專利名稱：一種小半徑彎頭流體壓力成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬壓力加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種小半徑彎頭流體壓力成形方法。
背景技術(shù)：
管件的彎曲成形經(jīng)過多年的發(fā)展已形成多種加工方法。根據(jù)不同的標準進行劃分，彎管成形方法可分為以下幾種根據(jù)管坯在彎曲時是否加熱可分為熱彎加工與冷彎加工；根據(jù)彎曲方式的不同可分為拉彎、壓彎、繞彎、推彎、滾彎和擠彎；根據(jù)彎曲時管材的受限方式不同可分為管件內(nèi)部受限、管件外部受限和管件內(nèi)外受限；根據(jù)彎曲時有無芯料填充可分為有芯彎曲與無芯彎曲。此外，在一些特殊管材的彎曲成形過程中，需要根據(jù)具體情況增加一些特殊的設(shè)計，以滿足管件特定的成形要求。具體應用中，彎管成形工藝的選取要依據(jù)實際的零件結(jié)構(gòu)性能要求和實現(xiàn)條件而定。因此在對管材進行彎曲加工時，必須根據(jù)管件的材料種類、精度要求及相對彎曲半徑R/D、相對厚度t/D而選用合適的彎曲加工方法，其中，D為管材外徑，t為管材壁厚，R為管件中心層彎曲半徑。目前，國內(nèi)外學者針對將薄壁小半徑導管彎曲制成小半徑彎頭的成形方法已開展了廣泛的研究，并取得了顯著的進步。其中小半徑彎頭是指相對彎曲半徑較小，相對彎曲半徑接近或小于1的彎頭，其中相對彎曲半徑是指彎曲半徑R與管材外徑D的比值，比如小半徑彎頭的彎曲半徑R= 15mm，管材外徑D = 20mm，其相對彎曲半徑為0.75?，F(xiàn)有的小半徑彎頭成形方法主要包括焊接、鑄造、數(shù)控繞彎、壓彎、剪切彎曲、內(nèi)中壓推彎、橡膠芯棒約束推彎、填料推彎、羊角芯棒加熱推彎等。但上述這些方法存在下列問題(1)采用最為常用的焊接和鑄造方法制成的小半徑彎頭相對于塑性成形來說其重量大、強度低；(2)采用數(shù)控繞彎方法制成的小半徑彎頭即使在最佳工藝參數(shù)下導管的相對彎曲半徑也不能小于1. 2，即相對彎曲半徑過大；(3)壓彎方法所采用的設(shè)備極易造成導管外壁過度減薄，甚至拉裂，因此很難成形小半徑彎頭；(4)雖然采用剪切彎曲方法制成的小半徑彎頭可以達到很小的相對彎曲半徑，但中間直段和彎段的材料流動分布不好，因此很容易出現(xiàn)拉裂；(5)雖然內(nèi)中壓推彎方法能成形較小彎曲半徑的彎頭，但加工效率相對較低，而且當填料出現(xiàn)縮松或流動性不好時易導致內(nèi)壁起皺；(6)橡膠芯棒約束推彎成形無需密封、加工效率高，但是橡膠內(nèi)部壓力分布不均勻，容易導致起皺的發(fā)生，因此導管的內(nèi)壁不光滑，同時橡膠的選用和耐用性有待研究；(7)填料推彎成形雖然成形方法和設(shè)備簡單，但是導管變形前段的變形和壁厚不易控制，壁厚不均勻，填料內(nèi)壓不均勻易導致起皺；(8)雖然羊角芯棒加熱推彎方法的自動化程度較高，但不適用于導管的等截面彎曲ο
4
綜上，現(xiàn)有的薄壁小半徑導管的彎曲方法普遍存在強度低、成形性能不好等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種產(chǎn)品成形性能好，能夠增加彎段圓度，同時通過大半徑彎頭流體壓力成形增加導管直徑、降低彎曲半徑，使相對彎曲半徑降到0. 7 2. 0的方式，來實現(xiàn)小半徑彎頭流體壓力成形方法。本發(fā)明的小半徑彎頭流體壓力成形方法可以成形不銹鋼、鋁合金以及鈦合金等材料。材料若為不銹鋼，由于不銹鋼在數(shù)控彎管后會發(fā)生加工硬化導致塑性降低，可以采用回火工藝降低殘余應力，或者采用200度左右的溫熱油液環(huán)境壓力成形；材料若為鋁合金，可以采用300度左右的溫熱介質(zhì)環(huán)境壓力成形；材料若為鈦合金，可以采用600度左右的高溫熱介質(zhì)環(huán)境壓力成形，或者氣體介質(zhì)環(huán)境壓力成形。一種小半徑彎頭流體壓力成形方法的裝置包括上模，下模，下密封圈，下推頭，上密封圈，上推頭，過渡段，初始管坯，半U形槽等。