一种复杂截面管件成形方法与流程

1.本发明工业制造中零部件成形技术领域，具体涉及一种复杂截面管件成形方法。


背景技术：

2.目前对于截面复杂的管件多采用内高压成形技术。内高压成形以管材作坯料，通过管材内部施加超高压液体和轴向进给补料把管坯压入到模具型腔使其成形为所需工件的一种工艺。内高压成形的构件质量轻，产品质量好，并且产品设计灵活，工艺过程简捷，同时又具有近净成形与绿色制造等特点，因此在汽车轻量化领域获得了广泛的应用。
3.但是内高压成形需要用到高压发生器，设备体积大，投入成本高，并且需要超高压长时间作用。为了降低对高压的依赖，业内提出了多种成形方法。
4.例如申请号为201510999744.3的专利公开了一种复杂截面中空构件低压镦胀成形方法，该方法向管坯内部补偿压力，通过压力与模具施加压力共同作用实现零件的成形。但是该方法并不适用于截面相差较大的管件成形，并且调压点难以把握，导致压力调节的时机不够精准，影响成形效果。并且由于高压液体对管坯内壁的直接作用，往往导致零部件内部介质难以清理。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种既能降低成形压力又适用于截面相差较大零部件的成形方法。
6.本发明提供的这种复杂截面管件成形方法，包括如下步骤：
7.s.1、分析零件成形后的各处周长，找到最小周长和最大周长，选取管坯，管坯的周长不小于成形件的最小周长、不大于成形件的最大周长；
8.s.2、将管坯分段，一段包括最大周长截面，另一段包括最小周长截面；
9.s.3、设计高压弹性软管，高压弹性软管一端开口、一端封闭，其长度不小于管坯的分段长度，其初始外径小于管坯的内径；
10.s.4、设计贴模环，贴模环的延伸率介于管坯周长与最小周长之差的75％—85％；
11.s.5、设计相应的上模、下模、密封冲头，将高压弹性软管的开口端与密封冲头密封连接，向两段高压弹性软管内注压；
12.s.6、将贴模环与高压弹性软管套接，贴模环位于成形件最小周长处；
13.s.7、将管坯放入下模内，两端密封冲头分别密封管坯两端，高压弹性软管进入管坯内，调整高压弹性软管内部的压力；
14.s.8、上模相对下模下行，在上模下压力与高压弹性软管内部压力的协同作用下管坯的截面变形；
15.s.9、当贴模环损坏时，管坯贴模度达到75％—85％，再调整高压弹性软管内压力，此时高压弹性软管内压力高于变形所需的抑皱压力而低于整形压力；
16.s.10、上模继续下行，直至整个管坯完成变形；
17.s.11、泄压后解除密封冲头，带出高压弹性软管；
18.s.12、拆模并取出成形件。
19.具体实施时，在所述s.1中确定管坯周长时：如果零件成形后包括一段平直段，则以该平直段的周长作为管坯的周长；如果零件成形后不包括一段平直段，则以最小周长与最大周长之和的一半作为管坯的周长。
20.进一步的，在所述s.2中将管坯分段时，若零件成形后包括平直段，则将管坯分成包括零变形段的若干段，零变形段与平直段相符；若成形件不包括平直段，则将管坯分成两段。
21.进一步的，所述高压弹性软管膨胀变形后的直径不小于管坯的内径。
22.所述贴模环的外径与所述管坯的内径相匹配。
23.作为优选，所述贴模环的延伸率为管坯周长与最小周长之差的80％。
24.具体实施时，在所述s.6中先在高压弹性软管上标记最小周长位置，并在另一高压弹性软管上标记最大周长位置，再将所述贴模环推送至标记位置。
25.在一个具体实施方式中，所述密封冲头包括外管和内管，内管与外管能够沿轴向相对运动；所述高压弹性软管以其开口端连接于内管外。
26.相配套的，所述高压弹性软管的外壁为光滑曲面，高压弹性软管包括圆锥段和圆柱段，其圆锥段的小径端为开口。
