CN111451351A - 一种管状件成形成性一体化方法 - Google Patents

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Abstract

一种管状件成形成性一体化方法首先选取初始管坯，确定模具合模位置A和位置B，将初始管坯加热至温度T，T处于300℃‑1400℃范围内，模具打开，并将初始管坯放入下模中，上模合模至位置B，将初始管坯两端密封，打开第一阀门，向初始管坯内部充填压力为p的流体介质，初始管坯发生胀形而部分贴模，某些空间形状锐利的部位未完全贴模，将初始管坯的内部压力调整至pcr，上模向合模位置A运动，达到完全贴模，打开第二阀门，在内压支撑下利用模具完成对工件的淬火，关闭第一阀门，解除对管坯的密封，关闭第二阀门，打开模具取出工件。本发明实现高强钢材料成形和淬火一体化，生产满足要求的形状精度和热处理效果，突破了制造瓶颈。

Description

一种管状件成形成性一体化方法
技术领域
本发明涉及工业制造技术领域的一种成形方法，尤其涉及一种管状件成形成性一体化方法。
背景技术
高强钢具有高的质强比，具有优异的减重效果，高强钢的优点使其在汽车行业得到快速发展和广泛应用，从而达到汽车的轻型化，安全性强等目的，目前高强钢的应用仅限于板材件，降低了板材厚度，与之对应的技术是热冲压成型，而车身上另一类构件即管状件，已经公开报道的高强钢管状件的制备加工方法主要有以下两种：一种加工方法是先在软态下成形，再进行淬火提高高强钢管状件强度的工艺路线，本方法在模外淬火，易于保证热处理效果，但缺点是淬火变形无法避免；另一种方法是热气胀技术，该方法的存在的缺点在于：所需气压过大、高强钢管状件壁厚减薄严重、淬火不均匀、管状件破裂、起皱成形缺陷等一系列问题，到目前为止仍未得到广泛应用。目前还没有一种技术能解决高强钢管状件的高效生产这个问题。
发明内容
在本发明的目的是针对现有技术的缺陷和不足，提出了一种管状件成形成性一体化方法，实现高强钢材料成形和淬火一体化，同时得到满足生产要求的形状精度和热处理效果，突破高强钢管状件的制造瓶颈。
为达到上述目的，一种管状件成形成性一体化方法采用了下列技术方案：其特征在于它的步骤：步骤一，选取初始管坯，依据零件上的最小截面周长选择初始管坯，进一步讲初始管坯的截面周长与零件上的最小截面周长近似相等。为便于表述，记所要成形零件的最大截面周长和最小截面周长之差为d。
步骤二，确定模具合模位置，并标记出位置A和位置B，位置A上模合模的下死点，位置B和位置A沿合模方向之间的距离为h，h＝a(d/2)，0.5＜a＜2。
步骤三，将初始管坯加热至温度T，T处于300℃-1400℃范围内。
步骤四，模具打开，并将初始管坯放入下模中，上模合模至位置B。
步骤五，将初始管坯的两端密封，并打开第一阀门，向初始管坯内部充填压力为p的流体介质，此步骤中内压p为变形提供驱动力，初始管坯发生胀形而部分贴模，某些空间形状锐利的部位未完全贴模，压力达到p时初始管坯的温度为T1，T1可在实际工艺中测得。
步骤六，将初始管坯的内部压力调整至临界压力pcr，临界压力pcr的具体计算方法如下：
Figure BDA0002475493470000021
其中π、e为定常数，K、n为温度T1下材料的强度系数和硬化指数，ε为零件的最大应变，1＜s＜20。
步骤七，在临界压力pcr的支撑下，空心管坯近似变为实心棒料，上模向合模位置A运动，上模推压受内压支撑的初始管坯已贴模部位，内部压力也受到挤压从而推着未贴模区域的材料流向未贴模区域填充模腔，初始管坯各截面的形状及周长与模具内腔趋于相同，即达到完全贴模，接下来随着上模的继续挤压，截面整体受到压缩，截面上易于屈服的部位发生少量增厚，当合模至位置A时，成形出工件。该过程中的变形为压缩变形，壁厚不会发生减薄。与步骤五不同的是，此过程中模具为变形提供驱动力。需要说明的是，即使发生了压缩变形但工件的壁厚不会大于初始管坯的壁厚。
步骤八，打开第二阀门，使初始管坯内的流体介质不断流出，但需保持工件的压力不低于cpcr，c＜1，并保持5s-60s，在内压支撑下利用模具完成对工件的淬火。实际中根据材料的淬透性要求，调整第二阀门的开口量，具体开口量大小根据实时的淬火测试结果而定。
步骤九，关闭第一阀门，解除对管坯的密封，关闭第二阀门。
步骤十，打开模具取出工件。
进一步，步骤二中位置B和位置A沿合模方向之间的距离为h，h＝a(d/2)，0.5＜a＜2，且模具合到位置B时，在垂直于模腔轴线的平面上模具的内腔构成封闭的截面轮廓线，此时内腔各截面的轮廓周长必然大于零件上对应截面的周长。
