CN117181840A - 一种内外不同变截面管材的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内外不同变截面管材的成型方法，包括：确认初始毛胚圆柱空心管材的规格分析确认规格后的初始毛胚圆柱空心管材缩径后壁厚增加的分布状况，根据不同区域增厚的结果，反向获取初始毛胚圆柱空心管材对应区域需要减薄的厚度，获取减薄毛胚圆柱空心管材；将减薄毛胚圆柱空心管材放置在变壁厚管径加工模具中，获取外径相同，壁厚不同的变壁厚管材；将变壁厚管材放置在变截面加工模具内，同步在变壁厚管材的管芯内插入芯棒支撑模具，当变截面加工模具工作时，同步加工变壁厚管材的外表面和内表面，以最终获取内外不同且变截面以及所有区域壁厚均匀分布的成品管材。通过本发明公开的一种内外不同变截面管材的成型方法，能够提高加工精度。

Description

一种内外不同变截面管材的成型方法

技术领域

本发明涉及模具技术领域，具体为一种内外不同变截面管材的成型方法。

背景技术

随着轻量化在汽车底盘、车身结构上的不断普及，铝合金材质被广泛运用即将是一种趋势，由于铝合金自身机械性能远不及钢类，为确保其具备良好的强度，在足够厚的前提下，结构设计的也尤为关键，常常被设计成内外截面不同且复杂的管类结构。

如图1所示的铝合金管类，中间截面周长大、两头小的锥形，内表面则是规则的等角度圆周分布的条形槽结构，且所有区域壁厚均匀分布的。为了满足这类结构的铝管制作，常规的低成本方法是采用旋压或者使用上下两半式冲压成形，成本高的方法则是采用铸造或高压铸铝，针对外表面不同规格的锥形造型，但这些传统的制作方法存在各种各样的弊端，说明如下。

一、采用旋压、挤压或者冲压缩管工艺的缺陷：

1.加工效率低

因产品缩小比例大，无论是旋压、挤压还是冲压缩口，均无法一次性加工到位，需要分开几次将管径进行缩小，效率很低。

2.加工质量差

由于需要分开多次进行加工，且自身加工工艺缺陷，旋压后的产品表面挤压痕十分明显，挤压缩径很难实现大锥面、大缩径比的缩径，缩径后易出现起皱不良，而冲压缩管也易出现严重的合模印，这些外观缺陷根本无法消除。

3.内部尺寸无法保证

旋压、挤压或冲压缩管只能加工外表面，而内部根本无法加工，只能通过原材料将内表面挤压成所需的尺寸，但由于缩管会导致壁厚发生变化，因此内部尺寸无法保证。

二、采用铸造或高压铸铝工艺制作缺陷：

1.外观不良、合格率差

由于铸造或者高压铸铝工艺自身工艺的缺陷，制作的产品均存在飞边或者浇水口，尺寸精度要求高的成品合格率也很低。

2.加工制作成功本高

无论是采用铸造或高压铸铝工艺，其制作难度大、合格率低，为满足交样状态的尺寸要求，仍需要通过后续数控开加工来保证，因此制作成本高。

3.内部晶粒组织不均，成品性能不达标

无论是铸造或高压铸铝，其加工均是将铝材融成液体，从模具流道口浇入，然后通过施压快速流向模具各个型腔，最后进行冷却取出，因此产品的形成过程中各区域的晶粒组织会不均匀，即使通过后续固溶时效，不同区域的性能也会有高有低。

综上所述，为加工出符合要求的铝管产品，传统的工艺加工繁琐、制作成本高，且都会带来不同程度的质量风险及外观缺陷，更重要的是无法确保产品所有区域性能均匀控制在要求范围内。

现有技术，专利公开号为CN115090774A的发明专利，公开一种等壁厚缩管模具及缩管工艺，包括由一进制单元和二进制单元组成，两者之间的最大间距形成滑动进制距离，通过模具前推大比例缩管，后退拉芯保证等壁厚。二进制结构可以实现管坯顺畅入模缩管和退回芯棒拉芯修整管坯壁厚，进制距离开合主要体现在拉芯头部工作位的位置变化上，进制距离闭合使模具芯棒头部前行至入模扩口处，保证管坯入模有足够间隙。模具退回时进制距离拉开，模具芯棒头部位置跟随后移至模芯直段处，保证管坯缩管后保持原始壁厚。但是现有技术的初始管胚直接就是预先成型，再通过一进制单元和二进制单元进行等壁厚的缩管。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种外表面呈现中间截面大、两头小的锥形，内表面是规则等角度圆周分布条形槽结构，且所有区域壁厚均匀分布的铝材产品的成型方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种内外不同变截面管材的成型方法，包括以下步骤：

S100、确认初始毛胚圆柱空心管材(110)的规格；

S200、分析确认规格后的初始毛胚圆柱空心管材(110)缩径后壁厚增加的分布状况，根据不同区域增厚的结果，反向获取初始毛胚圆柱空心管材(110)对应区域需要减薄的厚度，获取减薄毛胚圆柱空心管材(120)；

