一种防止超薄壁金属弯管塑性失稳的推弯成形方法
【专利摘要】本发明提供了一种防止超薄壁金属弯管塑性失稳的推弯成形方法，通过在金属薄壁管内、外表面同时施加支撑，在对外表面进行润滑处理后，对三层整体推弯成形，最后去除内、外层的支撑材料，最后获得金属薄壁弯管。通过此方法，消除超薄壁管在弯曲成形时容易出现的屈曲及起皱现象，另外还可以改善弯管的壁厚均匀性，在成形薄壁或超薄壁弯管时，同时提供内、外双重支撑，降低了制造成本，不需要新的成形设备，整体成形后内、外支撑容易去除，具有重要的工程应用价值。
【专利说明】一种防止超薄壁金属弯管塑性失稳的推弯成形方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属塑性成形【技术领域】，特别涉及超薄壁金属管推弯成形的方法。
【背景技术】
[0002]薄壁金属管一般指径厚比大于50的金属管。目前由于航空、航天以及汽车工业高度关注减重，所以对薄壁管或管件具有非常迫切的需求。但由于薄壁管的壁厚相对较薄，在弯曲成形时，极易产生塑性失稳。塑性失稳的主要形式一般包括:轴向受压屈曲、起皱以及开裂。
[0003]尽管对现有的弯曲工艺如绕弯、压弯、推弯、辊弯等进行改善，如通过调整局部变形量、减小摩擦系数、施加反向推力等，可以在一定程度上缓解管材弯曲成形缺陷。上述工艺的改进对厚壁管的弯曲成形效果较为明显，但对薄壁管或者超薄壁管则显得无能为力。
[0004]薄壁管或超薄壁管在实际成形时的缺陷，以压缩失稳起皱和截面畸变为主。为减少起皱及截面畸变的缺陷，实际多采用内压以提供管材内支撑，实际成形时的确起到了一定的作用。就实际成形效果而言，内压的作用效果在减小截面畸变上体现地更为明显。
[0005]但单纯采用内高压弯曲成形存在诸多弊端:内高压在减小弯管内侧压应力的同时，由于增大了管材外壁与模具型腔之间的摩擦，导致又实际又增加了内侧压应力，部分甚至全部抵消了其积极的一面，故实际改善起皱效果并不明显；采用内高压作为支撑，将加大成形工艺的复杂性。尽管内高压升压或增压介质具有固态类型，但最终还是要解决其密封问题。
[0006]到目前为止，现有的研究依然局限在单纯采用内支撑以提高薄壁管成形极限依然为目前的主要研究思路但，实际成形效果则并不明显。现有诸多研究采用了很多种填充介质如液压、橡胶、低熔点合金、刚性小球等。对管件弯曲成形同时采用内、外支撑的相关研究未见任何报道。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷提出一种防止超薄壁金属弯管塑性失稳的推弯成形方法，实现在金属薄壁弯管成形过程中较少或完全消除轴向压缩屈曲失稳、起皱、开裂的现象，同时采用内、外支撑技术进一步改善壁厚的均匀性。
[0008]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种防止超薄壁金属弯管塑性失稳的推弯成形方法，包含以下步骤:
步骤1.对薄壁管同时施加内、外支撑层，改善管坯的应力、应变状态，通过内层与外层共同的支撑与夹持作用，防止金属薄壁管在推弯成形时出现屈曲、起皱以及拉裂等塑形失稳形式。
[0009]步骤2.推弯成形过程中，内、外支撑层与管坯同步进行塑性变形。
[0010]步骤3.推弯成形过程结束，将内、外支撑层去除，获得中间的薄壁弯管
作为本发明一种防止超薄壁金属弯管塑性失稳的推弯成形方法的进一步优化方案，所述外支撑层，其厚度为薄壁管厚度的2-5倍，且材质为塑性优于中间层薄壁管的金属材料。
[0011]作为本发明一种防止超薄壁金属弯管塑性失稳的推弯成形方法的进一步优化方案，所述内支撑物，可以为低熔点合金、橡胶、液压、流动性较好的固态小颗粒。
[0012]作为本发明一种防止超薄壁金属弯管塑性失稳的推弯成形方法的进一步优化方案，所述所述薄壁管施加外支撑金属管时，成形后要易于从弯管上脱出。
[0013]作为本发明一种防止超薄壁金属弯管塑性失稳的推弯成形方法的进一步优化方案，所述所述的外支撑层，需要对其进行润滑处理，将降低成形时与模具型腔之间的摩擦力。
[0014]本发明采用以上技术方案，与现有技术相比具有以下技术效果:
1、本发明可以在成形薄壁或超薄壁弯管时，同时提供内、外双重支撑，从而为超薄壁弯管的整体成形提供了一种新方法。
[0015]2、本发明可以消除超薄壁管在弯曲成形时容易出现的屈曲及起皱现象，另外还可以改善弯管的壁厚均匀性。