进一步，步骤五中，第一阀门负责压力发生源和端部密封装置之间流体介质的通断，第二阀门负责端部密封装置和常压环境之间的联通，第一阀门和第二阀门处在常闭状态。
进一步，初始管坯为金属管坯。
进一步，初始管坯为高强钢或高温合金其中之一。
本发明的有益效果是：解决了传统热气胀因坯料与模具接触后材料温度下降强度急剧升高导致的难以完全贴模成形的技术瓶颈。本发明中内压的职能由初期的主驱动力转变为后期的辅助支撑作用，所需压力降为传统的热气胀的1/10，降低了工艺难度也极大的降低了能耗。由于能完全贴模，成形零件各部位的淬火效果都能得到保证，特别是内压具有处处相等的作用特征，易于保证成形件各处的淬火效果一致。本发明设计合理、工艺简单、生产效率高、成形件性能和形状精度俱佳，具有较强的推广应用价值。
附图说明
图1初始管坯放入下模示意图。
图2上模和下模合模至位置B。
图3初始管坯内部充填压力P后胀形示意图。
图4上模推压使材料向为贴膜区域流动示意图。
图5上模和下模合模至位置A。
附图标记说明：
1-上模 2-下模 3-发生源 4-第一阀门 5-第二阀门 6-端部密封装置 7-工件
具体实施方式
步骤一，选取初始管坯：依零件上的最小截面周长选择初始管坯，进一步讲初始管坯的截面周长与零件上的最小截面周长近似相等，标记所要成形零件的最大截面周长和最小截面周长之差为d。
步骤二，上模(1)和下模(2)形成模腔，确定模具的合模位置，标记为位置A和位置B。位置A为上模(1)合模的下死点，进一步地，上模(1)合模至位置A时与下模(2)共同构成了内腔与零件外轮廓一致的空间形状。位置B和位置A沿合模方向之间的距离为h，h＝a(d/2)，0.5＜a＜2，且模具合到位置B时，在垂直于模腔轴线的平面上模具的内腔构成封闭的截面轮廓线，此时内腔各截面的轮廓周长必然大于零件上对应截面的周长。第一阀门(4)负责压力发生源(3)和端部密封装置(6)之间流体介质的通断，第二阀门(5)负责端部密封装置(6)和常压环境之间的联通。第一阀门(4)和第二阀门(5)处在常闭状态。
步骤三，将初始管坯加热至温度T，T处在300-1400℃范围内。
步骤四，模具打开，并将初始管坯放入下模(2)中，上模(1)合模至位置B。位置B的作用是在步骤5中限制初始管坯的膨胀量，位置B的选取见步骤2。
步骤五，将初始管坯的两端密封，并打开第一阀门(4)，向初始管坯内部充填压力为p的流体介质。p的计算公式为p＝bσsr/t，其中σs为材料温度T时的屈服强度，r为零件上的最小圆角半径，t为初始管坯壁厚，0.5＜b＜5。初始管坯发生胀形而部分贴模，某些模腔空间形状锐利的零件部位未完全贴模，由于此合模位置模具内腔大于零件，因此胀形后的初始管坯各处的截面周长略大于零件对应截面的周长，壁厚也发生了减薄。此过程中内压为变形提供驱动力。为便于表述，压力达到p时初始管坯的温度为T1，T1可在实际工艺中测得。
步骤六，将初始管坯的内部压力调整至临界压力pcr，临界压力pcr的具体计算方法如下：
Figure BDA0002475493470000041
其中π、e为定常数，K、n为温度T1下材料的强度系数和硬化指数，ε为零件的最大应变，1＜s＜20。
步骤七，在临界压力pcr的支撑下，其作用近似于将空心管坯变为实心棒料，上模(1)向合模位置A运动，上模(1)推压受内压支撑的初始管坯已贴模部位，内部压力也受到挤压从而推着未贴模区域的材料流向未贴模区域填充模腔，初始管坯各截面的形状及周长与模具内腔趋于相同，即达到完全贴模，接下来随着上模(1)的继续挤压，截面整体受到压缩，截面上易于屈服的部位发生少量增厚，当合模至位置A时，成形出工件(7)。该过程中的变形为压缩变形，壁厚不会发生减薄。与步骤5不同的是，此过程中模具为变形提供驱动力。需要说明的是，即使发生了压缩变形但工件(7)的壁厚不会大于初始管坯的壁厚。
步骤八，打开第二阀门(5)，使初始管坯内的流体介质不断流出，但需保持工件(7)的压力不低于cpcr，c＜1，并保持5s-60s，在内压支撑下利用模具完成对工件(7)的淬火。实际中根据材料的淬透性要求，调整第二阀门(5)的开口量，具体开口量大小根据实时的淬火测试结果而定。
步骤九，关闭第一阀门(4)，解除对管坯的密封，关闭第二阀门(5)。
步骤十，打开模具取出工件(7)。
具体实施方式二：步骤一中所述初始管坯为金属管坯，其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：步骤一中的初始管坯为高强钢、高温合金其中之一。