S300、将所述减薄毛胚圆柱空心管材(120)放置在变壁厚管径加工模具(200)中，获取外径相同，壁厚不同的变壁厚管材(130)；

S400、将所述变壁厚管材(130)放置在变截面加工模具(300)内，同步在所述变壁厚管材(130)的管芯内插入芯棒支撑模具(400)，当所述变截面加工模具(300)工作时，同步加工所述变壁厚管材(130)的外表面和内表面，以最终获取内外不同且变截面以及所有区域壁厚均匀分布的成品管材。

优点：一次性加工出符合要求的复杂变截面外径，加工效率高、成本低，且外观质量更佳，通过计算出常规缩径壁厚增加的范围，通过壁厚反向减小补偿有效的控制内部壁厚分布，可作为加工轻量化要求极高产品的有效方法，变壁厚管径加工模具可适用于加工更多不同圆形外截面变化的铝制件产品，同样加工的产品可作为液压成形关键工序件，加工出更多复杂截面的产品，配合外加工，使用可收缩变形的芯棒支撑模具用于加工更多中间大两头小类型的产品，有效的控制产品内部尺寸，确保内外尺寸同步精确控制。

在本发明的一实施例中，所述变壁厚管径加工模具(200)包括变壁厚管径下模(210)、变壁厚管径上模(220)、变壁厚管径左芯棒(230)和变壁厚管径左芯棒(240)；

使用时，所述减薄毛胚圆柱空心管材(120)放置在所述变壁厚管径下模(210)内；当所述变壁厚管径下模(210)和所述变壁厚管径上模(220)合模后，所述变壁厚管径左芯棒(230)和所述变壁厚管径左芯棒(240)在所述变壁厚管径下模(210)和所述变壁厚管径上模(220)之间做相向或相背运动，以挤压所述减薄毛胚圆柱空心管材(120)，获取所述变壁厚管材(130)。

在本发明的一实施例中，所述变截面加工模具(300)包括动力装置(310)、基座及导向装置(320)、杠杆装置(330)和变截面模具本体(340)；所述基座及导向装置(320)与所述动力装置(310)固接；所述变截面模具本体(340)位于所述基座及导向装置(320)内，所述杠杆装置(330)的一端所述变截面模具本体(340)连接，另一端与所述动力装置(310)连接；所述动力装置(310)转动时，能够带动所述基座及导向装置(320)、所述杠杆装置(330)和所述变截面模具本体(340)同步转动；所述动力装置(310)做伸缩运动时，能够使所述杠杆装置(330)带动所述变截面模具本体(340)在所述基座及导向装置(320)内做轴线往复运动。

在本发明的一实施例中，所述动力装置(310)包括油缸(311)、从动齿轮(312)、电机和主动齿轮；所述油缸(311)的输出轴穿过所述从动齿轮(312)后末端上固定有圆锥接头(3111)，且所述圆锥接头(3111)能够相对所述油缸(311)的输出轴转动；所述电机的输出轴与所述主动齿轮同轴连接，所述主动齿轮与所述从动齿轮(312)啮合，所述电机转动时，所述主动齿轮带动所述从动齿轮(312)转动。

在本发明的一实施例中，所述基座及导向装置(320)包括第一旋转轴座(321)、第二旋转轴座(322)、推杆支架(323)和导向连接架(324)；所述从动齿轮(312)、所述第一旋转轴座(321)和所述第二旋转轴座(322)依次同轴线设置；所述推杆支架(323)的两端分别与所述第一旋转轴座(321)和所述从动齿轮(312)连接，所述导向连接架(324)的两端分别与所述第一旋转轴座(321)和第二旋转轴座(322)固接。

在本发明的一实施例中，在所述第一旋转轴座(321)和所述第二旋转轴座(322)的圆心处均设置有十字镂空空间(3211)；以及围绕所述第一旋转轴座(321)的圆心，在所述第一旋转轴座(321)的边缘处设置有多个等角度圆分布的开口槽(3212)，所述开口槽(3212)的槽深方向朝向所述十字镂空空间(3211)的四角处；且在所述开口槽(3212)和所述十字镂空空间(3211)并不连通，之间设置有安装空间(3213)；

多个所述推杆支架(323)分别围绕所述第一旋转轴座(321)的圆心等角度圆分布，一端在所述安装空间(3213)处与所述第一旋转轴座(321)连接，另一端与所述从动齿轮(312)连接，所述圆锥接头(3111)位于多个所述推杆支架(323)之间。

在本发明的一实施例中，多个所述导向连接架(324)的两端分别在所述第一旋转轴座(321)和所述第二旋转轴座(322)的十字镂空空间(3211)的相邻两个角之间，与所述第一旋转轴座(321)和所述第二旋转轴座(322)固接，相邻两个导向连接架(324)之间的间隔与两个十字镂空空间(3211)的四角连通，形成导向空间(3221)，所述变截面模具本体(340)位于所述导向空间(3221)内。