所述的下模設(shè)置在模架內(nèi)部下方，下模的表面上凹陷形成有一個半U形槽。合模后上模和下模的半U形槽尺寸相同。半U形槽的縱截面為半圓形，半U形槽分為彎頭部位和直線部位。彎頭部位直徑大于直線部位直徑，直線部位為上下兩段，位于彎頭部位兩端。半U形槽直線部位的內(nèi)端與彎頭部位的兩端相連，過渡段采用錐面連接，外端位下模的邊上。所述的上模與下模的結(jié)構(gòu)相對稱，設(shè)置在下模的正上方。所述的下推頭貫穿半U形槽下方直線部位，并設(shè)有進油孔，與液壓機的補油裝置相連。所述的上推頭，貫穿半U形槽上方直線部位，不設(shè)通油孔。下推頭和上推頭在前部均設(shè)有周向凹槽，用于嵌入下密封圈和上密封圈密封，推頭進入U形槽后，密封圈與U形槽內(nèi)壁緊貼密封。下推頭和上推頭在后部設(shè)有退刀槽，推頭在退刀槽以前精加工，以后粗加工。一種小半徑彎頭流體壓力成形方法，具體包括如下步驟步驟1、先用直徑較小、壁厚較大的管材利用數(shù)控繞彎或者推彎進行大半徑彎曲；步驟2、將步驟1得到的初始管坯，放入下模的半U形槽的彎曲部位；步驟3、啟動液壓機，將下推頭向上緩慢進給，到開始接觸到初始管坯直線部分下端面時，繼續(xù)進給直到壓緊；步驟4、將上推頭水平向左緩慢進給，到開始接觸到初始管坯直線部分的右端面時，停止進給；步驟5、啟動液壓機的補油裝置，從下推頭的通油孔開始通油，完成通油排氣的工序；步驟6、合上上模，并通過螺栓固定；步驟7、啟動液壓機的增壓裝置，使管內(nèi)液體緩慢增壓，控制上推頭和下推頭向里緩慢進給；步驟8、當管材完全貼合液壓脹形模具型腔后，將液壓機卸壓；步驟9、控制液壓機上推頭和下推頭退回；步驟10、打開上模，并取出脹后管材。本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果在于(1)本發(fā)明提供的小半徑彎頭流體壓力成形工藝，避免了橡膠芯棒或填料推彎成形過程中由于內(nèi)部壓力不均引起的起皺缺陷，克服了導管內(nèi)壁不光滑的缺陷；
(2)本發(fā)明在流體壓力成形過程中利用液壓油使管坯緊貼模具的內(nèi)壁，消除了填料縮松或流動性不好引起的內(nèi)壁起皺的缺陷；(3)本發(fā)明流體壓力成形過程中導管材料多處于小量拉伸狀態(tài)，壁厚減薄和起皺都不明顯；(4)本發(fā)明流體壓力成形小半徑彎頭在直管對接處的壁厚均勻，有利于后期的焊接并能提高焊接質(zhì)量；(5)本發(fā)明提供的小半徑彎頭流體壓力成形工藝密封性好，導管直段密封處無變形，密封裝置簡單。(6)本發(fā)明最主要的創(chuàng)新點在于利用數(shù)控彎管或推彎成形大半徑彎頭后，放入模具內(nèi)的半U形槽進行流體壓力成形，通過脹形使導管直徑增加、彎曲半徑降低的方式來降低相對彎曲半徑，從而實現(xiàn)薄壁小半徑彎頭成形過程，本發(fā)明方法能夠增加彎段圓度，彎曲半徑能達到0. 7-1D，具有零件整體性好、壁厚均勻、強度與剛度高等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的小半徑彎頭流體壓力成形方法裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的小半徑彎頭流體壓力成形方法裝置的縱向結(jié)構(gòu)剖視圖；圖3為本發(fā)明的小半徑彎頭流體壓力成形方法的初始管坯結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的小半徑彎頭流體壓力成形方法的脹后管材結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的小半徑彎頭流體壓力成形方法的切后管材結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明的小半徑彎頭流體壓力成形方法的焊后管材結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明的小半徑彎頭流體壓力成形方法的彎頭相對彎曲半徑變化示意圖；圖8為本發(fā)明的小半徑彎頭流體壓力成形方法的步驟流程圖。