CN111922173A - 多阶ω管波动内高压成形工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多阶Ω管波动内高压成形工艺，包括以下步骤：a.前期准备：将管件放入对应成形模具中，成形模具的两端设置堵头，堵头靠近管件两端进行密封；b.快速加压：通过堵头对管内壁加压，直至管件塑性变形界限；c.波动成形：加压成形阶段，继续对管件加压，使管件开始涨形；泄压补料阶段，在加压一定时间后，使得使管件内部压力降低至塑性变形界限以下；波动加载阶段，通过多次循环的“加压成形阶段‑泄压补料阶段”，d.高压整形：对管件快速加压，使管件发生微量变形贴靠成形模具。本发明的工艺通过波动加载路径，使未变形区及时向变形区补料，提高变形区的成形质量和成形能力。
Description
技术领域
本发明涉及内高压成形技术领域，特别涉及多阶Ω管波动内高压成形工艺。
背景技术
内高压成形技术是为了成形以轻量化和一体化为特征的空心变截面管状构件发展而来的先进塑性加工技术，是结构轻量化和柔性加工技术的完美结合。相比冲焊或插焊工艺，整体成形的管件具有成形精度高、装配误差小、改善管内运输介质的流动性等优点，在水暖工程、核电工程、矿粉输送、石油化工天然气等领域的管路系统中有着广泛的应用。
在成形介质方面，应用最为成熟的是流体介质（水、乳化液、液压油等），广泛用于变径管和弯曲轴线管的成形，可以配合弯管工艺并通过较高的内压获得空间轴线、截面形状复杂的大型管件。成形过程一般分为排气密封→补料成形→局部整形三个阶段。补料主要依靠推头轴向推动管件材料向内流动，此时管壁材料主要通过轴向压应力实现传力作用；同时，管壁材料在内部流体介质作用下，径向压应力较大，使管外壁与成形模具的摩擦增大，从而阻碍材料流动，故主变形区多因周边材料补料不及时而减薄严重甚至破裂失效；而且当一个管件上多个区段均需要成形多阶Ω管时，补料效果差变得尤为明显。
为此，针对现有多阶Ω管内高压成形工艺因补料效果差而造成的管件壁厚减薄严重、成形极限低等问题，亟需提出一种补料效果好、有效缓解管件壁厚减薄问题、有效提高管件成形极限的多阶Ω管波动内高压成形技术。
发明内容
针对现有技术的不足和缺陷，提供一种多阶Ω管波动内高压成形工艺，补料成形阶段，通过波动加载路径，使未变形区及时向变形区补料，提高变形区的成形质量和成形能力。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案。
多阶Ω管波动内高压成形工艺，包括以下步骤：
a.前期准备：将管件放入对应成形模具中，成形模具合模，其中，所述管件上沿轴向依次具有若干个待成形区段，成形模具的左右两端分别设置有堵头和驱动元件，驱动元件推动堵头轴向移入管件内，使得两个堵头位于一个待成形区段的两端，并将该待成形区段的两端进行密封；
b.快速加压：通过堵头对待成形区段的管件充液加压，直至达到管件塑性变形界限；其中对管件压力的加载路径为：
，其中，P为对管件的压力，
为常数，t为对管件加载时间；
c.波动成形：
加压成形阶段，当快速加压至管件塑性变形界限时，继续对管件加压，使管件开始涨形；泄压补料阶段，管件在被加压涨形后，对管件泄压使管件内部压力降低至塑性变形界限以下，使得管件能够进行补料；对管件压力的加载路径为：
，其中，P为对管件的压力，
为在快速加压时期达到的压力，t为对管件加载时间；
多次循环上述加压成形阶段及泄压补料阶段以实现波动加载；