在本发明的一实施例中，所述杠杆装置(330)包括杠杆支架(331)、活动杠杆(332)和斜顶推杆(333)；所述杠杆支架(331)在靠近所述第一旋转轴座(321)处与相邻两个导向连接架(324)连接，所述活动杠杆(332)与所述杠杆支架(331)销轴连接，且一端穿过开口槽(3212)后与所述斜顶推杆(333)铰接，另一端与所述变截面模具本体(340)铰接；所述斜顶推杆(333)穿过所述推杆支架(323)后与通过所述圆锥接头(3111)呈燕尾槽式连接。

在本发明的一实施例中，所述变截面模具本体(340)包括缩径组件(341)和活动连接组件(342)；所述缩径组件(341)的一端面与所述活动连接组件(342)连接，所述活动连接组件(342)与所述活动杠杆(332)的另一端铰接；所述缩径组件(341)的另一端面为加工成型腔区域；所述变壁厚管材(130)位于所述缩径组件(341)内，所述变截面模具本体(340)在所述导向空间(3221)内做往复运动，以对所述变壁厚管材(130)的外径进行缩径。

在本发明的一实施例中，所述缩径组件(341)包括多个缩径模具本体(3411)，且多个所述缩径模具本体(3411)呈圆周分布，每个所述缩径模具本体(3411)均有一个对应的活动连接件(342)连接，以及多个所述缩径模具本体(3411)分别位于导向空间(3221)内，且多个所述缩径模具本体(3411)围合时，形成一个完整的加工成型腔区域。

在本发明的一实施例中，所述活动连接组件(342)包括活动块(3421)、直线导轨块(3424)和模具锁紧块(3425)；所述活动块(3421)的四侧面中，一侧面设置有燕尾固定槽(3422)，所述缩径模具本体(3411)的滑条(3412)卡合在所述燕尾固定槽(3422)内；与所述燕尾固定槽(3422)相对的侧面设置有凸耳(3423)，所述凸耳(3423)与所述活动杠杆(332)的另一端铰接；所述直线导轨块(3424)固定位于所述活动块(3421)的另外两侧面，以及所述直线导轨块(3424)与所述导向空间(3221)的内壁接触；所述模具锁紧块(3425)与活动块(3421)的前端可拆卸连接，活动块(3421)的前端朝向所述第二旋转轴座(322)。

在本发明的一实施例中，所述芯棒支撑模具(400)包括芯棒支撑条主体组件(410)、可活动支撑条组件(420)和活动推杆(430)；所述可活动支撑条组件(420)位于所述芯棒支撑条主体组件(410)内，所述可活动支撑条组件(420)与所述成品管材内部的凹筋尺寸一致，所述芯棒支撑条主体组件(410)中相邻两个芯棒支撑条(4121)之间的间距与分布与所述成品管材内部的凸筋一一对应；以及可活动支撑条组件(420)能够沿着所述芯棒支撑条主体组件(410)滑动；所述活动推杆(430)与所述可活动支撑条组件(420)滑配；所述芯棒支撑模具(400)撑开后，外部轮廓为所述成品管材的内部条形槽的模印。

在本发明的一实施例中，加工时，所述活动推杆(430)插入所述芯棒支撑条主体组件(410)内，推动所述可活动支撑条组件(420)沿着所述芯棒支撑条主体组件(410)滑动，并与所述活动推杆(430)相抵，撑开所述芯棒支撑条主体组件(410)，当所述变截面加工模具(300)工作时，同时加工变壁厚管材(130)的内表面；加工完成后，所述活动推杆(430)从所述芯棒支撑条主体组件(410)内退出，同时所述芯棒支撑条主体组件(410)失去支撑，被撑开后的所述芯棒支撑条主体组件(410)收缩，从所述成品管材的管芯处取出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：对于传统的加工工艺，加工这类外表面呈现中间截面大、两头小的锥形，内表面是规则等角度圆周分布条形槽结构，所有区域壁厚均匀分布的复杂结构的铝材产品，存在加工效率低、成本高，加工质量差、合格率低，内部尺寸无法保证、内部晶粒组织不均等不良，通过使用本发明中的方法高效、精准的加工出成本更有优势的产品。

本发明设计的变截面模具本体是旋转缩径机构与可收缩变形机构两种相结合，内外同步精确控制，可适用于加工更多外表面为圆形变截面、内部等角度圆周分布规则造型、且壁厚要求分布要求高的复杂产品，同时制作的产品可通过液压成形技术等方法，加工出更多更复杂的产品结构，涉及技术领域更广。

