CN116944355A - 薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法 - Google Patents
薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116944355A CN116944355A CN202310935423.1A CN202310935423A CN116944355A CN 116944355 A CN116944355 A CN 116944355A CN 202310935423 A CN202310935423 A CN 202310935423A CN 116944355 A CN116944355 A CN 116944355A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- expansion joint
- forming
- flat
- die
- section
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 23
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 9
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 claims description 13
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 claims description 11
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 9
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 4
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 3
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- 238000013000 roll bending Methods 0.000 claims description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims 1
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004886 process control Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
- B21D37/10—Die sets; Pillar guides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D13/00—Corrugating sheet metal, rods or profiles; Bending sheet metal, rods or profiles into wave form
- B21D13/02—Corrugating sheet metal, rods or profiles; Bending sheet metal, rods or profiles into wave form by pressing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D35/00—Combined processes according to or processes combined with methods covered by groups B21D1/00 - B21D31/00
- B21D35/002—Processes combined with methods covered by groups B21D1/00 - B21D31/00
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
- B21D37/04—Movable or exchangeable mountings for tools
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
- B21D5/06—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles
- B21D5/10—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles for making tubes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
Abstract
本发明的薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法，它涉及薄壁金属零件塑性成形领域，以解决现有方法制造膨胀节时存在工艺过程控制要求高、设备成本高、效率低、焊缝多可靠性差的问题，主要步骤如下：步骤一、计算所需薄板的宽度和长度；步骤二、薄板卷曲成形并焊接成筒坯；步骤三、置于筒坯内部的滚轮组压靠筒坯于平板状模具型面，推动滚轮组不断将筒坯压靠于平板状模具型面不同截面特征的位置，在滚轮组和平板状模具作用下筒坯上逐渐形成波纹；步骤四、移除约束得到膨胀节。本发明以高效、精确、简便、较低成本和设备要求低的方式制造出大尺寸多波纹薄壁膨胀节。
Description
技术领域
本发明属于薄壁金属零件塑性成形方法，具体涉及一种薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法。
背景技术
金属膨胀节是一种外形沿轴向呈波纹状的薄壁筒体(如图3和图4所示)包括中部的波纹段和两端的直线段，属于一种弹性构件。其在外界较小载荷作用下即可以改变形状和尺寸，卸载后形状和大小可以恢复，因而具备位移补偿、减震降噪、释放结构热变形导致的应力以及密封等功能。膨胀节可应用于超高速航空飞行器进气道段之间，还可应用于船舶、交通运输、石油化工、核能等领域。所用膨胀节直径较大、壁厚较小，整体刚性非常低，波纹状特征的尺寸往往也较小，因而成形金属膨胀节具有较大难度。目前，金属膨胀节主要有五种成形方法：液压成形、薄片焊接成形、滚压成形、旋压成形、机械胀形。
液压成形是将圆管坯或者薄板卷焊而成的筒体放入模具后，向管坯或筒体内部注入压力介质，并应用冲头在管坯或者筒体两端施加载荷进行补料，在这种复合作用下坯料发生塑性变形而逐渐贴模。该方法一次性可以成形出膨胀节所有波纹特征，成形效率比较高。但该方法对精确协同控制内压和轴向补料量这两个关键参数提出极高的要求。内压过大或轴向补料量不足时坯料极易过度减薄甚至破裂，轴向补料量过大时会导致局部起皱或整体屈曲失稳。对于直径较大的膨胀节，液压成形时端部冲头所需要的推力和模具锁紧力非常大，对设备提出了较高的要求。薄片焊接成形是先将薄板塑性变形为环状波纹膜片，再将膜片依次焊接为整体膨胀节。该方法相对简单易于实施，壁厚均匀性高，且能够适用于各种异形截面形状的膨胀节制造。由于需要将大量膜片依次焊接起来，生产效率低、人力成本高、材料利用率低；存在大量焊缝，可靠性相对较低。滚压成形通常是在置于管坯或者筒体内的主动轮和置于外部的多个从动轮滚动作用下同时滚轮施加径向运动逐渐压出波纹。成形时位于波纹两侧的从动轮需要进行轴向移动。对于具有多个波纹特征的膨胀节，需要逐个成形出波纹，效率较低。由于成形波纹时需要滚轮径向和轴向运动，滚轮上附带有驱动机构使得轮间距较大，因而不能成形波纹间距小的膨胀节。坯料与滚轮间存在着相对滑动，膨胀节零件表面易于产生机械损伤。滚轮的运动控制精度直接影响膨胀节成形精度。旋压成形是通过加工有螺旋面的滚轮在管坯外部旋转使管坯轴向和径向受到挤压变形成波纹的一种连续成形方法。该方法效率较高，但只适用于成形直径50mm以下且波纹深度较小的细长膨胀节。机械胀形是利用锥形芯体在轴向力的作用下沿轴向运动，利用与分瓣凸模间的斜面配合使分瓣凸模沿径向撑开，将坯料由内向外压入置于管坯外部的模具中。机械胀形属于单波逐次成形，效率较低，逐个成形波纹时已成形的波纹也会受到影响，降低产品质量。由于坯料是被胀开的，波纹顶部壁厚减薄，波纹越高减薄越严重。成形时分瓣凸模被撑开而存在间隙，影响膨胀节内表面质量。锥形芯体、外模具和分瓣凸模等多个部件需要精确定位并复位，装置结构较为复杂。这几种方法各有特点，但成形大尺寸多波纹薄壁膨胀节均存在一定的局限性：比如工艺过程控制要求高、设备成本高、效率低、焊缝多、可靠性差等。
发明内容
本发明是为解决现有方法制造膨胀节时存在工艺过程控制要求高、设备成本高、效率低、焊缝多可靠性差的问题，提出了一种薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法，其关键技术是研发了专用装置。
