CN110587233B - 一种用于制造多层金属密封垫片的液压成形方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于制造多层金属密封垫片的液压成形方法,包括以下步骤;1)备料:制作筒形坯料;2)装配:将每一层金属密封垫片筒形坯料依次装配并套在一起;3)去应力热处理:4)液压胀形:加工与多层金属密封垫片产品外形轮廓一致的液压胀形模具,形成多层金属密封垫片半成品工件;5)切边:去除液压胀形模具;6)校形:加工与多层金属密封垫片半成品工件外形轮廓一致的校形模具;7)时效处理:将多层金属密封垫片半成品工件进行时效强化处理;8)抛光:将多层金属密封垫片半成品工件密封表面进行抛光处理;9)清洗包装:将多层金属密封垫片半成品工件进行表面清理得到多层金属密封垫片产品。本发明具有操作简单方便,产品质量好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及金属塑性成形技术领域,特别涉及一种用于制造多层金属密封垫片的液压成形方法。
背景技术
多层金属密封垫片具有重量轻、弹性好、密封性好、结构轻便等优点,广泛应用在航空、航天、导弹、石油化工、核能等领域,是重要密封部件。
然而金属密封垫片由于受复杂的截面特征、密封结构多样性的影响,及材料本身塑性及延伸率的限制,使得其塑性成形十分困难,容易出现材料拉裂、失稳起皱、成形稳定性差。金属密封垫片通常由带材卷圆焊接后采用滚压工艺制造,然而成形过程中带材、旋轮定位精度差,滚压成形过程中容易发生轴向串动,零件对称性差;并且该方法只能成形轴对称的密封垫片,并不适用于轮廓为矩形、椭圆形以及异型结构的多层金属密封垫片制造,限制了异型结构金属密封垫片的应用和发展。
发明内容
为解决传统多层金属密封垫片滚压成形困难,零件成形精度差,通用性不强的缺点,本发明旨在提供一种用于制造多层金属密封垫片的液压成形方法,可以成形不同截面形状的异型环件,具有操作简单方便,产品质量好的特点。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种用于制造多层金属密封垫片的液压成形方法,包括以下步骤;
1)备料:
多层金属密封垫片坯料形状为筒形,筒形坯料的制造方法有两种,一种是通过无缝管材制成,每一层无缝管材的直径不相同;一种是通过带材焊接而成,经带材焊接形成的筒形坯料存在一条与筒材轴线方向平行的焊缝,根据多层金属密封垫片的零件尺寸、层数进行计算、确定每一层坯料内径di、长度Li;
2)装配:
将每一层金属密封垫片筒形坯料依次装配并套在一起,形成多层筒形坯料,两端尽量平齐,控制误差;
3)去应力热处理:
根据材料内部残余应力状况决定是否进行此步骤;如果步骤1中获得的坯料是由无缝管材装配而成,根据材料状态确定是否进行去应力热处理,保证其处于软态或固溶态;如果步骤1中获得的坯料是由带材焊接装配而成,则需要进行去应力热处理,去除材料内部残余应力,温度曲线根据材料自身确定;
4)液压胀形:
加工与多层金属密封垫片产品外形轮廓(包括横截面轮廓、周向轮廓)一致的液压胀形模具,形成多层金属密封垫片半成品工件;
5)切边:
去除液压胀形模具,对多层金属密封垫片半成品工件两端多余材料进行物理去除;
6)校形:
加工与多层金属密封垫片半成品工件外形轮廓一致的校形模具,将多层金属密封垫片半成品工件放置在校形模具内,采用压力机进行压紧,检查多层金属密封垫片半成品工件尺寸,保证与最终产品尺寸一致;
7)时效处理:
将多层金属密封垫片半成品工件进行时效强化处理,即通过对材料进行升温,保温,空冷处理以提高材料硬度;
8)抛光:
将多层金属密封垫片半成品工件密封表面进行抛光处理,一般采用物理抛光或化学抛光方法,使其满足零件粗糙度要求;
