专利名称：金属管材固体颗粒传压介质胀形新工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及管类胀形技术领域。
目前，国内外管材胀形均采用刚性模胀形和软模胀形两类方法成形。采用刚性分块式凸模胀形时称刚性模胀形。利用弹性体(聚氨脂橡胶、天然橡胶或石蜡)或液体(矿物油、乳化液或水)、气体代替刚性凸模的作用对管坯进行胀形时，称软模胀形近年来又发展起来采用低熔点合金作为传压的塑挤胀形。
刚性分块式凸模胀形工艺中，分块凸模与管坯之间存在较大摩擦力，且胀形内压力的分布不均匀，使得材料的切向应力应变分布亦不均匀，降低了胀形系数的极限值，允许变形量较小，壁厚减薄严重，降低了零件的强度和使用寿命。由于分块凸模间存在间隙，因此成形后的零件表面有时会残留明显的直线段和棱角，导致成形后的零件几何精度难以保证。另外，刚性分块式凸模胀形的模具结构复杂，不便加工。但生产效率较高，因此刚性分块式凸模胀形工艺适用于精度要求不高，变形量较小，生产批量较大的管类胀形。
弹性体胀形工艺可克服刚性模胀形模具复杂、胀形均匀程度较差、成形精度不高以及不便于加工复杂异形件等缺点，但弹性体胀形工艺中，弹性体耐高温性能较差(例如聚氨脂橡胶，一般不宜在80℃以上的条件下工作)。弹性体都有使用寿命的限制，增加了加工成本。管坯成形时的胀形压力(对管壁的单位压力)不均匀，使局部胀形产生很大困难。一般弹性材料(如聚氨脂橡胶)的加载——压缩——回弹——卸载曲线不重合，导致弹性体自身发热，尤其在大变形或高速成形情况下更为严重。弹性体发热导致其使用性能下降，甚至不能正常工作。由于弹性体的弹性曲线一般为非线性，其压缩量、硬度、尺寸、形状、单位压力等因素对胀形均有影响，故在设计时很难把握，往往需要反复调试，不便实现计算机智能控制。
液压胀形工艺是在无摩擦条件下成形，故液体传力均匀，使材料在最有利的受力条件下变形，工艺过程简单，零件表面光滑，质量好，易于实现计算机智能控制，但液压胀形工艺也存在许多缺点，如生产效率低，液体密封较为困难，油液易污染场地，模具结构复杂，需专门液压系统供液，因而设备投资较大，不宜用于大批量生产。
采用低熔点合金作为传压介质进行胀形的工艺称塑挤胀形。在塑挤胀形过程中，利用低熔点合金的塑性流动进行胀形，可克服刚性模胀形、液压胀形模具复杂的缺点，但胀形内压力的分布不均匀，使得材料的切向应力应变分布亦不均匀，成形质量较液压胀形差。同时，增加了成形后需加热熔出合金的工序，生产效率低，能源消耗大，加热过程中对工件的组织性能有影响。
本发明的目的在于提供一种零件成形质量好、模具寿命长、生产效率高、成本低、能源消耗低、利于绿色环保的金属管材成形工艺。
这种金属管材固体颗粒传压介质胀形新工艺，其特征在于1)根据被加工零件的外形形状制成模块型腔；将端盖1、模块3安装好；2)根据成形工艺的要求调整好模块3之间的间隙，管坯2放置在模块3内，并充满固体颗粒传压介质4，然后安装压圈6和压头5；3)对压圈6施加一压力F，压紧管坯2的端部，对压头5施加一压力P，使固体颗粒传压介质4产生胀形压力；4)管坯2在固体颗粒传压介质4的胀形压力和轴向压力联合作用下，产生塑性变形；当管坯变形达到成形要求时，成形完毕；所说的固体颗粒传压介质4是细沙，其粒径≤4mm，也可以为钢球，其直径≤4mm。
本发明用于金属管材的冷态成形，其最终截面形状可以为枝管形空心零件(如三通管等)，也可以为轴对称形状的空心零件(如波纹管、球形旋转接头等)，亦可为非轴对称形状的空心零件(如汽车差动齿轮箱壳体等)。管坯可以为两端开口(如实施例中图1、图2)的空心管，也可以为一端开口，一端封闭的单开口(如实施例中图3、图4)空心管。其模具结构、工艺为管坯内充满固体颗粒传压介质，由上、下端盖将管坯内固体颗粒传压介质封住，然后对压圈施加一压力F，对管坯施加轴压，再对压头施加压力P，使固体颗粒传压介质产生胀形压力。中间模块可以为一组或多组。模块型腔形状根据零件形状的最终要求而定。
及实施例图1、图2为两端开口的空心管坯，采用固体颗粒传压介质胀形工艺进行整体成形波纹管的示意图。
图3、图4为一端开口一端封闭的空心管坯，采用固体颗粒传压介质胀形工艺进行壶类零件整体成形的示意图。
图5、图6为两端开口的空心管坯，采用固体颗粒传压介质胀形工艺进行整体成形支管类管接头的示意图。
图中1——端盖，2——管坯，3——模块，4——固体颗粒传压介质，5——压头，6——压圈，7——连接螺栓，8——固体颗粒传压介质，9——压头，10——压圈，11——上模块，12——筒坯，13——下模块，14——左压头，15——上模，16——固体颗粒传压介质，17——管坯，18——压圈，19——压头，20——下模，21——反压块实施例1图1是波纹管成形模具准备阶段。在此阶段，安装时保持各模块间隙相等，管坯内充满固体颗粒传压介质4；然后对压圈6施加一压力F，压紧管坯2端部，对压头5施加一压力P，使固体颗粒传压介质产生胀形压力。管坯在固体颗粒传压介质胀形压力和轴向压力联合作用下，产生塑性变形。当管坯变形达到成形要求时，成形完毕，进入图2最终成形阶段。
实施例2图3是壶类件成形模具准备阶段。在此阶段，筒坯内充满固体颗粒传压介质8；然后对压圈10施加一压力F，压紧管坯12端部，对压头9施加一压力P，使固体颗粒传压介质产生胀形压力。筒坯在固体颗粒传压介质胀形压力和轴向压力联合作用下，产生塑性胀形。当筒坯与上下模块贴合时，成形完毕，进入图4最终成形阶段。
实施例3图5是支管类管接头的成形模具准备阶段。在此阶段，管坯内充满固体颗粒传压介质16；然后对压圈18施加一压力F，压紧管坯17端部，对压头19施加一压力P，同时对左压头14施加压力N＝F+P，使固体颗粒传压介质产生胀形压力。管坯在固体颗粒传压介质胀形压力和轴向压力联合作用下，产生塑性胀形。在轴向压缩胀形的同时，通过反压块21对胀形区施加一径向反压力W，当支管成形到要求长度时，成形完毕，进入图6最终成形阶段。
固体颗粒传压介质胀形工艺是采用固体颗粒传压介质代替刚性凸模(或弹性体、液体)的作用对管坯进行胀形的工艺。由于固体颗粒传压介质具有液体的某些特点，如具有良好的流动性及体积近似不可压缩性(要求固体颗粒的体积压缩量小于10％)，因此固体颗粒传压介质胀形能够克服刚性模胀形和软模胀形的缺点，而又吸收了目前国内外传统胀形工艺各自优点的新的胀形工艺。例如，传力均匀，使材料在最有利的受力条件下变形，工艺过程简单，所得零件表面光滑，质量好等。模具结构比液压胀形及刚性模胀形简单，成本低于软模胀形工艺及刚性模胀形工艺，且克服了液压胀形中液体密封困难、油液污染场地的问题，有利于绿色环保。
本发明可用于制造空心零件，用于航空、自行车、汽车、化工和管乐器等领域的生产，如自行车架接头、T形接头、汽车差动齿轮箱壳体、轿车的集成化后轴、波纹管等。
权利要求
1.一种金属管材固体颗粒传压介质胀形新工艺，其特征在于1)据被加工零件的外部形状制成模块型腔，将端盖(1)、模块(3)安装好；2)根据成形工艺的要求调整好模块(3)之间的间隙。管坯(2)放置在模块(3)内，并充满固体颗粒传压介质(4)，然后安装压圈(6)和压头(5)；3)对压圈(6)施加一压力F，压紧管坯(2)的端部，对压头(5)施加一压力P，使固体颗粒传压介质(4)产生胀形压力；4)管坯(2)在固体颗粒传压介质(4)的胀形压力和轴向压力联合作用下，产生塑性变形。当管坯变形达到成形要求时，成形完毕。
2.根据权利要求1所述的金属管材固体颗粒传压介质胀形新工艺，其特征在于固体颗粒传压介质为细沙，其粒径≤4mm。
3.根据权利要求1所述的金属管材固体颗粒传压介质胀形新工艺，其特征在于固体颗粒传压介质为钢球，其直径≤4mm。
4.根据权利要求1所述的金属管材固体颗粒传压介质胀形新工艺，其特征在于加工壶类零件时，要求管坯一端封闭，一端开口。
5.根据权利要求1所述的金属管材固体颗粒传压介质胀形新工艺，其特征在于加工支管类零件时，左压头(14)上加力N，反压块(21)上加力W。
全文摘要
金属管材固体颗粒传压介质胀形新工艺是采用固体颗粒代替刚性凸模(或弹性体、液体)的作用对管坯进行胀形的工艺。由于固体颗粒传压介质具有液体的某些特点,如具有良好的流动性及体积近似不可压缩性,因此本工艺能够克服刚性模胀形和软模胀形的缺点,而又吸取了传统胀形工艺各自优点。例如,传力均匀,使材料在最有利的受力条件下变形,工艺过程简单,所得零件表面光滑,质量好等,但克服了液压胀形中液体密封困难、油液污染场地等问题,有利于绿色环保。本发明用于自行车、汽车、化工和管乐器等领域的生产,如自行车架接头、T形接头、汽车差动齿轮箱壳体、轿车的集成化后轴、波纹管等。
文档编号B21D26/00GK1363434SQ0113952
公开日2002年8月14日 申请日期2001年11月21日 优先权日2001年11月21日
发明者赵长财, 袁荣娟 申请人:燕山大学