d.高压整形：波动加载时期完成后，对管件快速加压，使管件发生微量变形贴靠成形模具，以使得该区段成形出多阶Ω管；对管件压力的加载路径为：
，其中，P为对管件的压力，
为常数，t为对管件加载时间；
e.重复成形：对待成形区段的管件进行泄压，两个驱动元件带动两个堵头在管件内同向移动，直至两个堵头移入下一待成形区段的两端，并将该待成形区段的两端进行密封，依次重复步骤b、步骤c、步骤d；以使得该区段成形出多阶Ω管；重复上述步骤，对所有待成形区域进行成形，直至成形出满足需求的终成形零件。
本发明的有益效果为：本发明的成形工艺，补料成形阶段，通过波动成形，使得在当快速加压至管件塑性变形界限时，继续对管件加压，使管件开始涨形，在加压一定时间后，使得使管件内部压力降低至塑性变形界限以下；多次循环上述加压成形阶段及泄压补料阶段以实现波动加载；使管件既能通过加压进行涨形，又能在低压时有效补料，波动加载阶段完成后，对管件快速加压，使管件发生微量变形贴靠成形模具，成形出满足需求的终成形零件，通过波动加载路径，使未变形区及时向变形区补料，提高变形区的成形质量和成形能力，而且通过设置堵头和驱动元件，使得当一个区段的多阶Ω管成形后，驱动元件带动堵头移动至下一待成形区段的两端成形多阶Ω管，相对于多个区段同时成形而言，本申请通过分段成形的方法，每次成形仅针对一个成形区段，使得补料效果好，控制更加方便，成形效果好。
作为本发明的一种改进，在泄压补料阶段，左右堵头从管件产生塑性变形开始，对管件两端施加轴向力以补充管件涨形所需要的坯料。
作为本发明的一种改进，所述堵头包括密封圈、膨胀圈、圆板、第一推杆、第二推杆，所述驱动元件包括第一液压缸、第二液压缸；
所述第二推杆一端与所述第二液压缸传动连接，所述第二推杆的另一端凸出形成有第二抵接部，所述第二推杆上还形成有容纳部，所述第一液压缸设置于所述容纳部内，所述第一推杆一端与所述第一液压缸传动连接，所述第一推杆另一端穿过所述第二抵接部并凸出形成有第一抵接部，所述第一抵接部与所述第二抵接部同轴设置，所述密封圈、膨胀圈、圆板依次套设于所述第一推杆上并位于第一抵接部与第二抵接部之间；
在步骤a时，两个所述第一液压缸分别推动第一推杆伸出，将密封圈、膨胀圈推入成形模具内的管件中，第二液压缸将推动第二推杆，推动圆板与密封圈相抵，第一液压缸带动第一推杆回缩，通过挡块与膨胀圈相抵，以使得所述膨胀圈涨开，使所述膨胀圈涨开时带动所述密封圈涨开，所述密封圈与管件内壁相贴合，从而将管件进行密封；
在步骤e中，成形模具两端的两个第一驱动元件分别带动所述第一推杆在管件内同向移动，两个第二驱动元件分别带动所述第二推杆在管件内同向移动，使得两个堵头移动至下一待成形区段的两端。
作为本发明的一种改进，所述密封圈外周设有若干凸环，若干所述凸环沿轴向间隔设置，相邻两凸环之间形成有环槽，当所述密封圈涨开后，所述凸环与管件内壁相抵并发生变形。
作为本发明的一种改进，所述凸环上具有上层腔体和下层腔体，相邻两所述凸环之间倾斜设置有连接边，相邻两所述凸环、连接边与所述密封圈之间配合形成有侧腔体，所述上层腔体、下层腔体和侧腔体呈蜂窝状分布。
作为本发明的一种改进，所述凸环朝第二抵接部方向呈倾斜设置。
作为本发明的一种改进，所述密封圈上设有开口朝向第一抵接部的锥形腔，所述锥形腔的横截面积朝第二抵接部方向逐渐减小，所述膨胀圈呈与锥形腔相适配的圆台状，所述膨胀圈设置于所述锥形腔内，所述第一抵接部与所述膨胀圈相抵时，带动所述膨胀圈涨开，所述膨胀圈涨开的过程中与锥形腔内壁相抵从而使得所述密封圈涨开。
