CN111390005B - 一种薄壁直管强化装置及强化方法 - Google Patents

一种薄壁直管强化装置及强化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种薄壁直管强化装置，包括第一定位模、第二定位模、分瓣模、整圆模和第一腔体、第二腔体。本发明还提供一种薄壁直管强化方法，利用上述薄壁直管强化装置，调整分瓣模定位管件，使分瓣模的的内壁与管件之间具有间隙，将待处理管件伸入第一定位模、第二定位模的通孔，将第一密封圈、第二密封圈置于管件内腔中，向第一腔体内注入液压油，液压油向管件内壁施压使管件鼓胀，完成扩径变形；管件内液压油卸载，分瓣模朝向第一定位模的轴线运动直至相邻分瓣模相抵接，完成缩径变形；经过多次循环扩径和缩径变形后，管件向前输送至整圆模的通孔内，向第二腔体内填充液压油，液压油对管件内壁施压使其鼓胀，完成整圆。

Description

一种薄壁直管强化装置及强化方法
技术领域
本发明涉及管材加工设备及其周边配套设施技术领域，特别是涉及一种薄壁直管强化装置及强化方法。
背景技术
薄壁直管在现代工业管路中被广泛采用，具有尺寸规格多，制备简单，满足轻量化等优点，但是目前管路应用中的薄壁直管，其强度往往较低，无法承受较高的内压或外压，增加管壁壁厚可提高强度，但是又制约了其节约资源及轻量化的要求。
因此，如何令薄壁直管在壁厚不变的前提下，提高薄壁直管的强度，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄壁直管强化装置，以解决上述现有技术存在的问题，使薄壁直管在保持壁厚不变的前提下，提高薄壁直管的强度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种薄壁直管强化装置，包括第一定位模、第二定位模、分瓣模、整圆模和密封组件，所述第一定位模、所述第二定位模同轴设置且均具有能够容纳管件通过的通孔，所述分瓣模可滑动地设置于所述第一定位模、所述第二定位模之间，所述分瓣模与所述第一定位模、所述第二定位模的相对运动方向垂直于所述第一定位模的轴线，所述分瓣模的数量至少为两个，相邻的所述分瓣模能够相抵接并围成环状，所述分瓣模朝向所述第一定位模轴线的一侧具有凸起，若干个所述分瓣模抵接围成的环状结构的最小内径较所述第一定位模的内径小；沿管件的输送方向，所述整圆模设置于所述分瓣模的下游，所述整圆模与所述第二定位模相抵接，所述整圆模具有能够容纳管件通过的通孔，所述整圆模的内径与管件的外径相匹配；所述密封组件包括能够进入管件内部的第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈，所述第一密封圈、所述第二密封圈能够与管件的内壁围成第一腔体，所述第二密封圈、所述第三密封圈能够与管件的内壁围成第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体能够与外部环境相连通。
优选地，所述凸起为弧面结构。
优选地，所述分瓣模连接有推杆，所述推杆的轴线垂直于所述第一定位模的轴线并与所述第一定位模的轴线相交，所述推杆连接有液压缸，所述液压缸能够带动所述推杆往复运动。
优选地，所述分瓣模的数量为六个，六个所述分瓣模周向均布设置。
优选地，所述第一定位模、所述第二定位模、所述整圆模均为分体式结构，所述第一定位模包括相抵接的第一定位上模和第一定位下模，所述第二定位模包括相抵接的第二定位上模和第二定位下模，所述整圆模包括相抵接的上整圆模和下整圆模。
优选地，所述第一密封圈连接有第一输油管，所述第一输油管与所述第一腔体相连通，所述第三密封圈连接有第二输油管，所述第二输油管与所述第二腔体相连通，所述第二密封圈连接有连接杆，所述连接杆穿过所述第三密封圈自所述第二腔体内伸出。
优选地，所述第一密封圈、所述第二密封圈、所述第一输油管、所述第二输油管均同轴设置，所述连接杆的数量为两个，两个所述连接杆对称设置于所述第二输油管的两侧；所述第一输油管与所述第一密封圈、所述第二输油管与所述第三密封圈、所述连接杆与所述第二密封圈均采用螺纹连接。