9)清洗包装:
将多层金属密封垫片半成品工件进行表面清洗、包装,完成多层金属密封垫片半成品工件加工工序后,称为多层金属密封垫片产品。
所述的多层金属密封垫片液压成形方法,可用于层数为1层、2层甚至多层的金属密封垫片生产制造;成形不同层数的多层金属密封垫片时,步骤相同,具体尺寸不同。
所述的多层金属密封垫片液压成形方法可用于横截面为C形、U形、V形、W形、Ω形的多层金属密封垫片生产制造;成形不同横截面的多层金属密封垫片时,步骤4、5、6一致,需要根据最终多层金属密封垫片横截面结构、尺寸,设计、加工与安装相匹配的模具;成形方法保持不变。
所述的多层金属密封垫片液压成形方法可用于轮廓为圆形、矩形、椭圆形以及异型结构的多层金属密封垫片生产制造;成形不同轮廓的多层金属密封垫片时,步骤4、5、6一致,需要根据最终多层金属密封垫片轮廓结构、尺寸,设计、加工与安装相匹配的模具;成形方法保持不变。
所述的多层金属密封垫片液压成形方法,通过一个环形坯料可以一次成形和生产制造出一个或多个多层金属密封垫片;步骤1环形坯料长度Li可以按一个或多个多层金属密封垫片横截面展开长度计算,并考虑加工余量。
所述的步骤1)中每一层坯料内径di和长度Li的计算公式如下:
Li=(2~3)Li'
式中,di—从外侧数第i层环坯内径;
Li—从外侧数第i层环坯长度;
Li'—从外侧数第i层金属密封垫片横截面展开长度;
D0—多层金属密封垫片零件最外层环坯外径尺寸;
ti—多层金属密封垫片零件第i层(从外侧数)的壁厚;
φ—环坯与环坯之间的套管间隙;
i—从外侧数多层金属密封垫片零件的层数,i=1,2,…,n;n为总层数。
所述的步骤2)中误差控制在长度Li的10%以内。
所述的步骤3)中温度低于材料再结晶温度50~150℃,时间0.5~2小时。
所述的步骤4)中将多层金属密封垫片筒形坯料放置于液压胀形模具内部,模片由等高的垫块等距隔开,管坯内部充入高压液体,管坯略微鼓起,模片被固定在管坯外侧,拆除垫块,保压,同时液压机压头下压,模片闭合,成形出一个或多个具有相同外形轮廓的多层金属密封垫片半成品工件,多层金属密封垫片筒形坯料经液压胀形后称为多层金属密封垫片半成品工件。
所述的步骤5)中物理去除方法为车削、线切割等机械或电加工方法。
所述的步骤6)中压力机保压时间0.5~2小时。
所述的多层金属密封垫片一种为双层GH4169材料E形圆形结构金属密封垫片,步骤3)去应力热处理温度为950℃,时间1小时;步骤7)时效处理温度为将工件升温至720℃,2小时后降温为620℃,保温8小时,空冷。
所述的多层金属密封垫片一种为双层GH4738材料C形跑道形结构金属密封垫片,步骤3)去应力热处理温度为500℃,时间2小时;步骤7)时效处理温度为将工件升温至845℃,4小时后降温为760℃,保温16小时,空冷。
本发明的有益效果:
1、通过一个环形坯料可以一次成形和生产制造出一个或多个多层金属密封垫片,生产效率高;
2、操作简单可靠,产品表面质量高,尺寸一致性好,提高了零件的成形精度;
3、解决了矩形、椭圆形等非轴对称密封环件的加工成形难题;
4、使用范围较广,能成形不同类型的异形密封垫片,加工柔性较好,降低了劳动力。
附图说明
图1为多层金属密封垫片液压成形工艺流程图。
图2为多层金属密封垫片液压成形装置结构示意图。
图3为E形圆形结构多层金属密封垫片液压成形后的截面示意图。
图4为E形圆形结构多层金属密封垫片坯料横截面形状示意图。
图5为E形圆形结构多层金属密封垫片三维示意图。
图6为C形跑道形结构多层金属密封垫片液压成形后的截面示意图。
图7为C形跑道形结构多层金属密封垫片坯料横截面形状示意图。
图8为C形跑道形结构多层金属密封垫片三维示意图。
