一种避免大径厚比三通管内高压成形起皱的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种避免大径厚比三通管内高压成形起皱的装置及方法，涉及管材加工技术领域，模具的形状与三通管的形状匹配，模具内设置有第一冲头、第二冲头和第三冲头，第一冲头和第二冲头分别位于待加工管材的一端，待加工管材的两端的内侧分别设置有第一液袋和第二液袋，第一液袋与待加工管材之间设置有第一金属套，第二液袋与待加工管材之间设置有第二金属套，待加工管材内部填充有液体。本发明专利技术在待加工管材内侧有起皱倾向时，第一金属套和第二金属套在第一液袋和第二液袋的作用下发生弹性变形，能够避免待加工管材内表面起皱。本发明专利技术结构简单，操作方便，有效的解决了大径厚比薄壁三通管内侧起皱问题，适用于高支管高度薄壁三通管的液压成形。

【技术实现步骤摘要】
一种避免大径厚比三通管内高压成形起皱的装置及方法
本专利技术涉及管材液压成形
，特别是涉及一种避免大径厚比三通管内高压成形起皱的装置及方法。
技术介绍
大径厚比三通管符合减重节能的要求，广泛使用在汽车，尤其是航空航天工业中，目前，国内外普通采用的薄壁三通管成形方法是先冲压出两个半片，然后将两个半片焊接的工艺路线。由于焊接三通管件存在纵向焊缝，承压性能差，焊缝应力腐蚀问题严重，可靠性差；由于管件内表面焊缝无法打磨，管件内壁不光滑、流体阻力大，严重影响系统整体性能。内高压成形是指采用流体作为传力介质代替部分刚性模具，在均布压力作用下将薄壁管坯成形为复杂曲面薄壁管件的一种先进制造工艺方法。与冲压焊接工艺相比，采用内高压成形工艺制造的薄壁三通管件是整体成形件，减少了后续加工工序和焊接量，成形件精度高、装配误差小、可靠性高。另外，由于内表面光滑，可改善管件内流体的流动特性，减小流动阻力。开发并采用薄壁三通管件的整体成形制造技术是提高该类管路元件整体性能及可靠性的重要途径。内高压成形薄壁三通管通过轴向进给补充材料，避免成形过程支管顶部破裂，当支管高度较高时，轴向进给量也随之增大，模具与管材的摩擦力加大，在轴向进给过程中易发生主管的起皱。对于大径厚比(直径/壁厚D/t)零件稳定性低，更容易产生起皱缺陷，如航天器中某些薄壁三通管件的径厚比往往大于100，此结构特征已经超过了传统内高压成形技术的极限，在成形过程中极易发生起皱。例如：某不锈钢大直径超薄Y型三通管产品，主管直径为200mm，壁厚仅1mm，径厚比达200，成形时起皱。与变径管内高压成形起皱时皱纹向管材外侧外面膨胀不同，三通管成形时由于管材外侧有刚性模具约束，因此此类皱纹均是向管材内部产生的。提高轴向进给时的内压可以降低起皱倾向，但是，内压过高极易造成支管顶部破裂，因此无法简单的通过增加内压避免起皱。尤其对于非对称Y型三通管，初始阶段钝角一侧支管顶部材料无法接触到支管冲头，属于自由胀形区，极易发生破裂。管材径厚比越大，起皱和破裂的缺陷越容易发生，成形越难以实现，迫切需要新的方法与装置来减少成形缺陷，降低成形难度。这种三通管成形时的皱纹是在管材内壁局部发生的，体现为皱纹处局部向管材内部凸起，考虑可以通过在管材内部施加支撑，增加约束以避免起皱。但是，增加弹性支撑无法克服局部起皱的凸起应力，难以抑制起皱。而如果在管材内部增加刚性支撑，当支撑件与管材内壁间隙过大时，无法起到内部支撑限制起皱的作用，如果间隙过小，一方面，刚性支撑难以放入管材内部，另一方面，在成形后又难以将刚性支撑取出。因此，在管材内部简单的增加弹性或刚性支撑均无法解决大径厚比三通管内高压成形时的起皱问题。中国专利“一种高支管高度薄壁三通管内外液压复合成形方法”(专利号：201210494944.X)公开了一种薄壁三通管内外液压复合成形方法，其核心思想是通过在内高压成形管材的内外侧同时施加液压，由于有外压的存在，可以在避免破裂的前提下提高内压，来提高薄壁管材受轴向压力的稳定性，从而避免起皱。但是，该方法的缺点在于：1)通过增大法向压应力避免起皱的效果有限，当管材出现局部起皱凸起倾向时，内压无法抑制管材向内侧起皱的趋势；2)三通管模具装置需要能够实现外压的密封，模具结构复杂，制造成本高；3)内高压成形机要采用两个增压器，同时伺服精确控制内压与外压，内外压之间需要匹配加载，内高压成形设备控制系统复杂，成本高。总的来说，该方法从原理上能够减轻大径厚比管材起皱倾向，但是实际操作中，效果有限，装置与设备复杂，成本高，不易实行。综上所述，需要有一种有效抑制大径厚比三通管内侧起皱且简单方便操作的装置和方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种避免大径厚比三通管内高压成形起皱的装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，有效抑制大径厚比三通管内侧起皱，操作简单。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供了一种避免大径厚比三通管内高压成形起皱的装置，包括模具，所述模具的形状与三通管的形状匹配，所述模具内设置有第一冲头、第二冲头和第三冲头，所述第一冲头和所述第二冲头分别位于待成形管材的一端，所述待成形管材的两端的内侧分别设置有第一液袋和第二液袋，所述第一液袋与所述待成形管材之间设置有第一金属套，所述第二液袋与所述待成形管材之间设置有第二金属套，所述待成形管材内部填充有液体。优选的，所述待成形管材的第一管段与所述第一液袋的位置对应，所述第一液袋的外径为所述第一管段的内径的0.9-0.98倍；所述待成形管材的第二管段与所述第二液袋的位置对应，所述第二液袋的外径为所述第二管段的内径的0.9-0.98倍。优选的，所述第一金属套与所述第一管段位置对应，所述第一金属套的外径比所述第一管段的内径小0.04-0.2mm；所述第二金属套与所述第二管段位置对应，所述第二金属套的外径比所述第二管段的内径小0.04-0.2mm。优选的，所述第一冲头中穿设有第一进液管路，所述第一进液管路的一端与所述第一液袋连通，所述第一进液管路的另一端与外部连通；所述第二冲头中穿设有第二进液管路，所述第二进液管路的二端与所述第二液袋连通，所述第二进液管路的另二端与外部连通。优选的，所述第一液袋设置在第一框架上，所述第一框架位于所述第一金属套内侧，所述第一框架通过若干第一紧固螺栓与所述第一冲头连接，所述第二液袋设置在第二框架上，所述第二框架位于所述第二金属套内侧，所述第二框架通过若干第二紧固螺栓与所述第二冲头连接。优选的，所述第一框架包括第一底板和第一连接部，所述第一底板与所述第一冲头接触，所述第一紧固螺栓依次穿过所述第一连接部、所述第一液袋和所述第一底板与所述第一冲头螺纹连接。优选的，所述第二框架包括第二底板和第二连接部，所述第二底板与所述第二冲头接触，所述第二紧固螺栓依次穿过所述第二连接部、所述第二液袋和所述第二底板与所述第二冲头螺纹连接。优选的，所述第一冲头中设置有内压输入孔道，所述内压输入孔道的一端与所述待成形管材内部连通，所述内压输入孔道的另一端为液体入口。本专利技术还提供了一种采用所述的避免大径厚比三通管内高压成形起皱的装置的避免大径厚比三通管内高压成形起皱的方法，包括以下步骤：步骤一：待成形管材内充入液体，第一冲头和第二冲头向待成形管材施加压力，待成形管材开始变形；步骤二：当待成形管材内部有起皱倾向时，增大第一液袋和第二液袋内的液压，使第一金属套和第二金属套发生弹性变形，第一金属套和第二金属套与待成形管材接触；步骤三：第一冲头和第二冲头继续向待成形管材施加压力，完成轴向进给；步骤四：第一冲头和第二冲头轴向进给结束，卸载第一液袋和第二液袋的液压，第一金属套和第二金属套弹性变形消失，第一金属套和第二金属套的外表面恢复到变形前的状态，第一金属套和第二金属套的外表面与待成形管材的内表面产生间隙；步骤五：卸载待成形管材内的液压，取出第一冲头、第二冲头、第三冲头、第一液袋、第二液袋、第一金属套和第二金属套，三通管成形过程结束本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种避免大径厚比三通管内高压成形起皱的装置，其特征在于：包括模具，所述模具的形状与三通管的形状匹配，所述模具内设置有第一冲头、第二冲头和第三冲头，所述第一冲头和所述第二冲头分别位于待成形管材的一端，所述待成形管材的两端的内侧分别设置有第一液袋和第二液袋，所述第一液袋与所述待成形管材之间设置有第一金属套，所述第二液袋与所述待成形管材之间设置有第二金属套，所述待成形管材内部填充有液体。/n