本发明还提供一种薄壁直管强化方法，调整分瓣模定位管件，使分瓣模的内壁与管件之间具有间隙，将待处理管件伸入第一定位模、第二定位模的通孔，将第一密封圈、第二密封圈置于管件内腔中，向第一腔体内注入液压油，液压油向管件内壁施压使管件鼓胀，完成扩径变形；管件内液压油卸载，分瓣模朝向第一定位模的轴线运动直至相邻分瓣模相抵接，完成缩径变形；经过多次循环扩径和缩径变形后，管件向前输送至整圆模的通孔内，向第二腔体内填充液压油，液压油对管件内壁施压使其鼓胀，完成整圆。
优选地，定位管件时，使分瓣模与管件的最小间隙为5mm，向第一腔体内输入液压油的压力为6.5MPa，管件扩径鼓胀高度为5mm，缩径时，分瓣模朝向第一定位模的轴线进给距离为5mm，向第二腔体内输入液压油的压力为6MPa。
优选地，经过五次循环扩径和缩径变形后，管件进入整圆模进行整圆。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的薄壁直管强化装置，包括第一定位模、第二定位模、分瓣模、整圆模和密封组件，第一定位模、第二定位模同轴设置且均具有能够容纳管件通过的通孔，分瓣模可滑动地设置于第一定位模、第二定位模之间，分瓣模与第一定位模、第二定位模的相对运动方向垂直于第一定位模的轴线，分瓣模的数量至少为两个，相邻的分瓣模能够相抵接并围成环状，分瓣模朝向第一定位模轴线的一侧具有凸起，若干个分瓣模抵接围成的环状结构的最小内径较第一定位模的内径小；沿管件的输送方向，整圆模设置于分瓣模的下游，整圆模与第二定位模相抵接，整圆模具有能够容纳管件通过的通孔，整圆模的内径与管件的外径相匹配；密封组件包括能够进入管件内部的第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈，第一密封圈、第二密封圈能够与管件的内壁围成第一腔体，第二密封圈、第三密封圈能够与管件的内壁围成第二腔体，第一腔体和第二腔体能够与外部环境相连通。本发明还提供一种薄壁直管强化方法，利用上述薄壁直管强化装置，调整分瓣模定位管件，使分瓣模的内壁与管件之间具有间隙，将待处理管件伸入第一定位模、第二定位模的通孔，将第一密封圈、第二密封圈置于管件内腔中，向第一腔体内注入液压油，液压油向管件内壁施压使管件鼓胀，完成扩径变形；管件内液压油卸载，分瓣模朝向第一定位模的轴线运动直至相邻分瓣模相抵接，完成缩径变形；经过多次循环扩径和缩径变形后，管件向前输送至整圆模的通孔内，向第二腔体内填充液压油，液压油对管件内壁施压使其鼓胀，完成整圆。本发明通过管壁多次发生塑性变形，在管件材料内部累积残余应力和残余应变达到强化的效果，最后通过整圆模和液压油内压作用，保证薄壁直管的公称直径不变，同时极大的改善薄壁直管的刚度、强度、硬度及承受高压能力等综合性能，使薄壁直管在轻量化和高强度的工程领域中得到更广泛的应用。
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为本发明的薄壁直管强化装置定位阶段的主视方向剖切结构示意图；
图2为本发明的薄壁直管强化装置扩径阶段的主视方向剖切结构示意图；
图3为本发明的薄壁直管强化装置缩径阶段的主视方向剖切结构示意图；
图4为本发明的薄壁直管强化装置进给阶段的主视方向剖切结构示意图；
图5为本发明的薄壁直管强化装置扩径阶段的左视方向剖切结构示意图；
图6为本发明的薄壁直管强化装置缩径阶段的左视方向剖切结构示意图；
图7为本发明的薄壁直管强化装置整圆阶段的左视方向剖切结构示意图；
其中，1为第一定位模，101为第一定位上模，102为第一定位下模，2为第二定位模，201为第二定位上模，202为第二定位下模，3为分瓣模，4为整圆模，401为上整圆模，402为下整圆模，5为第一密封圈，6为第二密封圈， 7为第三密封圈，8为推杆，9为第一输油管，10为第二输油管，11为连接杆， 12为第一腔体，13为第二腔体，14为管件，L1为分瓣模的高度，L2为整圆模的高度，h为涨形高度和缩径深度，D为管件直径。
