一种小相对弯曲半径大径厚比薄壁弯曲管件的整体成形方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属空心构件先进制造技术领域，特别涉及一种相对弯曲半径较小及径厚比较大的管材内高压成形方法。
【背景技术】
[0002]目前，在飞机、航天器和汽车领域，减轻重量是现代制造技术发展的重要趋势，内高压成形工艺是制造空心结构件的重要方法之一，既可以减轻重量又可以充分利用材料的强度，节约了材料、降低了成本。
[0003]目前用于大直径薄壁管的弯曲工艺有压弯、滚弯、数控绕弯或冲压拼焊结构。但以上传统成形技术在实际生产成形中均有以下问题:
[0004](I)压弯是将管材放置于上下模具中，利用上模闭合，将管件压入模具型腔实现成形的弯曲过程，根据是否采用内压支撑，压弯又可以分为无内压支撑和内压支撑下的两种压弯类型，其适用于相对弯曲半径较大的小角度的弯曲，无法满足复杂弯曲轴线零件的需求；
[0005](2)数控绕弯可以实现三维复杂轴线管弯曲，能连续进行不同角度的弯曲，但其对相对弯曲半径R/D和相对厚度D/t都有一定的局限性，数控绕弯的最小相对半径1.25D，当R/D过小时，弯曲的外侧管壁会产生过渡变薄，导致破裂，内侧管壁将增厚，失稳起皱;CNC弯曲的相对厚度D/t < 30，当随着管材直径的增加，或者壁厚的减小时，当D/t > 100时，弯曲的外侧管壁会产生过渡变薄，导致破裂，内侧管壁将增厚，失稳起皱。(R为管材中性层曲率半径、d为管材直径、t管材壁厚)。
[0006](3)目前对于小相对弯曲半径及大径厚比薄壁管的成形，由于传统弯曲工艺的限制，只能通过先冲压成形两个或者两个以上半片再焊接成整体，为了减少焊接变形，一般采用点焊，因此得到的不是封闭的截面。由于焊点的存在，零件结构的疲劳性能低，材料利用率低，综合生广成本尚等缺点。
[0007]所以对于小相对弯曲半径及大径厚比薄壁弯曲管件的成形，由于传统技术的局限性，特别对于薄壁大径厚比的管子，因壁厚薄，管径大，相对弯曲半径小，弯管时会产生皱纹等缺陷，形成死皱，往往无法成形或内高压成形时形成无法展平的死皱等缺陷，小相对弯曲半径及大径厚比薄壁管的成形一直是困扰管材成形的一个难题。
【发明内容】
[0008]现有的大直径薄壁管成形技术，无法满足复杂的小相对弯曲半径及大径厚比薄壁管的整体成形的需要。本发明针对现有技术的弊端，提出了新的综合制造方法。针对飞机、航天器和汽车领域所需的具有小相对弯曲半径及大径厚比薄壁管的零件，采用新的综合制造方法能够制造高质量的零件，有效地解决了实际应用中的大直径薄壁管成形困难、成形质量不高的问题。
[0009]本发明的技术方案如下:
[0010]首先选用比最终零件直径偏小而壁厚比要求壁厚大的管坯(以不锈钢SS304材料为例，保证膨胀率30%以内)，即降低了径厚比使径厚比D/t<100，以避免弯管时管坯外侧开裂或内侧起皱的现象发生。同时可对弯曲轴线进行优化，增大两侧相邻两个弯之间的直线段长度以达到数控绕弯所需的夹持工艺段长度，避免了原轴线所需的多层弯管模具。同时将原轴线的相对弯曲半径由R < ID增大至R > 1.25D，以满足数控绕弯所能达到的最小相对弯曲半径能力。这样降低了数控绕弯的装备的能力要求及模具的复杂化，使弯管难度大大降低，弯管缺陷完全消除。最后将满足要求的弯曲管坯放入内高压成形模具中，经内高压成形模具合模将弯曲管坯压人内高压成形模具中，进行内高压成形过程。最终得到空间形状复杂、性能良好的空心件。
[0011]具体方法如下:
[0012]—种小相对弯曲半径、大径厚比薄壁弯曲管件的整体成形方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0013]第一步，将不锈钢钢管进行数控绕弯，绕弯成所需轴线形状，具体做法是:选用比最终零件径厚比低的管坯，管坯的径厚比D/t<100;对管坯数控绕弯的弯曲轴线进行优化:增大两侧相邻两个弯之间的直线段长度以达到数控绕弯所需的夹持工艺段长度，管坯轴线的相对弯曲半径R/D 2 1.25;
[0014]第二步，用内高压成形上模具将管材压入成形模具中，将管材内快速填充乳化液，由增压冲头和进给冲头冲头对管材的左右两端进行密封；
[0015]第三步，增压器开始增压，在轴向冲头补料和管材内腔增压的共同作用下，使管坯贴合在模具型腔表面实现内高压成形；
[0016]第四步，卸压、将增压冲头和进给冲头后退至预设位置后开启模具，取出成形的零件，其相对弯曲半径R/D < I，径厚比D/t >100。
[0017]有益效果:
[0018]1、本发明为小相对弯曲半径及大径厚比薄壁管弯曲成形提供了一种新的成形方法;
[0019]2、本发明有效地解决了小相对弯曲半径及大径厚比薄壁弯曲管件的整体成形的困难;同时为其它具有空心结构的零件整体成形提供了一种新方法，对提高零件成形性能、成形质量等具有重要指导意义；
[0020]3、本发明方法简单可行，生产效率高，在航空、航天、汽车制造等工程领域具有重要的工程应用价值和明显的经济效益。
【附图说明】
[0021]图1为本发明工艺流程图；
[0022]图2为本发明典型大直径薄壁管弯曲原理示意图；
[0023]图3为本发明典型大直径薄壁管内高压成形模具原理示意图。