其中:1.盖板,2.O型密封圈,3.Y型密封圈,4.内模座,5.模片,6.外模座,7.密封油管,8.充油管
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明:
一种用于制造多层金属密封垫片的液压成形方法,包括以下步骤;
1)备料:
多层金属密封垫片坯料形状为筒形,筒形坯料可由两种方法制造,一种是通过无缝管材制成,每一层无缝管材的直径不相同;一种是通过带材焊接而成,经带材焊接形成的筒形坯料存在一条与筒材轴线方向平行的焊缝,根据多层金属密封垫片的零件尺寸、层数进行计算、确定每一层坯料内径di、长度Li,内径di和长度Li的计算公式如下:
Li=(2~3)Li'
式中,di—从外侧数第i层环坯内径;
Li—从外侧数第i层环坯长度;
Li'—从外侧数第i层金属密封垫片横截面展开长度;
D0—多层金属密封垫片零件最外层环坯外径尺寸;
ti—多层金属密封垫片零件第i层(从外侧数)的壁厚;
φ—环坯与环坯之间的套管间隙;
i—从外侧数多层金属密封垫片零件的层数,i=1,2,…,n;n为总层数;
2)装配:
将每一层金属密封垫片筒形坯料依次装配并套在一起,形成多层筒形坯料,两端尽量平齐,误差控制在长度Li的10%以内;
3)去应力热处理:
根据材料内部残余应力状况决定是否进行此步骤;如果步骤1中获得的坯料是由无缝管材装配而成,根据材料状态确定是否进行去应力热处理,保证其处于软态或固溶态;如果步骤1中获得的坯料是由带材焊接装配而成,则需要进行去应力热处理,去除材料内部残余应力,温度曲线根据材料自身确定,一般低于材料再结晶温度50~150℃,时间0.5~2小时;
4)液压胀形:
加工与多层金属密封垫片产品外形轮廓(包括横截面轮廓、周向轮廓)一致的液压胀形模具;
液压胀形模具包括上盖板、下盖板、Y形密封圈、内模座、外模座、垫块、一个或多个与多层金属密封垫片产品外形轮廓一致的成形模片、充液管等,如图2所示为多层金属密封垫片液压成形装置结构示意图;
将多层金属密封垫片筒形坯料放置于液压胀形模具内部,模片由等高的垫块等距隔开,管坯内部充入高压液体,管坯略微鼓起,模片被固定在管坯外侧,拆除垫块,保压,同时液压机压头下压,模片闭合,成形出一个或多个具有相同外形轮廓的多层金属密封垫片半成品工件,多层金属密封垫片筒形坯料经液压胀形后称为多层金属密封垫片半成品工件;
5)切边:
去除液压胀形模具,对多层金属密封垫片半成品工件两端多余材料进行物理去除,一般采用车削、线切割等机械或电加工方法;
6)校形:
加工与多层金属密封垫片半成品工件外形轮廓一致的校形模具,将多层金属密封垫片半成品工件放置在校形模具内,采用压力机进行压紧,保压时间0.5~2小时,检查多层金属密封垫片半成品工件尺寸,保证与最终产品尺寸一致;
7)时效处理:
将多层金属密封垫片半成品工件进行时效强化处理,提高材料硬度,具体温度根据材料自身确定;
8)抛光:
将多层金属密封垫片半成品工件密封表面进行抛光处理,一般采用物理抛光或化学抛光方法,使其满足零件粗糙度要求;
9)清洗包装:
将多层金属密封垫片半成品工件进行表面清洗、包装,完成多层金属密封垫片半成品工件加工工序后,称为多层金属密封垫片产品。
所述的多层金属密封垫片液压成形方法,可用于层数为1层、2层甚至多层的金属密封垫片生产制造;成形不同层数的多层金属密封垫片时,步骤相同,具体尺寸不同。
所述的多层金属密封垫片液压成形方法,可用于横截面为C形、U形、V形、W形、Ω形的多层金属密封垫片生产制造;成形不同横截面的多层金属密封垫片时,步骤4、5、6一致,需要根据最终多层金属密封垫片横截面结构、尺寸,设计、加工与安装相匹配的模具;成形方法保持不变。
所述的多层金属密封垫片液压成形方法,可用于轮廓为圆形、矩形、椭圆形以及异型结构的多层金属密封垫片生产制造;成形不同轮廓的多层金属密封垫片时,步骤4、5、6一致,需要根据最终多层金属密封垫片轮廓结构、尺寸,设计、加工与安装相匹配的模具;成形方法保持不变。
所述的多层金属密封垫片液压成形方法,通过一个环形坯料可以一次成形和生产制造出一个或多个多层金属密封垫片;步骤1环形坯料长度Li可以按一个或多个多层金属密封垫片横截面展开长度计算,并考虑加工余量。
所述的多层金属密封垫片液压成形方法,具有很强的通用性,不仅可以用于不同层数、不同材料、不同横截面尺寸、不同周向轮廓的金属密封垫片生产制造,而且可以一次生产制造出多个多层金属密封垫片,提高生产效率。
管材液压胀形是一种以液体为传力介质,利用液体压力和轴向推力的共同作用使管坯变形成为具有三维形状的零件的柔性加工技术。通过更换成形模片,可以成形结构复杂的环类零件。本发明提出的利用液压胀形的成形方法制造多层金属密封垫片技术操作简单可靠,产品表面质量高,尺寸一致性好,通用性强,特别适合矩形、椭圆形等异型密封垫片的成形制造,可以满足航空、航天等领域金属密封件的高精度成形制造需求。
实施例1
双层GH4169材料E形圆形结构金属密封垫片,其结构简图如图3所示。
其中初始结构参数如下:密封环外径D=300mm,密封环自由高度H=13.16mm,接触面曲率半径R=4mm,单层壁厚t1=t2=0.3mm,层数n=2,波谷半径R1=1.2mm,波峰半径R2=1.5mm,波高h=5mm,3个波纹。
1)备料。经计算第1层坯料内径d1为284.22mm,第1层金属密封垫片横截面展开长度L1'为50.85mm,管坯长度L1取2倍L1'长度,圆整后为102mm;第2层坯料内径d2为282.82mm,第2层金属密封垫片横截面展开长度L2'为49.81mm,管坯长度L2取2倍L2'长度,圆整后为100mm;将带材裁剪下料,卷筒后采用氩弧焊沿与筒材轴线方向平行对焊纵缝;预留套管间隙φ=0.1mm。如图4所示为E形圆形结构多层金属密封垫片坯料横截面形状示意图。
2)装配。将2层金属密封垫片筒形坯料依次装配并套在一起,形成双层筒形坯料,两端尽量平齐,误差控制在长度Li的10%以内。
3)去应力热处理。步骤1中获得的坯料是由带材焊接装配而成,需要进行去应力热处理,去除材料内部残余应力。GH4169筒形坯料的去应力热处理温度为950℃,时间1小时。
4)液压胀形。加工与双层E形圆形结构金属密封垫片产品外形轮廓(包括横截面轮廓、周向轮廓)一致的液压胀形模具。图2为多层金属密封垫片液压成形装置结构示意图,液压胀形模具包括上盖板、下盖板、Y形密封圈、内模座、外模座、垫块、两个与双层E形圆形结构金属密封垫片产品外形轮廓一致的成形模片、充液管。将多层金属密封垫片筒形坯料放置于液压胀形模具内部,模片由等高的垫块等距隔开,管坯内部充入高压水,管坯略微鼓起,模片被固定在管坯外侧,拆除垫块,保压,同时液压机压头下压,模片闭合,成形出一个双层E形圆形结构金属密封垫片半成品工件。
5)切边。去除液压胀形模具,采用线切割去除双层E形圆形结构金属密封垫片半成品工件两端多余材料。
6)校形。加工与多层金属密封垫片半成品工件外形轮廓一致的校形模具,将双层E形圆形结构金属密封垫片半成品工件放置在校形模具内,采用压力机进行压紧,保压时间1小时。检查双层E形圆形结构金属密封垫片半成品工件尺寸,保证与最终产品尺寸一致,如图5所示为E形圆形结构多层金属密封垫片三维示意图。
7)时效处理。将双层E形圆形结构金属密封垫片半成品工件进行时效强化处理,提高材料硬度。首先将工件升温至720℃,2小时后降温为620℃,保温8小时,空冷。
8)抛光。采用物理抛光方法将双层E形圆形结构金属密封垫片半成品工件密封表面进行抛光处理,使其满足零件粗糙度要求。
