CN114833286A - 一种薄壁管端法兰扩口-镦粗复合成形装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种薄壁管端法兰扩口‑镦粗复合成形装置及方法，属于管端法兰塑性成形的技术领域，该方法对壁厚是外径的1/30‑1/15的薄壁管依次进行扩口和镦粗，包括以下步骤，S1：用扩口冲头对薄壁管高出扩口凹模的管端自由区进行扩口变形，得到管端为喇叭状的中间管坯；S2：用带芯棒的镦粗凸模对置于镦粗凹模中的中间管坯的管端扩口区进行镦粗变形，得到薄壁管端法兰。本发明通过合适的工艺参数，可以将镦粗时产生的折叠缺陷从法兰内壁转移至法兰上表面，减少了机加工量，进而获得尺寸相对更大的薄壁管端法兰。

Description

一种薄壁管端法兰扩口-镦粗复合成形装置及方法
技术领域
本发明属于管端法兰塑性成形的技术领域，尤其公开了一种薄壁管端法兰扩口-镦粗复合成形装置及方法。
背景技术
薄壁管端法兰类零件被广泛用于石油化工、交通、车辆等行业。作为制造此类零件的一种主要成形方法，薄壁管端法兰的局部镦粗成形一直是研究的重点。因为自由高度与壁厚的比值超过一定值后，直接镦粗薄壁管极易产生失稳，在法兰内壁出现明显的折叠缺陷，所以通过直接镦粗方法成形出的薄壁管端法兰的最大尺寸有限。目前对于薄壁管端大尺寸法兰镦粗方法主要有多步镦粗和连续镦挤等方法，多步镦粗有工序多、成形载荷大、易在内壁出现折叠等缺点；连续镦挤方法有模具结构复杂、对反顶凸模强度要求高、不适于长颈法兰镦粗等缺点。
发明内容
本发明提供一种薄壁管端法兰扩口-镦粗复合成形方法及装置，对现有薄壁管端法兰局部镦粗方法进行改进，提高管端法兰相对尺寸和成形效率。
本发明提供一种薄壁管端法兰扩口-镦粗复合成形装置，适用于壁厚是外径的1/30-1/15的薄壁管，包括扩口模具和镦粗模具；扩口模具包括扩口冲头和扩口凹模；扩口凹模用于容纳薄壁管，内径同所述薄壁管的外径；扩口冲头用于对薄壁管高出扩口凹模的管端自由区进行扩口变形，得到管端为喇叭状的中间管坯；镦粗模具包括镦粗凹模和带芯棒的镦粗凸模；镦粗凹模用于容纳中间管坯，包括法兰区和限制区，法兰区的内径同目标管端法兰的外径，限制区的内径同所述薄壁管的外径；镦粗凸模的直径同目标管端法兰的外径，芯棒直径同所述薄壁管的内径。
优选地，扩口冲头的形状为圆锥台型，半锥角在0°-30°之间，圆锥台小端的外径同所述薄壁管的内径。
优选地，扩口凹模为整体式或分瓣式。
优选地，镦粗凹模为整体式或分瓣式。
优选地，芯棒长度至少为中间管坯喇叭状扩口区高度的2倍。
本发明还提供一种薄壁管端法兰扩口-镦粗复合成形方法，适用于壁厚是外径的1/30-1/15的薄壁管，采用上述薄壁管端法兰扩口-镦粗复合成形装置依次进行扩口和镦粗，包括以下步骤，
S1：用扩口冲头对薄壁管高出扩口凹模的管端自由区进行扩口变形，得到管端为喇叭状的中间管坯；
S2：用带芯棒的镦粗凸模对置于镦粗凹模中的中间管坯的喇叭状扩口区进行镦粗变形，得到薄壁管端法兰。
本发明具有以下有益效果。
1、在局部镦粗前增加扩口变形，可以将管端金属预分配至外侧，有利于后续镦粗变形的金属流动、降低成形载荷、法兰外侧尖角易于成形饱满。
2、通过选择合适的工艺参数，可以将管端法兰产生的折叠从内壁转移至上表面，虽然存在折叠和内侧尖角不饱满，但是法兰无缺陷部分尺寸相对直接镦粗有明显增大，可获得内壁光滑且尺寸相对较大的薄壁管端法兰。
3、改进后的方法所用模具结构简单，适合于不同材料和不同颈部长度的薄壁管端法兰成形，可以提高成形效率、降低能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为薄壁管端法兰扩口-镦粗复合成形方法的原理图；
图1中：(a)薄壁管坯；(b)中间管坯；(c)薄壁管端法兰；h1管端自由区；D薄壁管外径；d为薄壁管内径；t薄壁管壁厚；h2扩口变形区；2α中间管坯管端扩口区开口角度；h3管端法兰厚度；w管端法兰宽度；D1管端法兰外径。
图2为本发明扩口模具的示意图；
图3为本发明镦粗模具的示意图；
图4为直接镦粗产生的缺陷示意图；
图5为扩口-镦粗产生的缺陷示意图；
图2-5中：扩口冲头1，薄壁管2，扩口凹模3，中间管坯4，带芯棒的镦粗凸模5，镦粗凹模6，管端法兰7，直接镦粗后存在缺陷的管端法兰8，扩口-镦粗后存在缺陷的管端法兰9。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
如图2-图3所示，本实施例提供了一种薄壁管端法兰扩口-镦粗复合成形装置，包括扩口模具和镦粗模具，扩口模具包括扩口冲头1和扩口凹模3，镦粗模具包括镦粗凸模5和镦粗凹模6。
具体地，扩口冲头1的形状为圆锥台型，半锥角α在0°-30°之间，圆锥台小端的外径同薄壁管2的内径d。
具体地，扩口凹模3的内径同薄壁管2的外径D，扩口凹模3为分瓣式。
具体地，镦粗凹模6分法兰区和限制区，其中法兰区的内径同目标管端法兰7的外径D1，与镦粗凸模5共同构成法兰模腔，限制区的内径同薄壁管2的外径D，镦粗凹模6为分瓣式。
具体地，镦粗凸模5的芯棒直径同薄壁管2的内径d，芯棒长度至少为中间管坯4扩口区高度h2的2倍。
如图1-图3所示，本实施例提供一种薄壁管端法兰扩口-镦粗复合成形方法，适用于壁厚t是外径D的1/30-1/15的薄壁管2，依次进行扩口和镦粗，包括以下步骤：
S1：用扩口冲头1对薄壁管2高出扩口凹模3的管端自由区h1进行扩口变形，得到管端为喇叭状的中间管坯9；
S2：用带芯棒的镦粗凸模5对置于镦粗凹模6中的中间管坯4的管端扩口区h2进行镦粗变形，得到薄壁管端法兰7。
扩口变形具体为：薄壁管2被分瓣式扩口凹模3夹持，半锥角为α的扩口冲头1下行，将薄壁管2高出扩口凹模3的管端自由区h1进行扩口变形，得到管端开口角度为2α、扩口区高度h2中间管坯4。
镦粗变形具体为：中间管坯4被分瓣式镦粗凹模6夹持，带芯棒的镦粗凸模5下行，将中间管坯4高出镦粗凹模6的管端扩口区h2进行镦粗变形，得到法兰宽度为w、法兰外径为D1、法兰厚度h3的薄壁管端法兰7。
如图4所示，对于自由区h1高厚比较大的管端法兰直接镦粗，易在法兰8内壁产生折叠缺陷，且不易填充饱满，成形载荷较大，需要将不饱满的尖角及内壁折叠进行后续的机加工，剩余无缺陷的管端法兰为图4局部放大图中虚线所框部分，可见直接镦粗得到的法兰尺寸较小。
如图5所示，对于自由区h1高厚比较大的管端法兰用改进后的扩口-镦粗复合成形方法镦粗，在局部镦粗前增加扩口变形，可以将管端金属预分配至外侧，有利于后续镦粗变形的金属流动、降低成形载荷、法兰9外侧尖角易于成形饱满；通过选择合适的工艺参数，可以将管端法兰9的折叠转移至上表面，虽然存在折叠和内侧尖角不饱满，但是法兰无缺陷部分的尺寸相对直接镦粗有明显增大，将法兰9内壁与法兰9上表面过渡处不饱满的尖角及上表面折叠机加工后，剩余无缺陷的管端法兰为图5中局部放大图中虚线所框部分，获得内壁光滑且尺寸相对较大的薄壁管端法兰；改进后的方法所用模具结构简单，适合于不同材料和不同颈部长度的薄壁管端法兰成形，可以提高成形效率、降低能耗。
本说明书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 (6)