[0024]I压力机滑块，2上模架，3上模具，4绕弯管坯(直径D = 10mm，壁厚t = 1.5mm,相对弯曲半径R = 200mm)，5密封冲头，6快速填充管路，7下模具，8压力机台面，9下模架，10增压冲头，11大直径薄壁管件(直径D = 127mm，壁厚t = Imm，相对弯曲半径R = 109mm)；
【具体实施方式】
[0025]下面通过具体的实施例子，详细说明S形轴线大薄壁管、U形轴线大薄壁管、Ω形轴线大薄壁管整构件综合制造工艺。
[0026]实施例1
[0027]第一步，将长900mm、直径89mm、壁厚1.2mm的SS304不锈钢钢管进行数控绕弯，绕弯的相对弯曲半径为180mm，绕弯成S形；
[0028]第二步，将弯曲后的S形坯料放入内高压成形模具中，成形模具上模进行合模，通过快速填充装置将管坯填充满乳化液后，填充乳化液达到一定时间或一定压力后增压冲头和进给冲头对管材的左右两端进行密封处理；
[0029]第三步，此时增压器开始增压，在轴向冲头补料和管材内腔增压的共同作用下，使管坯贴合在模具型腔表面实现内高压成形；
[0030]第四步，卸压、将增压冲头和进给冲头后退至预设位置后开启模具，取出成形的零件，得到管材直径100mm、平均壁厚Imm左右、相对弯曲半径95mm的最终大直径薄壁管件；
[0031]实施例2
[0032]第一步，将长1000mm、直径100mm、壁厚1.2mm的SS304不锈钢钢管进行数控绕弯，绕弯的相对弯曲半径为200mm，绕弯成U形；
[0033]第二步，将弯曲后的U形坯料放入内高压成形模具中，成形模具上模进行合模，通过快速填充装置将管坯填充满乳化液后，填充乳化液达到一定时间或一定压力后增压冲头和进给冲头对管材的左右两端进行密封处理；
[0034]第三步，此时增压器开始增压，在轴向冲头补料和管材内腔增压的共同作用下，使管坯贴合在模具型腔表面实现内高压成形；
[0035]第四步，卸压、将增压冲头和进给冲头后退至预设位置后开启模具，取出成形的零件，得到管材直径114mm，平均壁厚Imm左右、相对弯曲半径105mm的最终大直径薄壁管件；
[0036]实施例3
[0037]第一步，将长1200mm、直径100mm、壁厚1.5mm的SS304不锈钢钢管进行数控绕弯，绕弯的相对弯曲半径为200mm，绕弯成V形绕弯管坯4;
[0038]第二步，将弯曲后的V形绕弯管坯4放入内高压成形模具中，成形模具上模进行合模将V形绕弯管坯4完全压入Ω形模具中，通过快速填充装置将管坯填充满乳化液后，填充乳化液达到一定时间或一定压力后增压冲头和进给冲头对管材的左右两端进行密封；
[0039]第三步，此时增压器开始增压，在轴向冲头补料和管材内腔增压的共同作用下，使管坯贴合在模具型腔表面实现内高压成形；
[0040]第四步，卸压、增压冲头和进给冲头后退至预设位置后开启模具，取出成形的零件，得到管材直径127mm，平均壁厚0.9mm左右、相对弯曲半径109_的最终Ω形大直径薄壁管件11。
[0041]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种小相对弯曲半径大径厚比薄壁弯曲管件的整体成形方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步，将不锈钢钢管进行数控绕弯，绕弯成所需轴线形状，具体做法是:选用比最终零件径厚比低的管坯，管坯的径厚比D/t<100;对管坯数控绕弯的弯曲轴线进行优化:增大两侧相邻两个弯之间的直线段长度以达到数控绕弯所需的夹持工艺段长度，管坯轴线的相对弯曲半径R/D 2 1.25; 第二步，用内高压成形上模具将管材压入成形模具中，将管材内快速填充乳化液，由增压冲头和进给冲头冲头对管材的左右两端进行密封； 第三步，增压器开始增压，在轴向冲头补料和管材内腔增压的共同作用下，使管坯贴合在模具型腔表面实现内高压成形； 第四步，卸压、将增压冲头和进给冲头后退至预设位置后开启模具，取出成形的零件，其相对弯曲半径R/DS 1，径厚比D/t>100。2.根据权利要求1所述的一种小相对弯曲半径及大径厚比薄壁管的成形方法，其特征在于:最终成形件成形后为整体整形，构件表面质量高及尺寸精度高，满足构件的减薄率要求。
【专利摘要】本发明公开了一种小相对弯曲半径大径厚比薄壁弯曲管件的整体成形方法：首先选用比最终零件直径偏小而壁厚比要求壁厚大的管坯，即降低了径厚比使径厚比D/t＜100，以避免弯管时管坯外侧开裂或内侧起皱的现象发生。增大两侧相邻两个弯之间的直线段长度以达到数控绕弯所需的夹持工艺段长度，同时将原轴线的相对弯曲半径由R≤1D增大至R≥1.25D，这样降低了CNC弯机的装备的能力要求及模具的复杂化，使弯管难度大大降低，弯管缺陷完全消除。最后将满足要求的弯曲管坯放入内高压成形模具中，经内高压成形模具合模将弯曲管坯压人内高压成形模具中，进行内高压成形过程。最终得到空间形状复杂、性能良好的空心件。
【IPC分类】B21D26/033, B21D7/12, B21D35/00
【公开号】CN105598265
【申请号】CN201510968919
【发明人】任建军, 冯志力, 葛鑫, 吴常斌
【申请人】哈尔滨奔马科技有限公司
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年12月21日