专利名称：超长支管三通管件的热压成形模具及热压成形方法
技术领域：
本发明涉及管件加工设备领域，尤其是热压成形三通管件的模具与成形方法。
背景技术：
管道中广泛应用三通管件进行管道连接。生产中常用热压成形方法制造大直径与
厚管壁的无缝三通管件，热压成形方法是指把管坯加热后在模具中进行成形，由于采用加
热后的管坯进行压制，材料成形所需要的设备吨位要求可以降低。如图l所示，中国国家标
准中无缝三通支管1的长度M等于主管2的长度C，对于这种国标的无缝三通的热压成形，
具体工艺如图2、图3所示先将大于三通直径的管坯4，压扁约至三通直径的尺寸，在拉伸
支管的部位开一个孔6 ;将管坯4加热，放入热压成形模的上模3与下模7之间，并在管坯4
的孔6内装入拉伸支管的拉杆5 ;如图3所示压力机驱动上模3下行进行合模，管坯4在压
力的作用下被径向压縮，在径向压縮的过程中根据体积不变原理，管坯金属向支管方向流
动，同时在拉杆5的拉伸下形成支管1。支管的成形过程是通过管坯径向压縮和支管部位的
拉伸而成形，支管是由管坯材料的径向运动进行补偿，所以也称为径向补偿工艺。 随着管道技术的发展，需要一种支管长度M大于主管长度C 50%以上的无缝三
通，以下称为超长支管三通。对于这种超长支管三通如果按照上述的一次成形工艺来生产，
因支管一次拉伸变形量过长，材料变形已超越拉伸率极限，导致成形质量不合格，无法直接成形。
发明内容
本申请人针对上述现有生产工艺与模具不能制造超长支管三通管件的缺点，提供 一种超长支管三通管件的热压成形模具及热压成形方法，从而在现有设备上可以制造超长 支管三通管件。 本发明所采用的技术方案如下 —种超长支管三通管件的热压成形模具，包括上模、下模与拉杆，具体包括第一上 模、第二上模、第一下模、第二下模、第三下模、第四下模、拉杆；初次成形模具由第一上模与 第一下模组成第一上模的直管段模腔直径为Dl ;第一下模的直管段模腔直径为Dl，支管 段模腔直径为Dl，直管与支管过渡处圆角半径为Rl ;二次成形模具由第一上模与第二下模 组成第二下模的直管段模腔直径为D1，支管段模腔直径为D1，直管与支管过渡处圆角半 径为R2 ;三次成形模具由第一上模与第三下模组成第三下模的直管段模腔直径为Dl，支
管段模腔直径为D2，直管与支管过渡处圆角半径为R2;最终成形模具由第二上模、第四下
模与拉杆组成第二上模的直管段模腔直径为D3 ;第四下模的直管段模腔直径为D3，支管
段模腔直径为D3，直管与支管过渡处圆角半径为R3。各尺寸关系为R3 = R， R2 = R3/a ， Rl = R2/P ;D3 = SXD， D2 = D3+(5 10)mm， Dl = D2/y ;其中D为三通直径，R为三通 直管与支管过渡处圆角半径，S为公知的材料热压成形收縮率，a取值为65% 75%，优选 为70% ;P取值为65% 75%，优选为70% ;y取值为81 % 91 %，优选为86% 。
采用上述的热压成形模具的超长支管三通管件的热压成形方法，包括以下步骤
第一步，制坯根据产品规格进行直管管坯下料，直管管坯直径DO要大于三通直 径D的50% 60%。 第二步，第一次压扁把管坯直径用油压机压扁至第一下模的模腔直径尺寸Dl， 可小于Dl 3 5mm，成形出第一中间管坯。 第三步，第一次加热利用中频感应加热，控制只对要成形支管的一侧管坯进行局 部加热，使支管侧材料易于往模具支管处流动而形成支管。 第四步，第一次热压成形第一中间管坯放入由第一上模与第一下模组成的初次 成形模具之间进行压制，压制一段距离H1，成形出第二中间管坯。 第五步，第二次加热利用中频感应加热，控制只对要成形支管的一侧管坯进行局 部加热。 第六步，第二次热压成形第二中间管坯放入由第一上模与第二下模组成的二次 成形模具之间进行压制，压制一段距离H2，成形出第三中间管坯。 第七步，第三次加热；利用中频感应加热，控制只对要成形支管的一侧管坯进行局 部加热。 第八步，第三次热压成形第三中间管坯放入由第一上模与第三下模组成的三次 成形模具之间进行压制，压制一段距离H3，成形出第四中间管坯。
