專利名稱:一種高膨脹量非對稱空心管件的液壓成形方法
技術領域:
本發(fā)明涉及一種非對稱空心管件的液壓成形方法,具體涉及一種高膨脹量非對稱 空心管件的液壓成形方法,屬于液壓成形技術領域。
背景技術:
目前在工業(yè)上對于承受以扭轉載荷為主的軸類零件,采用空心結構最明顯的特點 就是減輕質(zhì)量,不僅可以保證動力傳輸能力,而且很大程度上減輕了整體的質(zhì)量,這對于汽 車、航空、航天工業(yè)來說非常重要,例如對于衛(wèi)星和火箭,減輕質(zhì)量的直接效果就是可以增 加有效載荷。減輕質(zhì)量的另一個效益就是節(jié)約能源,對于轎車,每減輕重量10%,油耗可降低 8% _10%。另外采用空心結構,使轉動慣量降低,輸出功率增大,使得發(fā)動機的整體性能提 高,帶來低油耗高性能的雙重效應。對于對稱空心管件來說(例如圖1所示的空心階梯軸4,就是對稱結構),為了減 小加工余量,一般多采用鍛件作毛坯。通過多道次粗車加鉆孔的方法完成粗加工,但這種方 法有著許多弊端,如切削加工量大,材料利用率低,金屬流線被切割導致內(nèi)應力過大,生產(chǎn) 效率低;另外勞動強度大,對操作經(jīng)驗要求高。從鍛件到粗加工結束,對設備的要求很高,需 要壓力機、仿形車、深孔鉆、專用熱處理設備等多種大型設備,這無形當中增加了制造成本, 而且仿形車的調(diào)刀和深孔鉆都占用大量工時。利用液壓成形工藝進行對稱空心管件的加工可解決以上問題。采用管坯為原料成 形對稱空心零件,通過管材內(nèi)部施加液體壓力和軸向加力補料把管坯壓入到模具型腔使其 成形為所需工件,適用于制造沿構件軸線有變化的圓形、矩形截面或異型截面空心構件,可 以一次整體成形沿構件軸線截面有變化的復雜結構件,大大提高了材料利用率,減重效益 顯著,加工過程不存在鍛造缺陷和機加過程中產(chǎn)生的熱應力,不破壞金屬的流線,因此粗加 工過程不需要熱處理。加工過程一次完成,很大程度上降低了成本,提高了生產(chǎn)效率。非對稱空心管件是相對于對稱空心管件來定義的,圖2所示的空心雙拐曲軸5,就 是非對稱空心零件,由于非對稱結構且單側有較大的膨脹量,其液壓成形過程為非對稱膨 脹,變形不均勻,管坯在從圓截面變?yōu)榉菍ΨQ截面時容易在一側聚料起皺,另一側由于充不 滿而減薄嚴重發(fā)生破裂。如何在較大的膨脹量下保證非對稱結構件壁厚的相對均勻是其成 形的難點,常規(guī)的液壓成形方法很難成形出此類構件,尤其是凸起部較高時,通常會在膨脹 端頂部由于壁厚減薄嚴重而開裂。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的液壓成形方法中由于非對稱空心管件膨脹端頂 部壁厚減薄嚴重易開裂而難于成形非對稱空心管件問題,進而提供一種高膨脹量非對稱空 心管件的液壓成形方法。本發(fā)明的技術方案是一種高膨脹量非對稱空心管件的液壓成形方法的步驟為
步驟一、成形中間毛坯首先將初始管坯放入到成形零件的模具中,在模具內(nèi)非對稱結構的凸起部位放 置墊塊,墊塊的高度等于成形零件凸起與形成中間毛坯凸起的高度差,中間毛坯凸起的高 度為成形零件凸起的高度的85% -95%,然后閉合模具,初始管坯兩端的沖頭同時相對 進給,對初始管坯的兩端進行密封;然后向初始管坯內(nèi)部施加液體壓力進行脹形,壓力為 50-80MPa,脹形完成后,提高壓力至100_120MPa,保壓3_7分鐘;然后移出初始管坯兩端的 沖頭,進行卸壓,當壓力降低到IOMPa以下時,開起模具,取出成形后的試件,該試件為中間 毛坯;步驟二、改變中間毛坯的截面形狀在中間毛坯最大變形截面的兩側放置兩塊推板,利用油壓機對左推板和右推板施 