[0016]3、本发明制造成本低，不需要新的成形设备，整体成形后内、外支撑容易去除，具有重要的工程应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是金属薄壁管坯。
[0018]图2是外支撑的结构形式。
[0019]图3是内、外支撑与薄壁管的装配示意图。
[0020]图4是成形后的内、外支撑与薄壁管的结构图。
[0021]图5是去除内、外支撑后的薄壁弯管。
[0022]图中标号:1-薄壁管，2-外支撑层，3-内支撑物，4-焊点。
【具体实施方式】
[0023]下面通过具体的实施例子，详细说明超薄6061铝合金弯管、超薄不锈钢管、超薄钛合金管整体推弯成形工艺。
[0024]实施例1
第一步，采用I mm厚的6061招合金板材卷焊为直径为202 mm的管还,还料的轴向长度约为260 mm ；
第二步，将内径为202mm，壁厚为3 mm厚的碳钢管沿着轴向对剖，切割为对称的两个半
片;
第三步，将碳钢两个半片完全包覆住铝合金管后，在碳钢端部实施点焊，将两个半片局部连接；
第四步，在铝合金无缝管内部浇注低熔点合金，待合金完全冷却；
第五步，在碳钢表面涂敷MoS2润滑剂；
第六步，将具有内、外支撑的管坯整体置入相对旋转半径为0.8的推弯模具内实施推弯成形；
第七步，弯曲成形后的弯管尾部及头部工艺段切割，带有焊点的外支撑金属层将容易分离为两个半片，并可快速从铝合金弯管上脱出；
第八步，将内部带有低熔点合金的弯管整体置入开水内，低熔点合金将完全流出，最终获得铝合金超薄壁弯管。
[0025]实施例2
第一步，将直径为48.5 mm、壁厚为I mm厚的纯钛TAl无缝管下料,还料的轴向长度约为 115 mm ；
第二步，将直径为52.5 mm，壁厚为2 mm厚的碳钢管沿着轴向对剖，切割为对称的两个半片;
第三步，将碳钢两个半片完全包覆住钛合金无缝管后，在碳钢端部实施点焊，将两个半片局部连接；
第四步，在纯钛TAl无缝管内部置入圆柱状聚氨酯橡胶；
第五步，在碳钢表面涂敷润滑剂；
第六步，将具有内、外支撑的管坯整体置入相对旋转半径为1.5的推弯模具内实施推弯成形；
第七步，弯曲成形后的弯管尾部及头部工艺段切割，带有焊点的外支撑金属层将容易分离为两个半片，并可快速从钛合金弯管上脱出；
第八步，将内部聚氨酯橡胶脱出，最终获得纯钛超薄壁弯管。
[0026]实施例3
第一步，将壁厚为I mm厚的不锈钢实施卷焊，获得直径为100 mm的焊管，坯料的轴向长度约为314 mm ；
第二步，经不锈钢管坯的尾部封底；
第三步，将内径为100 mm，壁厚为2 mm后的碳钢管沿着轴向对剖，切割为对称的两个半片，并实施磷化及皂化处理；
第四步，将碳钢两个半片完全包覆住不锈钢薄壁管后，在碳钢端部实施点焊，将两个半片局部连接；
第五步，将碳钢管尾部焊接封底；
第六步，将具有内、外支撑的管坯整体置入相对旋转半径为2的推弯模具内，冲头与管坯的头部接触后，向内注入液压后，实施推弯成形；
第七步，将弯曲成形后的弯管尾部及头部工艺段切割，带有焊点的外支撑金属层将容易分离为两个半片，并可快速从不锈钢弯管上脱出，最终获得不锈钢弯薄壁弯管。
【权利要求】
1.一种防止超薄壁金属弯管塑性失稳的推弯成形方法，包含以下步骤: 步骤(I)对薄壁管同时施加内、外支撑层，改善管坯的应力、应变状态，通过内层与外层共同的支撑与夹持作用，防止金属薄壁管在推弯成形时出现屈曲、起皱以及拉裂等塑形失稳形式； 步骤(2)推弯成形过程中，内、外支撑层与管坯同步进行塑性变形； 步骤(3)推弯成形过程结束，将内、外支撑层去除，获得中间的薄壁弯管。
2.根据权利要求1所述的一种防止超薄壁金属弯管塑性失稳的推弯成形方法，其特征在于，所述外支撑层，其厚度为薄壁管厚度的2-5倍，且材质为塑性优于中间层薄壁管的金属材料。
3.根据权利要求1所述的一种防止超薄壁金属弯管塑性失稳的推弯成形方法，其特征在于:所述内支撑物，可以为低熔点合金、橡胶、液压、流动性较好的固态小颗粒。
4.根据权利要求1所述的一种防止超薄壁金属弯管塑性失稳的推弯成形方法，其特征在于:所述薄壁管施加外支撑金属管时，成形后要易于从弯管上脱出。
5.根据权利要求2所述的一种防止超薄壁金属弯管塑性失稳的推弯成形方法，其特征在于:所述的外支撑层，需要对其进行润滑处理，将降低成形时与模具型腔之间的摩擦力。
【文档编号】B21D9/01GK103722059SQ201310559020
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】张翔, 郭训忠, 周曙君, 陶杰, 李华冠, 金先玉 申请人:周曙君