第九步，压扁把第三次热压成形后的第四中间管坯用油压机压扁至第四下模的 模腔直径D3尺寸，可小于D3 3 5mm，成形出第五中间管坯。
第十步，第四次加热在电炉中整体加热。 第十一步，第四次热压成形将第五中间管坯放入由第二上模、第四下模组成的最
终成形模具之间，第二上模下压压制一段距离H4，成形出第六中间管坯。 第十二步，在第六中间管坯管端部切割开孔用切割切割去支管帽形头部。
第十三步，最终支管拉伸用中频感应加热对六中间管坯支管一侧局部加热后，管
坯放入第四下模中，再把下模拉杆装入管坯的开孔，将第二上模合模，通过下模拉杆对支管
部位的拉伸，成形出三通产品。 本发明采用两个上模与四个下模，逐步拉伸挤压出了超长支管；在每次热压成形 中，通过控制支管根部R和支管外径D的大小依次递减，保证材料拉伸变形在拉伸率极限之 内，解决了M〉 1.5C的超长支管三通的成形问题。
图1为无缝三通管件的产品截面图； 图2为现有的无缝三通的热压成形示意图，此为成形前状态； 图3为现有的无缝三通的热压成形示意图，此为成形后状态；； 图4为本发明的初次成形模具的主视图，工作前状态； 图5同图4，为工作后状态； 图6为图5的左视图； 图7为本发明的二次成形模具的主视图，工作前状态； 图8同图7，为工作后状态；
图9为图8的左视图； 图10为本发明的三次成形模具的主视图，工作前状态；
图11同图IO，为工作后状态；
图12为图11的左视图； 图13为本发明的最终成形模具的主视图，工作前状态；
图14同图13，为工作后状态；
图15为图14的左视图； 图16为本发明的最终成形模具的主视图，工作后状态。
具体实施例方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式
。 如图4至图16所示，本发明所述的超长支管三通管件的热压成形模具包括第一上模11、第二上模19、第一下模13、第二下模15、第三下模17、第四下模20、拉杆22。如图4、图5、图6所示，初次成形模具由第一上模11与第一下模13组成第一上模11的直管段模腔直径为Dl ;第一下模13的直管段模腔直径为Dl，支管段模腔直径为Dl，直管与支管过渡处圆角半径为Rl。如图7、图8、图9所示，二次成形模具由第一上模11与第二下模15组成第二下模15的直管段模腔直径为Dl，支管段模腔直径为Dl，直管与支管过渡处圆角半径为R2。如图10、图11、图12所示，三次成形模具由第一上模11与第三下模17组成第三下模17的直管段模腔直径为Dl，支管段模腔直径为D2，直管与支管过渡处圆角半径为R2。如图13、图14、图15、图16所示，最终成形模具由第二上模19、第四下模20与拉杆22组成第二上模19的直管段模腔直径为D3 ;第四下模20的直管段模腔直径为D3，支管段模腔直径为D3，直管与支管过渡处圆角半径为R3 ;拉杆22头部直径与支管内径相同，拉杆22的结构与装配方法与现有技术的拉杆相同。对于生产如图1所示M > 1. 5C的超长支管的三通，产品直径为D，直管与支管过渡圆角为R，则各尺寸的关系如下R3 = R， R2 = R3/a ， Rl =R2/P ;D3 = SXD，D2 = D3+(5 10)mm，Dl = D2/y ;其中a取值为65% 75%，优选为70% ;P取值为65% 75%，优选为70% ;y取值为81 % 91 %，优选为86% ;S为公知的材料热压成形收縮率。 采用本发明的热压成形模具成形超长支管三通管件，需采用以下工艺步骤