Claims (4)

1.一种管状件成形成性一体化方法采用了下列技术方案：其特征在于，它的步骤：
步骤一，选取初始管坯，依据零件上的最小截面周长选择初始管坯，进一步讲初始管坯的截面周长与零件上的最小截面周长近似相等；为便于表述，记所要成形零件的最大截面周长和最小截面周长之差为d；
步骤二，确定模具合模位置，并标记出位置A和位置B，位置A上模合模的下死点，位置B和位置A沿合模方向之间的距离为h，h＝a(d/2)，0.5＜a＜2；
步骤三，将初始管坯加热至温度T，T处于300℃-1400℃范围内；
步骤四，模具打开，并将初始管坯放入下模中，上模合模至位置B；
步骤五，将初始管坯的两端密封，并打开第一阀门，向初始管坯内部充填压力为p的流体介质，此步骤中内压p为变形提供驱动力，初始管坯发生胀形而部分贴模，某些空间形状锐利的部位未完全贴模，压力达到p时初始管坯的温度为T1，T1可在实际工艺中测得；
步骤六，将初始管坯的内部压力调整至临界压力pcr，临界压力pcr的具体计算方法如下：
Figure FDA0002475493460000011
其中π、e为定常数，K、n为温度T1下材料的强度系数和硬化指数，ε为零件的最大应变，1＜s＜20；
步骤七，在临界压力pcr的支撑下，空心管坯近似变为实心棒料，上模向合模位置A运动，上模推压受内压支撑的初始管坯已贴模部位，内部压力也受到挤压从而推着未贴模区域的材料流向未贴模区域填充模腔，初始管坯各截面的形状及周长与模具内腔趋于相同，即达到完全贴模，接下来随着上模的继续挤压，截面整体受到压缩，截面上易于屈服的部位发生少量增厚，当合模至位置A时，成形出工件；该过程中的变形为压缩变形，壁厚不会发生减薄；与步骤五不同的是，此过程中模具为变形提供驱动力；需要说明的是，即使发生了压缩变形但工件的壁厚不会大于初始管坯的壁厚；
步骤八，打开第二阀门，使初始管坯内的流体介质不断流出，但需保持工件的压力不低于cpcr，c＜1，并保持5s-60s，在内压支撑下利用模具完成对工件的淬火；实际中根据材料的淬透性要求，调整第二阀门的开口量，具体开口量大小根据实时的淬火测试结果而定；
步骤九，关闭第一阀门，解除对管坯的密封，关闭第二阀门；
步骤十，打开模具取出工件；
进一步，步骤二中位置B和位置A沿合模方向之间的距离为h，h＝a(d/2)，0.5＜a＜2，且模具合到位置B时，在垂直于模腔轴线的平面上模具的内腔构成封闭的截面轮廓线，此时内腔各截面的轮廓周长必然大于零件上对应截面的周长。
2.根据权利要求1所述的一种管状件成形成性一体化方法，其特征在于：步骤五中，第一阀门负责压力发生源和端部密封装置之间流体介质的通断，第二阀门负责端部密封装置和常压环境之间的联通，第一阀门和第二阀门处在常闭状态。
3.根据权利要求1所述的一种管状件成形成性一体化方法，其特征在于：初始管坯为金属管坯。
4.根据权利要求1所述的一种管状件成形成性一体化方法，其特征在于：初始管坯为高强钢或高温合金其中之一。
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Assignee: Weihai Yingchuang Metal Forming Technology Co.,Ltd.

Assignor: Chu Guannan

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Denomination of invention: A formative integration method for tubular parts

Granted publication date: 20220809

License type: Exclusive License

Record date: 20221025

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