专利名称：一种能降低成形压力的管状零件内高压成形方法
技术领域：
本发明涉及一种管状结构零件的塑性成形方法，具体涉及管状结构零件的内高压成形方法。
背景技术：
采用内高压成形技术，能使置于模具中的管材在通入其内部的高压液体作用下成形为各种空心变截面构件。用该方法得到的构件具有强度高、刚度高、疲劳强度高、成本低等优点，将大量取代目前由传统工艺制造的冲压焊接件。目前，内高压成形技术在德国和美国有所应用，工业生产所采用的压力已经达到400MPa，随着内高压成形零件复杂程度的提高、用途的扩展，成形压力可能进一步提高。内高压成形的空心构件的截面形状通常为矩形、梯形或多边形，在成形过程中的难点在于外凸圆角的成形。空心构件的内高压成形过程实际上分为两个阶段，第一个阶段是“成形”阶段，此阶段仅需要较低的压力即可使管材发生初始变形，并大部分实现贴模，获得基本的轮廓形状；第二个阶段是“整形”阶段，此时需大幅度提高内压实现小圆角等复杂形状的最终贴模成形。整形所需压力往往高达300MPa～400MPa，对于直径φ80mm，长度2000mm的管材，如果整形压力为300MPa，则需要成形设备提供48MN的合模力，采用400MPa的整形压力则需要64MN的合模力。整形压力决定着设备合模所需要的最大吨位、模具所需承压能力、密封结构的可靠性、高压源的压力等与生产成本密切相关的参数指标。因此，降低成形所需的“整形压力”是降低内高压成形件成本的根本途径。另外在“整形”阶段，零件直边与模具之间的摩擦阻碍材料向模具圆角的移动，内压越高摩擦力越大，仅靠提高整形压力来成形外凸的小圆角效果并不理想。由于摩擦的影响，内高压成形过程中零件贴模较晚的圆角和贴模较早的直边之间的过渡区壁厚减薄量往往大于其它部位，因此易在该处产生应力集中，影响零件的强度和疲劳强度，整形压力越高过渡区壁厚减薄越严重，甚至在整形过程中发生开裂，影响产品的成品率。
发明内容
为了克服现有的内高压成形方法在空心管件的圆角成形时需要较大“整形压力”和产品的质量低的缺陷，提供一种能降低成形压力的管状零件内高压成形方法，它利用把管状零件预成形来降低圆角成形压力并且避免成形过程中壁厚过度减薄和开裂。本发明的技术方案包括如下步骤二、把所需成形的管件1放置进下模3的型腔中；三、上模2与下模3进行合模，管件1处于上模2和下模3所扣合的型腔内；四、给管件1的内腔中通入高压液体使管件1发生向外膨胀的塑性变形并且贴靠在上模2和下模3所扣合的型腔内壁上；在步骤二前还包括如下步骤一、把所需成形的管件1进行预成形，使管件1的截面成为“多瓣花形”，管件1的花瓣1-1的数量和方位与管件1上所需成形圆角的数量和方位相对应。本发明的方法在预成形阶段，可以使管件1的截面形状预先获得一个合理变化，使终成形时既能够顺利合模，又能够降低终成形的整形压力，还能够促进管件1最终多边形的截面圆角部位的准确成形，使成形件外形尺寸合格、壁厚均匀，避免开裂现象发生。本方法设计合理、工作可靠，具有较大的推广价值。
图1是本发明实施方式一和实施方式二成形方法的示意图，图2是实施方式三成形方法的示意图，图3是实施方式四成形方法的示意图，图4是实施方式六成形方法的示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式的技术方案通过如下步骤实现一、把所需成形的管件1进行预成形，使管件1的截面成为“多瓣花形”，管件1的花瓣1-1的数量和方位与管件1上所需成形圆角的数量和方位相对应；二、把所需成形的管件1放置进下模3的型腔中；三、上模2与下模3进行合模，管件1处于上模2和下模3所扣合的型腔内；四、给管件1的内腔中通入高压液体使管件1发生向外膨胀的塑性变形并且贴靠在上模2和下模3所扣合的型腔内壁上；如图1所示，对于正方形截面的管件1，首先将管件1的截面成形为四瓣花形，即将管件1横截面上对应于最终形状横截面直边部分的一段成形出深度为h的凹陷，而对应于模具圆角r的部分成形为R的圆角，其中R的尺寸不需要严格控制，然后将该管件1置入由上模2和下模3围成的正方形截面模具腔中，管件1的直边凹陷深度h在0＜h＜b的范围内，b为截面直边中点到圆角与直边切点之间的宽度。