加外力使其相對運動,使中間毛坯變形截面的頂端與模具相接觸,即變形后截面的垂直長 度等于成形零件的凸起高度,得到改變截面形狀的毛坯;步驟三、成形最終零件將改變截面形狀的毛坯,再放入到模具中,然后閉合模具,改變截面形狀的毛坯兩 端的沖頭同時相對進給,對改變截面形狀的毛坯的兩端進行密封;然后在改變截面形狀的 毛坯的內(nèi)部施加液體壓力進行高壓脹形,當壓力達到150-200MI^時,移出改變截面形狀的 毛坯兩端的沖頭,進行卸壓,當壓力降低到IOMPa以下時,開起模具,取出成形最終零件。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下效果本發(fā)明通過降低局部膨脹量成形出中間毛 坯,再利用截面形狀的變化調(diào)整貼模順序,將嚴重的不均勻變形轉化為均勻變形,最后進行 終成形,有效地控制了壁厚的減薄率,實現(xiàn)了局部具有70%以上膨脹量的非對稱空心零件 的成形。本發(fā)明尤其適用于壁厚為I-Smm的非對稱空心管件成形。
圖1是對稱空心零件中的空心階梯軸的結構示意圖,圖2是非對稱空心零件中空 心雙拐曲軸的結構示意圖,圖3是改變中間毛坯截面形狀的成形工藝圖(圖中1為左推板、 2為中間毛坯變形截面、3為右推板),圖4改變截面后的中間毛坯變形截面2的變化示意 圖,圖5是初始管坯與成形零件在Al截面上的對比圖,圖6是初始管坯與成形零件在A2截 面上的對比圖,圖7是初始管坯與成形零件在A3截面上的對比圖,圖8是Al截面上初始管 坯與中間毛坯的對比圖(圖中Hl為Al截面上中間毛坯的高度,Kl為Al截面上中間毛坯 的寬度),圖9是A2截面上初始管坯與中間毛坯的對比圖(圖中H2為A2截面上中間毛坯 的高度),圖10是A3截面上初始管坯與中間毛坯的對比圖(圖中H3為A3截面上中間毛坯 的高度)。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖3和圖4說明本實施方式,本實施方式的一種高膨脹量非 對稱空心管件的液壓成形方法的步驟為步驟一、成形中間毛坯首先將初始管坯放入到成形零件的模具中,在模具內(nèi)非對稱結構的凸起部位放 置墊塊,墊塊的高度等于成形零件凸起與形成中間毛坯凸起的高度差,中間毛坯凸起的高度為成形零件凸起的高度的85% -95%,然后閉合模具,初始管坯兩端的沖頭同時相對 進給,對初始管坯的兩端進行密封;然后向初始管坯內(nèi)部施加液體壓力進行脹形,壓力為 50-80MPa,脹形完成后,提高壓力至100_120MPa,保壓3_7分鐘;然后移出初始管坯兩端的 沖頭,進行卸壓,當壓力降低到IOMPa以下時,開起模具,取出成形后的試件,該試件為中間 毛坯;步驟二、改變中間毛坯的截面形狀在中間毛坯最大變形截面的兩側放置兩塊推板,利用油壓機對左推板1和右推板 3施加外力使其相對運動,使中間毛坯變形截面2的頂端與模具相接觸,即變形后截面的垂 直長度等于成形零件的凸起高度,得到改變截面形狀的毛坯;步驟三、成形最終零件將改變截面形狀的毛坯,再放入到模具中,然后閉合模具,改變截面形狀的毛坯兩 端的沖頭同時相對進給,對改變截面形狀的毛坯的兩端進行密封;然后在改變截面形狀的 毛坯的內(nèi)部施加液體壓力進行高壓脹形,當壓力達到150-200MPa時,移出改變截面形狀的 毛坯兩端的沖頭,進行卸壓,當壓力降低到IOMPa以下時,開起模具,取出成形最終零件。本實施方式的步驟一中的中間毛坯凸起的高度為成形零件凸起的高度的 85% _95%,使得中間毛坯與成形零件相比,局部膨脹量和平均膨脹量都有所降低,變形的 不均勻性得到了緩解,降低了成形的難度;步驟二中的改變中間毛坯的橫截面形狀,改變了 貼模的順序,消除不均勻變形,使減薄嚴重的區(qū)域首先貼模,避免了成形過程中局部開裂; 步驟三中將改變截面形狀的毛坯的兩側脹起貼模。