27.相应的，在所述s.7中密封冲头密封管坯时：内管先沿轴向运动，带动高压弹性软管进入指定位置；外管后运动，外管朝向高压弹性软管运动，运动过程中挤压圆锥段的管壁，并给管壁持续提供与管坯锁紧的压力，实现密封。
28.本发明通过将管坯分段，并根据分段结果设计制作相应的高压弹性软管，同时设计贴模环。通过分段和高压弹性软管的设置能够根据不同的周长改变量设置相应的压力，适用于截面相差较大的情况，并能进一步降低对于高压的依赖，并能够避免不需要高压部件持续受高压作用。另一方面，在投入使用后，将高压弹性软管伸至管坯内作为直接承受压力的载体，通过加压使高压弹性软管与管坯贴合，加压过程中管坯与模具贴合变形，变形过程中管坯周长改变，贴模环随之延伸，当改变量大于贴模环的延伸率时，贴模环损毁，以此作为调压的节点，能够精准的把握调压节点，保证零件成形效果。
附图说明
29.图1为本发明优选实施例一的流程图。
30.图2为优选实施例一中零部件成形后c3＝c1的截面示意图。
31.图3为优选实施例一中零部件成形后c3＝c2的截面示意图。
32.图4为优选实施例一中高压弹性软管的主视示意图。
33.图5为优选实施例一中高压弹性软管、密封冲头和贴模环的装配示意图。
34.图6为本发明优选实施例二中零部件成形后的截面示意图。
35.图7为本发明优选实施例三中贴模环ⅱ的主视示意图。
36.图8为本发明优选实施例四中密封冲头ⅱ的主视示意图。
37.图示序号
38.1—高压弹性软管，11—圆锥段，12—圆柱段；
39.2—贴模环；
40.3—密封冲头，31—外管，32—内管；
41.02—贴模环ⅱ，021—开口环，022—弹性绳；
42.03—密封冲头ⅱ，031—外管ⅱ，032—内管ⅱ，033—密封套。
具体实施方式
43.优选实施例一
44.本实施例提供的这种复杂截面管件成形方法，适用于零部件成形后内腔包括一段连续稳定的平直段。如图1所示，具体步骤如下：
45.第一步、分析成形后零部件各截面的周长，找到最小周长c1所在截面a和最大周长c2所在截面b，选取管坯，可为高强钢、铝合金、钛合金等金属材质。确定管坯的周长c3，管坯的周长c3为平直段d的周长。通过管坯周长的选取保证管坯尽可能小的发生变形即可得到成形后的零部件。
46.第二步、将管坯分段。
47.如图2所示，如果c3＝c1。则将管坯分成零变形段l1和变形段l2，变形段包含最大周长所在截面；
48.如图3所示，如果c3＝c2。将管坯分成零变形段l1和变形段l2，变形段包含最小周长所在截面；
49.如果c1<c3<c2，则将管坯分成三段，分别为零变形段l1，最大周长段l2和最小周长段l3。
50.这样分段能够降低整个管坯的变形程度，降低变形所需时间，提高作业效率。
51.第三步、根据管坯的分段设计对应数量的高压弹性软管。如果c3＝c1或c3＝c2，则设计一根高压弹性软管即可。如果c1<c3<c2则需设计两根高压弹性软管，一根与最大周长段相匹配，另一根与最小周长段相匹配。
52.如图4所示，高压弹性软管1选用薄壁管，且其受压变形所需的压力远小于管坯变形压力，因此高压弹性软管对管坯的变形并无额外的影响。高压弹性软管的外壁为光滑曲面，高压弹性软管包括圆锥段11和圆柱段12，其圆锥段的小径端为开口。圆柱段12的长度与管坯的分段长度相匹配，初始外径小于管坯的内径。
53.第四步、设计贴模环2。
54.贴模环的外径与管坯的内径相匹配。并且选材时保证贴模环的延伸率在管坯周长与最小周长之差的80％左右。
55.第五步、设计相应的上模、下模、密封冲头3。
56.上模、下模的结构与零部件成形后结构相匹配，设计方法为业内通用技术。密封冲头3包括外管31和内管31，内管与外管能够沿轴向相对运动。