在终成形时受到内部液体压力p的作用，将在直边段内形成切向的压力，并使直边段在凹陷展平的过程中在直边与圆角段之间的过渡点O处形成一种“整形推力”，将材料向圆角段补充，即使O点克服摩擦阻力和圆角段材料的阻力，向上模2和下模3圆角部位移动。同时，直边段在O点对圆角段所作用的压力，与管件1内部液体压力p联合作用下，使圆角段材料在较小的压力p下就能发生弯曲变形，从而易于获得很小的过渡圆角。采用本发明所提出的预成形形状进行内高压成形，所需要的内压为直接采用管材进行内高压成形需要的内压的1/5～1/10，可以有效降低内高压成形的整形压力，从而降低零件制造难度。在步骤一中，管件1的预成形能通过在压力机上压制、内高压成形机上成形、挤压、冲压、冷拔、轧制或焊接的方法实现。本发明的方法适用于各种可进行塑性成形管材的管件1，其材料包括钢、铝及其合金、镁及其合金、钛及其合金和铜及其合金。
具体实施例方式
二下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同之处是上模2与下模3的分模位置A-A是在上模2与下模3所构成的型腔截面的直边上。其它步骤与实施方式一相同。本实施方式所需成形的管件1需要用单独的预成形设备和预成形模具来获得“多瓣花形”，或者需要采用具有规定形状的型材切割获得。
具体实施例方式
三下面结合图2具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式二的不同之处是上模2与下模3的分模位置B-B是在上模2与下模3所构成的型腔截面的圆角处。其它步骤与实施方式二相同。本实施方式采用普通圆截面管件1，将管件1放置于在B-B处分模的上模2和下模3中，型腔内相对边的距离小于管件1的直径，在合模过程中上模2和下模3把管件1夹瘪，将圆截面管件1变形为具有多瓣花形截面的管件1，本实施方式使管件1的预成形和终成形在一套模具中完成，不需要预成形压力机和单独的预成形模具，因此模具费用和设备费用均可节省。但是该实施方法主要适于轴线为直线的零件的成形，对于轴线具有较大弯曲的零件的成形，该实施例由于要求沿矩形截面对角线分模，因而具有一定的局限性。
具体实施例方式
四下面结合图3具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同之处是上模2与下模3所形成的型腔的截面为矩形，上模2与下模3的分模位置C-C是在上模2与下模3所构成的型腔截面的圆角处。其它步骤与实施方式一相同。本实施方式适用于边长不相等的矩形截面，也适用于其它多边形截面，不同截面件采用此种预成形都可以利用具有凹陷的直边段在内压力的作用下形成“整形推力”，从而将直边段材料推向圆角，辅助圆角部位的贴模成形。
具体实施例方式
五本实施方式与实施方式一的不同点是步骤一前选用的管件1的周长为步骤四后成形完毕后管件1周长的95％～97％。所制造的管件1的截面形状包括三角形、五边形、六边形等。本发明的方法适用与截面为具有局部小圆角的封闭曲线轮廓形状的任意一种管件1。其它步骤与实施方式一相同。如此设置，使管件的材料延展变形比较合理，既能保证圆角部位的成形，又保证直边部位不会发生折叠或凹陷缺陷，从而获得最佳成形效果。
具体实施例方式