9)清洗包装。将多层金属密封垫片半成品工件进行表面清洗、包装。完成双层E形圆形结构金属密封垫片半成品工件加工工序,获得双层E形圆形结构金属密封垫片产品。
实施例2
双层GH4738材料C形跑道形结构金属密封垫片,其结构简图如图6所示。
其中初始结构参数如下:密封环外径D=300mm,C形截面半径R=8mm,C形开口夹角θ=80°,单层壁厚t1=t2=0.3mm,层数n=2,1个波纹。
1)备料。最外层坯料横截面圆弧段外径D0=271.74mm、直边段M=200mm;经计算第1层坯料圆弧段内径d1为271.14mm,第1层金属密封垫片横截面展开长度L1'为39.1mm,管坯长度L1取2倍L1'长度,圆整后为78mm;第2层坯料圆弧段内径d2为270.34mm,第2层金属密封垫片横截面展开长度L2'为37.63mm,管坯长度L2取2倍L2'长度,圆整后为75mm;将带材裁剪下料,卷筒后采用氩弧焊沿与筒材轴线方向平行对焊纵缝;预留套管间隙φ=0.1mm。如图7所示为C形跑道形结构多层金属密封垫片坯料横截面形状示意图。
2)装配。将2层金属密封垫片筒形坯料依次装配并套在一起,形成双层筒形坯料,两端尽量平齐,误差控制在长度Li的10%以内。
3)去应力热处理。步骤1中获得的坯料是由带材焊接装配而成,需要进行去应力热处理,去除材料内部残余应力。GH4738筒形坯料的去应力热处理温度为500℃,时间2小时。
4)液压胀形。加工与双层C形跑道形结构金属密封垫片产品外形轮廓(包括横截面轮廓、周向轮廓)一致的液压胀形模具。如图2所示为多层金属密封垫片液压成形装置结构示意图,液压胀形模具包括上盖板、下盖板、形密封圈、内模座、外模座、垫块、一个与双层C形跑道形结构金属密封垫片产品外形轮廓一致的成形模片、充液管。将多层金属密封垫片筒形坯料放置于液压胀形模具内部,模片由等高的垫块等距隔开,管坯内部充入高压水,管坯略微鼓起,模片被固定在管坯外侧,拆除垫块,保压,同时液压机压头下压,模片闭合,成形出一个双层C形跑道形结构金属密封垫片半成品工件。
5)切边。去除液压胀形模具,采用线切割去除双层C形跑道形结构金属密封垫片半成品工件两端多余材料。
6)校形。加工与多层金属密封垫片半成品工件外形轮廓一致的校形模具,将双层C形跑道形结构金属密封垫片半成品工件放置在校形模具内,采用压力机进行压紧,保压时间1小时。检查双层C形跑道形结构金属密封垫片半成品工件尺寸,保证与最终产品尺寸一致,如图8所示为C形跑道形结构多层金属密封垫片三维示意图。
7)时效处理。将双层C形跑道形结构金属密封垫片半成品工件进行时效强化处理,提高材料硬度。首先将工件升温至845℃,4小时后降温为760℃,保温16小时,空冷。
8)抛光。采用物理抛光方法将双层C形跑道形结构金属密封垫片半成品工件密封表面进行抛光处理,使其满足零件粗糙度要求。
9)清洗包装。将多层金属密封垫片半成品工件进行表面清洗、包装。完成双层C形跑道形结构金属密封垫片半成品工件加工工序,获得双层C形跑道形结构金属密封垫片产品。
本发明具体应用途径很多,以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干改进,这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于制造多层金属密封垫片的液压成形方法,其特征在于,包括以下步骤;
1)备料:
多层金属密封垫片坯料形状为筒形,筒形坯料的制造方法有两种,一种是通过无缝管材制成,每一层无缝管材的直径不相同;一种是通过带材焊接而成,经带材焊接形成的筒形坯料存在一条与筒材轴线方向平行的焊缝,根据多层金属密封垫片的零件尺寸、层数进行计算,确定每一层坯料内径di、长度Li;
