一种扩径推弯短半径弯头的成型芯头制造技术

本发明专利技术公开了一种扩径推弯短半径弯头的成型芯头，从前至后依次由引伸段、变形段和整形段连接组成且三者依次连贯组成一外表面光滑的羊角芯头模具；变形段的中心弧线一为一渐开线，所述渐开线的弯曲半径从前至后由初始弯曲半径Ｒ↓［０］无间断平滑过渡至最终弯曲半径；变形段垂直于中心弧线一的横截面为椭圆截面，所述椭圆截面的垂直直径和水平直径从前至后均随中心弧线一的弧长ｌ↓［ｉ］变化而变化；引伸段为一直段；整形段的中心弧线二为一圆弧，整形段垂直于中心弧线二的横截面为圆形截面。本发明专利技术能较方便地获得高精度高质量的金属弯头，不仅能获得高质量的普通规格短半径弯头，而且能获得大口径薄壁短半径弯头。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属管件制造领域中的一种舰船、航天领域用短半径弯头的成型模具芯头，尤其是涉及一种扩径推弯短半径弯头的成型芯头。
技术介绍
目前，中频加热扩径推制弯曲法(扩径推弯法)是公认的适合于批量生产、所生产产品壁厚均匀且生产效率高的金属无缝弯头制造方法，用这种方法制造长半径弯头(弯曲半径R＝1.5Dn，Dn为名义口径)有相当成熟的技术。而短半径弯头(R＝Dn)，因为弯曲半径R小，曲率大，外弧与内弧的长度相差很大，造成扩径推弯成型时内弧和外弧的变量差异大，制造过程中的技术难度很大。大口径薄壁短半径弯头的制造一直是弯头制造技术难题，这是由于弯头口径大，所需的坯料直径也大，扩径推弯过程中造成坯料和模具之间接触面积大，因而二者之间的摩擦力大，壁薄造成传递推制力的有效面积小，容易引起管壁凸起、堆积和打皱，造成弯头成形失败。一般，大口径是指Dn>500mm，薄壁是指壁厚T在0.02D<T<0.04D之内(D为成品弯头外径)。 在航天和航海领域中，为了减小管路在舱室内占用的空间，增加有效载荷，急需使用弯曲半径R＝1D的短半径弯头。在扩径推弯法制造弯头的工艺过程中，成型模羊角芯头的设计是关键技术，以往的羊角芯头模具设计中，中心弧线由初始弯曲半径R0渐变为成品R时，多采用一段法、二段法或多段法，羊角芯头的横截面为圆形，它均匀地从坯料内径d0增加到成品内径dk，这种方法用于长半径弯头的制造是有效的，但用于短半径弯头制造时会造成翘头、拉薄和撕裂等问题，而不能获得合格的成品。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种扩径推弯短半径弯头的成型芯头，其能较方便地获得高精度高质量的金属弯头，不仅能获得高质量的普通规格短半径弯头，而且能获得大口径薄壁短半径弯头。 为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是一种扩径推弯短半径弯头的成型芯头，其特征在于从前至后依次由引伸段、变形段和整形段连接组成且三者依次连贯组成一外表面光滑的羊角芯头模具； 所述变形段的中心弧线一为一渐开线，所述渐开线的弯曲半径从前至后由初始弯曲半径R0无间断平滑过渡至最终弯曲半径R，其中，最终弯曲半径R为所需生产短半径弯头成品的弯曲半径；R0和变形区总转角β取决于生产所述短半径弯头所用管坯料的屈服强度； 所述变形段垂直于中心弧线一的横截面为椭圆截面，所述椭圆截面的垂直直径dci和水平直径dsi从前至后均随中心弧线一的弧长li变化而变化，且 其中de＝d0+E(dk-d0)，l为中心弧线一的全长，A、B、C、D和E均为恒值系数且A＝0.01～0.3，B＝1～5，C＝1～5，D＝0.1～0.5，E＝0.1～1.0，d0为所述羊角芯头模具的起始直径且d0＝根据扩径推弯法原理计算得出的所述管坯料的内径，dk为所述羊角芯头模具的终止直径且dk＝所述所需生产短半径弯头成品的内径； 所述引伸段为直径＝d0的一直段； 所述整形段的中心弧线二为一圆弧，所述圆弧的半径＝R，整形段垂直于中心弧线二的横截面为圆形截面，所述圆形截面的直径＝dk，整形段的总转角＝Fβ，其中F＝0.1～0.5。 所述管坯料的屈服强度为300±80MPa，R0＝1.4～2R，β＝55°～80°；所用管坯料的屈服强度大于400MPa，R0＝1.5R～3R，β＝60°～85°。 所述羊角芯头模具外表面的光洁度高于2.5μm。 本专利技术与现有技术相比具有以下优点1、设计新颖且合理。2、使用效果好，实用价值高，采用本专利技术能较方便地获得高精度高质量的金属弯头，不仅能获得高质量的普通规格短半径弯头，而且能获得大口径薄壁短半径弯头，采用本芯头同时配合合适的扩径推弯工艺参数，如推弯温度和速度，加热温度，温度分布均匀性，坯料和模具之间的润滑等，即能解决了一系列现有技术问题，最终获得尺寸精度很高的金属弯头制品。