CN105689486B - 一种多级连续大变形零件的内高压成形方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多级连续大变形零件的内高压成形方法及装置，包括一预成形模具、至少一个后续成形模具、左进给冲头、右进给冲头、左进液口、右进液口；首先将初始管坯放入预成形模具中，高压液体经过端口密封装置充入金属管坯内，左右进给冲头在水平缸的作用下推进。在轴向推力和液体压力的协调作用下，中间部位的材料进行初步胀形，胀形高度为成形零件凸起高度的85％‑95％，卸载后取出中间毛坯；其次将中间毛坯放入后续成形模具中，对中间毛坯凸起相邻的位置进行胀形。依次由中间向两端进行胀形，直至得到最终的成形件。
Description
技术领域
本发明属于金属空心构件先进制造技术领域，特别涉及多级连续大变形零件的内高压成形方法及装置。
背景技术
实现汽车轻量化是汽车产品现代化的重要研究内容，除了采用轻质合金材料外，减轻汽车重量的另一个方法就是“以空代实”和变截面等强构件。以四节管为代表的多级连续大变形零件是汽车的重要组成零部件，在汽车行业中被大量使用，对于优化汽车生产工艺，提高生产效率和降低生产成本等具有重要意义。相对于冲压焊接或机械加工工艺，采用内高压成形方法制备多级连续放大零件优势明显：整体成形，流线连续分布；组织致密；强度高且质量轻，综合力学性能优越；成本低，易实现自动化生产。
现今用于多级连续大变形零件内高压成形的方法主要有：填充效果好的润滑剂，或者加大补料量。而采用传统的方法，就会存在以下缺点：
(1)端口加工硬化，材料堆积严重。内高压成形时，补料是从两端管口开始，然后不断向内进行。由于靠近管口端变形量大，加工硬化严重，材料严重堆积，这就导致管口向管中间补料更加困难，同时由于多级连续变形，补料的阻力显著加大，严重阻碍了零件的补料；
(2)零件壁厚急剧减薄，且往往会造成零件发生颈缩、破裂。在成形过程中，由于管口材料严重堆积，导致向中间流动的材料不断减少，特别是在多级连续大变形零件成形时，零件壁厚会急剧减薄，且很有可能发生破裂、颈缩现象，严重影响成形零件质量。
发明内容
现有的内高压成形方法普遍难以解决多级连续大变形零件的成形问题，本发明针对现有方法的弊端，提出了新的多级连续大变形零件的内高压成形方法及装置。
采用先中间后两端的胀形方法制备壁厚均匀、性能优良的多级连续大变形零件，有效地解决了实际应用中的多级连续大变形零件补料困难，管口材料堆积的问题。
一种多级连续大变形零件的内高压成形装置，包括一预成形模具、至少一个后续成形模具、左进给冲头、右进给冲头、左进液口、右进液口，成形过程中首先使用预成形模具，然后依次使用各个后续成形模具，预成形模具带有和最终成形件的中间凸起形状相同的第一型腔，各个后续成形模具依次比前一次使用的成形模具多一组型腔，该多出的型腔与该次成形的凸起形状相同，最后的一个后续成形模具的型腔与最终获得的零件的凸起完全相同；通过左进液口、右进液口向管坯内部注入高压液体；利用液压缸推动左进给冲头、右进给冲头实现轴向补料。
所述的内高压成形装置，成形带有四个凸起的不锈钢管管件，需要一个预成型模具和一个后续成形模具即终成形模具，预成型模具具有和中间两个凸起形状相同的第一型腔，终成形模具除带有所述第一型腔外，还带有与第一型腔相邻的第二型腔，所述第二型腔与所述最终成形件的中间凸起两侧的凸起即第二凸起形状相同。
所述的内高压成形装置，包括两个或两个以上的后续成形模具。
根据任一所述的装置进行多级连续大变形零件的内高压成形的方法，通过下列综合成形步骤加以实现：
第一步，将初始管坯放入预成形模具中，上下模合模；
第二步，对初始管坯的左右两端进行密封处理，并通过左、右两个进液口注入高压液体；
第三步，利用液压缸推动左、右两个进给冲头实现轴向补料，进行初步胀形，成形出零件中部的凸起；
第四步，卸压、开启模具，取出成形的试件，该试件为中间毛坯；