57.如图5所示，制作完成后将高压弹性软管以其开口端连接于内管外，连接时保证高压弹性软管与内管外壁之间密封，并向高压弹性软管内注入液体或气体，高压弹性软管初胀。
58.第六步、在高压弹性软管上标记零部件最小周长所在的对应位置，并将贴模环与高压弹性软管套接，推送贴模环至标记位置。
59.第七步、将管坯放入下模内，两端密封冲头分别密封管坯两端，密封冲头密封管坯时，内管先沿轴向运动，带动高压弹性软管进入指定位置；外管后运动，外管朝向高压弹性软管运动，运动过程中挤压圆锥段的管壁，并给管壁持续提供与管坯锁紧的压力，高压弹性软管进入管坯内的同时实现密封，并调整高压弹性软管内部的压力至p1。
60.第八步、上模相对下模下行，在模具压力与高压弹性软管内部压力p1的协同作用下管坯的截面变形，此时管坯逐渐与下模贴合，管坯变形的同时贴模环与高压弹性软管均发生变形。
61.第九步、上模持续下行，管坯持续变形，直至贴模环损毁，由于贴模环的延伸率在管坯周长与最小周长之差的80％左右，当贴模环损毁时可以判断贴模度达到80％左右，以此为节点调整高压弹性软管内的压力至p2，p2高于变形所需的抑皱压力而低于整形压力。抑皱压力和整形压力的计算均为业内通用技术。
62.第十步、上模继续下行，在模具压力与p2的作用下，管坯对应贴模环处的侧壁发生压缩变形，其他截面在模具和内部压力的共同作用下发生弯曲变形直至贴模度达到80％后，各截面的侧壁也随着上模的下行发生压缩变形。从而完整整个零部件的成形。
63.第十一步、泄去高压弹性管内压力，解除密封冲头，取出高压弹性软管。
64.第十二步、拆模，取出成形件后的零部件即可。由于高压弹性软管的隔离，使得压力介质不与管坯的内壁直接解除，因此也无需额外的清洗工序。
65.本实施例通过将管坯分段，并根据分段结果设计制作相应的高压弹性软管，同时设计贴模环。通过分段和高压弹性软管的设置能够根据不同的周长改变量设置相应的压力，适用于截面相差较大的情况，并能进一步降低对于高压的依赖，并能够避免不需要高压部件持续受高压作用。另一方面，在投入使用后，将高压弹性软管伸至管坯内作为直接承受压力的载体，通过加压使高压弹性软管与管坯贴合，加压过程中管坯与模具贴合变形，变形过程中管坯周长改变，当周长的改变量大于贴模环的延伸率时，贴模环损毁，作为调压的节点，能够精准的把握调压节点，保证零件成形效果。
66.优选实施例二
67.如图6所示，本实施例提供的这种复杂截面管件成形方法，适用于零部件成形后内腔没有平直段的工况。
68.本实施例与优选实施例一的区别在于：
69.管坯周长选取时：分析成形后零部件各截面的周长，找到最小周长c1和最大周长c2，选取管坯，可为高强钢、铝合金、钛合金等金属材质。确定管坯的周长c3，c3＝(c1 c2)/2。
70.管坯分段时，将管坯分成两段，一段包含最小周长截面，另一段包含最大周长截面。
71.优选实施例三
72.本实施例与优选实施例一的区别在于：
73.如图7所示，将贴模环ⅱ02设计为由开口环021和弹性绳022，弹性绳选材时满足其拉长长度在管坯周长与最小周长之差的80％左右时断裂。通过弹性绳的断裂作为调压的节点。
74.优选实施例四
75.本实施例与优选实施例一的区别在于：
76.如图8所示，将密封冲头ⅱ03设计为由外管ⅱ031、内管ⅱ032和密封套033构成的装配件；密封套为橡胶制锥形套，其小径端直径小于外管的内径，其大径端直径大于外管的外径，密封套同轴连接于内管外；内管与外管能够沿轴向相对运动；高压弹性软管以其开口端连接于内管内。密封时，外管相对内管朝向高压弹性软管运动，与密封套的外壁压紧实现密封。