CN106563718B - 一种大径厚比无缝隧道管的温热成型方法 - Google Patents

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Abstract

一种大径厚比无缝隧道管的温热成型方法，包括以下步骤：S1：选取原始管材；S2：通过加热线圈加热；S3：管坯1成型第一波纹；S4：泄除管坯内部柔性介质的压力，打开上半模、下半模；S5：管坯1成型第二波纹；S6：在型腔B中继续成型第三波纹，其方法同第一波纹、第二波纹的成形方法一致；并以此类推，形成第N波纹，直至所有波纹成形完毕。

Description

一种大径厚比无缝隧道管的温热成型方法
技术领域
该技术属于成型方法领域，具体涉及一种大径厚比无缝隧道管的温热成型方法。
背景技术
在航天制造领域，隧道管是其中的重要零件。传统的隧道管成形工艺是：平板压筋—滚制弧度(滚筒)—圆筒拼焊(纵缝)—长筒拼接(环缝)。工序多，焊接及修整工作量过大，产品稳定性和一致性较差，产品质量难以保证。亟需采用先进成形工艺来满足设计和生产需要。
内高压成形是指通过内部传力介质(一般为液体或气体)加压和轴向加力补料使管坯变形贴合模具型腔的成形方法。该方法成形出的零件具有尺寸精度好、可靠性高等优点。由于传力介质为软介质，非刚性模具，施力方向和部位灵活多变，尤其适用于成形无缝薄壁管件。随着型号的发展，设计对产品的可靠性提出了更高的要求，内高压成形方法也在成形无缝隧道管中得到了一定程度的应用。
用于成形无缝隧道管的管坯多为大径厚比(直径/厚度≥80)，即大直径薄壁无缝管，材料为铝合金(或不锈钢)，市面采购困难，铝厂没有现成的管材用于内高压成形，一般借助多道次强力旋压成形(期间进行多次充分退火)工艺进行初始管坯变薄加工。工装多，工序多，生产效率低，表面质量差。材料在常温下塑性较差，旋压痕迹和缺陷在内高压成形过程中放大，零件在成形过程中更容易发生开裂。急需新的内高压成形工艺来改善这一状况。由于铝合金、不锈钢在温热状态下塑性会明显提高，本发明提出，利用市场上可购小径厚比管坯，采用温热内高压成形工艺直接实现大径厚比无缝隧道管的成形。本发明所提及的大径厚比无缝隧道管温热成形模具设计和工艺方法尚未见相关报道。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种大径厚比无缝隧道管的温热成型方法，实现大径厚比无缝隧道管的成形，有效解决目前内高压常温成形无缝隧道管直径比受限于原始管坯，无法直接成形出径厚比过大的隧道管的问题。
本发明的技术方案如下：一种大径厚比无缝隧道管的温热成型方法，包括以下步骤：
S1：选取原始管材，并对其进行力学性能测试、壁厚检查、符合相应材料的国标，对选取的原始管材截取一部分无缝管坯；
S2：通过加热线圈对上半模A、下半模A进行加热，上半模A、下半模A可围成一个型腔A；
S3：管坯成型第一波纹；打开上半模A、下半模A，放置管坯，闭合上半模A、下半模A，放置左封头与右封头实现密封，保温；管坯充进高压柔性介质5，从而实现管坯内部加压，成型出第一个波纹；成形所需要的初始应力Ps和整形压力pc如下：由Tresca屈服准则推得初始应力Ps为：
其中σs-材料的屈服强度；t-材料厚度；d-管材直径；ξ＝σz/σθ，σθ为环向应力，σz为轴向应力；初始屈服压力是指管坯1开始发生塑性变形所需要的内部柔性介质压力，即临界变形压力；整形压力pc可用下式估算：
其中rc-截面最小过度圆角半径；σl-整形流动应力；t-圆角处的厚度，整形压力pc指在零件成型后期所需内部柔性介质压力；
S4：泄除管坯内部柔性介质的压力，打开上半模、下半模；
S5：管坯成型第二波纹；更换上半模B、下半模B，其围成型腔B、型腔C；将S3中形成的第一波纹放置在型腔C中，在第一波纹的左侧的型腔B中，成型第二波纹，其方法同第一波纹的成形方法一致。
所述S1中还包括，对无缝管坯清洗，去除表面油污和杂质。
所述S3中，保温3-5min。
还包括S6：把S5中型腔B形成的第二波纹放置在右侧型腔C中，在紧挨S5中形成的第二波纹左侧成型第三波纹，即在型腔B中继续成型第三波纹，其方法同第一波纹、第二波纹的成形方法一致。
S6中成型第三波纹后，以此类推，形成第N波纹，N为大于3的正整数，直至所有波纹成形完毕。
本发明的显著效果在于：
1.可实现大径厚比无缝隧道管温热分步整体成形，相比卷焊的隧道管，零件成形完全由程序保证，减少了人工作业，产品质量的稳定性和一致性好。另外整体成形彻底消除了传统工艺下的纵向焊缝，有效地避免了波纹凸台处的焊接缺陷，提高了该类零件的可靠性。
2.无需薄管坯(大径厚比)的制备过程，利用现有的小直径无缝厚管坯即可实现无缝隧道管的整体成形，省去5道次强力旋压工序和4～5次退火工序，整体上大幅降低了大径厚比无缝隧道管的成形难度，可缩短零件的生产周期，并节约相应的工装成本。
3.本方法中涉及成形部位材料局部加热，相比于常温，加热后材料塑性提高，屈服强度和抗拉强度降低，使该方法成为可能。
4.工程适用性强，可用于各种材料(铝合金、不锈钢、钛合金等)、直径、波高和波宽的隧道管类零件的成型，尤其适用于大径厚比隧道管件的成型。
5.所需工装简单易加工，仅需2～3波宽所对应的尺寸即可，加工周期短，工装成本低，且可大幅缩短零件的生产周期。
6.每个波纹依次成形，可对每一个波纹进行材料补充，避免了零件因补料不足而发生的破裂缺陷。
本方法最大的特点是从小径厚比(直径与厚度的比值)直接成形出所需的隧道管，无需中间旋压制坯工序，加热使材料塑性提高，更易成形，可适用各种材料的、各种规格隧道管类零件的成形。
附图说明
图1为本发明所述的大径厚比无缝隧道管的温热成型方法第一波纹成型图示意图
图2为本发明所述的大径厚比无缝隧道管的温热成型方法第二波纹成型图示意图
图3为本发明所述的大径厚比无缝隧道管的温热成型方法第三波纹成型图示意图
图中：1无缝管坯、2上半模A、3加热线圈、4左封头、5高压柔性介质、6右封头、7下半模A、8上半模B、9下半模B、10型腔A、11型腔B、12型腔C
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
一种大径厚比无缝隧道管的温热成型方法，包括以下步骤：
S1：选取原始管材，并对其进行力学性能测试、壁厚检查、符合相应材料的国标，对选取的原始管材截取一部分无缝管坯1，清洗，去除表面油污和杂质；
S2：通过加热线圈3对上半模A2、下半模A7进行加热，上半模A2、下半模A7可围成一个型腔A10；
S3：管坯1成型第一波纹；打开上半模A2、下半模A7，放置管坯1，闭合上半模A2、下半模A7，放置左封头4与右封头6实现密封，保温3-5min；管坯1充进高压柔性介质5，从而实现管坯1内部加压，成型出第一个波纹；成形所需要的初始应力Ps和整形压力pc如下：由Tresca屈服准则推得初始应力Ps为：
其中σs-材料的屈服强度；t-材料厚度；d-管材直径；ξ＝σz/σθ，σθ为环向应力，σz为轴向应力；初始屈服压力是指管坯1开始发生塑性变形所需要的内部柔性介质压力，即临界变形压力；整形压力pc可用下式估算：
其中rc-截面最小过度圆角半径；σl-整形流动应力；t-圆角处的厚度，整形压力pc指在零件成型后期所需内部柔性介质压力；
S4：泄除管坯1内部柔性介质5的压力，打开上半模2、下半模7；
S5：管坯1成型第二波纹；更换上半模B8、下半模B9，其围成型腔B11、型腔C12；将S3中形成的第一波纹放置在型腔C12中，在第一波纹的左侧的型腔B11中，成型第二波纹，其方法同第一波纹的成形方法一致；
S6：把S5中型腔B11形成的第二波纹放置在右侧型腔C12中，在紧挨S5中形成的第二波纹左侧成型第三波纹，即在型腔B11中继续成型第三波纹，其方法同第一波纹、第二波纹的成形方法一致；并以此类推，形成第N波纹，N为大于3的正整数，直至所有波纹成形完毕。