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薄壁直管强化装置，以解决上述现有技术存在的问题，使薄壁直管在保持壁厚不变的前提下，提高薄壁直管的强度。
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。
请参考图1-7，其中，图1为本发明的薄壁直管强化装置定位阶段的主视方向剖切结构示意图，图2为本发明的薄壁直管强化装置扩径阶段的主视方向剖切结构示意图，图3为本发明的薄壁直管强化装置缩径阶段的主视方向剖切结构示意图，图4为本发明的薄壁直管强化装置进给阶段的主视方向剖切结构示意图，图5为本发明的薄壁直管强化装置扩径阶段的左视方向剖切结构示意图，图6为本发明的薄壁直管强化装置缩径阶段的左视方向剖切结构示意图，图7为本发明的薄壁直管强化装置整圆阶段的左视方向剖切结构示意图。
本发明提供一种薄壁直管强化装置，包括第一定位模1、第二定位模2、分瓣模3、整圆模4和密封组件，第一定位模1、第二定位模2同轴设置且均具有能够容纳管件14通过的通孔，分瓣模3可滑动地设置于第一定位模1、第二定位模2之间，分瓣模3与第一定位模1、第二定位模2的相对运动方向垂直于第一定位模1的轴线，分瓣模3的数量至少为两个，相邻的分瓣模3 能够相抵接并围成环状，分瓣模3朝向第一定位模1轴线的一侧具有凸起，若干个分瓣模3抵接围成的环状结构的最小内径较第一定位模1的内径小；沿管件14的输送方向，整圆模4设置于分瓣模3的下游，整圆模4与第二定位模 2相抵接，整圆模4具有能够容纳管件14通过的通孔，整圆模4的内径与管件14的外径相匹配；密封组件包括能够进入管件14内部的第一密封圈5、第二密封圈6和第三密封圈7，第一密封圈5、第二密封圈6能够与管件14的内壁围成第一腔体12，第二密封圈6、第三密封圈7能够与管件14的内壁围成第二腔体13，第一腔体12和第二腔体13能够与外部环境相连通。
利用本发明的薄壁直管强化装置对管件14进行强化处理，调整分瓣模3 定位管件14，使分瓣模3的内壁与管件14之间具有间隙，将待处理管件14 伸入第一定位模1、第二定位模2的通孔，将第一密封圈5、第二密封圈6置于管件14内腔中，向第一腔体12内注入液压油，液压油向管件14内壁施压使管件14鼓胀，完成扩径变形；管件14内液压油卸载，分瓣模3朝向第一定位模1的轴线运动直至相邻分瓣模3相抵接，完成缩径变形；经过多次循环扩径和缩径变形后，管件14向前输送至整圆模4的通孔内，向第二腔体13内填充液压油，液压油对管件14内壁施压使其鼓胀，完成整圆。本发明通过管壁多次发生塑性变形，在管件14材料内部累积残余应力和残余应变达到强化的效果，最后通过整圆模4和内压作用，保证薄壁直管的公称直径不变，同时极大的改善薄壁直管的刚度、强度、硬度及承受高压能力等综合性能，使薄壁直管在轻量化和高强度的工程领域中得到更广泛的应用。另外，本发明采用两步变形工艺，能够降低模具设计和加工成本，同时提高薄壁直管强化处理的效率。
其中，凸起为弧面结构，在凸起压迫管件14进行缩径时，弧面能够避免凸起在管件14上形成死角，保护管件。
具体地，分瓣模3连接有推杆8，推杆8的轴线垂直于第一定位模1的轴线并与第一定位模1的轴线相交，推杆8连接有液压缸，液压缸能够带动推杆 8往复运动，在液压缸的驱动下，推杆8带动分瓣模3沿第一定位模1的径向往复运动。在定位管件14时，分瓣模3朝向远离第一定位模1的轴线的方向运动，为管件14扩径进行限位，当进行缩径操作时，分瓣模3朝向第一定位模1的轴线方向运动，对管件14施力，完成管件14缩径。
在本具体实施方式中，分瓣模3的数量为六个，六个分瓣模3周向均布设置，提高管件14的受力均匀性，推杆8与液压缸的数量与分瓣模3的数量相一致且一一对应。分瓣模3与第一定位模1、第二定位模2之间均具有间隙，在本具体实施方式中，分瓣模3与第一定位模1、第二定位模2之间的间隙为 1-3mm。
