CN106270102A - 一种匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的方法，通过在现有内高压成形装置中加入溢流阀，避免成形瞬时超压破裂，结构主要包括超高压增压泵给系统、低压泵给系统、管端轴向位移进给系统、三通管上模具、三通管下模具、左冲头、右冲头、溢流阀和油槽。将薄壁铝合金管坯放入上述装置中进行内高压成形，先开展管端密封不动、加压胀破管坯实验与管端密封断续进给、内压稳定不超限实验，分别记录管坯在三通管模具型腔内的极限胀形压力和轴向极限进给量，进而利用所测数据，在同一装置上通过较少实验获得难成形薄壁铝合金三通管零件，成形步骤简单、实用、效率高、节约材料成本与实验成本。

Description

一种匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的方法

技术领域

本发明涉及内高压成形技术领域，特别是涉及一种匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的方法。

背景技术

薄壁铝合金三通管因质量轻，在航空油路及环控方面广泛应用。目前该三通管在航空制造中采用半管冲压后焊接而成，零件质量大、强度低、成形工序多、效率低。而内高压成形三通管，是一体成形，成形管件强度高，质量轻，效率高。该技术已广泛应用于民用不锈钢、铜合金三通管成形。其原因为民用不锈钢三通管强度高，致其对管内压力与管端进给匹配关系不敏感，易成形。而民用铜合金三通管，一般采用厚管，致其对管内压力与管端进给匹配关系亦不敏感，易成形。但薄壁铝合金管材相对不锈钢管或厚铜管，其强度低、塑性差，内高压成形易因内压力大而破裂或内压力小而起皱，管内压力与两管端向内进给匹配困难。

目前三通管内高压成形。基本采用以下步骤：首先对材料在专用单向拉伸性能测试机上测试材料机械性能，获得材料塑性与本构关系；然后进行大量三通管成形数值模拟，获得供参考的管内压力与管端进给匹配关系；最后将模拟匹配曲线输入内高压成形设备中，进行反复大量的实验。但是管材内高压成形时模具型腔是一个封体，右轴向内补料和增压缸增压的过程中表面上模具型腔的管内压力是由增压器高压端压力决定的。实际上在内高圧成形时增压器的高压端之间存在小直径的高压管，液阻比较大造成模具型腔管内压力与增压缸高压端压力之间存在一定的压力差，同时在增压瞬间同时存在着左右侧推缸带动冲头补料，使密闭型腔存在压力突然上升不可控，因此实际三通管成形的每步进给的内压力均大大高于设定的管内压力，极易造成超过极限压力破裂。

因此现有技术中获得的内压力与进给关系方法对实际内高压成形指导意义有限，且周期长、效率低、成本高，因此需寻找一种新的高效快速匹配内高成形内压力与进给关系的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的方法，解决现有技术中出现的三通管在内高压成形时内压力不可控，而且制作过程周期长、效率低、成本高的问题，实现了通过较少实验获得难成形三通管零件。成形步骤简单、实用、效率高、节约成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供了一种匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的方法，三通管为薄壁铝合金三通管，管坯为薄壁铝合金管坯，包括以下步骤：

步骤1：将所述管坯放入三通管上模具与三通管下模具之间的型腔中，左冲头与右冲头在管端轴向位移进给系统作用下，同时密封管坯两端，并在其后的操作中保持在当前位移不动；溢流阀处于关闭状态，随后低压泵给系统向所述管坯内注满成形介质并截断，防止管内液体回流；此时，超高压增压泵给系统开始工作，一直往所述薄壁铝合金管坯增压，直至管坯破裂，记录所述管坯在三通管模具型腔内的极限胀形压力P_max；

步骤2：将所述管坯放入三通管上模具与三通管下模具之间的型腔中，左冲头与右冲头在管端轴向位移进给系统作用下，同时密封管坯的两端，低压泵给系统向所述管坯内注满成形介质并截断，防止管内液体回流；溢流阀压力调至步骤1中获得的极限胀形压力P_max之下，保证管坯不破裂；将压力保持一定的稳定状态，然后点动管端轴向位移进给系统中的推进液压缸，使所述左冲头与所述右冲头断续推动所述管坯向模具中间进给，当左冲头与右冲头断续进给量达到设定的位移量后，停止实验并取出支管未破裂的三通管，所述三通管由于点动的冲击，直管部位管材会起皱，支管部位管材不会起皱，从而获得三通管支管极限高度H_max及相对应所需轴向极限进给量D_max；