2)装配:
将每一层金属密封垫片筒形坯料依次装配并套在一起,形成多层筒形坯料,两端尽量平齐,控制误差;
3)去应力热处理:
根据材料内部残余应力状况决定是否进行此步骤;如果步骤1中获得的坯料是由无缝管材装配而成,根据材料状态确定是否进行去应力热处理,保证其处于软态或固溶态;如果步骤1中获得的坯料是由带材焊接装配而成,则需要进行去应力热处理,去除材料内部残余应力,温度曲线根据材料自身确定;
4)液压胀形:
加工与多层金属密封垫片产品外形轮廓一致的液压胀形模具,形成多层金属密封垫片半成品工件;
5)切边:
去除液压胀形模具,对多层金属密封垫片半成品工件两端多余材料进行物理去除;
6)校形:
加工与多层金属密封垫片半成品工件外形轮廓一致的校形模具,将多层金属密封垫片半成品工件放置在校形模具内,采用压力机进行压紧,检查多层金属密封垫片半成品工件尺寸,保证与最终产品尺寸一致;
7)时效处理:
将多层金属密封垫片半成品工件进行时效强化处理,即通过对材料进行升温,保温,空冷处理以提高材料硬度;
8)抛光:
将多层金属密封垫片半成品工件密封表面进行抛光处理,采用物理抛光或化学抛光方法,使其满足零件粗糙度要求;
9)清洗包装:
将多层金属密封垫片半成品工件进行表面清洗、包装,完成多层金属密封垫片半成品工件加工工序后,称为多层金属密封垫片产品。
2.根据权利要求1所述的一种用于制造多层金属密封垫片的液压成形方法,其特征在于,用于层数为1层、2层甚至多层的金属密封垫片生产制造;成形不同层数的多层金属密封垫片时,步骤相同,具体尺寸不同。
3.根据权利要求1所述的一种用于制造多层金属密封垫片的液压成形方法,其特征在于,通过一个环形坯料一次成形和生产制造出一个或多个多层金属密封垫片;步骤1环形坯料长度Li按一个或多个多层金属密封垫片横截面展开长度计算,并考虑加工余量。
5.根据权利要求1所述的一种用于制造多层金属密封垫片的液压成形方法,其特征在于,所述的步骤2)中误差控制在长度Li的10%以内。
6.根据权利要求1所述的一种用于制造多层金属密封垫片的液压成形方法,其特征在于,所述的步骤3)中温度低于材料再结晶温度50~150℃,时间0.5~2小时。
7.根据权利要求1所述的一种用于制造多层金属密封垫片的液压成形方法,其特征在于,所述的步骤4)中将多层金属密封垫片筒形坯料放置于液压胀形模具内部,模片由等高的垫块等距隔开,管坯内部充入高压液体,管坯略微鼓起,模片被固定在管坯外侧,拆除垫块,保压,同时液压机压头下压,模片闭合,成形出一个或多个具有相同外形轮廓的多层金属密封垫片半成品工件,多层金属密封垫片筒形坯料经液压胀形后称为多层金属密封垫片半成品工件。
8.根据权利要求1所述的一种用于制造多层金属密封垫片的液压成形方法,其特征在于,所述的步骤5)中物理去除方法为车削、线切割机械或电加工方法;
所述的步骤6)中压力机保压时间0.5~2小时。
9.根据权利要求1所述的一种用于制造多层金属密封垫片的液压成形方法,其特征在于,所述的多层金属密封垫片为双层GH4169材料E形圆形结构金属密封垫片,步骤3)去应力热处理温度为950℃,时间1小时;步骤7)时效处理温度为将工件升温至720℃,2小时后降温为620℃,保温8小时,空冷。
10.根据权利要求1所述的一种用于制造多层金属密封垫片的液压成形方法,其特征在于,所述的多层金属密封垫片为双层GH4738材料C形跑道形结构金属密封垫片,步骤3)去应力热处理温度为500℃,时间2小时;步骤7)时效处理温度为将工件升温至845℃,4小时后降温为760℃,保温16小时,空冷。
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