一种薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法，所述整体成形方法包括如下步骤：
步骤一，准备整体成形模具，所述整体成形模具包括平板状模具4、滚轮组3和抑皱单元6。
所述平板状模具4整体呈长条状，其上表面沿长度方向加工有多条凹槽，凹槽数量与目标膨胀节2上的波纹数量一致，这些凹槽组成了平板状模具型面4-3，平板状模具4两端分别为平板状模具成形起始段4-2和平板状模具成形终止段4-1，平板状模具成形起始段4-2到平板状模具成形终止段4-1之间不同位置处平板状模具型面4-3的截面形状不同，具体的，从平板状模具成形起始段4-2到平板状模具成形终止段4-1之间的凹槽间距逐渐变小、凹槽深度逐渐增加，至平板状模具成形终止段4-1的凹槽间距和凹槽深度不再变化且凹槽的形状尺寸及间距与目标膨胀节2波纹外表面截面一致，平板状模具成形起始段4-2的凹槽深度趋于零，平板状模具成形起始段4-2处的凹槽的总宽度与目标膨胀节2波纹段母线长度相同，平板状模具型面4-3长度不小于3πD，其中，D为目标膨胀节2端部直线段外径。
所述滚轮组3包括多个结构相同的滚轮3-2和一个轴杆3-1，滚轮3-2数量与目标膨胀节2上的波纹数量一致，滚轮3-2轴向制通孔插装于轴杆3-1上，且可沿轴杆3-1轴向移动，滚轮3-2的截面形状尺寸与目标膨胀节2波纹的波峰内表面截面一致，滚轮3-2半径大于目标膨胀节2波纹高度H小于目标膨胀节2端部直线段外径D，在1.5H～0.25D之间，滚轮3-2将筒坯1压靠于平板状模具型面4-3时，其位置对应于凹槽位置，随平板状模具型面4-3凹槽间距变化滚轮3-2间距自适应地变化；
滚轮3-2间初始间距P按照如下公式计算：
P＝2H+(π-2)(R1+R2) (1)
式中，R1为膨胀节波纹波峰圆角半径，R2为膨胀节波纹波谷圆角半径，H为膨胀节波纹高度；
所述抑皱单元6共设两组，分别布置于滚轮组3两侧，抑皱单元6包括固定块6-1、弹性元件6-2和压紧块6-3；所述的固定块6-1为制有通孔的块状结构，其插装于轴杆3-1两端，固定块6-1下端和压紧块6-3上端通过弹性元件6-2连接，弹性元件6-2为螺旋弹簧或气体弹簧，固定块6-1通孔轴线至压紧块6-3底面之间的距离大于滚轮3-2半径，压紧块6-3用于成形时压住筒坯1两端坯料，防止筒坯1两端坯料起皱或翘起，抑皱单元6可绕轴杆3-1转动并沿轴杆3-1轴向移动，随着滚轮3-2间距变小抑皱单元6沿轴杆3-1向内运动，始终保持压紧块6-3作用于筒坯1。
所述整体成形模具还可以采用环状模具5替代平板状模具4，具体的：
所述环状模具5整体呈圆环状，环状模具5内表面底部分别有环状模具成形起始段5-2和环状模具成形终止段5-1，二者之间沿环状模具5内表面周向加工有多条凹槽，凹槽数量与目标膨胀节2上的波纹数量一致，这些凹槽组成了环状模具型面5-3，环状模具成形起始段5-2到环状模具成形终止段5-1之间不同位置处型面的截面形状不同，从环状模具成形起始段5-2到环状模具成形终止段5-1之间的凹槽间距逐渐变小、凹槽深度增加，至环状模具成形终止段5-1的凹槽间距和凹槽深度不再变化，且凹槽的形状尺寸及间距与目标膨胀节2波纹外表面一致，环状模具成形起始段5-2的凹槽深度趋于零，凹槽的总宽度与目标膨胀节2波纹段母线长度相同，环状模具型面5-3沿环向的长度不小于3πD。
可选地，采用电流辅助加热成形，直流电源7通过导线分别与滚轮组3、平板状模具4或环状模具5相连，通过电流辅助加热使与滚轮组3接触位置处的筒坯1达到去应力温度以上20～50℃，直流电源7的输出电压范围0～15V，输出电流范围0～10000A，消除成形过程中筒坯应力，避免回弹问题。
步骤二，计算所需薄板的宽度和长度：长度L为目标膨胀节2端部直线段的周长，宽度W为目标膨胀节2母线的总长度，按照如下公式计算：
L＝D·π (2)
W＝2S+(R3-R2)π+2N·H+N(π-2)(R1+R2) (3)
式中，D为目标膨胀节2端部直线段外径，S为目标膨胀节2端部直线段长度，R3为膨胀节波纹与直线段过渡圆角半径，N为膨胀节波纹数量。
步骤三，薄板卷曲并焊接成圆筒坯：按照步骤二计算的尺寸裁切薄板，绕着宽度方向将薄板弯曲成直筒形，并将对缝处焊接，得到筒坯1，筒坯1最大外径与最小外径之差不大于0.1D。