圖中1-上模；2-下模；3-下密封圈；4-下推頭；5-上密封圈；6_上推頭；7_過渡段；8-初始管坯；9-半U型槽；10-退刀槽；11-通油孔；12-脹后管材；13-切后管材；14-焊后管材。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明的小半徑彎頭流體壓力成形方法的裝置包括上模1，下模2， 下密封圈3，下推頭4，上密封圈5，上推頭6，過渡段7，初始管坯8，半U形槽9。如圖1和如圖2所示，下模2設(shè)置在模架內(nèi)部下方，下模2的表面上凹陷形成有一個半U形槽9。合模后上模1和下模2的半U形槽9尺寸相同。半U形槽9的縱截面為半圓形，半U形槽9分為彎頭部位和直線部位。彎頭部位直徑大于直線部位直徑，直線部位為上下兩段，位于彎頭部位兩端。半U形槽9直線部位的內(nèi)端與彎頭部位的兩端相連，過渡段 7采用錐面連接，外端位下模2的邊上。所述的上模1與下模2的結(jié)構(gòu)相對稱，設(shè)置在下模 2的正上方。所述的下推頭4貫穿半U形槽9下方直線部位，并設(shè)有進油孔11，與液壓機的補油裝置相連。所述的上推頭6，貫穿半U形槽9上方直線部位，不設(shè)通油孔。下推頭4和上推頭6在前部均設(shè)有周向凹槽，用于嵌入下密封圈3和上密封圈5密封，推頭4、6進入U 形槽9后，密封圈3、5與U形槽9內(nèi)壁緊貼密封。下推頭4和上推頭6在后部設(shè)有退刀槽10，退刀槽10以前精加工，以后粗加工。如圖1與圖3所示，初始管坯8分為彎曲部分和直線部分，直線部分為兩段，與彎曲部分的兩端相連。初始管坯8的直徑與半U型槽9直徑相同，初始管坯8放入下模后，下段直線部分與半U型槽9的下方直線部位緊密接觸，上段直線部分與半U型槽9的上方直線部位緊密接觸。充液脹形前，初始管坯8下方直線部分的外端與下推頭4的前端接觸，上方直線部分的外端與上推頭6的前端接觸。如圖4為小半徑彎頭流體壓力成形后的管材，脹后管材12分為彎曲部分、錐形過渡部分和直段部分，彎曲部分和下U型槽9的彎曲部位尺寸相同，直段部分直徑與下U型槽 9的直線部位直徑相同，直段部分分別與下推頭4和上推頭6相連。如圖4和圖5，切后管材13是將圖4中的脹后管材12的錐形過渡部分和直段部分切掉后的部分，相當于圖4脹后管材12的彎曲部分，切后管材12尺寸與模具中下U型槽9 的彎曲部位尺寸相同，是本發(fā)明所需要的小半徑彎頭部分。如圖5和圖6，焊后管材15是將圖5中的切后管材13兩端分別焊上直段部分，直段部分的直徑和厚度與切后管材13相同，即為本發(fā)明所需要的小半徑彎管的最終管材。如圖7，流體壓力成形前，彎頭的相對彎曲半徑為R1/D1。流體壓力成形后，彎頭的相對彎曲半徑為R2/D2，由于Rl大于R2，D1大于D2，故R2/D2小于R1/D1，即通過流體壓力成形增加彎頭直徑、降低彎曲半徑的方式來實現(xiàn)相對彎曲半徑為0. 7 1的小半徑彎頭的成形。一種小半徑彎頭流體壓力成形方法，具體包括如下步驟步驟1、先用直徑較小、壁厚較大的管材利用數(shù)控繞彎或者推彎進行大半徑彎曲， 得到初始管坯8 ；步驟2、將步驟1得到的初始管坯8，放入下模2的半U形槽9的彎曲部位，并使初始管坯8上段直線部分最長處位于半U形槽9上方直線部位的內(nèi)端，初始管坯8下段直線部分最長處位于半U形槽9下方直線部位的內(nèi)端；步驟3、啟動液壓機，將下推頭4向上緩慢進給，到開始接觸到初始管坯8直線部分下端面時，繼續(xù)進給直到壓緊；步驟4、將上推頭6水平向左緩慢進給，到開始接觸到初始管坯8直線部分的右端面時，停止進給；步驟5、啟動液壓機的補油裝置，從下推頭4的通油孔11開始通油。當上推頭6處油溢出并將管內(nèi)空氣基本排盡時，液壓機上推頭6水平向左緩慢進給，直至堵住初始管坯8 直線部位的右端面，不再溢出油時，完成通油排氣的工序；步驟6、合上上模1，并通過螺栓固定；步驟7、啟動液壓機的增壓裝置，使管內(nèi)液體緩慢增壓，注意緩慢增壓防止管材脹破。