具體實施方式
二 本實施方式的步驟一中,中間毛坯凸起的高度為成形零件凸起 的高度的85%-90%。變形的不均勻性得到有效緩解,大大降低了成形的難度。其它步驟 與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式的步驟一中,中間毛坯凸起的高度為成形零件凸起 的高度的90% -95%。變形的不均勻性得到有效緩解,降低了成形的難度,同時利于后續(xù)工 序的完成。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式的步驟一中,向初始管坯內(nèi)部施加液體壓力為 50-60MPa。減小變形速率,成形效果好。其它步驟與具體實施方式
一、二或三相同。
具體實施方式
五本實施方式的步驟一中,向初始管坯內(nèi)部施加液體壓力為 60-70MPa。變形速率適中,成形效果好。其它步驟與具體實施方式
一、二或三相同。
具體實施方式
六本實施方式的步驟一中,向初始管坯內(nèi)部施加液體壓力為 70-80MPa。變形速率快,縮短了成形時間。其它步驟與具體實施方式
一、二或三相同。
具體實施方式
七本實施方式的步驟一中,脹形完成后,提高壓力至lOO-llOMPa, 保壓5-7分鐘。保形能力強。其它步驟與具體實施方式
一、二、三、四、五或六相同。
具體實施方式
八本實施方式的步驟一中,脹形完成后,提高壓力至110_120MPa, 保壓3-5分鐘。保形能力強。其它步驟與具體實施方式
一、二、三、四、五或六相同。
具體實施方式
九本實施方式的步驟三中,當壓力達到150_170MPa時,移出改變 截面形狀的毛坯兩端的沖頭。保形能力強。其它步驟與具體實施方式
一、二、三、四、五、六、 七或八相同。
具體實施方式
十本實施方式的步驟三中,當壓力達到170_200MPa時,移出改變截面形狀的毛坯兩端的沖頭。保形能力強。其它步驟與具體實施方式
一、二、三、四、五、六、 七或八相同。實施例(結合圖2-圖10說明本實施例)初始管坯的內(nèi)徑Φ5為63mm,空心雙拐 曲軸零件的兩個曲拐的形狀和大小一致,與垂直方向成旋轉180度鏡像。在此零件上選取 了三個截面-Al截面、A2截面和A3截面,每個截面相隔距離相等,Al截面內(nèi)徑Φ工為86mm、 A2截面內(nèi)徑Φ2*71πιπι和A3截面的內(nèi)徑Φ3*67πιπι,Al截面、Α2截面和A3截面的平均 膨脹量分別是37%,13%和6. 5%, Al截面位于曲拐中間,是變形量最大的截面,Α2截面位 于曲拐與中間過渡段之間的位置,A3截面位于兩個曲拐中間的位置。將Al截面、Α2截面和 A3截面按水平方向分為上下半周,成形零件上下半周變形膨脹量的計算結果如表1 :表 權利要求
1.一種高膨脹量非對稱空心管件的液壓成形方法,其特征在于液壓成形方法的步驟為步驟一、成形中間毛坯首先將初始管坯放入到成形零件的模具中,在模具內(nèi)非對稱結構的凸起部位放置墊 塊,墊塊的高度等于成形零件凸起與形成中間毛坯凸起的高度差,中間毛坯凸起的高度 為成形零件凸起的高度的85% -95%,然后閉合模具,初始管坯兩端的沖頭同時相對進 給,對初始管坯的兩端進行密封;然后向初始管坯內(nèi)部施加液體壓力進行脹形,壓力為 50-80MPa,脹形完成后,提高壓力至100_120MPa,保壓3_7分鐘;然后移出初始管坯兩端的 沖頭,進行卸壓,當壓力降低到IOMPa以下時,開起模具,取出成形后的試件,該試件為中間 毛坯;步驟二、改變中間毛坯的截面形狀在中間毛坯最大變形截面的兩側放置兩塊推板,利用油壓機對左推板和右推板施加外 