步骤四，多滚轮滚压筒坯1进行成形：利用所述整体成形模具进行成形，将步骤三中制备的筒坯1放置于平板状模具4上，多个滚轮3-2构成的滚轮组3放置于筒坯1内部，施加作用力使滚轮组3压靠筒坯1于平板状模具型面4-3，推动滚轮组3从平板状模具成形起始段4-2向平板状模具成形终止段4-1滚动，滚轮组3不断将筒坯1压靠于平板状模具型面4-3不同位置，始终保持压紧块6-3作用于筒坯1两端坯料，防止筒坯1两端坯料起皱或翘起，在滚轮组3和平板状模具4作用下筒坯1上逐渐形成波纹，直至滚轮组3滚动到平板状模具成形终止段4-1。
本步骤中还可以采用环状模具5替代平板状模具4，将步骤二中制备的筒坯1放置于环状模具5上，多个滚轮3-2构成的滚轮组3放置于筒坯1内部，施加作用力使滚轮组3压靠筒坯1于环状模具型面5-3，推动滚轮组3从环状模具成形起始段5-2向环状模具成形终止段5-1滚动，滚轮组3不断将筒坯1压靠于环状模具型面5-3不同位置，始终保持压紧块6-3作用于筒坯1两端坯料，防止筒坯1两端坯料起皱或翘起，在滚轮组3和环状模具5作用下筒坯1上逐渐形成波纹，直至滚轮组3滚动到环状模具成形终止段5-1。
步骤五，移除约束得到目标膨胀节2：移除滚轮组3，将目标膨胀节2从平板状模具4或环状模具5上取下。
进一步的，所述步骤二中，薄板材质为钛合金、高温合金、铝合金、铜或不锈钢。
进一步的，所述步骤三中，对于壁厚小于等于0.3mm的薄板采用手工弯曲成直筒形，对于壁厚大于0.3mm的薄板采用三轴辊弯的方式弯曲成直筒形。
进一步的，所述步骤四中筒坯1表面喷涂有导电润滑涂料，涂料为石墨。
进一步的，所述整体成形方法可以用于成形多层结构的膨胀节，步骤二中预制相应规格的筒坯1，内层筒坯所用坯料长度比相邻外层筒坯所用坯料长度小2π·t，其中，t为相邻外层筒坯所用坯料厚度，然后按尺寸大小依序将多个筒坯套装在一起组成多层结构筒坯。
本发明的有益效果：
一、本发明所使用的整体成形模具结构简洁，成形过程中滚轮位置也不需要特殊控制而通过模具型面凹槽导向，易于实现，成本低。
二、本发明可以一次成形出全部波纹，波纹均匀性好，成形工艺较为简洁，效率高。
三、本发明成形过程属于局部渐进成形，较为省力。
四、本发明中从成形起始段到成形终止段之间凹槽间距逐渐变小，通过滚轮和模具型面上凹槽的相互作用将筒坯长度方向的坯料逐渐聚拢形成波纹，不需要坯料拉伸变形形成波纹，壁厚均匀性高。
五、本发明在不更换模具和滚轮组的情况下可以成形同尺寸波纹不同直径的膨胀节。
附图说明
图1为薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形工艺流程图；
图2为筒坯轴测图；
图3为目标膨胀节正视图，图中，R1为膨胀节波纹波峰圆角半径，R2为膨胀节波纹波谷圆角半径，R3为膨胀节波纹与直线段过渡圆角半径，H为膨胀节波纹高度，S为膨胀节端部直线段长度；
图4为目标膨胀节沿轴线剖切后的轴测图；
图5为滚轮组轴测图；
图6为平板状模具俯视图；
图7为利用平板状模具成形膨胀节开始时示意图；
图8为利用平板状模具成形膨胀节完成时示意图；
图9为环状模具轴测图；
图10为环状模具正视图；
图11为利用环状模具成形膨胀节的示意图；
图12(a)为图6中A-A或图10中E-E的截面示意图；
图12(b)为图6中B-B或图10中F-F的截面示意图；
图12(c)为图6中C-C或图10中G-G的截面示意图；
图13(a)为成形最后阶段筒坯、滚轮和整体成形模具接触关系示意图；
图13(b)为成形中间阶段筒坯、滚轮和整体成形模具接触关系示意图；
图13(c)为成形开始阶段筒坯、滚轮和整体成形模具接触关系示意图；
图14为抑皱单元轴测图；
图15为采用电流辅助加热的膨胀节多轮滚压整体成形示意图。
图中：1筒坯；2目标膨胀节；3滚轮组；4平板状模具；5环状模具；6抑皱单元；7直流电；3-1轴杆；3-2滚轮；4-1平板状模具成形终止段；4-2平板状模具成形起始段；4-3平板状模具型面；5-1环状模具成形终止段；5-2环状模具成形起始段；5-3环状模具型面源；6-1固定块；6-2弹性元件；6-3压紧块。
具体实施方式
实施例1
目标膨胀节2截面形状为圆形，材质为GH4169高温合金，具体尺寸如下：膨胀节端部直线段外径D＝350mm，波纹数量N＝11，波纹高度H＝15mm，波谷圆角半径R1＝2.5mm，波峰圆角半径R2＝2.5mm，膨胀节两端直线段长度S＝30mm，膨胀节截面圆角半径R3＝10mm，壁厚t＝0.3mm，膨胀节轴向总长132.5mm，如图3和图4所示。
一种薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法，工艺流程如图1所示，包括如下步骤：