第一步，制坯根据产品规格进行直管管坯下料，直管管坯直径DO要大于三通直径D的50% 60%。 第二步，第一次压扁把管坯直径用油压机压扁至第一下模13的模腔直径尺寸D1，可小于D1 3 5mm，成形出第一中间管坯12。 第三步，第一次加热利用中频感应加热，控制只对要成形支管的一侧管坯进行局部加热，使支管侧材料易于往模具支管处流动而形成支管。 第四步，第一次热压成形如图4、图5、图6所示，第一中间管坯12放入由第一上模11与第一下模13组成的初次成形模具之间进行压制，压制一段距离H1，成形出第二中间管坯14。此时①管坯上模侧的料变形后与上模完全贴合，②管坯支管根部成形出Rl的部分，③支管直径成形出Dl的尺寸。
第五步，第二次加热利用中频感应加热，控制只对要成形支管的一侧管坯进行局部加热。 第六步，第二次热压成形如图7、图8、图9所示，第二中间管坯14放入由第一上 模11与第二下模15组成的二次成形模具之间进行压制，压制一段距离H2，成形出第三中 间管坯16。此时①管坯上模侧的料变形后与上模完全贴合，②管坯支管根部成形出R2部 分。 第七步，第三次加热；利用中频感应加热，控制只对要成形支管的一侧管坯进行局 部加热。
第八步，第三次热压成形如图10、图11、图12所示，第三中间管坯16放入由第一
上模11与第三下模17组成的三次成形模具之间进行压制，压制一段距离H3，成形出第四中
间管坯18。此时①管坯支管根部成形出R2部分，②支管直径成形出D2尺寸。 第九步，压扁把第三次热压成形后的第四中间管坯18用油压机压扁至第四下模
20的模腔直径D3尺寸，可小于D3 3 5mm，成形出第五中间管坯18'。 第十步，第四次加热在电炉中整体加热。 第i^一步，第四次热压成形如图13、图14、图15所示，第五中间管坯18'放入由 第二上模19、第四下模20组成的最终成形模具之间，第二上模19下压压制一段距离H4，成 形出第六中间管坯21。此时①管坯上模侧的材料变形后与上模完全贴合，②管坯支管根 部成形出R3部分，③支管直径成形出D3尺寸。 第十二步，在第六中间管坯21管端部切割开孔用切割切割去支管帽形头部。
第十三步，最终支管拉伸如图16所示，用中频感应加热对第六中间管坯21支管 一侧局部加热后，管坯放入第四下模20中，再把下模拉杆22装入管坯21的开孔，将第二上 模19合模，通过下模拉杆22对支管部位的拉伸，使支管长度满足要求，成形出三通产品23 ; 在本步加工过程中上模不进行压制，仅有拉杆22的拉伸运动。 产品出模后，还有因应力释放及热涨热縮导致的尺寸收縮过程。收縮率已设计在 最终模具的尺寸中。当材料收縮稳定后，三通直管段与支管段的直径为D，也就是图纸所要 求的尺寸。 以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利 要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改，例如根据具体材料 调节成形次数与模具尺寸。
权利要求
一种超长支管三通管件的热压成形模具，包括上模、下模与拉杆，其特征在于具体包括第一上模、第二上模、第一下模、第二下模、第三下模、第四下模、拉杆；初次成形模具由第一上模与第一下模组成第一上模的直管段模腔直径为D1；第一下模的直管段模腔直径为D1，支管段模腔直径为D1，直管与支管过渡处圆角半径为R1；二次成形模具由第一上模与第二下模组成第二下模的直管段模腔直径为D1，支管段模腔直径为D1，直管与支管过渡处圆角半径为R2；三次成形模具由第一上模与第三下模组成第三下模的直管段模腔直径为D1，支管段模腔直径为D2，直管与支管过渡处圆角半径为R2；最终成形模具由第二上模、第四下模与拉杆组成第二上模的直管段模腔直径为D3；第四下模的直管段模腔直径为D3，支管段模腔直径为D3，直管与支管过渡处圆角半径为R3。各尺寸关系为R3＝R，R2＝R3/α，R1＝R2/β；D3＝S×D，D2＝D3+(5～10)mm，D1＝D2/γ；其中D为三通直径，R为三通直管与支管过渡处圆角半径，S为公知的材料热压成形收缩率；α取值为65％～75％，优选为70％；β取值为65％～75％，优选为70％；γ取值为81％～91％，优选为86％。
2. 采用权利要求1所述的热压成形模具的超长支管三通管件的热压成形方法，其特征 在于，包括以下步骤第一步，制坯根据产品规格进行直管管坯下料，直管管坯直径D0要大于三通直径D的 50% 60%。第二步，第一次压扁把管坯直径用油压机压扁至第一下模的模腔直径尺寸D1，可小 于D1 3 5mm，成形出第一中间管坯。第三步，第一次加热利用中频感应加热，控制只对要成形支管的一侧管坯进行局部加 热，使支管侧材料易于往模具支管处流动而形成支管。第四步，第一次热压成形第一中间管坯放入由第一上模与第一下模组成的初次成形模具之间进行压制，压制一段距离H1，成形出第二中间管坯。第五步，第二次加热利用中频感应加热，控制只对要成形支管的一侧管坯进行局部加热。第六步，第二次热压成形第二中间管坯放入由第一上模与第二下模组成的二次成形 模具之间进行压制，压制一段距离H2，成形出第三中间管坯。第七步，第三次加热；利用中频感应加热，控制只对要成形支管的一侧管坯进行局部加热。第八步，第三次热压成形第三中间管坯放入由第一上模与第三下模组成的三次成形 模具之间进行压制，压制一段距离H3，成形出第四中间管坯。第九步，压扁把第三次热压成形后的第四中间管坯用油压机压扁至第四下模的模腔直径D3尺寸，可小于D3 3 5mm，成形出第五中间管坯。 第十步，第四次加热在电炉中整体加热。第十一步，第四次热压成形将第五中间管坯放入由第二上模、第四下模组成的最终成形模具之间，第二上模下压压制一段距离H4，成形出第六中间管坯。第十二步，在第六中间管坯管端部切割开孔用切割切割去支管帽形头部。 第十三步，最终支管拉伸用中频感应加热对六中间管坯支管一侧局部加热后，管坯放 入第四下模中，再把下模拉杆装入管坯的开孔，将第二上模合模，通过下模拉杆对支管部位的拉伸，成形出三通产品。
全文摘要
本发明涉及一种超长支管三通管件的热压成形模具，包括第一上模、第二上模、第一下模、第二下模、第三下模、第四下模、拉杆；初次成形模具由第一上模与第一下模组成；二次成形模具由第一上模与第二下模组成；三次成形模具由第一上模与第三下模组成；最终成形模具由第二上模、第四下模与拉杆组成；以及采用上述模具制造超长支管三通管件的热压成形方法。本发明采用两个上模与四个下模，逐步拉伸挤压出了超长支管；在每次热压成形中，通过控制支管根部R和支管外径D的大小依次递减，保证材料拉伸变形在拉伸率极限之内，解决了M＞1.5C的超长支管三通的成形问题。
文档编号B21D37/10GK101704055SQ20091025392
公开日2010年5月12日 申请日期2009年12月1日 优先权日2009年12月1日
发明者刘建昌, 孙耘 申请人:无锡市新峰管业有限公司