采用轴向不等壁厚管坯成形等壁厚变直径管件的方法
【专利摘要】采用轴向不等壁厚管坯成形等壁厚变直径管件的方法，它涉及一种采用轴向不等壁厚管坯通过胀形法成形变直径管的方法，本发明为了解决现有采用等壁厚管坯制备变直径管件时，容易出现局部增厚或者起皱，且直径越大的区域壁厚越小的问题。方法：步骤一：根据待成形的等壁厚变直径管的形状，通过计算选择所需的轴向不等壁厚管坯；步骤二：将轴向不等壁厚管放入上模具和下模具中后，闭合上模具和下模具；步骤三：密封轴向不等壁厚管坯一端，从另一端向不等壁厚管坯内部通入压力介质以使轴向不等壁厚管坯发生胀形形变。本发明用于胀形法生产等壁厚变直径管件。
【专利说明】采用轴向不等壁厚管坯成形等壁厚变直径管件的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种成形等壁厚变直径管件的方法，具体涉及一种采用轴向不等壁厚管坯成形等壁厚变直径管件的方法。
【背景技术】
[0002]在航空、航天和汽车工业等领域，减轻结构质量以节约运行中的能量是人们长期追求的目标，也是现代先进制造技术发展的趋势之一。为了合理分配和承担载荷如扭矩、转矩和弯矩，同时为了优化结构、减轻零件质量，常采用中部为空心、沿长度方向各处直径不同的管状零件，这种零件简称变直径管。对于作为结构件使用的变直径管，一般要求其各处的壁厚相等。对于使用时承受内压作用的变直径管，则往往在直径较大的位置要求具有更大的壁厚。这是因为，管件在内压作用下将产生环向应力σ 0，其可简单计算为σ 0=pd/2t，其中P，d，t分别为内压、管件相应部位的直径和壁厚。在直径d较大的位置，只有壁厚t也相应较大，才能使管件长度方向上各处的环向应力σ0近似相等。否则，各处的环向应力σ e将不等，导致σ 0较大的区域先发生塑性变形而产生破坏。
[0003]目前，在成形变直径管时一般都采用轴向壁厚相等的原始管坯。此时，在直径变化大的位置，壁厚减薄将更严重，所以最终的变直径管的壁厚分布特点是:直径越大的位置，壁厚越薄。这种壁厚分布对于需要承受内压的使用条件，是非常不理想的。虽然可以采用在胀形时向直径变化大的区域补料的方式来减缓该区域的减薄，但是仍然无法改变直径越大的区域壁厚越小的问题。同时，这种解决方法需要准确控制内压和轴向补料量的匹配关系，否则容易出现局部增厚或者起皱的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决现有采用等壁厚管坯制备变直径管件时，容易出现局部增厚或者起皱，且直径越大的区域壁厚越小的问题，进而提供一种采用轴向不等壁厚管坯成形等壁厚变直径管件的方法。
[0005]本发明的技术方案是:一种采用轴向不等壁厚管坯成形等壁厚变直径管件的方法，所述方法的具体步骤为:
[0006]步骤一:根据待成形的等壁厚变直径管2的形状，通过计算选择所需的轴向不等壁厚管坯I ;
[0007]步骤二:将轴向不等壁厚管坯I放入上模具4和下模具5中后，闭合上模具4和下模具5 ;
[0008]步骤三:密封轴向不等壁厚管坯I 一端，从另一端向不等壁厚管坯I内部通入压力介质以使轴向不等壁厚管坯I发生胀形形变，直至不等壁厚管坯I的外壁分别与上模具4和下模具5相贴合，即得到所需的等壁厚变直径管件2。
[0009]本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
[0010]一、本发明利用轴向不等壁厚管坯来成形壁厚合理分布的等壁厚变直径管，成形后得到的等壁厚变直径管件的壁厚分布由轴向不等壁厚管坯的壁厚和胀形率决定，在成形时不需要进行轴向补料即可有效控制成形后的等壁厚变直径管件的轴向壁厚分布，方法简单易行；[0011]二、利用轴向不等壁厚的管坯来成形等壁厚变直径管，理论上可以获得沿轴向具有任意壁厚分布特征的变直径管，解决了传统的变直径管在直径较大的区域因胀形量较大而壁厚相应较薄的缺点；
[0012]三、利用轴向不等壁厚的管坯来成形等壁厚变直径管，能够节省原材料，在保证强度的前提下还能够减轻质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明实施例5中一种等壁厚变直径管件的结构图；图2是本发明实施例5中另一种变直径管的结构图；图3是轴向不等壁厚管坯放入上模具和下模具中模具未闭合时的示意图；图4是轴向不等壁厚管坯放入上模具和下模具中模具闭合后示意图；图5是轴向不等壁厚管坯放入上模具和下模具中制备完成后的示意图；图6是本发明实施例1中轴向不等壁厚管坯结构示意图；图7是本发明实施例1中轴向不等壁厚管坯结构示意图；图8是本发明实施例1中轴向不等壁厚管坯结构示意图；图9是轴向不等壁厚管坯放入上模具和下模具中模具未闭合时的示意图；图10是本发明实施例1中轴向不等壁厚管坯结构示意图；图11是本发明实施例1中轴向不等壁厚管坯结构示意图；图12是本发明实施例1中轴向不等壁厚管坯结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]【具体实施方式】一:结合图1至12说明本实施方式，本实施方式包括一种采用轴向不等壁厚管坯成形等壁厚变直径管件的方法，具体步骤为:
[0015]步骤一:根据待成形的等壁厚变直径管2的形状，通过计算选择所需的轴向不等壁厚管坯I ;
[0016]步骤二:将轴向不等壁厚管坯I放入上模具4和下模具5中后，闭合上模具4和下模具5 ;