步骤一，准备整体成形模具，所述整体成形模具包括平板状模具4、滚轮组3和抑皱单元6。
所述平板状模具4整体呈长条状，其上表面沿长度方向加工有11条凹槽，这些凹槽组成了平板状模具型面4-3，平板状模具4两端分别为平板状模具成形起始段4-2和平板状模具成形终止段4-1，平板状模具成形起始段4-2到平板状模具成形终止段4-1之间不同位置处平板状模具型面4-3的截面形状不同，具体的，从平板状模具成形起始段4-2到平板状模具成形终止段4-1之间的凹槽间距逐渐变小、凹槽深度逐渐增加(如图12(a)至图12(c)所示)，至平板状模具成形终止段4-1的凹槽间距和凹槽深度不再变化且凹槽的形状尺寸及间距与目标膨胀节2波纹外表面截面一致(如图6所示)，如图13所示，平板状模具成形起始段4-2的凹槽深度趋于零，平板状模具成形起始段4-2处的凹槽的总宽度与目标膨胀节2波纹段母线长度相同，平板状模具型面4-3长度为4000mm。
如图5所示，所述滚轮组3包括11个结构相同的滚轮3-2和一个轴杆3-1，滚轮3-2轴向制通孔插装于轴杆3-1上，且可沿轴杆3-1轴向移动，滚轮3-2的截面形状尺寸与目标膨胀节2波纹的波峰内表面截面一致，滚轮3-2半径为50mm，滚轮3-2将筒坯1压靠于平板状模具型面4-3时，其位置对应于凹槽位置，随平板状模具型面4-3凹槽间距变化滚轮3-2间距自适应地变化；滚轮3-2间初始间距P按照公式(1)计算为35.7mm。
如图14所示，所述抑皱单元6共设两组，分别布置于滚轮组3两侧，抑皱单元6包括固定块6-1、弹性元件6-2和压紧块6-3；所述的固定块6-1为制有通孔的块状结构，其插装于轴杆3-1两端，固定块6-1下端和压紧块6-3上端通过弹性元件6-2连接，弹性元件6-2为螺旋弹簧或气体弹簧，压紧块6-3用于成形时压住筒坯1两端坯料，防止筒坯1两端坯料起皱或翘起，抑皱单元6可绕轴杆3-1转动并沿轴杆3-1轴向移动，随着滚轮3-2间距变小抑皱单元6沿轴杆3-1向内运动，始终保持压紧块6-3作用于筒坯1。
步骤二，计算所需薄板的长度L和宽度W(如图2所示)：
L＝D·π＝1099.6mm，
W＝2S+(R3-R2)π+2N·H+N(π-2)(R1+R2)＝476.3mm。
步骤三，薄板卷曲并焊接成圆筒坯：裁切1099.6mm×476.3mm厚度为0.3mm的GH4169高温合金板料，采用手工弯曲制备筒坯1，筒坯1最大外径与最小外径之差不大于35mm，采用激光焊将对缝处焊接。
步骤四，多滚轮滚压筒坯进行成形：利用所述整体成形模具进行成形，将步骤二中制备的筒坯1放置于平板状模具4上，滚轮组3放置于筒坯1内部，如图7所示，施加作用力使滚轮组3压靠筒坯1于平板状模具型面4-3，推动滚轮组3从平板状模具成形起始段4-2向平板状模具成形终止段4-1滚动，滚轮组3不断将筒坯1压靠于平板状模具型面4-3不同位置，始终保持压紧块6-3作用于筒坯1两端坯料，防止筒坯1两端坯料起皱或翘起，在滚轮组3和平板状模具4作用下筒坯1上逐渐形成波纹，直至滚轮组3滚动到平板状模具成形终止段4-1(如图8和图13所示)。
步骤五，移除约束得到膨胀节：移除滚轮组3，将目标膨胀节2从平板状模具4上取下。
实施例2
本实施例与实施例1基本上同，区别点在于：实施例1的步骤四中采用环状模具5替代平板状模具4，如图9和图10所示。
所述环状模具5整体呈圆环状，环状模具5内表面沿周向加工有11条凹槽，这些凹槽组成了环状模具型面5-3，环状模具成形起始段5-2到环状模具成形终止段5-1之间不同位置处型面的截面形状不同，从环状模具成形起始段5-2到环状模具成形终止段5-1之间的凹槽间距逐渐变小、凹槽深度增加，至环状模具成形终止段5-1的凹槽间距和凹槽深度不再变化，且凹槽的形状尺寸及间距与目标膨胀节2波纹外表面一致，环状模具成形起始段5-2的凹槽深度趋于零，凹槽的总宽度与目标膨胀节2波纹段母线长度相同，环状模具型面5-3沿环向的长度为4000mm。
步骤四，如图11所示，将步骤二中制备的筒坯1放置于环状模具5上，滚轮组3放置于筒坯1内部，施加作用力使滚轮组3压靠筒坯1于环状模具型面5-3，推动滚轮组3从环状模具成形起始段5-2向环状模具成形终止段5-1滚动，滚轮组3不断将筒坯1压靠于环状模具型面5-3不同位置，始终保持压紧块6-3作用于筒坯1两端坯料，防止筒坯1两端坯料起皱或翘起，在滚轮组3和环状模具5作用下筒坯1上逐渐形成波纹，直至滚轮组3滚动到环状模具成形终止段5-1；其它步骤与实施例1相同。如此设置，可以大大减小整体成形模具占据的空间。
实施例3