同時控制上推頭6和下推頭4向里緩慢進給，使管材脹形時補料充足；步驟8、當管材完全貼合液壓脹形模具型腔后，小半徑彎頭流體壓力成形結(jié)束，將液壓機卸壓；步驟9、控制液壓機上推頭6和下推頭4退回；步驟10、打開上模1，并取出脹后管材12 ；步驟11、機加工切掉脹后管材12的錐形過渡部分和直段部分，只留下小半徑彎頭部分，即得到切后管材13。步驟12、利用焊接工藝，在切后管材12的兩端均勻焊上等直徑、厚度的直段管材， 得到焊后管材14，即為本發(fā)明需要的小半徑彎管的最終管材。注明本發(fā)明的小半徑彎頭流體壓力成形方法可以成形不銹鋼、鋁合金以及鈦合金等材料的小半徑彎頭。材料若為不銹鋼，由于不銹鋼在數(shù)控彎管后會發(fā)生加工硬化導致塑性降低，可以在步驟1之后采用回火工藝降低殘余應力，或者采用200度左右的溫熱油液環(huán)境壓力成形；材料若為鋁合金，可以采用300度左右的溫熱介質(zhì)環(huán)境壓力成形；材料若為鈦合金，可以采用600度左右的高溫熱介質(zhì)環(huán)境壓力成形，或者氣體介質(zhì)環(huán)境壓力成形。
權(quán)利要求
1.一種小半徑彎頭流體壓力成形方法，其特征在于，所述的流體壓力成形裝置包括 上模(1)，下模O)，下密封圈(3)，下推頭0)，上密封圈(5)，上推頭(6)，過渡段(7)，初始管坯(8)，半U形槽(9)。所述的下模( 設(shè)置在模架內(nèi)部下方，下模O)的表面上凹陷形成有一個半U形槽 (9)。合模后上模(1)和下模(2)的半U形槽(9)尺寸相同。半U形槽(9)的縱截面為半圓形，半U形槽(9)分為彎頭部位和直線部位。彎頭部位直徑大于直線部位直徑，直線部位為上下兩段，位于彎頭部位兩端。半U形槽(9)直線部位的內(nèi)端與彎頭部位的兩端相連，過渡段(7)為錐面連接，外端位下模O)的邊上。所述的上模(1)與下模O)的結(jié)構(gòu)相對稱，設(shè)置在下模O)的正上方。所述的下推頭(4)貫穿半U形槽(9)下方直線部位，并設(shè)有進油孔(11)，與液壓機的補油裝置相連。所述的上推頭(6)，貫穿半U形槽(9)上方直線部位， 不設(shè)通油孔。下推頭(4)和上推頭(6)在前部均設(shè)有周向凹槽，用于嵌入下密封圈(3)和上密封圈(5)密封，推頭(4、6)進入U形槽(9)后，密封圈(3、5)與U形槽(9)內(nèi)壁緊貼密封。下推頭(4)和上推頭(6)在后部設(shè)有退刀槽(10)，退刀槽(10)以前精加工，以后粗加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小半徑彎頭流體壓力成形方法，其特征在于，所述的初始管坯(8)分為彎曲部分和直線部分，直線部分為兩段，與彎曲部分的兩端相連。初始管坯(8)的直徑與半U型槽(9)直徑相同，初始管坯(8)放入下模后，下段直線部分與半U型槽(9)的下方直線部位緊密接觸，上段直線部分與半U型槽(9)的上方直線部位緊密接觸。脹形前，初始管坯(8)下方直線部分的外端與下推頭(4)的前端接觸，上方直線部分的外端與上推頭(6)的前端接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小半徑彎頭流體壓力成形方法，其特征在于，所述的流體壓力成形后的脹后管材(1 分為彎曲部分、錐形過渡部分和直段部分，彎曲部分和下U 型槽(9)的彎曲部位尺寸相同，直段部分直徑與下U型槽(9)的直線部位直徑相同，直段部分分別與下推頭(4)和上推頭(6)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小半徑彎頭流體壓力成形方法，其特征在于，所述的切后管材(1 為將脹后管材(1 的錐形過渡部分和直段部分切掉后的部分，相當于脹后管材(12)的彎曲部分，切后管材(12)尺寸與模具中下U型槽(9)的彎曲部位尺寸相同，是本發(fā)明所需要的小半徑彎頭部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小半徑彎頭流體壓力成形方法，其特征在于，所述的焊后管材(1 是將的切后管材(1 兩端分別焊上直段部分，直段部分的直徑和厚度與切后管材(13)相同，即為本發(fā)明所需要的小半徑彎管的最終管材。