[0017]步骤三:密封轴向不等壁厚管坯I 一端，从另一端向不等壁厚管坯I内部通入压力介质以使轴向不等壁厚管坯I发生胀形形变，直至不等壁厚管坯I的外壁分别与上模具4和下模具5相贴合，即得到所需的等壁厚变直径管件2。
[0018]参照图7、图8、图11和图12轴向不等壁厚管坯，轴向不等壁厚管坯I的内腔为圆柱形、外壁圆周面上设有一处或多处外凸。参照图6和图10,轴向不等壁厚管还I的外壁还可以为圆柱形、内腔圆周面上设有一处或多处外凸。
[0019]【具体实施方式】二:结合图1说明本实施方式，所述步骤一中，计算所述轴向壁厚分布的公式为Atl=A.Clf^tfAlci，其中，h为成形前的轴向不等壁厚管坯I的壁厚，λ为大于I的修正系数，取值范围为1.1~1.3, d0为成形前的轴向不等壁厚管还I的直径，df为成形后的等壁厚变直径管件2的直径，tf为成形后的等壁厚变直径管件2的壁厚。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一相同。
[0020]确定轴向不等壁厚管坯I的轴向壁厚分布可以遵循不同的计算原则，最为常用且简单的方法，是假设变形前后轴向不等壁厚管坯I的轴向某一部位材料的体积保持不变。假设轴向不等壁厚管坯I和成形后的等壁厚变直径管件2上同一位置的直径和壁厚分别可记为 d0, t0, df, tf，则有:
[0021 ] Ji.d0.t0.Δ 1= π.df.tf.Δ I (I)
[0022]式中:Λ I为沿管材轴向的单位长度。
[0023]化简式(I )，可得:
[0024]t0=df.tf/d0 (2)
[0025]以变直径管件2各处的壁厚tf处处相等为例，从式(2)可以看出，在等壁厚变直径管件2上直径df较大的区域，所需要的原始壁厚h也较大。对于等壁厚变直径管件2各处的壁厚是其他分布规律的情况，同样可由式(2)计算得到轴向不等壁厚管坯I的壁厚分布。
[0026]若考虑胀形过程中，管坯上各处的变形互相影响、变形不均匀的情况，可适当增加胀形量较大位置的初始壁厚&，即:
[0027]t0= λ.df.tf/d0 (3)。
[0028]其它组成和连接关系与【具体实施方式】二相同。
[0029]【具体实施方式】三:结合图1说明本实施方式，本实施方式中，所述压力介质为气体、油、纯水或乳化液。其它组成和连接关系与【具体实施方式】二相同。
[0030]【具体实施方式】四:结合图1说明本实施方式，本实施方式中，所述压力介质的压力范围是15?60MPa。其它组成和连接关系与【具体实施方式】三相同。
[0031]【具体实施方式】五:结合图1说明本实施方式，本实施方式中，所述等壁厚变直径管件沿轴向方向有一处或多处外凸。其它组成和连接关系与【具体实施方式】四相同。
[0032]本发明利用轴向不等壁厚管坯来成形壁厚合理分布的变直径管，成形后得到的等壁厚变直径管件的壁厚分布由轴向不等壁厚管坯的壁厚和胀形率决定，在成形时不需要进行轴向补料即可有效控制成形后的等壁厚变直径管件的轴向壁厚分布，方法简单易行。利用轴向不等壁厚的管坯来成形变直径管，理论上可以获得沿轴向具有任意壁厚分布特征的变直径管，解决了传统的变直径管在直径较大的区域因胀形量较大而壁厚相应较薄的缺点。利用轴向不等壁厚的管坯来成形变直径管，能够节省原材料，提高材料的利用，在保证强度的前提下减轻了质量。
[0033]上述内容仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种采用轴向不等壁厚管坯成形等壁厚变直径管件的方法，其特征在于，所述方法的具体步骤为: 步骤一:根据待成形的等壁厚变直径管(2)的形状，通过计算选择所需的轴向不等壁厚管坯⑴； 步骤二:将轴向不等壁厚管坯(I)放入上模具(4)和下模具(5)中后，闭合上模具(4)和下模具(5)； 步骤三:密封轴向不等壁厚管坯(I) 一端，从另一端向不等壁厚管坯(I)内部通入压力介质以使轴向不等壁厚管坯(I)发生胀形形变，直至不等壁厚管坯(I)的外壁分别与上模具(4)和下模具(5)相贴合，即得到所需的等壁厚变直径管件(2)。
2.根据权利要求1所述的采用轴向不等壁厚管坯成形等壁厚变直径管件的方法，其特征在于，所述步骤一中，计算所述轴向壁厚分布的公式为Atl=X ^df MfAlci，其中，h为成形前的轴向不等壁厚管还(I)的壁厚，λ为大于I的修正系数,取值范围为1.1~1.3, d0为成形前的轴向不等壁厚管坯(I)的内腔直径，七为成形后的等壁厚变直径管件(2)的内腔直径，~为成形后的等壁厚变直径管件(2)的壁厚。
3.根据权利要求1或2所述的采用轴向不等壁厚管坯成形等壁厚变直径管件的方法，其特征在于，所述步骤三中，所述压力介质为气体、油、纯水或乳化液。
4.根据权利要求3所述的采用轴向不等壁厚管坯成形等壁厚变直径管件的方法，其特征在于，所述压力介质的压力范围是15~60MPa。
5.根据权利要求4所述的采用轴向不等壁厚管坯成形等壁厚变直径管件的方法，其特征在于，所述步骤三中得到的 等壁厚变直径管件(2)沿径向方向有一处或多处外凸起。
【文档编号】B21D26/033GK103736811SQ201410032106
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】何祝斌, 陈久亮, 苑世剑 申请人:哈尔滨工业大学