【技术特征摘要】
1.一种避免大径厚比三通管内高压成形起皱的装置，其特征在于：包括模具，所述模具的形状与三通管的形状匹配，所述模具内设置有第一冲头、第二冲头和第三冲头，所述第一冲头和所述第二冲头分别位于待成形管材的一端，所述待成形管材的两端的内侧分别设置有第一液袋和第二液袋，所述第一液袋与所述待成形管材之间设置有第一金属套，所述第二液袋与所述待成形管材之间设置有第二金属套，所述待成形管材内部填充有液体。


2.根据权利要求1所述的避免大径厚比三通管内高压成形起皱的装置，其特征在于：所述待成形管材的第一管段与所述第一液袋的位置对应，所述第一液袋的外径为所述第一管段的内径的0.9-0.98倍；所述待成形管材的第二管段与所述第二液袋的位置对应，所述第二液袋的外径为所述第二管段的内径的0.9-0.98倍。


3.根据权利要求2所述的避免大径厚比三通管内高压成形起皱的装置，其特征在于：所述第一金属套与所述第一管段位置对应，所述第一金属套的外径比所述第一管段的内径小0.04-0.2mm；所述第二金属套与所述第二管段位置对应，所述第二金属套的外径比所述第二管段的内径小0.04-0.2mm。


4.根据权利要求1所述的避免大径厚比三通管内高压成形起皱的装置，其特征在于：所述第一冲头中穿设有第一进液管路，所述第一进液管路的一端与所述第一液袋连通，所述第一进液管路的另一端与外部连通；所述第二冲头中穿设有第二进液管路，所述第二进液管路的二端与所述第二液袋连通，所述第二进液管路的另二端与外部连通。


5.根据权利要求1所述的避免大径厚比三通管内高压成形起皱的装置，其特征在于：所述第一液袋设置在第一框架上，所述第一框架位于所述第一金属套内侧，所述第一框架通过若干第一紧固螺栓与所述第一冲头连接，所述第二液袋设置在第二框架上，所述第二框架位于所述第二金属套内侧，所述第二框架通...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小松，王东君，刘钢，苑世剑，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23