第五步，将中间毛坯放入到下一步成形所需要的后续成形模具中，闭合模具，进行密封、通高压液体，左右冲头相对进给，对已有凸起的相邻位置进行胀形并保压；
第六步，卸压、开启模具，取出最终的成形零件或者中间毛坯，如为最终的成形零件即可终止成形工艺；如为中间毛坯，还需要执行第七步；
第七步，重复第五步、第六步直至得到最终的成形零件。
所述的方法，第三步中，中间毛坯凸起的高度为成形零件凸起高度的85％-95％。
所述的方法，第三步中，向初始管坯内部施加液体压力为50-80MPa。
所述的方法，第三步和第五步中，保压时间为3-5分钟。
所述的方法，最终成形件壁厚最大减薄率小于10％。
所述的方法，所成形的管坯既可以是单金属管坯，又可以是双金属复合管坯。
有益效果：
1、本发明为多级连续大变形零件成形提供了一种新的成形方法；
2、本发明有效地解决了多级连续大变形零件补料困难的问题，同时对于提高了壁厚均匀性，有效防止破裂、颈缩等具有重要意义；
3、本发明方法简单可行，生产效率高，在汽车制造等工程领域具有重要的工程应用价值。
附图说明
图1是初始管坯与预成形模具装配示意图；
图2是中间毛坯与最终成形模具装配示意图。
1左进给冲头，2左进液口，3初始管坯，4预成形模具，5右进液口，6右进给冲头，7中间毛坯，8终成形模具；
具体实施方式
下面通过具体的实施例子，详细说明304不锈钢四节管、碳钢/不锈钢双金属复合三节管以及低碳钢六节管件的成形工艺。
以下实施例采用的多级连续大变形零件的内高压成形装置，包括预成形模具、至少一个后续成形模具、左进给冲头、右进给冲头、左进液口、右进液口，成形过程中首先使用预成形模具，然后依次使用各个后续成形模具，预成形模具带有和最终成形件的中间凸起(命名为第一凸起)形状相同的第一型腔，各个后续成形模具依次比前一次使用的成形模具多一组型腔，该多出的型腔与该次成形的凸起形状相同，最后的一个后续成形模具的型腔与最终获得的零件的凸起完全相同。通过左进液口、右进液口向管坯内部注入高压液体；利用液压缸推动左进给冲头、右进给冲头实现轴向补料、
例如，成形带有四个凸起的不锈钢管管件，需要一个预成型模具，和一个后续成形模具(即终成形模具)，预成型模具具有和中间两个凸起形状相同的第一型腔，终成形模具除带有所述第一型腔外，还带有与第一型腔相邻的第二型腔，所述第二型腔与所述最终成形件的中间凸起两侧的凸起(命名为第二凸起)形状相同。
根据需要可以设置两个或两个以上的后续成形模具，例如当成形件在上述第一凸起和第二凸起之间还有第三凸起的情况下，就需要两个后续成形模具(一个中间成形模具，一个为终成形模具)，该中间成形模具除带有第一型腔外，还带有与所述第三凸起形状相同的第三型腔，终成形模具上除带有所述第一型腔、第二型腔外，还带有与所述第三凸起形状相同的第三型腔；类似的，当成形件还有第四凸起的情况下，共需三个后续成形模具(两个中间成形模具和一个终成形模具)，第一个中间成形模具与上述中间成形模具相同，该第二个中间成形模具，除带有第一型腔、第二型腔、第三型腔外，还带有与所述第四凸起形状相同的第四型腔，而此时终成形模具上除带有所述第一型腔、第二型腔外、第三型腔外，还带有与所述第四凸起形状相同的第四型腔；以此类推，不再赘述。
实施例1
参考图1、图2，本实施例成形带有四个凸起的不锈钢管管件，先成形中间两个凸起，再成形两侧的两个凸起。
第一步，将长300mm、直径50mm、壁厚2mm的304不锈钢管坯放入预成形模具中，上下模合模，该预成型模具带有与成形件中间的两个凸起对应的型腔；
第二步，对304不锈钢管坯的左右两端进行密封处理，并通过左、右两个进液口注入高压液体(水)；
第三步，利用液压缸推动左、右两个进给冲头实现轴向补料，中间的两个凸起胀形高度为成形零件凸起高度的85％—95％，并进行保压(3-5分钟)；
第四步，卸压、开启模具，取出成形的试件，该试件为中间毛坯；
第五步，将中间毛坯放入到终成形模具中，闭合模具，进行密封、通高压液体，左右冲头相对进给，进行胀形(所有凸起胀形高度达到最大，即管坯和模具贴合)并保压(3-5分钟)；终成形模具带有与成形件四个凸起对应的四个型腔(中间的两个为第一型腔，两侧的两个为第二型腔)；
第六步，卸压、开启终成形模具，取出最终的成形件。
实施例2
本实施例成形带有三个凸起的不锈钢管管件，先成形中间的一个凸起，再成形两侧的两个凸起。
第一步，将长300mm、直径50mm、壁厚2mm的304不锈钢管坯和长300mm、直径52mm、壁厚2mm的低碳钢爆炸复合制成复合管坯，放入预成形模具中，上下模合模；
第二步，对碳钢/不锈钢双金属复合管坯的左右两端进行密封处理，并通过左、右两个进液口注入高压液体；
第三步，利用液压缸推动左、右两个进给冲头实现轴向补料，中间的一个凸起胀形高度为成形零件凸起高度的85％—90％，并进行保压(3-5分钟)；
第四步，卸压、开启模具，取出成形的试件，该试件为中间毛坯；
第五步，将中间毛坯放入到终成形模具中，闭合模具，进行密封、通高压液体，左右冲头相对进给，进行胀形(所有凸起胀形高度达到最大，即管坯和模具贴合)并保压(3-5分钟)；
第六步，卸压、开启模具，取出最终的成形件。
实施例3
本实施例成形带有六个凸起的不锈钢管管件，先成形中间两个凸起，再成形紧挨中间凸起两侧的两个凸起，最后成形最外侧的两个凸起。
第一步，将长400mm、直径40mm、壁厚2mm的低碳钢管坯放入预成形模具中，上下模合模；
第二步，对低碳钢管坯的左右两端进行密封处理，并通过左、右两个进液口注入高压液体；
第三步，利用液压缸推动左、右两个进给冲头实现轴向补料，中间的两个凸起胀形高度为成形零件凸起高度的90％—95％，并进行保压(3-5分钟)；
第四步，卸压、开启模具，取出成形的试件，该试件为中间毛坯；
第五步，将中间毛坯放入到中间成形模具中，闭合模具，进行密封、通高压液体，左右冲头相对进给，在已有的凸起相邻位置胀形出另外两个凸起，凸起的高度为成形零件高度的85％—95％；第一次成形的两个凸起这次胀形高度为凸起高度的90％—95％；
第六步，卸压、开启模具，取出改变形状的中间毛坯；
第七步，将改变形状的中间毛坯放入到终成形模具中，闭合模具，进行密封、通高压液体，两端冲头相对进给，进行胀形(所有凸起胀形高度达到最大，即管坯和模具贴合)并保压(3-5分钟)；
第八步，卸压、开启模具，取出最终的成形件。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (1)
1.一种多级连续大变形零件的内高压成形的方法，其特征在于，采用的装置包括一预成形模具、至少一个后续成形模具、左进给冲头、右进给冲头、左进水口、右进水口，成形过程中首先使用预成形模具，然后依次使用各个后续成形模具，预成形模具带有和最终成形件的中间凸起形状相同的第一型腔，各个后续成形模具依次比前一次使用的成形模具多一组型腔，该多出的型腔与该次成形的凸起形状相同，最后的一个后续成形模具的型腔与最终获得的零件的凸起完全相同；通过下列综合成形步骤加以实现：
第一步，将初始管坯放入预成形模具中，上下模合模；
第二步，对初始管坯的左右两端进行密封处理，并通过左、右两个进水口注入高压液体；
第三步，利用液压缸推动左、右两个进给冲头实现轴向补料，进行初步胀形，成形出零件中部的凸起；中间毛坯凸起的高度为成形零件凸起高度的85％-95％；向初始管坯内部施加液体压力为50-80MPa；保压时间为3-5分钟；
第四步，卸压、开启模具，取出成形的试件，该试件为中间毛坯；
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第七步，重复第五步、第六步直至得到最终的成形零件；最终成形件壁厚最大减薄率小于10％；
所成形的管坯既可以是单金属管坯，又可以是双金属复合管坯。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180309 |