步骤3：进行管坯三通管成形，先设定轴向进给量与内压力匹配关系为线性递增，最大内压力等于或小于步骤1中获得的所述极限胀形压力P_max，最大进给量小于步骤2中获得的所述极限进给量D_max；溢流阀压力调至步骤1中获得的所述极限胀形压力P_max之下，避免成形中设备瞬时超压；将所述管坯放入三通管上模具与三通管下模具之间的型腔中；

成形初期，左右冲头在管端轴向位移进给系统作用下密封管坯，进油孔在低压泵给系统作用下快速往所述管坯里注满成形介质；成形中期，在超高压增压泵给系统与所述管端轴向位移进给系统及溢流阀共同作用，所述管坯内压力和所述轴向进给量以设定的匹配关系使支管逐渐成形。

优选的，在步骤2中所述左冲头与所述右冲头断续推动所述管坯向模具中间进给时：

同步观察三通管内压力，所述三通管内压力大过溢流阀压力则会溢流；所述三通管内压力减小则要点动超高压增压泵给系统增压，使管坯内压力保持在一个稳定状态；

优选的，所述步骤1、步骤2和步骤3中使用的三通管模具始终为同一套模具；

本发明还提供了一种用于匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的装置，包括超高压增压泵给系统、低压泵给系统、管端轴向位移进给系统、三通管上模具、三通管下模具、左冲头、右冲头、溢流阀和油槽；所述三通管上模具和所述三通管下模具构成的型腔两侧设有所述左冲头和所述右冲头，所述管坯用于放置在所述型腔内，所述管端轴向位移进给系统分别与所述左冲头和所述右冲头连接，所述超高压增压泵给系统与所述左冲头的油管连接，所述低压泵给系统与所述左冲头的油管连接，所述左冲头的油管连接有所述溢流阀，所述溢流阀的溢流口连通所述油槽。

优选的，所述溢流阀为耐高压溢流阀，防止设备瞬时超压导致管件破裂。

本发明相对于现有技术而言取得了以下技术效果：

(1)采用三通管零件实际成形模具进行管坯胀形极限压力测试，能更真实反映三通管零件成形时的胀形极限，测试数据准确度更高；同时管坯胀形测试采用实际成形模具与设备，试验成本降低，实验效率提高。

(2)采用三通管零件实际成形模具、溢流阀进行管坯胀形塑性能力测试，较其他塑性测试方法，更直接、明了、准确度更高，同时试验成本降低，实验效率提高。并获得实际三通管成形所需的位移进给量值。

(3)采用基于溢流阀控制三通管内高压成形，避免了现有内高压成形设备超压不易控制，同时与较复杂的智能控制方法相比，操作简单、成本低廉。

(4)采用此方法，无论测试管坯数据还是三通管成形都在同一台设备和同一套模具上进行，基于溢流阀，即可先获得管材的胀形极限压力，后可获得管坯的三通管胀形塑性能力与成形进给量，最后可通过较少实验获得难成形薄壁铝合金三通管零件。成形步骤简单、实用、效率高、节约材料成本与实验成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为基于本发明匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的方法的装置示意图；

图2为本发明三通管发生破裂时的装置示意图；

图3为本发明三通管发生起皱时的装置示意图；

其中，1-超高压增压泵给系统、2-低压泵给系统、3-管端轴向位移进给系统、4-三通管上模具、5-三通管下模具、6-左冲头、7-右冲头、8-溢流阀、9-油槽、10-管坯。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的方法，解决现有技术中出现的三通管在内高压成形时内压力不可控，而且制作过程周期长、效率低、成本高的问题，实现了通过较少实验获得难成形三通管零件。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

如图1、2和3，本实施例对本发明的一种匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的方法、装置及原理做出详细说明。

本实施例提供了一种匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的方法，其中三通管为薄壁铝合金三通管，管坯10为薄壁铝合金管坯，整个过程的数据测试与现场成形均在同一套模具上进行，具体步骤包括：

步骤1：将所述管坯10放入三通管上模具4与三通管下模具5之间的型腔中，左冲头6与右冲头7在管端轴向位移进给系统3作用下，同时密封管坯10两端，并在其后的操作中保持在当前位移不动；溢流阀8处于关闭状态，随后低压泵给系统2向所述管坯10内注满成形介质并截断，防止管内液体回流；此时，超高压增压泵给系统1开始工作，一直往所述薄壁铝合金管坯10增压，直至管坯10破裂，记录所述管坯10在三通管模具型腔内的极限胀形压力P_max；