更具体地，第一定位模1、第二定位模2、整圆模4均为分体式结构，第一定位模1包括相抵接的第一定位上模101和第一定位下模102，第二定位模 2包括相抵接的第二定位上模201和第二定位下模202，整圆模4包括相抵接的上整圆模401和下整圆模402，在本具体实施方式中，第一定位上模101、第二定位上模201、上整圆模401能够与涨波机的上横梁相连，第一定位下模 102、第二定位下模202、下整圆模402能够与涨波机的下横梁相连，提高工作效率，此处需要说明的是，涨波机是本领域技术人员所熟知的，此处不再赘述。
为了便于与第一腔体12相连通，第一密封圈5连接有第一输油管9，第一输油管9与第一腔体12相连通，在管件14强化过程中，通过第一输油管9 能够方便地向第一腔体12内输入液压油，或将第一腔体12内的液压油导出，同样地，第三密封圈7连接有第二输油管10，第二输油管10与第二腔体13 相连通，利用第二输油管10能够向第二腔体13内输入液压油，第二密封圈6 连接有连接杆11，连接杆11穿过第三密封圈7自第二腔体13内伸出，设置连接杆11可以方便地推动第二密封圈6并对其进行定位。在本具体实施方式中，第一密封圈5的厚度与第一定位模1的高度相一致，且第一密封圈5正对第一定位模1设置，第二密封圈6的厚度与第二定位模2的高度相一致且二者正对设置，第三密封圈7靠近第二密封圈6的端面与整圆模4远离第二定位模2的一端相平齐，即图中第三密封圈7的左端面与整圆模4的右端面相平齐。
进一步地，第一密封圈5、第二密封圈6、第一输油管9、第二输油管10 均同轴设置，连接杆11的数量为两个，两个连接杆11对称设置于第二输油管 10的两侧，提高第二密封圈6的受力均匀性；第一输油管9与第一密封圈5、第二输油管10与第三密封圈7、连接杆11与第二密封圈6均采用螺纹连接，连接紧固，拆装方便。
本发明还提供一种薄壁直管强化方法，调整分瓣模3定位管件14，使分瓣模3的内壁与管件14之间具有间隙，将待处理管件14伸入第一定位模1、第二定位模2的通孔，将第一密封圈5、第二密封圈6置于管件14内腔中，向第一腔体12内注入液压油，液压油向管件14内壁施压使管件14鼓胀，完成扩径变形；管件14内液压油卸载，分瓣模3朝向第一定位模1的轴线运动直至相邻分瓣模3相抵接，完成缩径变形；经过多次循环扩径和缩径变形后，管件14向前输送至整圆模4的通孔内，向第二腔体13内填充液压油，液压油对管件14内壁施压使其鼓胀，完成整圆。重复上述操作，直至管件14全部完成强化。
更进一步地，定位管件14时，使分瓣模3与管件14的最小间隙为5mm，向第一腔体12内输入液压油的压力为6.5MPa，管件14扩径鼓胀高度为5mm，缩径时，分瓣模3朝向第一定位模1的轴线进给距离为5mm，向第二腔体13 内输入液压油的压力为6MPa。另外，分瓣模3的高度L1＝(0.50～1.0)D，整圆模4的高度L2＝(1.05～1.10)L1，胀形高度和缩径深度h＝(0.05～0.10)D，其中， D为管件14初始直径。
下面通过对具体的管件14进行强化处理，以进一步对本发明的薄壁直管强化方法进行解释说明。
对直径为100mm、厚为1mm的不锈钢薄壁直管进行反复缩胀强化处理，将第一定位上模101、第一定位下模102、第二定位上模201、第二定位下模 202、上整圆模401、下整圆模402分别与涨波机相连，将多个分瓣模3通过推杆8与液压缸相连，分瓣模3的高度L1为60mm，整圆模4的高度L2为 65mm，将密封组件置于薄壁直管内，利用连接杆11将第二密封圈6推至与第二定位模2正对，利用第一输油管9向第一腔体12内填充6.5MPa的液压油，液压油向薄壁直管的内壁施压并使其鼓胀，鼓胀高度h为5mm，完成扩径变形；利用第一输油管9将第一腔体12内液压油输出完成卸载，多个分瓣模3 在液压缸的驱动下朝向管件14轴线方向运动，直至相邻的分瓣模3抵接，多个分瓣模3围成环状，分瓣模3向管件14轴线方向进给量为5mm，完成缩径变形，经过五次循环扩径和缩径变形后，薄壁直管管件14向前进给一个步长，之后利用第二输油管10向第二腔体13内填充6.0MPa的液压油，液压油对薄壁直管的内壁施加压力使其鼓胀，完成整圆，然后管件14进行下一段强化处理。处理后的管件14的强度由原来的265MPa提升到了320MPa，抗弯刚度由原来的500N/mm提升到了720N/mm，硬度值从原来的196HV提高到了 245HV，管件14的刚度、强度和硬度均得到了大幅度的提升。