如图15所示，本实施例与实施例1基本上同，区别点在于：采用电流辅助加热成形，直流电源7通过导线分别与滚轮组3、平板状模具4或环状模具5相连，直流电源7的输出电压范围0～15V，输出电流范围0～10000A，通过电流辅助加热使与滚轮组3接触位置处的筒坯1达到坯料去应力温度以上30℃。其它步骤与实施例1相同。如此设置，降低成形过程中筒坯1残余应力，减小回弹问题。
实施例4
本实施例与实施例1基本上同，区别点在于：成形3层结构的膨胀节，筒坯1从外层到内层的厚度分别为1.0mm、0.5mm和0.3mm，从外层到内层的材质分别为不锈钢、钛合金和高温合金，步骤二中计算所需薄板的长度L和宽度W，从外层到内层的坯料尺寸L×W分别为1099.6mm×476.3mm、1093.3mm×476.3mm和1090.2mm×476.3mm，步骤三中绕着宽度方向将薄板弯曲成直筒形并将对缝处焊接，按尺寸大小依序将多个筒坯套装在一起组成多层结构筒坯。其它步骤与实施例1相同。如此设置，可以同时实现隔热、防腐蚀等多种功能。
实施例5
本实施例与实施例1基本上同，区别点在于：步骤四中筒坯1表面喷涂有导电润滑涂料，涂料为石墨。其它步骤与实施例1相同。如此设置，可以减少整体成形装置与筒坯1之间摩擦，避免筒坯1出现划痕、划伤等缺陷。
本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。
Claims (10)
1.一种薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法，其特征在于，所述整体成形方法包括如下步骤：
步骤一，准备整体成形模具，所述整体成形模具包括平板状模具(4)、滚轮组(3)和抑皱单元(6)；
所述平板状模具(4)整体呈长条状，其上表面沿长度方向制有多条凹槽，凹槽数量与目标膨胀节(2)上的波纹数量一致，这些凹槽组成了平板状模具型面(4-3)，平板状模具(4)两端分别为平板状模具成形起始段(4-2)和平板状模具成形终止段(4-1)，平板状模具成形起始段(4-2)到平板状模具成形终止段(4-1)之间不同位置处平板状模具型面(4-3)的截面形状不同；
所述滚轮组(3)包括多个结构相同的滚轮(3-2)和一个轴杆(3-1)，滚轮(3-2)数量与目标膨胀节(2)上的波纹数量一致，滚轮(3-2)轴向制通孔插装于轴杆(3-1)上，且能够沿轴杆(3-1)轴向移动，滚轮(3-2)的截面形状尺寸与目标膨胀节(2)波纹的波峰内表面截面一致，滚轮(3-2)半径大于目标膨胀节(2)波纹高度H小于目标膨胀节(2)端部直线段外径D，滚轮(3-2)将筒坯(1)压靠于平板状模具型面(4-3)时，其位置对应于凹槽位置，随平板状模具型面(4-3)凹槽间距变化滚轮(3-2)间距自适应地变化；
所述抑皱单元(6)共设两组，分别布置于滚轮组(3)两侧，抑皱单元(6)包括固定块(6-1)、弹性元件(6-2)和压紧块(6-3)；所述的固定块(6-1)为制有通孔的块状结构，其插装于轴杆(3-1)两端，固定块(6-1)下端和压紧块(6-3)上端通过弹性元件(6-2)连接，固定块(6-1)通孔轴线至压紧块(6-3)底面之间的距离大于滚轮(3-2)半径，压紧块(6-3)用于成形时压住筒坯(1)两端坯料，抑皱单元(6)能够绕轴杆(3-1)转动并沿轴杆(3-1)轴向移动，随着滚轮(3-2)间距变小抑皱单元(6)沿轴杆(3-1)向内运动，始终保持压紧块(6-3)作用于筒坯(1)；
步骤二，计算所需薄板的宽度和长度：长度L为目标膨胀节(2)端部直线段的周长，宽度W为目标膨胀节(2)母线的总长度，按照如下公式计算：
L＝D·π (2)
W＝2S+(R3-R2)π+2N·H+N(π-2)(R1+R2) (3)
式中，D为目标膨胀节(2)端部直线段外径，S为目标膨胀节(2)端部直线段长度，R3为膨胀节波纹与直线段过渡圆角半径，N为膨胀节波纹数量；
步骤三，薄板卷曲并焊接成圆筒坯：按照步骤二计算的尺寸裁切薄板，绕着宽度方向将薄板弯曲成直筒形，并将对缝处焊接，得到筒坯(1)；
步骤四，多滚轮滚压筒坯(1)进行成形：利用所述整体成形模具进行成形，将步骤三中制备的筒坯(1)放置于平板状模具(4)上，多个滚轮(3-2)构成的滚轮组(3)放置于筒坯(1)内部，施加作用力使滚轮组(3)压靠筒坯(1)于平板状模具型面(4-3)，推动滚轮组(3)从平板状模具成形起始段(4-2)向平板状模具成形终止段(4-1)滚动，滚轮组(3)不断将筒坯(1)压靠于平板状模具型面(4-3)不同位置，始终保持压紧块(6-3)作用于筒坯(1)两端坯料，直至滚轮组(3)滚动到平板状模具成形终止段(4-1)；