步骤2：将所述管坯10放入三通管上模具4与三通管下模具5之间的型腔中，左冲头6与右冲头7在管端轴向位移进给系统3作用下，同时密封管坯10的两端，低压泵给系统2向所述管坯10内注满成形介质并截断，防止管内液体回流；溢流阀8压力调至步骤1中获得的极限胀形压力P_max之下，保证管坯10不破裂；将压力保持一定的稳定状态，然后点动管端轴向位移进给系统3中的推进液压缸，使所述左冲头6与所述右冲头7断续推动所述管坯10向模具中间进给，同步观察三通管内压力，所述三通管内压力大过溢流阀8压力则会溢流；所述三通管内压力减小则要点动超高压增压泵给系统1增压，使管坯10内压力保持在一个稳定状态；

当左冲头6与右冲头7断续进给量达到设定的位移量后，停止实验并取出支管未破裂的三通管，所述三通管由于点动的冲击，直管部位管材会起皱，支管部位管材不会起皱，从而获得三通管支管极限高度H_max及相对应所需轴向极限进给量D_max，如图3所示，被左右冲头相抵的为所述三通管的直管部位，与所述三通管的直管部位垂直的部位为所述三通管的支管部位，且图3中所述直管部位管材发生起皱，而所述支管部位管材没有发生起皱；

步骤3：进行管坯10三通管成形，先设定轴向进给量与内压力匹配关系为线性递增，最大内压力等于或小于步骤1中获得的所述极限胀形压力P_max，最大进给量小于步骤2中获得的所述极限进给量D_max；溢流阀8压力调至步骤1中获得的所述极限胀形压力P_max之下，避免成形中设备瞬时超压；将所述管坯10放入三通管上模具4与三通管下模具5之间的型腔中；

成形初期，左右冲头在管端轴向位移进给系统3作用下密封管坯10，进油孔在低压泵给系统2作用下快速往所述管坯10里注满成形介质；成形中期，在超高压增压泵给系统1与所述管端轴向位移进给系统3及溢流阀8共同作用，所述管坯10内压力和所述轴向进给量以设定的匹配关系使支管逐渐成形。

本实施例还提供了一种用于匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的装置，包括超高压增压泵给系统1、低压泵给系统2、管端轴向位移进给系统3、三通管上模具4、三通管下模具5、左冲头6、右冲头7、溢流阀8和油槽9；所述三通管上模具4和所述三通管下模具5构成的型腔两侧设有所述左冲头6和所述右冲头7，所述管坯10用于放置在所述型腔内，所述管端轴向位移进给系统3分别与所述左冲头6和所述右冲头7连接，所述超高压增压泵给系统1与所述左冲头6的油管连接，所述低压泵给系统2与所述左冲头6的油管连接，所述左冲头6的油管连接有所述溢流阀8，所述溢流阀8的溢流口连通所述油槽9。

所述低压泵给系统2用于成形初期将液体注满管坯10，后切断管路。所述超高压增压泵给系统1产生管坯10内压，并成形零件，所述管端轴向位移进给系统3将左右冲头7密封管坯10两端，并推动管端向模具中间进给。所述溢流阀8为耐高压溢流阀，所述耐高压溢流阀用于控制管坯10内的最大压力，但目前设备实际每步进给对应的压力与设定值相差很大，会产生超压现象，此时溢流阀8会工作，压力介质就会被所述溢流阀8释放出来，保证每步进给若的内压力不超过极限压力而破裂管坯10；而轴向进给系统的连续进给，又避免了断续进给管材起皱。因而可高效快速成形合格三通管件。

实施例2：

本实施例为在实施例1的基础上进一步详细的实施例，在本实施例中采用规格为外径32mm，厚度1mm的铝合金管坯零件。

如表1、2和3，通过实施例1中一种用于匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的装置，本实施例根据上述实施例1一种用于匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的方法中所述步骤1和步骤2进行多次实验后，记录了三组铝合金管坯零件自由胀形试验结果数据，如表1，取平均值，从而获得三通管模具型腔内的极限胀形压力P_max＝12.0MPa；记录了三组铝合金管坯零件胀形能力测试数据，如表2，取平均值，从而获得三通管支管极限高度H_max＝25.0mm和相对应所需轴向极限进给量D_max＝28.9mm；根据以上两实验结果，按线性递增方法匹配每段进给量与其对应内压数据，如表3，设定实际成形最大胀形压力P＝12.0MPa，等于或小于P_max；设定实际成形总进给量D＝27.0mm，小于D_max。

根据实施例1一种用于匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的方法中所述步骤3，进行铝合金管坯三通管成形，根据表3，先设定轴向进给量与内压力匹配关系为线性递增，最大内压力P为12.0MPa，等于或小于所述步骤1中获得的所述最大胀形压力P_max，即12.0MPa，总进给量D为27.0mm小于所述步骤2中获得的所述进给量D_max，即28.9mm；溢流阀8压力调至所述步骤1中获得的所述最大胀形压力P_max之下；将所述铝合金管坯放入三通管上模具4与三通管下模具5之间的型腔中；

成形初期，左右冲头在管端轴向位移进给系统3作用下密封铝合金管坯，进油孔在低压泵给系统2作用下快速往所述管坯10里注满成形介质；成形中期，在超高压增压泵给系统1与所述管端轴向位移进给系统3以及溢流阀8共同作用，所述铝合金管坯内压力和所述轴向进给量以表3中的匹配关系使支管逐渐成形，完成薄壁铝合金三通管的成形。

表1 表2

表3

本发明通过在同一台设备上，同一套模具，基于溢流阀8，采用三通管零件实际成形模具进行管坯10胀形极限压力测试，能更真实反映三通管零件成形时的胀形极限，测试数据准确度更高，而且在获得管材的胀形极限压力和管坯10的三通管胀形塑性能力与成形进给量，能够通过较少实验在同一套模具和设备上获得难成形薄壁铝合金三通管零件。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的方法，其特征在于，三通管为薄壁铝合金三通管，管坯为薄壁铝合金管坯，包括以下步骤：

步骤1：将所述管坯放入三通管上模具与三通管下模具之间的型腔中，左冲头与右冲头在管端轴向位移进给系统作用下，同时密封管坯两端，并在其后的操作中保持在当前位移不动；溢流阀处于关闭状态，随后低压泵给系统向所述管坯内注满成形介质并截断，防止管内液体回流；此时，超高压增压泵给系统开始工作，一直往所述薄壁铝合金管坯增压，直至管坯破裂，记录所述管坯在三通管模具型腔内的极限胀形压力P_max；

步骤2：将所述管坯放入三通管上模具与三通管下模具之间的型腔中，左冲头与右冲头在管端轴向位移进给系统作用下，同时密封管坯的两端，低压泵给系统向所述管坯内注满成形介质并截断，防止管内液体回流；溢流阀压力调至步骤1中获得的极限胀形压力P_max之下，保证管坯不破裂；将压力保持一定的稳定状态，然后点动管端轴向位移进给系统中的推进液压缸，使所述左冲头与所述右冲头断续推动所述管坯向模具中间进给，当左冲头与右冲头断续进给量达到设定的位移量后，停止实验并取出支管未破裂的三通管，所述三通管由于点动的冲击，直管部位管材会起皱，支管部位管材不会起皱，从而获得三通管支管极限高度H_max及相对应所需轴向极限进给量D_max；

步骤3：进行管坯三通管成形，先设定轴向进给量与内压力匹配关系为线性递增，最大内压力等于或小于步骤1中获得的所述极限胀形压力P_max，最大进给量小于步骤2中获得的所述极限进给量D_max；溢流阀压力调至步骤1中获得的所述极限胀形压力P_max之下，避免成形中设备瞬时超压；将所述管坯放入三通管上模具与三通管下模具之间的型腔中；

成形初期，左右冲头在管端轴向位移进给系统作用下密封管坯，进油孔在低压泵给系统作用下快速往所述管坯里注满成形介质；成形中期，在超高压增压泵给系统与所述管端轴向位移进给系统及溢流阀共同作用，所述管坯内压力和所述轴向进给量以设定的匹配关系使支管逐渐成形。

2.根据权利要求1所述的一种匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的方法，其特征在于，在步骤2中所述左冲头与所述右冲头断续推动所述管坯向模具中间进给时：

同步观察三通管内压力，所述三通管内压力大过溢流阀压力则会溢流；所述三通管内压力减小则要点动超高压增压泵给系统增压，使管坯内压力保持在一个稳定状态。

3.根据权利要求1所述的一种匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的方法，其特征在于，所述步骤1、步骤2和步骤3中使用的三通管模具始终为同一套模具。

4.一种用于匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的装置，其特征在于：包括超高压增压泵给系统、低压泵给系统、管端轴向位移进给系统、三通管上模具、三通管下模具、左冲头、右冲头、溢流阀和油槽；所述三通管上模具和所述三通管下模具构成的型腔两侧设有所述左冲头和所述右冲头，所述管坯用于放置在所述型腔内，所述管端轴向位移进给系统分别与所述左冲头和所述右冲头连接，所述超高压增压泵给系统与所述左冲头的油管连接，所述低压泵给系统与所述左冲头的油管连接，所述左冲头的油管连接有所述溢流阀，所述溢流阀的溢流口连通所述油槽。

5.根据权利要求4所述的一种用于匹配内高压成形三通管内压力与进给关系的装置，其特征在于：所述溢流阀为耐高压溢流阀，防止设备瞬时超压导致管件破裂。