力使其相對運動,使中間毛坯變形截面的頂端與模具相接觸,即變形后截面的垂直長度等 于成形零件的凸起高度,得到改變截面形狀的毛坯;步驟三、成形最終零件將改變截面形狀的毛坯,再放入到模具中,然后閉合模具,改變截面形狀的毛坯兩端的 沖頭同時相對進給,對改變截面形狀的毛坯的兩端進行密封;然后在改變截面形狀的毛坯 的內(nèi)部施加液體壓力進行高壓脹形,當壓力達到150-200MPa時,移出改變截面形狀的毛坯 兩端的沖頭,進行卸壓,當壓力降低到IOMPa以下時,開起模具,取出成形最終零件。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高膨脹量非對稱空心管件的液壓成形方法,其特征在 于步驟一中,中間毛坯凸起的高度為成形零件凸起的高度的85% -90%。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種高膨脹量非對稱空心管件的液壓成形方法,其特征在 于步驟一中,中間毛坯凸起的高度為成形零件凸起的高度的90% -95%。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的一種高膨脹量非對稱空心管件的液壓成形方法,其特 征在于步驟一中,向初始管坯內(nèi)部施加液體壓力為50-60MPa。
5.根據(jù)權利要求1、2或3所述的一種高膨脹量非對稱空心管件的液壓成形方法,其特 征在于步驟一中,向初始管坯內(nèi)部施加液體壓力為60-70MPa。
6.根據(jù)權利要求1、2或3所述的一種高膨脹量非對稱空心管件的液壓成形方法,其特 征在于步驟一中,向初始管坯內(nèi)部施加液體壓力為70-80MPa。
7.根據(jù)權利要求4所述的一種高膨脹量非對稱空心管件的液壓成形方法,其特征在 于步驟一中,脹形完成后,提高壓力至100-1 lOMPa,保壓5_7分鐘。
8.根據(jù)權利要求5所述的一種高膨脹量非對稱空心管件的液壓成形方法,其特征在 于步驟一中,脹形完成后,提高壓力至110-120MPa,保壓3_5分鐘。
9.根據(jù)權利要求1、2、3、7或8所述的一種高膨脹量非對稱空心管件的液壓成形方法, 其特征在于步驟三中,當壓力達到150-170MPa時,移出改變截面形狀的毛坯兩端的沖頭。
10.根據(jù)權利要求1、2、3、7或8所述的一種高膨脹量非對稱空心管件的液壓成形方法, 其特征在于步驟三中,當壓力達到170-200MPa時,移出改變截面形狀的毛坯兩端的沖頭。
全文摘要
一種高膨脹量非對稱空心管件的液壓成形方法,它涉及一種非對稱空心管件的液壓成形方法。本發(fā)明解決了液壓成形方法中由于非對稱空心管件膨脹端頂部壁厚減薄嚴重易開裂而難于成形非對稱空心管件問題。本發(fā)明步驟在模具內(nèi)非對稱結構的凸起部位放置墊塊,中間毛坯凸起的高度為成形零件凸起的高度的85%-95%,對初始管坯的兩端進行密封,向其內(nèi)部施加液體壓力進行脹形,脹形后,提高壓力,保壓,卸壓,取出中間毛坯;對推板施加外力使中間毛坯最大變形截面的頂端與模具相接觸,得到改變截面形狀的毛坯;將改變截面形狀的毛坯放入模具中,在其內(nèi)部施加液體壓力進行高壓脹形,卸壓,取出成形最終零件。本發(fā)明適用于非對稱空心管件的液壓成形。
文檔編號B21D26/041GK102049443SQ201010541780
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權日2010年11月12日
發(fā)明者劉鋼, 李峰, 林俊峰, 苑世劍 申請人:哈爾濱工業(yè)大學