作为本发明的一种改进，所述第一推杆上设有与管件内连通的连接通道，增压回路、泄压回路通过连接通道与成形模具内的管件连通。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的堵头与驱动元件结构示意图。
图3是本发明的图2的剖视图。
图4是本发明的图3的A处局部放大示意图。
图5是本发明的密封圈结构示意图。
图6是本发明的图5的B处局部放大示意图。
图7是本发明的快速加压、波动成形和高压整形阶段对管件压力加载路径图。
图8是本发明在泄压补料阶段驱动元件推动堵头移动的位移示意图。
图9是本发明的管件示意图。
图10是本发明的波动成形中期管件示意图。
图11是本发明的波动成形末期管件示意图。
图12是本发明的管件终成形时示意图。
图中，1、上模；2、下模；3、密封圈；3.1、锥形腔；3.2、凸环；3.3、环槽；3.4、连接边；3.5、上层腔体；3.6、下层腔体；3.7、侧腔体；4、膨胀圈；5、第一推杆；5.1、第一抵接部；6、第二推杆；6.1、第二抵接部；7、圆板；8、第一液压缸；9、第二液压缸。
具体实施方式
结合附图对本发明进一步阐释。
参见图1至图12所示的多阶Ω管波动内高压成形工艺，包括以下步骤：
a.前期准备：将成形模具的上模1和下模2各自固定好并打开，再将管件放入下模2的型腔内， 管件上具有若干个待成形区域，成形模具的两端设置堵头和驱动元件，驱动元件推动堵头轴向移入管件内，使得堵头位于一个待成形区域的两端，并将待成形区域的两端进行密封；
b.快速加压：通过堵头对管件充液加压，直至达到管件塑性变形界限；其中，参见图7所示，对管件压力的加载路径为：
，其中，P为对管件的压力，
为常数，t为对管件加载时间，
≤t≤
，压力的变化趋势为一次单调递增函数，随着加压时间的增长，压力从0单调递增到
，加压时间达到
时，管件达到塑性变形界限。
c.波动成形：加压成形阶段，当快速加压至管件塑性变形界限时，继续对管件加压，按照波动成形时期的升压段函数曲线，继续对管件加压，使管件开始涨形，泄压补料阶段，在加压一定时间后，使得使管件内部压力降低至塑性变形界限以下，以使得管件能够进行补料，同时参见图8所示，左右堵头从管件产生塑性变形开始，驱动元件推动所述堵头移动，通过堵头的位移，对管件两端施加轴向力，轴向力随着时间逐渐增大，及时补充管件涨形所需要的坯料，及时补充管件涨形所需要的坯料，避免管件涨形造成的过分减薄；
在波动成形时期，参见图7所示，对管件压力的加载路径为：
，其中，P为对管件的压力，
为在快速加压时期达到的压力，t为对管件加载时间，
≤t≤
，压力的变化趋势为正弦函数，多次循环加压泄压；随着加压时间的增长，压力从
递增到
，直至管件涨形到无需再进行补料；多次循环上述加压成形阶段及泄压补料阶段以实现波动加载，加压时间达到
时，波动加载时期完成；使管件既能通过加压进行涨形，又能在低压时有效补料，避免因无效补料且持续涨形造成的管件壁厚过度减薄，影响零件成形质量，甚至管壁破裂失效。
d.高压整形：波动加载时期完成后，对管件快速加压，使管件发生微量变形贴靠成形模具，以使得该区段成形出多阶Ω管；在高压整形时期，参见图7所示，对管件压力的加载路径为：
，其中，P为对管件的压力，
为常数，t为对管件加载时间，
≤t≤
，随着加压时间的增长，压力的变化趋势为一次单调递增函数，压力从
递增到
，加压时间达到
时，管件整形完成。
