奥氏体化；所述上料传送装置用于将加热后的硼钢钢管工件以一定的速度传送至压力机上，上料传送装置优选为机器人和/或传送带；所述下料传送及收集装置用于在开模后，将经高压气胀成形后的硼钢钢管工件传送出压力机，并在指定位置收集硼钢钢管工件；所述上料传送装置包括上料传送部分和收集部分，上料传送部分采用机器人或/和传送带，收集部分采用机器人或/和传送带，或者通过人工进行装箱；

所述压力机8采用框架式液压压机或机械伺服压机，在合模阶段，压力机8下行，冲压速度在0～900mm/s的幅度内变化，优选可自由输入数据调节；在模具轴向进给、保压阶段，压力机8可在行程范围内任意需要的位置停留0-300s，实现合模后保压功能；压力机吨位根据所生产的产品而有不同，其中，为得到马氏体组织，应保证冲压方向的单位投影面积压力不低于1MPa；开模阶段，压力机在0～900mm/s的速度范围内快速上行。

实施例一：所述硼钢钢管的气胀热成形工艺，硼钢钢管的材质：硼钢22MnB5，料厚2.6mm，等截面外径100mm，长度850mm；

上述工件通过以下步骤进行具体加工处理：

1、硼钢直管备料，料厚2.6mm，外径100mm，长度1000mm；

2、在加热装置中加热至900℃将硼钢管完全奥氏体化；

3、在6秒钟内将硼钢管料放置在模具中，压机初始开口高度800mm，并以300mm/s的速度闭合、成形；

4、模具两侧轴向缸推动其前端封头封住管件，形成密闭腔体；

5、通过模具封头前端气体通路，向管件密闭腔体内充入高压气体，压强25MPa，压机压力300吨，零件热成形完成；

6、热成形完成后，压力机继续停留在达下死点位置，保持闭合状态，维持300吨的压机压力和25MPa的气体压强15秒，零件保压淬火完成；

7、取出工件，得到强度为1500MPa的马氏体组织；

8、镭射热压胀形件两端，得到所需尺寸工件。

Claims (7)

1.一种管件气胀热成形生产设备，其特征是：包括压力机（8）、安装在压力机（8）中的热成形模具、高压气体系统（12）和轴向液压系统（11）；所述热成形模具包括上模座（9）和下模座（10），在上模座（9）下表面安装上模成形镶块（1），在下模座（10）上表面安装下模成形镶块（2），上模成形镶块（1）的下表面和下模成形镶块（2）的上表面为硼钢钢管工件（3）的成型面；在所述热成形模具的两端分别设置封头（6），封头（6）的前端与硼钢钢管工件（3）的管端接触，封头（6）的后端与轴向液压系统（11）连接，在热成形模具两端的封头（6）中心分别设置通气孔（7），通气孔（7）的前端与硼钢钢管工件（3）的内部连通，通气孔（7）的后端连接轴向高压气体系统（12）。

2.如权利要求1所述的管件气胀热成形生产设备，其特征是：所述轴向高压气体系统（12）包括高压气体发生器、高压气体增压机、高压气体压力调节阀和高压气体卸压阀，高压气体发生器的进口端与气源连接，高压气体发生器的出口端通过气体管路与高压气体增压机连接，高压气体增压机通过进气管路与封头（6）连接，封头（6）与出气管路连接，在出气管路上设置高压气体卸压阀，在进气管路上设置高压气体压力调节阀。

3.如权利要求1所述的管件气胀热成形生产设备，其特征是：所述管件气胀热成形生产设备还包括加热设备、上料传送装置和下料传送及收集装置。

4.如权利要求3所述的管件气胀热成形生产设备，其特征是：所述上料传送装置采用机器人和/或传送带。

5.如权利要求1所述的管件气胀热成形生产设备，其特征是：所述下料传送及收集装置包括上料传送部分和收集部分，上料传送部分采用机器人或/和传送带，收集部分采用机器人或/和传送带。

6.如权利要求1所述的管件气胀热成形生产设备，其特征是：所述轴向液压系统（11）包括液压缸或气缸。

7.如权利要求1所述的管件气胀热成形生产设备，其特征是：所述压力机（8）采用框架式液压压机或机械伺服压机。