专利名称:单层管状零件增加强度的工艺及实施该工艺的装置的制作方法
本发明是关于提高强度的方法，为了提高单层管状零件，如液压缸的耐内压力性能，以及实施该方法的装置。
在承受内压力的管子的内表面存在最大的剪切应力，而其外表面的剪切应力随壁厚的增加而减小。特别是在壁厚管子外部，材料强度没有完全利用。
为了改善材料的利用情况已经提出建议，将几个管子相互套在里面，每次将外管先预热，然而套在内管外面。冷却后，外管热压配合在内管上，这样在外管中形成剪切应力，而在内管中形成压应力。用这方法，在工作状态时的应力能够较多的分布在横截面上。此外，已经众所周知的，管子内部用机械方法使其变形，特别是用液体或气体加压，负荷超过材料的屈服极限，产生永久变形。在管子内部用这种方式产生的机械变形，管子外部也扩大了，管子外部的应力大都刚在屈服极限以下，管子外部的弹性变形又导致永久变形管子内部受一预加压应力。在管子内部加压的方法更是众所周知的，用一特殊工具将内壁作滚压处理，或用一个具有过盈尺寸的芯棒挤压穿过，或在管子内部用高压液体冷拔。对于管壁较厚的用高压液体冷拔或用具有过盈尺寸芯棒挤压穿过特别有利，但这些方法同时带来了缺点，因要求有很高的力或压力，就要求相对讲是大的设备费用。在管壁有台阶的管子时，用这些方法，费用更高，因为这种管子有不同的管子截面，就需要用不同的压力或用不同的芯棒或按内径分级芯棒加工。
本发明的目的是创造一种开始就提到的方法，用了这种方法，使得应力分布在管壁截面上更为合理，这方法加了预应力，在工作状态时，管壁截面的应力分布更为均匀。本发明的方法解决该任务的主要点是，在管形另件外部沿轴向移动加热，同时在其内部管子总长或部分范围内，径对对外加压。这样就使管子外部在轴向范围加热，而防止因加热在纵向体 增加。加热时主要因外经增大而使体积增加。当外经增加的同时，在管子内部存在内压力，超过材料弹性变形极限，使其产生永久变形，冷却时在管子外部形成两个方向的拉应力，在其内部形成两个方向的压应力。在管子内部同时用了经向向外的压力载荷，则在管子外部用的热载荷就小，加热就不会带来冶金方面的缺点。原则上，外部加热不超过弹性极限，是通过在内部经向向外的压力在管壁形成拉应力，该拉应力随外部加热传到管壁截面多少深度而定。在管子外部加热，同时在管子内部加压力载荷，在总的管壁厚度上产生预应力，这样就能在工作压力下，在总的管壁厚度上保证产生极均匀的载荷。更好的是在管形另件内部加压力载荷时，可同时使其冷却，这样又增加了加压或加热作用深度可控性。
外部加热温度范围从100℃至600℃，尤其选用100℃至350℃为好，就能保证在管壁材料中不会出现组织的变化。为了更好的控制加热作用深度最好用感应法加热，可改变其电流频率或感应线圈移动速度控制加热作用深度。较好的方法是加热作用深度限制在管状另件材料截面从外到里的20-50%。
用特别简单的方式，在内部加压的同时用管子内部的冷却水冷却内壁。
实现本发明方法的装置，其基本特征是有一个与管形另件外径相配的高频感应线圈及与内壁紧密配合的基本上为园柱形填充物，其两端放密封圈之间的外径较小，形成的环状空间可充水且可冷却和/或用液压加载。这样一个园柱形填充物可允许在管子轴向长度上应用所希望的内压力，这样可在管子轴向长度上不同壁厚计算并加以变化的内压力。还可能考虑到管子轴向长度上不同壁厚，用感应线圈加热，感应加热效应基本上受线圈轴向长度限止，用感应线圈在管子轴向长度上根据不同壁厚，调整至不同的加热程度。
用特别简单的方式，在装置的未端可有一孔，通入压力液体，接通至少一个经向孔，通至外经较小的环状空间，用该装置使管子在轴向受限止的范围受到压力。
加内压力并用水冷却的装置，最好是这样的结构，在填充物两端截面范围内，外径较小的环状空间设置两孔，为了通水和环状空间的通气，通冷却介质的轴向孔基本上在中心轴处。
如果高频感应线圈的电源其电流强度和/或频率是可调的，这常常是有利的。
本发明装置的实施例在附图中用草图表示。管子壁厚上受到的拉应力和压应力用曲线作进一步说明。
在附图中，图1是本发明装置第一个实施例的草图，图2是与图1类如的本发明装置作了改变的实施例，图3为感应线圈沿壁厚达到的温度分布曲线，图4至图8是用了不同工艺措施剪切应力分布曲线。图9是在工作压力下用本发明方法得到的剪切应力分布曲线。
