CN109909358B - 基于半固态低熔点合金的拉动式内高压成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于半固态低熔点合金的拉动式内高压成形装置及方法，包括模具本体，模具本体内设有一个主管腔道和至少一个支管腔道，主管腔道与支管腔道相连通，主管腔道和支管腔道内均设有可活动的推料杆。本发明选用环保、低熔点的半固态合金浆料作为胀形介质，融合了液固两种介质的成形优势，既无毒无害，又具备了超大变形量的性能；装置结构简单，且适用于异形管件（例如三通管）的成形；模具本体中的主管腔道用于放置待加工的管坯，支管腔道作为支管成形区域，而在主管腔道设置的推料杆，以及支管腔道设置的推料杆是为了分别向管坯中部施加轴向力和径向力。

Description

基于半固态低熔点合金的拉动式内高压成形装置及方法

技术领域

本发明涉及流变成形技术领域，尤其是涉及一种基于半固态低熔点合金的拉动式内高压成形装置及方法。

背景技术

管材内高压成形技术是一种为了成形以轻量化和一体化为特征的空心变截面管状构件发展而来的先进塑性加工技术，是结构轻量化和柔性加工技术的完美结合，在汽车发动机系统、排气系统、底盘系统，航空航天、空调配管，水暖等产业中具有较为广泛的应用。

异形管件（三通管类）通常可以采用弹性体或塑性体作为胀形介质，通过轴端作用实现介质的变形而成形所需要的管件形状。

作为成形直管高度较大的铜三通管，通常采用铅作为胀形介质，变形量较大。但铅涨技术，存在以下问题：

1、灌装与回收时加热温度较高，能耗较大；

2、并且铅容易挥发，危害人体健康，已被国家明令禁止。

作为替代，NaCl粉具有无污染、易回收等特点，也多被采用，但由于NaCl结构的致密度和弹塑性较差，变形能力远不及铅，故成形能力较差。另外也有采用石蜡、聚氨酯橡胶等作为介质的胀形工艺，以及工业应用较为广泛的“水胀”工艺，但这些介质的成形能力远不及铅的成形能力，应用的局限性很大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于半固态低熔点合金的拉动式内高压成形装置，进一步提供一种通过该装置形成异形管件的成形方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：基于半固态低熔点合金的拉动式内高压成形装置，包括模具本体，所述的模具本体内设有一个主管腔道和至少一个支管腔道，所述的主管腔道与支管腔道相连通，所述的主管腔道和支管腔道内均设有可活动的推料杆。

本发明进一步优选方案：所述的主管腔道包括左端部区段、右端部区段和中部区段，所述的支管腔道连接于主管腔道的中部区段，所述的模具本体内且围绕于支管腔道，以及围绕于中部区段设有温度可控的加热模块，所述的模具本体内且围绕于左端部区段、右端部区段设有温度可控的降温模块。通过设置加热模块和降温模块，来实现胀形介质（半固态合金浆料）的固液相转化，使管坯内的胀形介质呈现“端部高固相，中部低固相”的状态；

“端部高固相”能够增加黏度，提高胀形介质与管坯内壁的摩擦力，实现拉动补料；“中部低固相”增加管坯主变形区的液相分数，提高管坯主变形区的内部压力，实现等压整形；

并且选用的加热模块和降温模块温度是可控的，进而来达到胀形介质（半固态合金浆料）固相率控制的目的。

本发明进一步优选方案：所述的加热模块且贴近支管腔道，以及贴近主管腔道中部区段的表面呈波纹状。此方案的设置是为了增大换热面积，提高胀形介质（半固态合金浆料）升温/降温速率。

基于半固态低熔点合金的拉动式内高压成形方法，包括以下步骤：

步骤1：预备待加工管坯，以及选取环保型且呈半固态的低熔点合金浆料作为胀形介质；

步骤2：将步骤1中选取的胀形介质灌入管坯中；

步骤3：将步骤2中灌入胀形介质的管坯放入模具本体内的主管腔道；

步骤4：将主管腔道上的推料杆作用于管坯端部上，推料杆向管坯中部缓慢持续推进；

步骤5：管坯中部向支管腔道拱起，形成支管；

步骤6：将支管腔道上的推料杆作用于支管端部，向管坯施加径向力，最终形成异形管件。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、选用环保、低熔点（熔点低于100℃）的半固态合金浆料作为胀形介质，融合了液固两种介质的成形优势，既无毒无害，又具备了超大变形量的性能；

2、装置结构简单，且适用于异形管件（例如三通管）的成形；

模具本体中的主管腔道用于放置待加工的管坯，支管腔道作为支管成形区域，而在主管腔道设置的推料杆，以及支管腔道设置的推料杆是为了分别向管坯中部施加轴向力和径向力。

简单来说，通过主管腔道上的推料杆向管坯中部施加轴向力，胀形介质（半固态合金浆料）被压缩，胀形介质呈现固液相分离，即在管坯的端部内的胀形介质高固相，管坯中部内的胀形介质低固相；

管坯中部的胀形介质向支管腔道方向流动，同时管坯端部的胀形介质受到轴向作用力向管坯中部移动，由于管坯端部的胀形介质高固相，与管坯内壁的摩擦力大于管坯外壁与模具的摩擦力，拉动管坯端部材料向支管腔道进行“补料”，有效提高了支管腔道中支管的成形高度。

