一种管材下料的表面环形槽根部的液体内高压起裂方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属管材下料技术领域，具体涉及一种管材下料的表面环形槽根部的液体内高压起裂方法。
【背景技术】
[0002]金属管材的下料广泛存在于枪管、滚动轴承内(外)圈、滑动轴承轴瓦、传送链滚筒套筒等备料工序中，其下料质量的高低直接影响着零件的制造精度、生产效率和经济成本。传统管材下料工艺主要包括三类:一类是切削加工，多采用车切、锯切、砂轮切等形式，生产效率低，加工质量难以保证；一类是冲压加工，主要通过机械压力机上配以专用模具进行切断，但因管材属于空心部件，冲压加工过程中易产生管壁塌陷、管材变形等问题；再一类是热切割，如氧炔焰切割、电火花线切割和激光切割等，但是这些方法都存在能耗大、成本高、效率低、断面质量差等问题。对于大尺寸零件的管材备料，采用传统下料工艺时对设备尺寸、成本和性能要求更高，能耗大、效率低、断面质量差、材料浪费严重等问题更加突出。
[0003]断裂力学理论及试验表明，材料的缺陷、切口或台阶等几何不连续处具有应力集中效应，在较小载荷作用下即可产生大应力及萌生裂纹，并随外载荷的持续而扩展，其中，裂纹萌生寿命Ni可占到裂纹完整扩展寿命N的80 %。近年来，利用预制缺口应力集中效应和及动态裂纹扩展方法发展起来的低应力管料精密下料技术使得金属管材下料工艺有了新的突破，国内专利专利201320338632.X和201210132333.0等提出的周向低应力弯曲疲劳断裂精密下料机均实现了无肩化节材生产，但因动态裂纹扩展寿命较长，下料效率仍然不能满足大批量生产。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种管材下料的表面环形槽根部的液体内高压起裂方法，缩短下料时裂纹扩展时间，提高下料效率。
[0005]为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0006]一种管材下料的表面环形槽根部的液体内高压起裂方法，包括以下步骤:
[0007]步骤一，起裂前，按照需要的下料长度，利用开槽机在金属管材I外表面开制环形槽2 ;
[0008]步骤二，装配时，将金属管材I 一端装配法兰连接头7、第一卡箍法兰13、平焊法兰4及充液管16，另一端装配密封头9和第二卡箍法兰11，两端分别通过第一 C型密封圈15、第一阶梯密封套14及第二 C型密封圈10、第二阶梯密封套12进行密封，并通过第一螺栓8对金属管材I两端的法兰连接头7和密封头9轴向拉紧，最后锁紧第一卡箍法兰13、第二卡箍法兰11，在金属管材I外壁和第一阶梯密封套14、第二阶梯密封套12的结合面处形成连续、不间断的环状压力接触区；
[0009]步骤三，起裂时，通过充液管16先向金属管材I内快速填充乳化液或液压油，排出气体，使金属管材I内壁承受初始内压力，进而充入高压低速流体，采用准静态加载或循环加载方式对金属管材I内壁持续施加50-200M内高压，使金属管材I的环形槽2的根部金属晶体在应力集中效应下发生滑移、形成驻留滑移带并最终形成微裂纹群；
[0010]步骤四，起裂结束后卸压，将流出的液体回收并过滤，将金属管材I送入下料机中进行分段下料，在可变周向载荷持续作用下，微裂纹向金属管材I内壁快速扩展，直至金属管材I断裂，完成下料。
[0011]所述方法采用的起裂装置，包括法兰连接头7和密封头9，第一卡箍法兰13、第一阶梯密封套14、第一 C型密封圈15、法兰连接头7依序套装在金属管材I 一端，第二卡箍法兰11、第二阶梯密封套12、第二 C型密封圈10、密封头9依次套装在金属管材I另一端，法兰连接头7芯部设有连通于金属管材I内腔的轴向流道6，法兰连接头7大端具有台阶型开口的空腔，装配有第一 C型密封圈15及第一阶梯密封套14，对插入法兰连接头7空腔内的金属管材I端部进行初始密封，法兰连接头7的小端法兰盘与平焊法兰4之间装夹有密封垫圈5，并通过第二螺栓3及螺母进行紧固，密封头9内侧设有台阶型开口，装配有第二 C型密封圈10和第二阶梯密封套12，对插入密封头9内侧的金属管材I的端部进行初始密封；法兰连接头7、第一卡箍法兰13、第二卡箍法兰11及密封头9均开有轴向螺栓孔，通过第一螺栓8及螺母进行轴向拉紧；第一卡箍法兰13、第二卡箍法兰11设有上卡箍19和下卡箍18，上、下卡箍之间通过第三螺栓20及螺母进行径向锁紧，充液管16上设有压力表17。
[0012]本发明的优点为，利用了应力集中效应，使加载内压在明显低于管材屈服极限的某内压值时，环形槽2底部即产生较大应力集中，金属管材晶体(多为多晶体)发生滑移并最终形成微裂纹群，有效缩短了下料时裂纹扩展时间，提高下料效率。
【附图说明】
[0013]图1为本发明预制环形槽2的金属管材I的示意图。
[0014]图2为本发明起裂装置示意图。
[0015]图3为图2的A-A示意图。
[0016]图4为ANSYS软件仿真的管材内高压加载下应力分布图。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图对本发明作详细说明。
[0018]一种管材下料的表面环形槽根部的液体内高压起裂方法，包括以下步骤:
[0019]步骤一，起裂前，按照需要的下料长度，利用开槽机在金属管材I外表面开制环形槽2 ;
[0020]步骤二，装配时，将金属管材I 一端装配法兰连接头7、第一卡箍法兰13、平焊法兰4及充液管16，另一端装配密封头9和第二卡箍法兰11，两端分别通过第一 C型密封圈15、第一阶梯密封套14及第二 C型密封圈10、第二阶梯密封套12进行密封，并通过第一螺栓8对金属管材I两端的法兰连接头7和密封头9轴向拉紧，最后锁紧第一卡箍法兰13、第二卡箍法兰11，在金属管材I外壁和第一阶梯密封套14、第二阶梯密封套12的结合面处形成连续、不间断的环状压力接触区；
[0021]步骤三，起裂时，通过充液管16先向金属管材I内快速填充乳化液或液压油，排出气体，使金属管材I内壁承受初始内压力，进而充入高压低速流体，采用准静态加载或循环加载方式对金属管材I内壁持续施加50-200M内高压，使金属管材I的环形槽2的根部金属晶体在应力集中效应下发生