附图说明

图1为现有技术的铝合金管示意图。

图2为本发明实施例的一种内外不同变截面管材的成型方法流程图。

图3为本发明实施例的初始毛胚圆柱空心管材示意图。

图4为本发明实施例的模拟分析缩径后管件增厚示意图。

图5为本发明实施例的初始毛胚圆柱空心管材削薄示意图。

图6为本发明实施例的变壁厚管径加工模具示意图。

图7为本发明实施例的变壁厚管径加工模具工作流程示意图。

图8至图10为本发明实施例的变截面加工模具示意图。

图11为本发明实施例的基座及导向装置示意图。

图12和图13为本发明实施例的缩径组件示意图。

图14为本发明实施例的活动连接组件示意图。

图15为本发明实施例的杠杆装置和变截面模具本体示意图。

图16至图20为本发明实施例的变截面加工模具工作流程示意图。

图16至图20为本发明实施例的变截面加工模具工作流程示意图。

图21为本发明实施例的芯棒支撑模具示意图。

图22为本发明实施例的芯棒支撑条主体组件示意图。

图23为本发明实施例的支撑条主体组件和可活动支撑条组件示意图。

图24为本发明实施例的可活动支撑条组件和活动推杆示意图。

图25和图26为本发明实施例的芯棒支撑模具工作流程示意图。

图27至图29为本发明适合加工的管类示意图。

具体实施方式

请参阅图2所示，在本发明提供一种内外不同变截面管材的成型方法，包括以下步骤：

S100、确认初始毛胚圆柱空心管材110的规格。

请参阅图2和图3所示，在本发明的一实施例中，铝管的分类有两种，分别时有缝管和无缝管，区分方式是将管材端面切割平整，使用碱水浸泡5min左右，取出后观察切割面，如若出现明显白色斑线则为有缝管，反之则为有缝管，两种管材制管工艺完全不同，前者成本更有优势，本实施例中选择的为成本更低的有缝管。

选择初始毛胚圆柱空心管材110的规格时，将产品的最大截面周长等效的圆直径，作为初始毛胚圆柱空心管材110的管径选择依据，将产品的最厚区域的壁厚，作为初始毛胚圆柱空心管材110的壁厚选择依据。

铝合金材料常用的加工状态为T态1或T4态，本实施例中为了更好的实现材料挤压均匀流动分布，选择的制管状态为F态，即制管过程中，挤压后的管材无需风冷、水冷或气体保护冷却。

S200、分析确认规格后的初始毛胚圆柱空心管材110缩径后壁厚增加的分布状况，根据不同区域增厚的结果，反向获取初始毛胚圆柱空心管材110对应区域需要减薄的厚度，获取减薄毛胚圆柱空心管材120。

请参阅图2至图5所示，在本发明的一实施例中，由于管径缩小壁厚会相应的增加，但成品要求壁厚均匀一致，因此需要在缩管前将原始等厚的直管先进行变壁厚预处理，即获取等外径变壁厚的管材，将缩径后壁厚增加的区域预先减薄。

首先，通过CAE(ComputerAided Engineering)模拟分析出直管缩径后壁厚增加的大小即分布状况，如图4模拟分析缩径后管件增厚的结果。依据不同区域增厚的结果，反向计算初始毛胚圆柱空心管材110对应区域需要减薄的厚度，如下图5为需要将初始毛胚圆柱空心管材110壁厚减小的尺寸要求。

S300、将所述减薄毛胚圆柱空心管材120放置在变壁厚管径加工模具200中，获取外径相同，壁厚不同的变壁厚管材130。

请参阅图2至图6所示，在本发明的一实施例中，变壁厚管径加工模具200包括变壁厚管径下模210、变壁厚管径上模220、变壁厚管径左芯棒230和变壁厚管径左芯棒240。

如7所示，使用时，减薄毛胚圆柱空心管材120放置在变壁厚管径下模210内。当变壁厚管径下模210和变壁厚管径上模220合模后，变壁厚管径左芯棒230和变壁厚管径左芯棒240在变壁厚管径下模210和变壁厚管径上模220之间做相向或相背运动，以挤压减薄毛胚圆柱空心管材120，获取变壁厚管材130。

在变壁厚管径下模210的管件放置区域的两端，分别设置有调节槽211，并在调节槽211内设置有固定块212、调节弹簧213和活动挡块214。调节弹簧213的两端分别与固定块212和活动挡块214固接，固定块212与调节槽211卡合固定，活动挡块214用于与减薄毛胚圆柱空心管材120相抵，且在减薄毛胚圆柱空心管材120被加工时，轴向尺寸增大时，能够向两个调节槽211区域延申，使活动挡块214向固定块212的方向靠近，压缩调节弹簧213。

S400、将所述变壁厚管材130放置在变截面加工模具300内，同步在所述变壁厚管材130的管芯内插入芯棒支撑模具400，当所述变截面加工模具300工作时，同步加工所述变壁厚管材130的外表面和内表面，以最终获取内外不同且变截面以及所有区域壁厚均匀分布的成品管材。

请参阅图2至图20所示，在本发明的一实施例中，变截面加工模具300包括动力装置310、基座及导向装置320、杠杆装置330和变截面模具本体340。基座及导向装置320与动力装置310固接，变截面模具本体340位于基座及导向装置320内，杠杆装置330的一端变截面模具本体340连接，另一端与动力装置310连接。动力装置310转动时，能够带动基座及导向装置320、杠杆装置330和变截面模具本体340同步转动，动力装置310做伸缩运动时，能够使杠杆装置330带动变截面模具本体340在基座及导向装置320内做轴线往复运动。

动力装置310包括油缸311、从动齿轮312、电机(图中未显示)和主动齿轮(图中未显示)。油缸311的输出轴穿过从动齿轮312后末端上固定有圆锥接头3111，且圆锥接头3111能够相对油缸311的输出轴转动，避免旋转齿轮带动油缸311自转时油管被拧扯损坏。电机的输出轴与主动轮同轴连接，主动齿轮与从动齿轮312啮合，电机转动时，从主动齿轮带动从动齿轮312转动。