六下面结合图4具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是上模2与下模3所形成的型腔的轴线为曲线。其它步骤与实施方式一相同。通过本实施方式可以说明，本发明的方法不仅适用于轴线为直线的管材零件内高压成形，而且适用于本实施方式所示的轴线为曲线的管件1的内高压成形。对于轴线为曲线情况，首先要进行弯曲变形，再按照本发明实施方式二的方法进行截面预成形，再将完成预成形的管件1放入上模2和下模3中，进行内高压成形获得最终形状。
权利要求
1.一种能降低成形压力的管状零件内高压成形方法，它包括如下步骤二、把所需成形的管件(1)放置进下模(3)的型腔中；三、上模(2)与下模(3)进行合模，管件(1)处于上模(2)和下模(3)所扣合的型腔内；四、给管件(1)的内腔中通入高压液体使管件(1)发生向外膨胀的塑性变形并且贴靠在上模(2)和下模(3)所扣合的型腔内壁上；其特征在于在步骤二前还包括如下步骤一、把所需成形的管件(1)进行预成形，使管件(1)的截面成为“多瓣花形”，管件(1)的花瓣(1-1)的数量和方位与管件(1)上所需成形圆角的数量和方位相对应。
2.按照权利要求1所述的一种能降低成形压力的管状零件内高压成形方法，其特征在于管件(1)的材料包括钢、铝及其合金、镁及其合金、钛及其合金和铜及其合金。
3.按照权利要求1所述的一种能降低成形压力的管状零件内高压成形方法，其特征在于步骤一中，管件(1)横截面上对应于最终形状横截面直边部分的一段成形出深度为h的凹陷，对应于模具圆角r的部分成形为圆角R，管件(1)的直边凹陷深度h在0＜h＜b的范围内，宽度b为截面直边中点到圆角与直边切点之间的宽度。
4.按照权利要求1所述的一种能降低成形压力的管状零件内高压成形方法，其特征在于上模(2)与下模(3)的分模位置(A-A)是在上模(2)与下模(3)所构成的型腔截面的直边上。
5.按照权利要求1所述的一种能降低成形压力的管状零件内高压成形方法，其特征在于上模(2)与下模(3)的分模位置(B-B)是在上模(2)与下模(3)所构成的型腔截面的圆角处。
6.按照权利要求1所述的一种能降低成形压力的管状零件内高压成形方法，其特征在于上模(2)与下模(3)所形成的型腔的截面为矩形，上模(2)与下模(3)的分模位置(C-C)是在上模(2)与下模(3)所构成的型腔截面的圆角处。
7.按照权利要求1所述的一种能降低成形压力的管状零件内高压成形方法，其特征在于步骤一前选用的管件(1)的周长为步骤四后成形完毕后管件(1)周长的95％～97％。
8.按照权利要求1所述的一种能降低成形压力的管状零件内高压成形方法，其特征在于上模(2)与下模(3)所形成的型腔的轴线为曲线。
全文摘要
本发明公开管状结构零件的内高压成形方法。一种能降低成形压力的管状零件内高压成形方法包括如下步骤把所需成形的管件1进行预成形，使管件1的截面成为“多瓣花形”，管件1的花瓣1－1的数量和方位与管件1上所需成形圆角的数量和方位相对应；上模2与下模3进行合模；给管件1的内腔中通入高压液体使管件1发生向外膨胀的塑性变形并且贴靠在上模2和下模3所扣合的型腔内壁上；本方法利用在内压作用下多瓣花形截面直边段形成的整形推力来促进直边段材料向终成形模具圆角部位移动，从而降低圆角部位成形所需压力，可以将内高压整形压力降低到直接由管材进行内高压成形的1/5～1/10，并有助于避免成形过程中的壁厚过度减薄和开裂。
文档编号B21D26/033GK1644264SQ20051000965
公开日2005年7月27日 申请日期2005年1月21日 优先权日2005年1月21日
发明者苑世剑, 刘钢 申请人:哈尔滨工业大学