在图1中管壁用1表示。在管子外边设置一感应线圈2，感应线圈可沿管子轴线方向，即箭头3所示方向移动。高频电源线用4表示，高频电源本身用公知的方法可调节其电流强度和频率。
在管壁1内部放入填充物5，借助于密封圈6与管壁1内部紧密配合。填充物在轴心范围a内外经较小为b，而形成环状空间7。填充物5在轴向开了一个输入压力油的孔8，与径向孔9与环状空间相通。将压力油压入轴向孔8，在环状空间7中对管壁1内部加压，由于加压使管壁内部产生冷变形，在管壁截面范围内扩展，可用高频线圈2中的不同电流强度或不同频率控制变形程度。
在图2中的结构，在填充物5上开一轴向通孔10，将冷却液通入该孔，可通过填充物5。在填充物两端11处有两通孔12，一处连接进水管，另一处接出水管或通气管。通过一个孔或进水管12将水充满环状空间7。在环状空间7中充满水以后，从中心孔10通入冷却物质，使水冷却。这样，管壁内部在加径向压力达到同时冷却的目的。感应线圈还是用2表示，在箭头3方向可按不同移动速度移动。
内压力也可通过压入相对管子内经过盈的芯棒产生。芯棒与感应线圈必须同步向前移动。在壁厚呈阶梯形不同配合。
图3是表示在管子外部感应加热的作用。用高频加热，在管壁厚度内，沿管壁横截面C达到的温度梯度，为了加热管子外表这与从外到里的加热可调深度有关。图4表示随加热而定的剪切应力分布，但未加压力。图5表示在加压未加热时管壁的部份范围内弹性伸长，用图表示其关系。图6表示加热同时加压时剪切应力的关系。图7表示在加压且冷却时剪切应力分布。图8表示在无压力状态冷却预料处理得到的剪切应力分布。当管子内部加上工作压力，在管子内部存在的预加压应力在很大程度上有能力承受工作压力，图9表示沿总的管壁厚度C处剪切应力分布较均匀。
权利要求
1.提高强度的方法，为了提高单层管状零件，如液压缸的耐内压力性能，其特征是，在管状另件外部设置一个沿轴向移动的加热同时在其内部管子总长或部分范围内，径向向外加压。
2.按权利要求
1的方法，其特征是，管状另件内部在加压力载荷同时冷却。
3.按权利要求
1或2的方法，其特征是，外部加热温度范围选用100℃至600℃。
4.按权利要求
1至3的方法，其特征是，用感应法加热。
5.按权利要求
1至4的方法，其特征是，改变外边的高频感应线圈的电流强度和/或频率和/或感应线圈的移动速度，使加热作用深度限制在管状另件材料截面的20～50%。
6.按权利要求
1至5的方法，其特征是，内压力是用液压，用冷却水或压入芯棒产生的。
7.实现权利要求
1至6的方法所用装置，其特征是有一个与管形另件外径相配的高频感应线圈(2)及与内壁紧密配合的基本上为园柱形填充物(5)，其两端放密封圈(6)之间的外径较小，形成的环状空间(7)可充水且可冷却和/或用液压加载。
8.按权利要求
7的装置，其特征是在装置的末端有一孔(8)，通入压力液体，接通至少一个径向孔(9)，通至外至较小的环状空间。
9.按权利要求
7的装置，其特征是在填充物两端横截面范围内，外径较小的环状空间设置两孔(12)，为了通水和环状空间(7)的通气，通冷却介质的轴向孔(10)基本上在中心轴处。
10.按权利要求
7至9的装置，其特征是高频感应线圈(2)的电源，其电流强度和/或频率是可调的。
专利摘要
为了提高单层管状零件的强度和耐内压力性能，在管子外部受限止轴向范围内加热，且加热可在管子轴向移动。同时在管子内部用了径向向外的压力，最好在加压力载荷的同时，使管子内壁冷却。加热时用高频感应线圈在管子纵向移动。在管子内壁插入一圆柱形填充物(5)，填充物在放密封圈(6)末端之间外径较小。用这方法形成的环状空间(7)充满水，且使其冷却和1或用压力液体加载荷。
文档编号B23P9/00GK85101782SQ85101782
公开日1987年1月10日 申请日期1985年4月1日
发明者克里斯托夫·拉伯夫斯基 申请人:沃斯特-阿尔派因股份公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan