专利名称：一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法
技术领域：
本发明涉及一种非对称空心管件的液压成形方法，具体涉及一种高膨胀量非对称 空心管件的液压成形方法，属于液压成形技术领域。
背景技术：
目前在工业上对于承受以扭转载荷为主的轴类零件，采用空心结构最明显的特点 就是减轻质量，不仅可以保证动力传输能力，而且很大程度上减轻了整体的质量，这对于汽 车、航空、航天工业来说非常重要，例如对于卫星和火箭，减轻质量的直接效果就是可以增 加有效载荷。减轻质量的另一个效益就是节约能源，对于轿车，每减轻重量10%，油耗可降低 8% _10%。另外采用空心结构，使转动惯量降低，输出功率增大，使得发动机的整体性能提 高，带来低油耗高性能的双重效应。对于对称空心管件来说(例如图1所示的空心阶梯轴4，就是对称结构)，为了减 小加工余量，一般多采用锻件作毛坯。通过多道次粗车加钻孔的方法完成粗加工，但这种方 法有着许多弊端，如切削加工量大，材料利用率低，金属流线被切割导致内应力过大，生产 效率低；另外劳动强度大，对操作经验要求高。从锻件到粗加工结束，对设备的要求很高，需 要压力机、仿形车、深孔钻、专用热处理设备等多种大型设备，这无形当中增加了制造成本， 而且仿形车的调刀和深孔钻都占用大量工时。利用液压成形工艺进行对称空心管件的加工可解决以上问题。采用管坯为原料成 形对称空心零件，通过管材内部施加液体压力和轴向加力补料把管坯压入到模具型腔使其 成形为所需工件，适用于制造沿构件轴线有变化的圆形、矩形截面或异型截面空心构件，可 以一次整体成形沿构件轴线截面有变化的复杂结构件，大大提高了材料利用率，减重效益 显著，加工过程不存在锻造缺陷和机加过程中产生的热应力，不破坏金属的流线，因此粗加 工过程不需要热处理。加工过程一次完成，很大程度上降低了成本，提高了生产效率。非对称空心管件是相对于对称空心管件来定义的，图2所示的空心双拐曲轴5，就 是非对称空心零件，由于非对称结构且单侧有较大的膨胀量，其液压成形过程为非对称膨 胀，变形不均勻，管坯在从圆截面变为非对称截面时容易在一侧聚料起皱，另一侧由于充不 满而减薄严重发生破裂。如何在较大的膨胀量下保证非对称结构件壁厚的相对均勻是其成 形的难点，常规的液压成形方法很难成形出此类构件，尤其是凸起部较高时，通常会在膨胀 端顶部由于壁厚减薄严重而开裂。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的液压成形方法中由于非对称空心管件膨胀端顶 部壁厚减薄严重易开裂而难于成形非对称空心管件问题，进而提供一种高膨胀量非对称空 心管件的液压成形方法。本发明的技术方案是一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法的步骤为
步骤一、成形中间毛坯首先将初始管坯放入到成形零件的模具中，在模具内非对称结构的凸起部位放 置垫块，垫块的高度等于成形零件凸起与形成中间毛坯凸起的高度差，中间毛坯凸起的高 度为成形零件凸起的高度的85% -95%，然后闭合模具，初始管坯两端的冲头同时相对 进给，对初始管坯的两端进行密封；然后向初始管坯内部施加液体压力进行胀形，压力为 50-80MPa，胀形完成后，提高压力至100_120MPa，保压3_7分钟；然后移出初始管坯两端的 冲头，进行卸压，当压力降低到IOMPa以下时，开起模具，取出成形后的试件，该试件为中间 毛坯；步骤二、改变中间毛坯的截面形状在中间毛坯最大变形截面的两侧放置两块推板，利用油压机对左推板和右推板施 加外力使其相对运动，使中间毛坯变形截面的顶端与模具相接触，即变形后截面的垂直长 度等于成形零件的凸起高度，得到改变截面形状的毛坯；步骤三、成形最终零件将改变截面形状的毛坯，再放入到模具中，然后闭合模具，改变截面形状的毛坯两 端的冲头同时相对进给，对改变截面形状的毛坯的两端进行密封；然后在改变截面形状的 毛坯的内部施加液体压力进行高压胀形，当压力达到150-200MI^时，移出改变截面形状的 毛坯两端的冲头，进行卸压，当压力降低到IOMPa以下时，开起模具，取出成形最终零件。本发明与现有技术相比具有以下效果本发明通过降低局部膨胀量成形出中间毛 坯，再利用截面形状的变化调整贴模顺序，将严重的不均勻变形转化为均勻变形，最后进行 终成形，有效地控制了壁厚的减薄率，实现了局部具有70%以上膨胀量的非对称空心零件 的成形。本发明尤其适用于壁厚为I-Smm的非对称空心管件成形。
图1是对称空心零件中的空心阶梯轴的结构示意图，图2是非对称空心零件中空 心双拐曲轴的结构示意图，图3是改变中间毛坯截面形状的成形工艺图(图中1为左推板、 2为中间毛坯变形截面、3为右推板)，图4改变截面后的中间毛坯变形截面2的变化示意 图，图5是初始管坯与成形零件在Al截面上的对比图，图6是初始管坯与成形零件在A2截 面上的对比图，图7是初始管坯与成形零件在A3截面上的对比图，图8是Al截面上初始管 坯与中间毛坯的对比图(图中Hl为Al截面上中间毛坯的高度，Kl为Al截面上中间毛坯 的宽度)，图9是A2截面上初始管坯与中间毛坯的对比图(图中H2为A2截面上中间毛坯 的高度)，图10是A3截面上初始管坯与中间毛坯的对比图(图中H3为A3截面上中间毛坯 的高度)。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式的一种高膨胀量非 对称空心管件的液压成形方法的步骤为步骤一、成形中间毛坯首先将初始管坯放入到成形零件的模具中，在模具内非对称结构的凸起部位放 置垫块，垫块的高度等于成形零件凸起与形成中间毛坯凸起的高度差，中间毛坯凸起的高度为成形零件凸起的高度的85% -95%，然后闭合模具，初始管坯两端的冲头同时相对 进给，对初始管坯的两端进行密封；然后向初始管坯内部施加液体压力进行胀形，压力为 50-80MPa，胀形完成后，提高压力至100_120MPa，保压3_7分钟；然后移出初始管坯两端的 冲头，进行卸压，当压力降低到IOMPa以下时，开起模具，取出成形后的试件，该试件为中间 毛坯；步骤二、改变中间毛坯的截面形状在中间毛坯最大变形截面的两侧放置两块推板，利用油压机对左推板1和右推板 3施加外力使其相对运动，使中间毛坯变形截面2的顶端与模具相接触，即变形后截面的垂 直长度等于成形零件的凸起高度，得到改变截面形状的毛坯；步骤三、成形最终零件将改变截面形状的毛坯，再放入到模具中，然后闭合模具，改变截面形状的毛坯两 端的冲头同时相对进给，对改变截面形状的毛坯的两端进行密封；然后在改变截面形状的 毛坯的内部施加液体压力进行高压胀形，当压力达到150-200MPa时，移出改变截面形状的 毛坯两端的冲头，进行卸压，当压力降低到IOMPa以下时，开起模具，取出成形最终零件。本实施方式的步骤一中的中间毛坯凸起的高度为成形零件凸起的高度的 85% _95%，使得中间毛坯与成形零件相比，局部膨胀量和平均膨胀量都有所降低，变形的 不均勻性得到了缓解，降低了成形的难度；步骤二中的改变中间毛坯的横截面形状，改变了 贴模的顺序，消除不均勻变形，使减薄严重的区域首先贴模，避免了成形过程中局部开裂; 步骤三中将改变截面形状的毛坯的两侧胀起贴模。
具体实施方式
二 本实施方式的步骤一中，中间毛坯凸起的高度为成形零件凸起 的高度的85%-90%。变形的不均勻性得到有效缓解，大大降低了成形的难度。其它步骤 与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式的步骤一中，中间毛坯凸起的高度为成形零件凸起 的高度的90% -95%。变形的不均勻性得到有效缓解，降低了成形的难度，同时利于后续工 序的完成。其它步骤与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式的步骤一中，向初始管坯内部施加液体压力为 50-60MPa。减小变形速率，成形效果好。其它步骤与具体实施方式
一、二或三相同。
具体实施方式
五本实施方式的步骤一中，向初始管坯内部施加液体压力为 60-70MPa。变形速率适中，成形效果好。其它步骤与具体实施方式
一、二或三相同。
具体实施方式
六本实施方式的步骤一中，向初始管坯内部施加液体压力为 70-80MPa。变形速率快，缩短了成形时间。其它步骤与具体实施方式
一、二或三相同。
具体实施方式
七本实施方式的步骤一中，胀形完成后，提高压力至lOO-llOMPa， 保压5-7分钟。保形能力强。其它步骤与具体实施方式
一、二、三、四、五或六相同。
具体实施方式
八本实施方式的步骤一中，胀形完成后，提高压力至110_120MPa， 保压3-5分钟。保形能力强。其它步骤与具体实施方式
一、二、三、四、五或六相同。
具体实施方式
九本实施方式的步骤三中，当压力达到150_170MPa时，移出改变 截面形状的毛坯两端的冲头。保形能力强。其它步骤与具体实施方式
一、二、三、四、五、六、 七或八相同。
具体实施方式
十本实施方式的步骤三中，当压力达到170_200MPa时，移出改变截面形状的毛坯两端的冲头。保形能力强。其它步骤与具体实施方式
一、二、三、四、五、六、 七或八相同。实施例(结合图2-图10说明本实施例)初始管坯的内径Φ5为63mm，空心双拐 曲轴零件的两个曲拐的形状和大小一致，与垂直方向成旋转180度镜像。在此零件上选取 了三个截面-Al截面、A2截面和A3截面，每个截面相隔距离相等，Al截面内径Φ工为86mm、 A2截面内径Φ2*71πιπι和A3截面的内径Φ3*67πιπι，Al截面、Α2截面和A3截面的平均 膨胀量分别是37%，13%和6. 5%, Al截面位于曲拐中间，是变形量最大的截面，Α2截面位 于曲拐与中间过渡段之间的位置，A3截面位于两个曲拐中间的位置。将Al截面、Α2截面和 A3截面按水平方向分为上下半周，成形零件上下半周变形膨胀量的计算结果如表1 :表 权利要求
1.一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，其特征在于液压成形方法的步骤为步骤一、成形中间毛坯首先将初始管坯放入到成形零件的模具中，在模具内非对称结构的凸起部位放置垫 块，垫块的高度等于成形零件凸起与形成中间毛坯凸起的高度差，中间毛坯凸起的高度 为成形零件凸起的高度的85% -95%，然后闭合模具，初始管坯两端的冲头同时相对进 给，对初始管坯的两端进行密封；然后向初始管坯内部施加液体压力进行胀形，压力为 50-80MPa，胀形完成后，提高压力至100_120MPa，保压3_7分钟；然后移出初始管坯两端的 冲头，进行卸压，当压力降低到IOMPa以下时，开起模具，取出成形后的试件，该试件为中间 毛坯；步骤二、改变中间毛坯的截面形状在中间毛坯最大变形截面的两侧放置两块推板，利用油压机对左推板和右推板施加外 力使其相对运动，使中间毛坯变形截面的顶端与模具相接触，即变形后截面的垂直长度等 于成形零件的凸起高度，得到改变截面形状的毛坯；步骤三、成形最终零件将改变截面形状的毛坯，再放入到模具中，然后闭合模具，改变截面形状的毛坯两端的 冲头同时相对进给，对改变截面形状的毛坯的两端进行密封；然后在改变截面形状的毛坯 的内部施加液体压力进行高压胀形，当压力达到150-200MPa时，移出改变截面形状的毛坯 两端的冲头，进行卸压，当压力降低到IOMPa以下时，开起模具，取出成形最终零件。
2.根据权利要求1所述的一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，其特征在 于步骤一中，中间毛坯凸起的高度为成形零件凸起的高度的85% -90%。
3.根据权利要求1所述的一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，其特征在 于步骤一中，中间毛坯凸起的高度为成形零件凸起的高度的90% -95%。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，其特 征在于步骤一中，向初始管坯内部施加液体压力为50-60MPa。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，其特 征在于步骤一中，向初始管坯内部施加液体压力为60-70MPa。
6.根据权利要求1、2或3所述的一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，其特 征在于步骤一中，向初始管坯内部施加液体压力为70-80MPa。
7.根据权利要求4所述的一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，其特征在 于步骤一中，胀形完成后，提高压力至100-1 lOMPa，保压5_7分钟。
8.根据权利要求5所述的一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，其特征在 于步骤一中，胀形完成后，提高压力至110-120MPa，保压3_5分钟。
9.根据权利要求1、2、3、7或8所述的一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法， 其特征在于步骤三中，当压力达到150-170MPa时，移出改变截面形状的毛坯两端的冲头。
10.根据权利要求1、2、3、7或8所述的一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法， 其特征在于步骤三中，当压力达到170-200MPa时，移出改变截面形状的毛坯两端的冲头。
全文摘要
一种高膨胀量非对称空心管件的液压成形方法，它涉及一种非对称空心管件的液压成形方法。本发明解决了液压成形方法中由于非对称空心管件膨胀端顶部壁厚减薄严重易开裂而难于成形非对称空心管件问题。本发明步骤在模具内非对称结构的凸起部位放置垫块，中间毛坯凸起的高度为成形零件凸起的高度的85％-95％，对初始管坯的两端进行密封，向其内部施加液体压力进行胀形，胀形后，提高压力，保压，卸压，取出中间毛坯；对推板施加外力使中间毛坯最大变形截面的顶端与模具相接触，得到改变截面形状的毛坯；将改变截面形状的毛坯放入模具中，在其内部施加液体压力进行高压胀形，卸压，取出成形最终零件。本发明适用于非对称空心管件的液压成形。
文档编号B21D26/041GK102049443SQ201010541780
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者刘钢, 李峰, 林俊峰, 苑世剑 申请人:哈尔滨工业大学