Claims (5)

1.一种大径厚比无缝隧道管的温热成型方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：选取原始管材，并对其进行力学性能测试、壁厚检查、符合相应材料的国标，对选取的原始管材截取一部分无缝管坯(1)；
S2：通过加热线圈(3)对上半模A(2)、下半模A(7)进行加热，上半模A(2)、下半模A(7)可围成一个型腔A(10)；
S3：管坯(1)成型第一波纹；打开上半模A(2)、下半模A(7)，放置管坯(1)，闭合上半模A(2)、下半模A(7)，放置左封头(4)与右封头(6)实现密封，保温；管坯(1)充进高压柔性介质(5)，从而实现管坯(1)内部加压，成型出第一个波纹；成形所需要的初始应力Ps和整形压力pc如下：由Tresca屈服准则推得初始应力Ps为：
其中σs-材料的屈服强度；t-材料厚度；d-管材直径；ξ＝σz/σθ，σθ为环向应力，σz为轴向应力；初始应力Ps是指管坯(1)开始发生塑性变形所需要的内部高压柔性介质(5)压力，即临界变形压力；整形压力pc可用下式估算：
其中rc-截面最小过度圆角半径；σl-整形流动应力；t-圆角处的厚度，整形压力pc指在零件成型后期所需内部高压柔性介质压力；
S4：泄除管坯(1)内部高压柔性介质(5)的压力，打开上半模(2)、下半模(7)；
S5：管坯(1)成型第二波纹；更换成上半模B(8)、下半模B(9)，其围成型腔B(11)、型腔C(12)；将S3中形成的第一波纹放置在型腔C(12)中，在第一波纹的左侧的型腔B(11)中，成型第二波纹，其方法同第一波纹的成形方法一致。
2.根据权利要求1所述的一种大径厚比无缝隧道管的温热成型方法，其特征在于：所述S1中还包括，对无缝管坯(1)清洗，去除表面油污和杂质。
3.根据权利要求1所述的一种大径厚比无缝隧道管的温热成型方法，其特征在于：所述S3中，保温3-5min。
4.根据权利要求1所述的一种大径厚比无缝隧道管的温热成型方法，其特征在于：还包括S6：把S5中型腔B(11)形成的第二波纹放置在右侧型腔C(12)中，在紧挨S5中形成的第二波纹左侧成型第三波纹，即在型腔B(11)中继续成型第三波纹，其方法同第一波纹、第二波纹的成形方法一致。
5.根据权利要求4所述的一种大径厚比无缝隧道管的温热成型方法，其特征在于：S6中成型第三波纹后，以此类推，形成第N波纹，N为大于3的正整数，直至所有波纹成形完毕。
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