附图说明

图1为管坯与异形管件结构示意图；

图2为本发明结构示意图一；

图3为本发明结构示意图二。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图3所示：基于半固态低熔点合金的拉动式内高压成形装置，包括模具本体1，模具本体1内设有一个主管腔道12和至少一个支管腔道13，主管腔道12与支管腔道13相连通，主管腔道12和支管腔道13内均设有可活动的推料杆14。

模具本体1中的主管腔道12用于放置待加工的管坯111，支管腔道13作为支管成形区域，而在主管腔道12设置的推料杆14，以及支管腔道13设置的推料杆14是为了分别向管坯111中部施加轴向力和径向力。

其中，主管腔道12设置了两个推料杆14，分别作用于管坯111的两个端部，并且，两个推料杆14的向管坯111中部进给的速度和作用在管坯111端部上的力是一致的；支管腔道13设置的推料杆14作用于成形支管的端部，向管坯111中部径向力，使支管拱起的端部能更好的贴向模具。

通过主管腔道12上的推料杆14向管坯111中部施加轴向力，胀形介质113（半固态合金浆料）被压缩，胀形介质113呈现固液相分离，即在管坯111的端部内的胀形介质113高固相，管坯111中部内的胀形介质113低固相；

管坯111中部的胀形介质113向支管腔道13方向流动，同时管坯111端部的胀形介质113因高固相，与管坯111端部的内壁的粘的更牢，管坯111端部的胀形介质113受到轴向作用力向管坯111中部移动，并拉动管坯111端部内壁上的材料向支管腔道13进行“补料”，有效提高了支管腔道13中支管的成形高度。

主管腔道12包括左端部区段、右端部区段和中部区段，支管腔道13连接于主管腔道12的中部区段，模具本体1内且围绕于支管腔道13，以及围绕于中部区段设有温度可控的加热模块17，模具本体1内且围绕于左端部区段、右端部区段设有温度可控的降温模块18。

通过设置加热模块17和降温模块18，来实现胀形介质113（半固态合金浆料）的固液相转化，使管坯111内的胀形介质113呈现“端部高固相，中部低固相”的状态；

“端部高固相”能够增加黏度，提高胀形介质113与管坯111内壁的摩擦力，实现拉动补料；“中部低固相”增加管坯111主变形区（管坯111中部）的液相分数，提高管坯111主变形区（管坯111中部）的内部压力，实现等压整形；

并且选用的加热模块17和降温模块18温度是可控的，进而来达到胀形介质113（半固态合金浆料）固相率控制的目的；

另外，可选择在加热模块17、降温模块18分别注入热水、冷水的方法来达到加热/降温的目的，进而能够减少加热成本，降低能耗。

加热模块17且贴近支管腔道13，以及贴近主管腔道12中部区段的表面呈波纹状。

基于半固态低熔点合金的拉动式内高压成形方法，包括以下步骤：

步骤1：预备待加工管坯111，以及选取环保型且呈半固态的低熔点合金浆料作为胀形介质113；

其中，胀形介质113的熔点（低于100℃）低于管坯111的熔点，胀形介质113可选无Pb无Cd环保型低熔点合金，例如30.1Bi-22.0Sn-47.9In合金。

步骤2：将步骤1中选取的胀形介质113灌入管坯111中；

步骤3：将步骤2中灌入胀形介质113的管坯111放入模具本体1内的主管腔道12；

步骤4：将主管腔道12上的推料杆14作用于管坯111端部上，推料杆14向管坯111中部缓慢持续推进；

步骤5：管坯111中部向支管腔道13拱起，形成支管；

步骤6：将支管腔道13上的推料杆14作用于支管端部，向管坯111施加径向力，最终形成异形管件112。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于半固态低熔点合金的拉动式内高压成形装置，包括模具本体，其特征在于所述的模具本体内设有一个主管腔道和至少一个支管腔道，所述的主管腔道与支管腔道相连通，所述的主管腔道和支管腔道内均设有可活动的推料杆；

所述的主管腔道包括左端部区段、右端部区段和中部区段，所述的支管腔道连接于主管腔道的中部区段，所述的模具本体内且围绕于支管腔道，以及围绕于中部区段设有温度可控的加热模块，所述的模具本体内且围绕于左端部区段、右端部区段设有温度可控的降温模块。

2.根据权利要求1所述的基于半固态低熔点合金的拉动式内高压成形装置，其特征在于所述的加热模块且贴近支管腔道，以及贴近主管腔道中部区段的表面呈波纹状。

3.根据权利要求1所述装置的成形方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：预备待加工管坯，以及选取环保型且呈半固态的低熔点合金浆料作为胀形介质；

步骤2：将步骤1中选取的胀形介质灌入管坯中；

步骤3：将步骤2中灌入胀形介质的管坯放入模具本体内的主管腔道；

步骤4：将主管腔道上的推料杆作用于管坯端部上，推料杆向管坯中部持续推进；

步骤5：管坯中部向支管腔道拱起，形成支管；

步骤6：将支管腔道上的推料杆作用于支管端部，向管坯施加径向力，最终形成异形管件。

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