步骤五，移除约束得到目标膨胀节(2)：移除滚轮组(3)，将目标膨胀节(2)从平板状模具(4)上取下。
2.根据权利要求1所述的一种薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法，其特征在于，所述步骤一中，所述整体成形模具从平板状模具成形起始段(4-2)到平板状模具成形终止段(4-1)之间的凹槽间距逐渐变小、凹槽深度逐渐增加，至平板状模具成形终止段(4-1)的凹槽间距和凹槽深度不再变化且凹槽的形状尺寸及间距与目标膨胀节(2)波纹外表面截面一致，平板状模具成形起始段(4-2)的凹槽深度趋于零，平板状模具成形起始段(4-2)处的凹槽的总宽度与目标膨胀节(2)波纹段母线长度相同，平板状模具型面(4-3)长度不小于3πD，其中，D为目标膨胀节(2)端部直线段外径。
3.根据权利要求1所述的一种薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法，其特征在于，所述步骤一中，所述整体成形模具的滚轮(3-2)半径在1.5H～0.25D之间。
4.根据权利要求1所述的一种薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法，其特征在于，所述步骤一中，所述整体成形模具的滚轮(3-2)间初始间距P按照如下公式计算：
P＝2H+(π-2)(R1+R2) (1)
式中，R1为膨胀节波纹波峰圆角半径，R2为膨胀节波纹波谷圆角半径，H为膨胀节波纹高度。
5.根据权利要求1所述的一种薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法，其特征在于，采用环状模具(5)替代平板状模具(4)，具体的：
所述环状模具(5)整体呈圆环状，环状模具(5)内表面底部分别有环状模具成形起始段(5-2)和环状模具成形终止段(5-1)，二者之间沿环状模具(5)内表面周向加工有多条凹槽，凹槽数量与目标膨胀节(2)上的波纹数量一致，这些凹槽组成了环状模具型面(5-3)，环状模具成形起始段(5-2)到环状模具成形终止段(5-1)之间不同位置处型面的截面形状不同，从环状模具成形起始段(5-2)到环状模具成形终止段(5-1)之间的凹槽间距逐渐变小、凹槽深度增加，至环状模具成形终止段(5-1)的凹槽间距和凹槽深度不再变化，且凹槽的形状尺寸及间距与目标膨胀节(2)波纹外表面一致，环状模具成形起始段(5-2)的凹槽深度趋于零，凹槽的总宽度与目标膨胀节(2)波纹段母线长度相同，环状模具型面(5-3)沿环向的长度不小于3πD。
6.根据权利要求1或5所述的一种薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法，其特征在于，采用电流辅助加热成形，直流电源(7)通过导线分别与滚轮组(3)、平板状模具(4)或环状模具(5)相连，通过电流辅助加热使与滚轮组(3)接触位置处的筒坯(1)达到去应力温度以上20～50℃，直流电源(7)的输出电压范围0～15V，输出电流范围0～10000A，消除成形过程中筒坯应力。
7.根据权利要求1所述的一种薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法，其特征在于，所述步骤二中，薄板材质为钛合金、高温合金、铝合金、铜或不锈钢。
8.根据权利要求1所述的一种薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法，其特征在于，所述步骤三中，对于壁厚小于等于0.3mm的薄板采用手工弯曲成直筒形，对于壁厚大于0.3mm的薄板采用三轴辊弯的方式弯曲成直筒形。
9.根据权利要求1所述的一种薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法，其特征在于，所述步骤四中筒坯(1)表面喷涂有导电润滑涂料。