基座及导向装置320包括第一旋转轴座321、第二旋转轴座322、推杆支架323和导向连接架324。从动齿轮312、第一旋转轴座321和第二旋转轴座322依次同轴线设置。推杆支架323的两端分别与第一旋转轴座321和从动齿轮312连接，导向连接架324的两端分别与第一旋转轴座321和第二旋转轴座322固接。

在第一旋转轴座321和第二旋转轴座322的圆心处均设置有十字镂空空间3211，以及围绕第一旋转轴座321的圆心，在第一旋转轴座321的边缘处设置有多个等角度圆分布的开口槽3212，开口槽3212的槽深方向朝向十字镂空空间3211的四角处，且在开口槽3212和十字镂空空间3211并不连通，之间设置有安装空间3213。

多个推杆支架323分别围绕第一旋转轴座321的圆心等角度圆分布，一端在安装空间3213处与第一旋转轴座321连接，另一端与从动齿轮312连接，圆锥接头3111位于多个推杆支架323之间。

多个导向连接架324的两端分别在第一旋转轴座321和第二旋转轴座322的十字镂空空间3211的相邻两个角之间，与第一旋转轴座321和第二旋转轴座322固接，相邻两个导向连接架324之间的间隔与两个十字镂空空间3211的四角连通，形成导向空间3221，变截面模具本体340位于导向空间3221内。

杠杆装置330包括杠杆支架331、活动杠杆332和斜顶推杆333。杠杆支架331在靠近第一旋转轴座321处与相邻两个导向连接架324连接，活动杠杆332与杠杆支架331销轴连接，且一端穿过开口槽3212后与斜顶推杆333铰接，另一端与变截面模具本体340铰接。斜顶推杆333穿过推杆支架323后与通过圆锥接头3111呈燕尾槽式连接。

变截面模具本体340包括缩径组件341和活动连接组件342。缩径组件341的一端面与活动连接组件342连接，活动连接组件342与活动杠杆332的另一端铰接。缩径组件341的另一端面为加工成型腔区域，变壁厚管材130位于缩径组件341内，变截面模具本体340在导向空间3221内做往复运动，以对变壁厚管材130的外径进行缩径。

缩径组件341包括多个缩径模具本体3411，且多个缩径模具本体3411呈圆周分布，每个缩径模具本体3411均有一个对应的活动连接件342连接，以及多个缩径模具本体3411分别位于导向空间3221内，且多个缩径模具本体3411围合时，形成一个完整的加工成型腔区域。其中，每个缩径模具本体3411四侧面中，一侧面上设置有滑条3412、滑条3412相对的侧面为局部加工成型腔区域3413以及另外两侧面均设置有润滑块3414，且在局部加工成型腔区域3413包括局部加工成型腔区域本体34131以及分别依次与布局加工成型腔区域本体34131两侧接触的限位接触面34132和避空面34133。局部加工成型腔区域3413，80％型面被设计与最终产品要求的外形尺寸一致，即布局加工成型腔区域本体34131，但在靠近限位接触面34132的型腔，被有意设计为带有一定角度避空的造型，即避空面34133，其目的是为了让直管在缩径过程中很好的被导向挤压，避免产生咬边。仅有靠近布局加工成型腔区域本体34131的30％被设计用来有效接触限位，剩余的部分是有效的进行避空，因为大面积的斜面加工精度很难保证，一旦有小部分区域斜面精度超差将会导致整套模具无法很好的贴合。为防止长时间与设备接触面摩擦导致过热或者磨损，设计安装了润滑效果好、散热快的润滑块3414。

活动连接组件342包括活动块3421、直线导轨块3424和模具锁紧块3425。活动块3421的四侧面中，一侧面设置有燕尾固定槽3422，缩径模具本体3411的滑条3412卡合在燕尾固定槽3422内。与燕尾固定槽3422相对的侧面设置有凸耳3423，凸耳3423与活动杠杆332的另一端铰接。直线导轨块3424固定位于活动块3421的另外两侧面，以及直线导轨块3424与导向空间3221的内壁接触。模具锁紧块3425与活动块3421的前端可拆卸连接，活动块3421的前端朝向第二旋转轴座322。

当将变壁厚管材130放置在变截面模具本体340内，同步在变壁厚管材130的管芯内插入芯棒支撑模具400后，变截面加工模具300使用时，包括伸缩动作和旋转动作，当伸缩动作时：

S411、油缸311伸出，向前推进，将斜顶推杆333向上顶，斜顶推杆333上推后带动活动杠杆332进行摆动，与变截面模具本体340连接端的活动杠杆332，先下压变截面模具本体340，变截面模具本体340闭合，后推动变截面模具本体340在导向空间3221内向前轴向滑动，挤压变壁厚管材130。

其中，初始状态油缸311并未施加任何推力，处于退回状态，此时模具处于张开状态。

S412、油缸311缩回，向后缩进，斜顶推杆333向下拉，斜顶推杆333下推后带动活动杠杆332进行摆动，与变截面模具本体340连接端的活动杠杆332，先将闭合的变截面模具本体340张开，后推动变截面模具本体340在导向空间3221内向后轴向滑动，松开变壁厚管材130。

S413、重复油缸311伸出和缩回动作，使变截面模具本体340反复实现“挤压-退回-挤压”动作就可以实现对变壁厚管材130的外径进行缩径，同时完成对变壁厚管材130内壁凹凸造型。

当旋转动作时：

S414、电机转动，带动主动齿轮和从动齿轮312啮合，同步带动基座及导向装置320、杠杆装置330、变截面模具本体340、变壁厚管材130和芯棒支撑模具400同步转动，实现多角度快速缩径。

综合上述两个动作，高效油缸311在油压作用下实现快速规律的前进、后退动作，通过杠杆装置330带动变截面模具本体340同步实现闭合、张开循环动作，如此反复实现变截面模具本体340“挤压-退回-挤压”的动作就可以实现对变壁厚管材130外径进行缩径，同时变截面模具本体340也会随同基座及导向装置320一起旋转，实现对工序件多角度快速缩径，产品固定在旋转轴心位置上后，不断的向内推进，确保锥面循序挤压，直至推到限位块处，在加工出符合尺寸的同时更好避免外表面出现合模印。

请参阅图1至图26所示，在本发明的一实施例中，芯棒支撑模具400包括芯棒支撑条主体组件410、可活动支撑条组件420和活动推杆430。可活动支撑条组件420位于芯棒支撑条主体组件410内，可活动支撑条组件420与成品管材内部的凹筋尺寸一致，芯棒支撑条主体组件410中相邻两个芯棒支撑条4121之间的间距与分布与成品管材内部的凸筋一一对应。以及可活动支撑条组件420能够沿着芯棒支撑条主体组件410滑动，活动推杆430与可活动支撑条组件420滑配，芯棒支撑模具400撑开后，外部轮廓为成品管材的内部条形槽的模印。

加工时，活动推杆430插入芯棒支撑条主体组件410内，推动可活动支撑条组件420沿着芯棒支撑条主体组件410滑动，并与活动推杆430相抵，撑开芯棒支撑条主体组件410，当变截面加工模具300工作时，同时加工变壁厚管材130的内表面。加工完成后，活动推杆430从芯棒支撑条主体组件410内退出，同时芯棒支撑条主体组件410失去支撑，被撑开后的芯棒支撑条主体组件410收缩，从成品管材的管芯处取出。

外表面可通过以上方法加工获取，而内表面凹凸造型尺寸控制则需要通过芯棒支撑条主体组件410来保证，芯棒支撑条主体组件410可在缩径前塞入到产品内并固定好前后的位置，一旦缩径后产品将会呈现为中间大两头小的结构，如何在不影响产品内外尺寸的前提下取出芯棒尤为关键。实际上依据上述方法，即使不使用任何内支撑的前提下，缩径后的产品内壁都将会是规则的圆，圆尺寸与步骤S200中壁厚大小及范围的控制相关，因此芯棒支撑条主体组件410仅需要控制内凹槽的造型尺寸。

在本发明的一实施例中，芯棒支撑条主体组件410包括依次活动连接的锥形段411、卡槽段412和锁紧段413。锥形段411的尺寸与产品最小口径端的内造型一致，位于中间的卡槽段412中，相邻两个芯棒支撑条4121之间的间距用于安装并限制可活动支撑条组件420。即可活动支撑条组件420中的可活动支撑条421与卡槽段412中的芯棒支撑条4121依次交替设置。收缩状态下，卡槽段412和锁紧段413的外径均小于产品另一端的内径。

在芯棒支撑条4121上设置有滑槽4122，以及多个收缩弹簧4123，可活动支撑条421的两端能够沿着滑槽4122滑动，且当芯棒支撑条主体组件410被撑开后，收缩弹簧4123被压缩，并与可活动支撑条421相抵。收缩弹簧4123的作用时是为了保证芯棒支撑条主体组件410在失去后推力后将可活动支撑条组件420撑开，即让可活动支撑条组件420退至芯棒支撑条主体组件410内部。

活动推杆430包括锥形端431和导向滑槽端432，活动推杆430推动可活动支撑条组件420时，导向滑槽端432能够与可活动支撑条421滑配。活动推杆430的前端为锥形端431，保证活动推杆430推动时，一阶一阶的与可活动支撑条组件420相匹配。

当活动推杆430向前滑移时，锥形端431推动可活动支撑条组件420向外伸出，推至最前端时所有的可活动支撑条组件420和芯棒支撑条主体组件410向外支撑至符合尺寸要求的位置，这样缩径的时候可以很好的起到内部支撑作用，相反活动推杆430向后推回时，芯棒支撑条主体组件410失去推力，在收缩弹簧4123的推力下退回至芯棒支撑条主体组件410内，这样整个芯棒支撑模具400即可轻松的取出。

请参阅图27所示，在本发明的一实施例中，对于这类外表面呈现的是中间截面大、两头小的锥形，内表面则是规则的等角度圆周分布条形槽结构，且所有区域壁厚均匀分布的铝合金管，为了满足产品制作，采用旋压或上下两半式冲压成形方法，存在加工效率低、加工质量差、内部尺寸无法保证等不良。而采用铸造或高压铸铝方法，存在外观不良、合格率差、加工制作成功本高、内部晶粒组织不均，成品性能不达标等缺陷，为解决传统的制作方法存在的各种各样弊端，满足产品加工，同时更快、更高效，且成本更低方法来制作产品。

本发明可适用于加工各种不同变截面外径，内部为不同要求形状及尺寸要求的规则造型，所有造型在产品内部周圈呈等角度圆周分布，且壁厚要求较高的铝制产品，以下图28分别为产品外部结构和内部造型事宜说明。

同时本发明获取的不同变截面、内部特殊造型的铝管也可用于其他工艺加工，比如可作为液压成形的工序件，在此结构上可通过内高压成形工艺加工出更多复杂结构的铝材产品，如图29为不同结构的铝合金液压管。

Claims (13)

1.一种内外不同变截面管材的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100、确认初始毛胚圆柱空心管材(110)的规格；

S200、分析确认规格后的初始毛胚圆柱空心管材(110)缩径后壁厚增加的分布状况，根据不同区域增厚的结果，反向获取初始毛胚圆柱空心管材(110)对应区域需要减薄的厚度，获取减薄毛胚圆柱空心管材(120)；

S300、将所述减薄毛胚圆柱空心管材(120)放置在变壁厚管径加工模具(200)中，获取外径相同，壁厚不同的变壁厚管材(130)；

S400、将所述变壁厚管材(130)放置在变截面加工模具(300)内，同步在所述变壁厚管材(130)的管芯内插入芯棒支撑模具(400)，当所述变截面加工模具(300)工作时，同步加工所述变壁厚管材(130)的外表面和内表面，以最终获取内外不同且变截面以及所有区域壁厚均匀分布的成品管材。

2.根据权利要求1所述的内外不同变截面管材的成型方法，其特征在于，所述变壁厚管径加工模具(200)包括变壁厚管径下模(210)、变壁厚管径上模(220)、变壁厚管径左芯棒(230)和变壁厚管径左芯棒(240)；

使用时，所述减薄毛胚圆柱空心管材(120)放置在所述变壁厚管径下模(210)内；当所述变壁厚管径下模(210)和所述变壁厚管径上模(220)合模后，所述变壁厚管径左芯棒(230)和所述变壁厚管径左芯棒(240)在所述变壁厚管径下模(210)和所述变壁厚管径上模(220)之间做相向或相背运动，以挤压所述减薄毛胚圆柱空心管材(120)，获取所述变壁厚管材(130)。

3.根据权利要求1所述的内外不同变截面管材的成型方法，其特征在于，所述变截面加工模具(300)包括动力装置(310)、基座及导向装置(320)、杠杆装置(330)和变截面模具本体(340)；所述基座及导向装置(320)与所述动力装置(310)固接；所述变截面模具本体(340)位于所述基座及导向装置(320)内，所述杠杆装置(330)的一端所述变截面模具本体(340)连接，另一端与所述动力装置(310)连接；所述动力装置(310)转动时，能够带动所述基座及导向装置(320)、所述杠杆装置(330)和所述变截面模具本体(340)同步转动；所述动力装置(310)做伸缩运动时，能够使所述杠杆装置(330)带动所述变截面模具本体(340)在所述基座及导向装置(320)内做轴线往复运动。

4.根据权利要求3所述的内外不同变截面管材的成型方法，其特征在于，所述动力装置(310)包括油缸(311)、从动齿轮(312)、电机和主动齿轮；所述油缸(311)的输出轴穿过所述从动齿轮(312)后末端上固定有圆锥接头(3111)，且所述圆锥接头(3111)能够相对所述油缸(311)的输出轴转动；所述电机的输出轴与所述主动齿轮同轴连接，所述主动齿轮与所述从动齿轮(312)啮合，所述电机转动时，所述主动齿轮带动所述从动齿轮(312)转动。

5.根据权利要求4所述的内外不同变截面管材的成型方法，其特征在于，所述基座及导向装置(320)包括第一旋转轴座(321)、第二旋转轴座(322)、推杆支架(323)和导向连接架(324)；所述从动齿轮(312)、所述第一旋转轴座(321)和所述第二旋转轴座(322)依次同轴线设置；所述推杆支架(323)的两端分别与所述第一旋转轴座(321)和所述从动齿轮(312)连接，所述导向连接架(324)的两端分别与所述第一旋转轴座(321)和第二旋转轴座(322)固接。

6.根据权利要求5所述的内外不同变截面管材的成型方法，其特征在于，在所述第一旋转轴座(321)和所述第二旋转轴座(322)的圆心处均设置有十字镂空空间(3211)；以及围绕所述第一旋转轴座(321)的圆心，在所述第一旋转轴座(321)的边缘处设置有多个等角度圆分布的开口槽(3212)，所述开口槽(3212)的槽深方向朝向所述十字镂空空间(3211)的四角处；且在所述开口槽(3212)和所述十字镂空空间(3211)并不连通，之间设置有安装空间(3213)；

多个所述推杆支架(323)分别围绕所述第一旋转轴座(321)的圆心等角度圆分布，一端在所述安装空间(3213)处与所述第一旋转轴座(321)连接，另一端与所述从动齿轮(312)连接，所述圆锥接头(3111)位于多个所述推杆支架(323)之间。

7.根据权利要求6所述的内外不同变截面管材的成型方法，其特征在于，多个所述导向连接架(324)的两端分别在所述第一旋转轴座(321)和所述第二旋转轴座(322)的十字镂空空间(3211)的相邻两个角之间，与所述第一旋转轴座(321)和所述第二旋转轴座(322)固接，相邻两个导向连接架(324)之间的间隔与两个十字镂空空间(3211)的四角连通，形成导向空间(3221)，所述变截面模具本体(340)位于所述导向空间(3221)内。

8.根据权利要求7所述的内外不同变截面管材的成型方法，其特征在于，所述杠杆装置(330)包括杠杆支架(331)、活动杠杆(332)和斜顶推杆(333)；所述杠杆支架(331)在靠近所述第一旋转轴座(321)处与相邻两个导向连接架(324)连接，所述活动杠杆(332)与所述杠杆支架(331)销轴连接，且一端穿过开口槽(3212)后与所述斜顶推杆(333)铰接，另一端与所述变截面模具本体(340)铰接；所述斜顶推杆(333)穿过所述推杆支架(323)后与通过所述圆锥接头(3111)呈燕尾槽式连接。

9.根据权利要求8所述的内外不同变截面管材的成型方法，其特征在于，所述变截面模具本体(340)包括缩径组件(341)和活动连接组件(342)；所述缩径组件(341)的一端面与所述活动连接组件(342)连接，所述活动连接组件(342)与所述活动杠杆(332)的另一端铰接；所述缩径组件(341)的另一端面为加工成型腔区域；所述变壁厚管材(130)位于所述缩径组件(341)内，所述变截面模具本体(340)在所述导向空间(3221)内做往复运动，以对所述变壁厚管材(130)的外径进行缩径。

10.根据权利要求9所述的内外不同变截面管材的成型方法，其特征在于，所述缩径组件(341)包括多个缩径模具本体(3411)，且多个所述缩径模具本体(3411)呈圆周分布，每个所述缩径模具本体(3411)均有一个对应的活动连接件(342)连接，以及多个所述缩径模具本体(3411)分别位于导向空间(3221)内，且多个所述缩径模具本体(3411)围合时，形成一个完整的加工成型腔区域。

11.根据权利要求10所述的内外不同变截面管材的成型方法，其特征在于，所述活动连接组件(342)包括活动块(3421)、直线导轨块(3424)和模具锁紧块(3425)；所述活动块(3421)的四侧面中，一侧面设置有燕尾固定槽(3422)，所述缩径模具本体(3411)的滑条(3412)卡合在所述燕尾固定槽(3422)内；与所述燕尾固定槽(3422)相对的侧面设置有凸耳(3423)，所述凸耳(3423)与所述活动杠杆(332)的另一端铰接；所述直线导轨块(3424)固定位于所述活动块(3421)的另外两侧面，以及所述直线导轨块(3424)与所述导向空间(3221)的内壁接触；所述模具锁紧块(3425)与活动块(3421)的前端可拆卸连接，活动块(3421)的前端朝向所述第二旋转轴座(322)。

12.根据权利要求1所述的内外不同变截面管材的成型方法，其特征在于，所述芯棒支撑模具(400)包括芯棒支撑条主体组件(410)、可活动支撑条组件(420)和活动推杆(430)；所述可活动支撑条组件(420)位于所述芯棒支撑条主体组件(410)内，所述可活动支撑条组件(420)与所述成品管材内部的凹筋尺寸一致，所述芯棒支撑条主体组件(410)中相邻两个芯棒支撑条(4121)之间的间距与分布与所述成品管材内部的凸筋一一对应；以及可活动支撑条组件(420)能够沿着所述芯棒支撑条主体组件(410)滑动；所述活动推杆(430)与所述可活动支撑条组件(420)滑配；所述芯棒支撑模具(400)撑开后，外部轮廓为所述成品管材的内部条形槽的模印。

13.根据权利要求12所述的内外不同变截面管材的成型方法，其特征在于，加工时，所述活动推杆(430)插入所述芯棒支撑条主体组件(410)内，推动所述可活动支撑条组件(420)沿着所述芯棒支撑条主体组件(410)滑动，并与所述活动推杆(430)相抵，撑开所述芯棒支撑条主体组件(410)，当所述变截面加工模具(300)工作时，同时加工变壁厚管材(130)的内表面；加工完成后，所述活动推杆(430)从所述芯棒支撑条主体组件(410)内退出，同时所述芯棒支撑条主体组件(410)失去支撑，被撑开后的所述芯棒支撑条主体组件(410)收缩，从所述成品管材的管芯处取出。