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小半徑彎頭流體壓力成形方法，其特征在于，利用數(shù)控彎管或推彎成形大半徑彎頭后，放入模具內(nèi)的半U形槽(9)進行流體壓力成形，通過脹形使導管直徑增加、彎曲半徑降低的方式來降低彎頭的相對彎曲半徑，從而實現(xiàn)薄壁小半徑彎頭的成形過程。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小半徑彎頭流體壓力成形方法，其特征在于，所述的流體壓力成形方法可以成形不銹鋼、鋁合金以及鈦合金等材料的小半徑彎頭。材料若為不銹鋼，由于不銹鋼在數(shù)控彎管后會發(fā)生加工硬化導致塑性降低，可以采用回火工藝降低殘余應力，或者采用200度左右的溫熱油液環(huán)境壓力成形；材料若為鋁合金，可以采用300度左右的溫熱介質(zhì)環(huán)境壓力成形；材料若為鈦合金，可以采用600度左右的高溫熱介質(zhì)環(huán)境壓力成形，或者氣體介質(zhì)環(huán)境壓力成形。
8. 一種應用權(quán)利要求1所述的小半徑彎頭流體壓力成形方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟步驟1、先用直徑較小、壁厚較大的管材利用數(shù)控繞彎或者推彎進行大半徑彎曲，得到初始管坯⑶；步驟2、將步驟1得到的初始管坯(8)，放入下模O)的半U形槽(9)的彎曲部位，并使初始管坯(8)上段直線部分最長處位于半U形槽(9)上方直線部位的內(nèi)端，初始管坯(8) 下段直線部分最長處位于半U形槽(9)下方直線部位的內(nèi)端；步驟3、啟動液壓機，將下推頭(4)向上緩慢進給，到開始接觸到初始管坯(8)直線部分下端面時，繼續(xù)進給直到壓緊；步驟4、將上推頭(6)水平向左緩慢進給，到開始接觸到初始管坯(8)直線部分的右端面時，停止進給；步驟5、啟動液壓機的補油裝置，從下推頭(4)的通油孔(11)開始通油。當上推頭(6) 處油溢出并將管內(nèi)空氣基本排盡時，液壓機上推頭(6)水平向左緩慢進給，直至堵住初始管坯8直線部位的右端面，不再溢出油時，完成通油排氣的工序； 步驟6、合上上模(1)，并通過螺栓固定；步驟7、啟動液壓機的增壓裝置，使管內(nèi)液體緩慢增壓，注意緩慢增壓防止管材脹破。同時控制上推頭(6)和下推頭向里緩慢進給，使管材脹形時補料充足；步驟8、當管材完全貼合液壓脹形模具型腔后，小半徑彎頭流體壓力成形結(jié)束，將液壓機卸壓；步驟9、控制液壓機上推頭(6)和下推頭(4)退回； 步驟10、打開上模(1)，并取出脹后管材(12)；步驟11、機加工切掉脹后管材(1 的錐形過渡部分和直段部分，只留下小半徑彎頭部分，即得到切后管材(13)。步驟12、利用焊接工藝，在切后管材(1 的兩端均勻焊上等直徑、厚度的直段管材，得到焊后管材(14)，即為本發(fā)明需要的小半徑彎管的最終管材。
全文摘要
本發(fā)明提出一種小半徑彎頭流體壓力成形方法。方法實現(xiàn)的裝置包括上模，下模，下密封圈，下推頭，上密封圈，上推頭，過渡段，初始管坯，半U形槽等，利用數(shù)控彎管或推彎成形大半徑彎頭后，放入模具的半U形槽中進行流體壓力成形。所述方法利用上述裝置，通過脹形使彎頭直徑增加、彎曲半徑降低的方式來降低相對彎曲半徑，完成流體壓力成形制成小半徑彎頭。本發(fā)明方法能夠利用溫熱介質(zhì)、高溫熱介質(zhì)、高溫氣體介質(zhì)成形不銹鋼、鋁合金、鈦合金等材料的小半徑彎頭。本發(fā)明能夠增加彎段圓度，相對彎曲半徑到0.7～2.0的方式，具有零件整體性好、壁厚均勻、強度與剛度高等優(yōu)點。
文檔編號B21D26/033GK102554009SQ20111044250
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者周勇, 程鵬志, 訾燕, 許諾, 郎利輝 申請人:北京航空航天大學