1.一种薄壁管端法兰扩口-镦粗复合成形装置，其特征在于，适用于壁厚是外径的1/30-1/15的薄壁管，包括扩口模具和镦粗模具；
所述扩口模具包括扩口冲头和扩口凹模；
所述扩口凹模用于容纳薄壁管，内径同所述薄壁管的外径；
所述扩口冲头用于对薄壁管高出扩口凹模的管端自由区进行扩口变形，得到管端为喇叭状的中间管坯；
所述镦粗模具包括镦粗凹模和带芯棒的镦粗凸模；
所述镦粗凹模用于容纳中间管坯，包括法兰区和限制区，法兰区的内径同目标管端法兰的外径，限制区的内径同所述薄壁管的外径；
所述镦粗凸模的直径同目标管端法兰的外径，芯棒直径同所述薄壁管的内径。
2.根据权利要求1所述的薄壁管端法兰扩口-镦粗复合成形装置，其特征在于，所述扩口冲头的形状为圆锥台型，半锥角在0°-30°之间，圆锥台小端的外径同所述薄壁管的内径。
3.根据权利要求1所述的薄壁管端法兰扩口-镦粗复合成形装置，其特征在于，所述扩口凹模为整体式或分瓣式。
4.根据权利要求1所述的薄壁管端法兰扩口-镦粗复合成形装置，其特征在于，所述镦粗凹模为整体式或分瓣式。
5.根据权利要求1所述的薄壁管端法兰扩口-镦粗复合成形装置，其特征在于，所述芯棒长度至少为中间管坯喇叭状扩口区高度的2倍。
6.一种薄壁管端法兰扩口-镦粗复合成形方法，其特征在于，适用于壁厚是外径的1/30-1/15的薄壁管，采用权利要求1-5任一项所述的薄壁管端法兰扩口-镦粗复合成形装置依次进行扩口和镦粗，包括以下步骤：
S1：用扩口冲头对薄壁管高出扩口凹模的管端自由区进行扩口变形，得到管端为喇叭状的中间管坯；
S2：用带芯棒的镦粗凸模对置于镦粗凹模中的中间管坯的喇叭状扩口区进行镦粗变形，得到薄壁管端法兰。
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