多凸模一次挤压成型空间弯曲管材的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明公开一种多凸模一次挤压成型空间弯曲管材的方法，涉及中、薄壁管材弯 曲件及其制备工艺，特别是空间弯曲管件及其模具挤压成型方法。
【背景技术】
[0002] 随着成型装备及制造技术的发展，复杂形状的管材弯曲件在工业领域特别是科技 含量高的工业领域出现的越来越频繁，如飞机、船舶、汽车的输油，气体管道，化工等，还有 部分支架。因为使用弯曲管件代替原来的线材或者塑料管材，可以降低重量，提高耐用性 能。随着管材弯曲件的普遍应用，人们对管材的弯曲质量和成形工艺的要求也越来越高，传 统工艺方法如推弯，滚弯等生产的弯曲管件大多存在一些缺陷，如外侧壁的减薄与破裂，内 侧壁的增厚，起皱以及横截面畸变等缺陷，并且管件的弯曲角度及方向有限，不能够一次制 备复杂的空间弯曲管件。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是针对传统工艺存在问题，提供一种多凸模一次挤压成型空间弯曲 管材的方法。该方法解决了上述现有技术中的缺陷，在三维空间内能够向不同方向弯曲，弯 曲角度范围为0°?360°，且弯曲角度可以通过改变多凸模的速度加载模式进行控制。
[0004] 本发明的技术方案：
[0005] -种多凸模一次挤压成型空间弯曲管材的方法，包括由四个凸模、凹模和芯棒构 成的模具，通过多凸模差速挤压将金属坯料挤压成型，其特征在于：将坯料放置于凹模内， 然后将四个凸模同轴放入凹模中，芯棒上端通过横梁固定在凹模上，芯棒中部与各个凸模 和坯料按照零间隙配合相接触，芯棒下部位于凹模的出口端；通过四组液压缸将压力作用 在四个凸模上，使凸模获得各自不同的设定速度，对应凸模速度快的一端坯料从凹模出料 端流出的材料体积大于慢的一端，在凹模出口处使管件向速度最慢的凸模方向弯曲。
[0006] 所述弯曲管件各方向弯曲角度为0° <a< 360°
[0007] 所述挤压坯料为圆筒形纯铝或变形铝合金，内径为20mm，外径为50mm，初始高度 为 80_160mm。
[0008] 所述挤压工艺中挤压坯料的预热温度小于400°C。
[0009] 所述多凸模差速挤压速度包括恒值差速或变值差速，凸模间速度差值< 10mm/s。 [0010]所述凸模的中心线与芯棒中心线、凹模中心线重合，为1/4圆环状，高度为20mm， 它们连接处为零间隙配合；所述凹模上部为圆筒型柱体，其中心设有通孔，凹模通孔的内径 与凸模的外径滑动配合，凹模下部出料端的锥度为45°?60°，高度为15mm?30mm;芯棒 为上端带有横梁的圆柱体，芯棒和凹模的轴向中心线为同一直线，各凸模均套装于芯棒，与 芯棒滑动配合，芯棒通过上端的横梁与凹模固定。
[0011] 所述的坯料为同心管坯。
[0012] 本发明通过四组液压缸将压力作用在四个凸模上，使凸模获得各自的设定速度， 由于各个凸模之间存在一定的速度差值，坯料各端的材料流动度也不同，对应凸模速度快 的一端坯料从凹模出料端流出的材料体积要大于慢的一端，在凹模出口处管件向速度最慢 的凸模方向弯曲，根据所需要的弯曲方向，确定凸模的速度变化。
[0013]本发明的优点是：
[0014] (1)本实施例制备的管材可以在三维空间内产生弯曲，弯曲角度为 0° 彡a彡 360。。
[0015] (2)本实施例制备的弯曲管件的曲率自始至终，过渡非常平缓，弯曲件壁厚均匀， 没有出现弯曲内层折皱，外层破裂等缺陷，并且空间弯曲管件的表面质量良好。
[0016] (3)本实施例制备的弯曲管件，由于坯料与模具之间的摩擦力以及凸模间的速度 差值使引发坯料强烈的剪切塑性变形，金属管件内部内应力很小，成形后的弯曲管件基本 不变形，质量良好。
【附图说明】
[0017] 图1为多凸模一次挤压成型空间弯曲管材的装置结构示意图；
[0018] 图中标号：卜芯棒；2_凸模；3_还料；4_凹模。
[0019] 图2为多凸模一次挤压成型空间弯曲管材的装置A-A剖面示意图；
[0020] 图中标号：1_芯棒；5-凸模；6-凸模；7-凸模；8-凸模。
[0021] 图3为凸模示意图；
[0022] 图4为芯棒不意图；
[0023] 图5为三维空间复杂弯曲管件示意图；
[0024] 其中图5-a为恒值差速单一弯曲方向的管件示意图；图5-b为变值差速三维空间 复杂弯曲管件示意图。
[0025] 图6为空间弯曲模具示意图；
[0026] 图中标号：3_还料；5-凸模；6-凸模；7-凸模；8-凸模。
【具体实施方式】
[0027] 本发明的工作原理是，凸模在各自液压缸作用下直线运动获得不同的线速度，各 凸模沿凹模轴向方向运动，挤压坯料。因为各凸模的运动速度不同，因此坯料各相应部分的 材料流动速度也不同，凸模接触的坯料间出现材料流动速度差值。在一定壁厚条件下，材料 流出时横截面上各质点的速度差值导致了管坯在流出时的弯曲，四凸模之中速度最小的凸 模为管材的弯曲方向，当凸模的最小速度在凸模之间发生转移，管件的弯曲方向随即改变， 弯曲的曲率半径与凸模间的速度差值、壁厚、管材直径、预热温度、持续时间相关。通过控制 各凸模之间的速度差、坯料预热温度、持续时间，可一次成型所要求壁厚、直径下的三维空 间复杂弯曲管材。
[0028] 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0029] 实施例1:
[0030] 参见附图1-附图6,⑴本实施例中，坯料3为同心铝合金1100管还，坯料中间有 中心孔，便于芯棒穿过。凹模出料端的锥度为59°，高度为20mm，挤压坯料温度为300°C。 弯管的内径是20mm，壁厚是3mm，弯曲方向为单向。
[0031] (2)本实施例的工作程序为：将坯料3放置于凹模4内，然后分别将四个凸模5、凸 模6、凸模7、凸模8放入凹模4中，芯棒1上端通过横梁固定在凹模4上，芯棒1中部与各 个凸模和坯料3按照零间隙配合相