e.重复成形：对待成形区段的管件进行泄压，两个驱动元件带动两个堵头在管件内同向移动，直至两个堵头移入下一待成形区段的两端，并将该待成形区段的两端进行密封，依次重复步骤b、步骤c、步骤d；以使得该区段成形出多阶Ω管；重复上述步骤，对所有待成形区域进行成形，直至成形出满足需求的终成形零件。
本发明的成形工艺，补料成形阶段，通过波动成形，使得在当快速加压至管件塑性变形界限时，继续对管件加压，使管件开始涨形，在加压一定时间后，使得使管件内部压力降低至塑性变形界限以下，同时左右堵头从管件产生塑性变形开始，对管件两端施加轴向力，及时补充管件涨形所需要的坯料，避免管件涨形造成的过分减薄；多次循环上述加压成形阶段及泄压补料阶段以实现波动加载，使管件既能通过加压进行涨形，又能在低压时有效补料，避免因无效补料且持续涨形造成的管件壁厚过度减薄，影响零件成形质量，甚至管壁破裂失效；波动加载阶段完成后，对管件快速加压，使管件发生微量变形贴靠成形模具，成形出满足需求的终成形零件，通过波动加载路径，使未变形区及时向变形区补料，提高变形区的成形质量和成形能力；而且通过设置堵头和驱动元件，使得当一个区段的多阶Ω管成形后，驱动元件带动堵头移动至下一待成形区段的两端进行成形多阶Ω管，通过分段成形的方法，使得每次补料成形的区段距离短，使得补料效果好。
成形模具两端呈开口设置，所述堵头包括密封圈3、膨胀圈4、圆板7、第一推杆5、第二推杆6，所述驱动元件包括第一液压缸8、第二液压缸9，所述第一推杆5上轴向设有连接通道，增压回路、泄压回路通过连接通道与成形模具内的管件连通，以对管件进行加压、泄压；所述第二推杆6一端与所述第二液压缸9传动连接，所述第二推杆6的另一端凸出形成有第二抵接部6.1，所述第二推杆6整体呈矩形框状，所述第二推杆6的中心形成有容纳部，所述第一液压缸8设置于所述容纳部内，所述第一推杆5一端与所述第一液压缸8传动连接，所述第一推杆5另一端穿过所述第二抵接部6.1并凸出形成有第一抵接部5.1，所述第一抵接部5.1与所述第二抵接部6.1同轴设置。
所述密封圈3、膨胀圈4、圆板7依次套设于所述第一推杆5上，并位于第一抵接部5.1与第二抵接部6.1之间，所述第一推杆5上设有与圆板7配合的止挡部，使得第一推杆5移动时，会带动密封圈3、膨胀圈4、圆板7同时移动。
所述密封圈3上设有开口朝向第一抵接部5.1的锥形腔3.1，所述锥形腔3.1的横截面积朝第二抵接部6.1方向逐渐减小，所述膨胀圈4呈与锥形腔3.1相适配的圆台状，所述膨胀圈4设置于所述锥形腔3.1内，所述膨胀圈4设有朝向第一抵接部5.1的锥形开口，锥形开口的横截面积朝第二抵接部6.1方向逐渐减小，所述第一抵接部5.1外周呈锥形。
密封时，所述第一液压缸8推动第一推杆5伸出，将密封圈3、膨胀圈4、圆板7推入成形模具内的管件中，第二液压缸9将推动第二推杆6移动，使得所述第二抵接部6.1推动所述圆板7与所述密封圈3相抵，从而对密封圈3进行限位，防止密封圈3向第二抵接部6.1处移动，第一液压缸8带动第一推杆5回缩，使得所述第一抵接部5.1推动所述膨胀圈4相抵，所述第一抵接部5.1移动过程中,所述第一抵接部5.1部分伸入锥形开口内, 所述锥形开口的横截面积逐渐缩小，带动膨胀圈4轴向移动并径向涨开，所述膨胀圈4轴向移动并径向涨开的过程中，所述锥形腔3.1的横截面积逐渐缩小，从而带动所述密封圈3径向涨开，达到对管件端部密封的作用。
第一抵接部5.1在轴向回缩移动过程中，所述锥形开口的横截面积逐渐缩小，使得所述膨胀圈4容易发生轴向移动并径向涨开，所述膨胀圈4轴向移动并径向涨开的过程中，所述锥形腔3.1的横截面积逐渐缩小，而且密封圈3的另一端被圆板7限位固定，使得所述密封圈3容易发生径向涨开，达到对管件端部密封的作用。
所述密封圈3外周表面设有若干凸环3.2，若干所述凸环3.2沿轴向间隔设置，相邻两凸环3.2之间形成有环槽3.3，所述凸环3.2呈朝第二抵接部6.1的方向倾斜设置。所述凸环3.2上具有上层腔体3.5和下层腔体3.6，相邻两所述凸环3.2之间倾斜设置有连接边3.4，相邻两所述凸环3.2、连接边3.4与所述密封圈3之间配合形成有侧腔体3.7，此外所述上层腔体3.5、下层腔体3.6和侧腔体3.7的截面均呈楔形，使得所述凸环3.2易于发生变形。
由于管件内部受到波动的压力，而且波动的压力变化较大，如果直接通过密封圈3密封而言，波动的动力会传动至密封圈3，密封圈3会受到波动的轴向力，会推动密封圈3移动，影响密封效果，而且会造成密封圈3发生变形，影响密封效果。本申请通过设置第一抵接部5.1、第二抵接部6.1和第二液压缸9，会对密封圈3产生轴向的推力，从而与波动的轴向动力保持平衡，保证密封圈3不会移动，通过在密封圈3外周设置容易变形的凸环3.2，使得凸环3.2能够与管件的内壁紧密贴合，凸环3.2呈倾斜设置，能够便于与管件内壁紧密相抵，所述密封圈3受到轴向作用后，所述密封圈3发生变形时，所述凸环3.2仍然能够与管件的内壁紧密贴合，增大了密封圈3与管件内壁之间的接触面积，保证密封性良好，而且相邻两个凸环3.2之间间隔设置，使得相邻两个凸环3.2之间形成有环槽3.3，环槽3.3能够起到储存作用，当管件内有水泄漏时，通过环槽3.3能够对泄漏的水进行储存，避免水泄漏至外界，以保证密封圈3的密封效果。所述上层腔体3.5、下层腔体3.6和侧腔体3.7呈蜂窝状分布，使得凸环3.2变形后，所述凸环3.2与所述产生较大的反作用力，使得凸环3.2能够始终与管件内壁紧密接接触，所述密封圈3受到管件内波动的轴向作用力后，所述凸环3.2仍然能够与管件的内壁紧密贴合，从而能够达到密封要求。此外两个驱动元件带动两个堵头在管件内同向移动至两个堵头移入下一待成形区段的两端时，两个堵头中的密封圈3上的凸环3.2始终处于变形状态，能够始终与管件内壁相抵，保持密封状态,两个堵头在移动至下一待成形区段的两端后,再直接通过堵头对管件内加压，以成形该区段。
此外成形模具内的管件产生塑性变形时，所述驱动元件通过堵头以对管件两端施加轴向力，进而推动管件端部向胀形区补料，即所述第一驱动元件和第二驱动元件同时动作，推动所述密封圈3在管件内轴向移动，密封圈3在轴向移动时， 凸环3.2仍然能够与管件的内壁紧密贴合，以保证密封性良好。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (8)
1.多阶Ω管波动内高压成形工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a.前期准备：将管件放入对应成形模具中，成形模具合模，其中，所述管件上沿轴向依次具有若干个待成形区段，成形模具的两端分别设置有堵头和驱动元件，驱动元件推动堵头轴向移入管件内，使得两个堵头位于一个待成形区段的两端，并将该待成形区段的两端进行密封；
b.快速加压：通过堵头对待成形区段的管件充液加压，直至达到管件塑性变形界限，其中对管件压力的加载路径为：
，其中，P为对管件的压力，
为常数，t为对管件加载时间；
c.波动成形：
加压成形阶段，当快速加压至管件塑性变形界限时，继续对管件加压，使管件开始涨形；
泄压补料阶段，管件在被加压涨形后，对管件泄压使管件内部压力降低至塑性变形界限以下，使得管件能够进行补料；