10.根据权利要求1所述的一种薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法，其特征在于，所述整体成形方法用于成形多层结构的膨胀节，步骤二中预制相应规格的筒坯(1)，内层筒坯所用坯料长度比相邻外层筒坯所用坯料长度小2π·t，其中，t为相邻外层筒坯所用坯料厚度，然后按尺寸大小依序将多个筒坯套装在一起组成多层结构筒坯。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310935423.1A CN116944355A (zh) | 2023-07-28 | 2023-07-28 | 薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310935423.1A CN116944355A (zh) | 2023-07-28 | 2023-07-28 | 薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116944355A true CN116944355A (zh) | 2023-10-27 |
Family
ID=88457950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310935423.1A Pending CN116944355A (zh) | 2023-07-28 | 2023-07-28 | 薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116944355A (zh) |
-
2023
- 2023-07-28 CN CN202310935423.1A patent/CN116944355A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111438223B (zh) | 一种矩形金属波纹管整体成形方法 | |
| CN1193839C (zh) | 钛合金波纹管超塑成形的方法 | |
| CN112475806B (zh) | 一种QCr0.8合金大尺寸锥筒形环件成形工艺 | |
| CN109630773B (zh) | 一种凸轮式波形结构波纹金属软管及成形方法 | |
| CN110000271B (zh) | 一种波纹管电磁脉冲成形装置及方法 | |
| CN110576089B (zh) | 颗粒填料辅助大口径小弯曲半径薄壁弯管推弯成形方法 | |
| CN105710156A (zh) | 一种轧制波纹结合面金属复合管工艺 | |
| CN116550758B (zh) | 一种无缝金属波纹复合管高效定径调整斜轧设备及方法 | |
| CN104858278A (zh) | 一种金属波纹管的无模成形工艺方法 | |
| CN105414239A (zh) | 一种轧制内波纹结合面金属复合管工艺 | |
| CN114260327B (zh) | 径向连续挤压制备轴向变截面管材的方法 | |
| CN116944355A (zh) | 薄壁金属膨胀节多轮滚压整体成形方法 | |
| CN105598163A (zh) | 一种轧制波纹结合面金属复合棒工艺 | |
| CN117225893A (zh) | 一种管材电流辅助内压轧制成形装置及方法 | |
| CN107520275A (zh) | 一种高温高压厚壁无缝管道挤锻弯复合成形的方法 | |
| CN218761917U (zh) | 一种大口径薄壁螺旋焊管 | |
| CN115846458A (zh) | 小口径铂及铂铑合金波纹管旋压成形方法 | |
| CN113857288B (zh) | 一种高效换热管生产方法 | |
| CN113909385B (zh) | 一种壁厚均匀的波纹管的生产模具及波纹管的生产方法 | |
| CN103722059A (zh) | 一种防止超薄壁金属弯管塑性失稳的推弯成形方法 | |
| RU2341348C2 (ru) | Способ изготовления одногофрового сильфона | |
| CN115592056B (zh) | 一种基于局部高温强压的大厚比夹层筒节轧制复合方法 | |
| WO2022134493A1 (zh) | 一种带安装槽异形杆的冷弯成型方法 | |
| EP1305124B1 (en) | A product and a method of manufacturing tubular products by exposing a tubular blank to inner pressure | |
| CN117001283A (zh) | 一种超薄短波距s型金属膨胀节的成形方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |