CN108296368B - 一种非等壁厚金属管材的塑性连接装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种非等壁厚金属管材的塑性连接装置，属于管材连接技术领域，包括感应线圈、上模、成形外模、固定下模和芯轴；固定下模为筒状，芯轴和固定下模同轴心设置，第一壁厚管置于固定下模与芯轴之间，第一壁厚管的内表面与芯轴接触，外表面与固定下模的内表面接触，第二壁厚管下端为尖角；加热时，将所述感应线圈置于第一壁厚管的上端局部加热区，加热完成后，将成形外模位于固定下模的上端，并与芯轴上端外表面构成型腔，上模位于第二壁厚管的上方，并与第二壁厚管的上端面接触，上模用于将第二壁厚管带有尖角一端压入第一壁厚管上端面内。
Description
技术领域
本发明涉及管材连接技术领域，具体为一种非等壁厚金属管材的塑性连接装置及方法。
背景技术
管材类零件在制造业中应用广泛，为满足现代工业对金属管件特定部位壁厚和性能的要求，非等壁厚金属管材的连接逐渐受到重视。传统的管材连接通常采用焊接方式进行，但是存在着生产效率较低，重复性不好，焊接过程不适合大批量生产等缺点。另外，对于一些焊接性能不好的材料，采用焊接的方式实现管材的连接较为困难。对于一些受挤压作用或拉应力的非等壁金属管材，焊接过程对设备和工装的要求较高，且焊接流程较为复杂。另外，焊缝部位在高压使用环境中，可能发生破裂的问题，可靠性受到影响。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种一种非等壁厚金属管材的塑性连接装置及方法，重复性好，效率高，适合大批量生产使用，并且连接可靠性高。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种非等壁厚金属管材的塑性连接装置，包括感应线圈、上模、成形外模、固定下模和芯轴；
所述固定下模为筒状，芯轴和固定下模同轴心设置，第一壁厚管置于固定下模与芯轴之间，第一壁厚管的内表面与芯轴接触，外表面与固定下模的内表面接触，第二壁厚管下端为尖角；
加热时，将所述感应线圈置于第一壁厚管的上端局部加热区，加热完成后，将成形外模位于固定下模的上端，并与芯轴上端外表面构成型腔，上模位于第二壁厚管的上方，并与第二壁厚管的上端面接触，上模用于将第二壁厚管带有尖角一端压入第一壁厚管上端面内，其中，第一壁厚管的壁厚大于第二壁厚管。
可选的，所述第二壁厚管下端设有环形槽。
可选的，第二壁厚管下端设有2～4个环形矩形槽，其槽深度是t/4～t/3，t是第二壁厚管的壁厚，长度为3～5mm。
可选的，第二壁厚管的端部成尖角形状，角度为60°。
可选的，成形外模和芯轴上端外表面构成V形型腔。
基于权本发明提供的一种非等壁厚金属管材的塑性连接装置的连接方法，包括：
步骤一，将第一壁厚管套装于芯轴的外侧，将固定下模套装于第一壁厚管外侧，将感应线圈置于第一壁厚管上端待变形部位外端，通入交流电并加热至需要的温度，提高待变形区域塑性；
步骤二，将成形外模放置于固定下模的上端，并在其上表面施加力F1，保证其相对位置不变，将端部加工为尖角并带有环形槽的第二壁厚管放置于第一壁厚管加热端的上部，上模放置于第二壁厚管的上端，第二壁厚管的尖角对中第一壁厚管的壁厚中心层；
步骤三，对上模施加力F2，第二壁厚管在上模的作用下向下运动，将第一壁厚管上端加热区沿着轴线垂直方向劈开为内外两层；
步骤四，对成形外模和芯轴同时施加向上的速度V，成形外模和芯轴构成的内腔不断减小，使第一壁厚管和夹在中间的第二壁厚管在压力的作用下实现连接，并且第一壁厚管的材料填充入第二壁厚管的环形槽内；
步骤五，先将固定下模、成形外模和上模取出，再将连接后的管材取出，得到需要的零件。
可选的，所述第一壁厚管的材料为镁合金或铝合金，第二壁厚管的材料为不锈钢或高温合金。
可选的，步骤四中，成形外模和芯轴同时施加向上的速度V为0.5mm/s～2mm/s。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开一种非等壁厚金属管材的塑性连接装置，包括感应线圈、上模、成形外模、固定下模和芯轴；固定下模为筒状，芯轴和固定下模同轴心设置，第一壁厚管置于固定下模与芯轴之间，第一壁厚管的内表面与芯轴接触，外表面与固定下模的内表面接触，第二壁厚管下端为尖角；加热时，将所述感应线圈置于第一壁厚管的上端局部加热区，加热完成后，将成形外模位于固定下模的上端，并与芯轴上端外表面构成型腔，上模位于第二壁厚管的上方，并与第二壁厚管的上端面接触，上模用于将第二壁厚管带有尖角一端压入第一壁厚管上端面内。通过采用感应线圈局部加热与塑性变形的方式，实现不同壁厚金属管材之间的快速高质量连接。采用感应线圈加热，具有加热时间短，金属氧化少，可局部加热的优点，提高第一壁厚管待变形区域的塑性。第二壁厚管端部加工的环形槽在变形过程中被第一壁厚管的材料所填充，两者在压力作用下实现冶金连接，连接效果好，接头质量牢固，且能承受较大的拉应力。采用塑性成形的方式，装置简单，成本降低，可用于批量生产，且使用范围更广，可实现难焊接异质金属管材的连接。
本发明公开一种非等壁厚金属管材的塑性连接方法，采用感应线圈局部加热与塑性变形的方式，实现不同壁厚金属管材之间的快速高质量连接。采用感应线圈加热，具有加热时间短，金属氧化少，可局部加热的优点，提高第一壁厚管待变形区域的塑性。第二壁厚管端部加工的环形槽在变形过程中被第一壁厚管的材料所填充，两者在压力作用下实现冶金连接，连接效果好，接头质量牢固，且能承受较大的拉应力。采用塑性成形的方式，装置简单，成本降低，可用于批量生产，且使用范围更广，可实现难焊接异质金属管材的连接。
附图说明
图1为感应线圈将第一壁厚管局部加热时整体的主剖视图；
图2为第二壁厚管在上模的作用下向下运动的初始状态时整体的主剖视图；
图3为第二壁厚管将第一壁厚管劈开时整体的主剖视图；
图4为通过固定下模和芯轴同速度向上运动后实现非等壁管材连接后状态的整体主剖视图；
图5为连接后非等壁管材的整体主视图；
图6为第二壁厚管端部的局部放大图；
图7为非等壁管材连接后的局部放大图。
图中：1为感应线圈，2为第一壁厚管，3为固定下模，4为芯轴，5为成形外模，6为第二壁厚管，7为上模。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1和图2所示，一种非等壁厚金属管材的塑性连接装置，包括感应线圈1、上模7、成形外模5、固定下模3和芯轴4；
所述固定下模3为筒状，芯轴4和固定下模3同轴心设置，第一壁厚管2置于固定下模3与芯轴4之间，第一壁厚管2的内表面与芯轴4接触，外表面与固定下模3的内表面接触，第二壁厚管6下端为尖角；
加热时，将所述感应线圈1置于第一壁厚管2的上端局部加热区，加热完成后，将成形外模5位于固定下模3的上端，并与芯轴4上端外表面构成型腔，上模7位于第二壁厚管6的上方，并与第二壁厚管6的上端面接触，上模7用于将第二壁厚管6带有尖角一端压入第一壁厚管2上端面内，其中，第一壁厚管2的壁厚大于第二壁厚管6。
其中，第二壁厚管6下端设有环形槽，连接时通过成型外模5和芯轴4挤压第一壁厚管2，使第一壁厚管2的材料进入环形槽，增加连接强度。如图6所示，成形外模5和芯轴4上端外表面构成V形型腔。
示例的，如图7所示，在实际用中，第二壁厚管6下端设有2～4个环形矩形槽，其槽深度是t/4～t/3，t是第二壁厚管6的壁厚，长度为3～5mm。
为了方便在上模7推动第二壁厚管6时，第二壁厚管的下端容易嵌入第一壁厚管2中，第二壁厚管6的端部成尖角形状，角度为60°。
需要说明的是，在本发明中所说的第二壁厚管6和第一壁厚管2连接的一端为下端。
一种非等壁厚金属管材的塑性连接方法，如图3和图4所示，通过以下步骤实现：
步骤一，将第一壁厚管2套装于芯轴4的外侧，将固定下模3套装于第一壁厚管外侧。将感应线圈置于第一壁厚管2上端待变形部位外端，通入交流电并加热至需要的温度，提高待变形区域塑性。
步骤二，将成形外模放置于固定下模的上端，并在其上表面施加力F1，保证其相对位置不变。将端部加工为尖角并带有环形槽的第二壁厚管6放置于第一壁厚管2加热端的上部，上模7放置于第二壁厚管6的上端，第二壁厚管6的尖角对中第一壁厚管2的壁厚中心层。
步骤三，对上模7施加力F2，第二壁厚管6在上模7的作用下向下运动，将第一壁厚管2上端加热区沿着轴线垂直方向劈开为内外两层。
步骤四，对成形外模5和芯轴4同时施加向上的速度V，成形外模5和芯轴4构成的内腔不断减小，使第一壁厚管2和夹在中间的第二壁厚管6在压力的作用下实现连接，并且第一壁厚管2的材料填充入第二壁厚管6的环形槽内。
步骤五，先将固定下模3、成形外模5和上模7取出，再将连接后的管材取出，得到需要的零件，如图5所示。
其中，所述第一壁厚管2选择塑性较差的管材，如镁合金、铝合金，第二壁厚管选择强度较高的材料，如不锈钢，高温合金。
其中，步骤一中所述感应线圈1进行加热的时间和加热温度需根据第一壁厚管材料确定。
其中，步骤四中所述的成形外模5和芯轴4向上的速度V为0.5mm/s～2mm/s。
本发明所举的具体实施例仅是对此发明精神的诠释，本发明技术领域的技术人员可以对描述的具体实施例进行修改或类似的方法替代，并不偏离本发明的精神。
Claims (3)
1.一种非等壁厚金属管材的塑性连接方法，其特征在于，非等壁厚金属管材的塑性连接装置包括感应线圈(1)、上模(7)、成形外模(5)、固定下模(3)和芯轴(4)；
所述固定下模(3)为筒状，芯轴(4)和固定下模(3)同轴心设置，第一壁厚管(2)置于固定下模(3)与芯轴(4)之间，第一壁厚管(2)的内表面与芯轴(4)接触，外表面与固定下模(3)的内表面接触，第二壁厚管(6)下端为尖角；成形外模(5)和芯轴(4)上端外表面构成V形型腔，第一壁厚管(2)的壁厚大于第二壁厚管(6)；
采用上述非等壁厚金属管材的塑性连接装置对非等壁厚金属管材进行塑性连接的方法，包括：
步骤一，将第一壁厚管(2)套装于芯轴(4)的外侧，将固定下模(3)套装于第一壁厚管(2)外侧，将感应线圈(1)置于第一壁厚管(2)上端待变形部位外端，通入交流电并加热至需要的温度，提高待变形区域塑性；
步骤二，将成形外模(5)放置于固定下模的上端，并在其上表面施加力F1，保证其相对位置不变，将端部加工为尖角并带有环形槽的第二壁厚管(6)放置于第一壁厚管(2)加热端的上部，上模(7)放置于第二壁厚管(6)的上端，第二壁厚管(6)的尖角对中第一壁厚管(2)的壁厚中心层；
步骤三，对上模(7)施加力F2，第二壁厚管(6)在上模(7)的作用下向下运动，将第一壁厚管(2)上端加热区沿着轴线垂直方向劈开为内外两层；
步骤四，对成形外模(5)和芯轴(4)同时施加向上的速度V，成形外模(5)和芯轴(4)构成的内腔不断减小，使第一壁厚管(2)和夹在中间的第二壁厚管(6)在压力的作用下实现连接；
步骤五，先将固定下模(3)、成形外模(5)和上模(7)取出，再将连接后的管材取出，得到需要的零件。
2.如权利要求1所述的非等壁厚金属管材的塑性连接方法，其特征在于，所述第一壁厚管(2)的材料为镁合金或铝合金，第二壁厚管(6)的材料为高温合金。
3.如权利要求1所述的非等壁厚金属管材的塑性连接方法，其特征在于，步骤四中，成形外模(5)和芯轴(4)同时施加向上的速度V为0.5mm/s～2mm/s。
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