本发明中应用了具体个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 (9)

1.一种薄壁直管强化装置，其特征在于：包括第一定位模、第二定位模、分瓣模、整圆模和密封组件，所述第一定位模、所述第二定位模同轴设置且均具有能够容纳管件通过的通孔，所述分瓣模可滑动地设置于所述第一定位模、所述第二定位模之间，所述分瓣模与所述第一定位模、所述第二定位模的相对运动方向垂直于所述第一定位模的轴线，所述分瓣模的数量至少为两个，相邻的所述分瓣模能够相抵接并围成环状，所述分瓣模朝向所述第一定位模轴线的一侧具有凸起，若干个所述分瓣模抵接围成的环状结构的最小内径较所述第一定位模的内径小；沿管件的输送方向，所述整圆模设置于所述分瓣模的下游，所述整圆模与所述第二定位模相抵接，所述整圆模具有能够容纳管件通过的通孔，所述整圆模的内径与管件的外径相匹配；所述密封组件包括能够进入管件内部的第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈，所述第一密封圈、所述第二密封圈能够与管件的内壁围成第一腔体，所述第二密封圈、所述第三密封圈能够与管件的内壁围成第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体能够与外部环境相连通。
2.根据权利要求1所述的薄壁直管强化装置，其特征在于：所述凸起为弧面结构。
3.根据权利要求2所述的薄壁直管强化装置，其特征在于：所述分瓣模连接有推杆，所述推杆的轴线垂直于所述第一定位模的轴线并与所述第一定位模的轴线相交，所述推杆连接有液压缸，所述液压缸能够带动所述推杆往复运动。
4.根据权利要求3所述的薄壁直管强化装置，其特征在于：所述分瓣模的数量为六个，六个所述分瓣模周向均布设置。
5.根据权利要求1所述的薄壁直管强化装置，其特征在于：所述第一定位模、所述第二定位模、所述整圆模均为分体式结构，所述第一定位模包括相抵接的第一定位上模和第一定位下模，所述第二定位模包括相抵接的第二定位上模和第二定位下模，所述整圆模包括相抵接的上整圆模和下整圆模。
6.根据权利要求1所述的薄壁直管强化装置，其特征在于：所述第一密封圈连接有第一输油管，所述第一输油管与所述第一腔体相连通，所述第三密封圈连接有第二输油管，所述第二输油管与所述第二腔体相连通，所述第二密封圈连接有连接杆，所述连接杆穿过所述第三密封圈自所述第二腔体内伸出。
7.根据权利要求6所述的薄壁直管强化装置，其特征在于：所述第一密封圈、所述第二密封圈、所述第一输油管、所述第二输油管均同轴设置，所述连接杆的数量为两个，两个所述连接杆对称设置于所述第二输油管的两侧；所述第一输油管与所述第一密封圈、所述第二输油管与所述第三密封圈、所述连接杆与所述第二密封圈均采用螺纹连接。
8.一种薄壁直管强化方法，利用权利要求1-7任一项所述的薄壁直管强化装置，其特征在于：调整分瓣模定位管件，使分瓣模的内壁与管件之间具有间隙，将待处理管件伸入第一定位模、第二定位模的通孔，将第一密封圈、第二密封圈置于管件内腔中，向第一腔体内注入液压油，液压油向管件内壁施压使管件鼓胀，完成扩径变形；管件内液压油卸载，分瓣模朝向第一定位模的轴线运动直至相邻分瓣模相抵接，完成缩径变形；经过多次循环扩径和缩径变形后，管件向前输送至整圆模的通孔内，向第二腔体内填充液压油，液压油对管件内壁施压使其鼓胀，完成整圆。
9.根据权利要求8所述的薄壁直管强化方法，其特征在于：经过五次循环扩径和缩径变形后，管件进入整圆模进行整圆。
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