多次循环上述加压成形阶段及泄压补料阶段以实现波动加载，对管件压力的加载路径为：
，其中，P为对管件的压力，
为在快速加压时期达到的压力，t为对管件加载时间；
d.高压整形：波动加载时期完成后，对管件快速加压，使管件发生微量变形贴靠成形模具，以使得该区段成形出多阶Ω管，对管件压力的加载路径为：
，其中，P为对管件的压力，
为常数，t为对管件加载时间；
e.重复成形：对待成形区段的管件进行泄压，两个驱动元件带动两个堵头在管件内同向移动，直至两个堵头移入下一待成形区段的两端，并将该待成形区段的两端进行密封，依次重复步骤b、步骤c、步骤d；以使得该区段成形出多阶Ω管；重复上述步骤，对所有待成形区域进行成形，直至成形出满足需求的终成形零件。
2.根据权利要求1所述的多阶Ω管波动内高压成形工艺，其特征在于：在泄压补料阶段，管件产生塑性变形开始时，驱动元件通过两个堵头对管件两端施加轴向力以补充管件涨形所需要的坯料。
3.根据权利要求1所述的多阶Ω管波动内高压成形工艺，其特征在于：所述堵头包括密封圈、膨胀圈、圆板、第一推杆、第二推杆，所述驱动元件包括第一液压缸、第二液压缸；
所述第二推杆一端与所述第二液压缸传动连接，所述第二推杆的另一端凸出形成有第二抵接部，所述第二推杆上还形成有容纳部，所述第一液压缸设置于所述容纳部内，所述第一推杆一端与所述第一液压缸传动连接，所述第一推杆另一端穿过所述第二抵接部并凸出形成有第一抵接部，所述第一抵接部与所述第二抵接部同轴设置，所述密封圈、膨胀圈、圆板依次套设于所述第一推杆上并位于第一抵接部与第二抵接部之间；
在步骤a时，两个所述第一液压缸分别推动第一推杆伸出，将密封圈、膨胀圈推入成形模具内的管件中，第二液压缸将推动第二推杆，推动圆板与密封圈相抵，第一液压缸带动第一推杆回缩，通过挡块与膨胀圈相抵，以使得所述膨胀圈涨开，使所述膨胀圈涨开时带动所述密封圈涨开，所述密封圈与管件内壁相贴合，从而将管件进行密封；
在步骤e中，成形模具两端的两个第一驱动元件分别带动所述第一推杆在管件内同向移动，两个第二驱动元件分别带动所述第二推杆在管件内同向移动，使得两个堵头移动至下一待成形区段的两端。
4.根据权利要求3所述的多阶Ω管波动内高压成形工艺，其特征在于：所述密封圈外周设有若干凸环，若干所述凸环沿轴向间隔设置，使得相邻两个凸环之间形成有环槽，当所述密封圈涨开后，所述凸环与管件内壁相抵并发生变形。
5.根据权利要求4所述的多阶Ω管波动内高压成形工艺，其特征在于：所述凸环上具有上层腔体和下层腔体，相邻两所述凸环之间倾斜设置有连接边，相邻两所述凸环、连接边与所述密封圈之间配合形成有侧腔体，所述上层腔体、下层腔体和侧腔体呈蜂窝状分布。
6.根据权利要求5所述的多阶Ω管波动内高压成形工艺，其特征在于：所述上层腔体、下层腔体和侧腔体的截面均呈楔形。
7.根据权利要求4所述的多阶Ω管波动内高压成形工艺，其特征在于：所述密封圈上设有开口朝向第一抵接部的锥形腔，所述锥形腔的横截面积朝第二抵接部方向逐渐减小，所述膨胀圈呈与锥形腔相适配的圆台状，所述膨胀圈设置于所述锥形腔内，所述第一抵接部与所述膨胀圈相抵时，带动所述膨胀圈涨开，所述膨胀圈涨开的过程中与锥形腔内壁相抵从而使得所述密封圈涨开。
8.根据权利要求3所述的多阶Ω管波动内高压成形工艺，其特征在于：所述第一推杆上设有与管件内连通的连接通道。
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