3、适用范围广，适用于钢、合金钢、钛、锆等金属坯料的扩径推弯法制造弯头。综上所述，本专利技术所述羊角芯头模具的变形段中心弧线采用渐开线，且其变形区横截面为椭圆截面且横截面逐渐增大，变形段开始采用大变形，而后再采用缓和变形调整，不仅能获得高质量的短半径弯头，而且大口径薄壁短半径弯头，解决了舰船、航天领域中短半径弯头的制造难题。 下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。 附图说明 图1为本专利技术的结构示意图。 附图标记说明 1—引伸段； 2—变形段； 3—整形段； 4—中心弧线一； 5—中心弧线二。 具体实施例方式 如图1所示，本专利技术从前至后依次由引伸段1、变形段2和整形段3连接组成且三者依次连贯组成一外表面光滑的羊角芯头模具。所述羊角芯头模具外表面的光洁度高于2.5μm。 所述变形段2的中心弧线一4为一渐开线，所述渐开线的弯曲半径从前至后由初始弯曲半径R0无间断平滑过渡至最终弯曲半径R，其中，最终弯曲半径R为所需生产短半径弯头成品的弯曲半径。R0和变形区总转角β取决于生产所述短半径弯头所用管坯料的屈服强度，当所述管坯料的屈服强度为300±80Mpa时，R0＝1.4～2R，β＝55°～80°；当所用管坯料的屈服强度大于400Mpa时，R0＝1.5R～3R，β＝60°～85°。 所述变形段2垂直于中心弧线一4的横截面为椭圆截面，所述椭圆截面的垂直直径dci和水平直径dsi从前至后均随中心弧线一4的弧长li变化而变化，且 其中de＝d0+E(dk-d0)，l为中心弧线一4的全长，A、B、C、D和E均为恒值系数且A＝0.01～0.3，B＝1～5，C＝1～5，D＝0.1～0.5，E＝0.1～1.0，d0为所述羊角芯头模具的起始直径且d0＝根据扩径推弯法原理计算得出的所述管坯料的内径，dk为所述羊角芯头模具的终止直径且dk＝所述所需生产短半径弯头成品的内径。 需注意的是所述垂直直径dci是指在中心弧线一4所在平面(即中心弧平面)上处处与中心弧线一4垂直的椭圆截面直径，所述中心弧平面与地面垂直。所述水平直径dsi是指与中心弧线一4和垂直直径dci均垂直的椭圆截面直径，所述水平直径dsi始终与地面平行。 所述引伸段1为直径＝d0的一直段、实际加工制作过程中，根据所需生产短半径弯头成品的具体尺寸，对引伸段1的长度进行适当调整。 所述整形段3的中心弧线二5为一圆弧，所述圆弧的半径＝R，整形段3垂直于中心弧线二5的横截面为圆形截面，所述圆形截面的直径＝dk，整形段3的总转角＝Fβ，其中F＝0.1～0.5。 本实施例中，扩径推弯16Mn钢成型Φ630mm×20mm×90°的短半径(R＝610mm)弯头，即所需生产短半径弯头成品的尺寸为Φ630mm×20mm×90°且其弯曲半径R＝610mm，首先依据扩径推弯法原理计算出需选用Φ456×20mm的管坯料，所选用的管坯料为16Mn钢且其屈服强度为245Mpa。生产上述短半径弯头的羊角芯头模具的引伸段1为一直径为Φ415mm且长度为1300mm的直段。所述变形段2的中心弧线一4的基圆半径为399mm，起始弯曲半径R0＝1098mm，终止弯曲半径为R＝610mm，所述羊角芯头模具的起始直径d0＝416mm，所述羊角芯头模具的终止直径dk＝590mm，中心弧线一4的全长l＝1043mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扩径推弯短半径弯头的成型芯头，其特征在于：从前至后依次由引伸段（１）、变形段（２）和整形段（３）连接组成且三者依次连贯组成一外表面光滑的羊角芯头模具；　所述变形段（２）的中心弧线一（４）为一渐开线，所述渐开线的弯曲半径从前至后由初 始弯曲半径Ｒ↓［０］无间断平滑过渡至最终弯曲半径Ｒ，其中，最终弯曲半径Ｒ为所需生产短半径弯头成品的弯曲半径；Ｒ↓［０］和变形区总转角β取决于生产所述短半径弯头所用管坯料的屈服强度；　所述变形段（２）垂直于中心弧线一（４）的横截面为椭圆 截面，所述椭圆截面的垂直直径ｄ↓［ｃｉ］和水平直径ｄ↓［ｓｉ］从前至后均随中心弧线一（４）的弧长ｌ↓［ｉ］变化而变化，且ｄ↓［ｃｉ］＝［ｌ↓［ｉ］／ｌ（ｄ↓［ｋ］－ｄ↓［０］）＋ｄ↓［０］］［１＋Ａｓｉｎπｌ↓［ｉ］／ｌ］，＊＊＊，其中ｄ↓［ｅ］＝ｄ↓［０］＋Ｅ（ｄ↓［ｋ］－ｄ↓［０］），ｌ为中心弧线一（４）的全长，Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ和Ｅ均为恒值系数且Ａ＝０．０１～０．３，Ｂ＝１～５，Ｃ＝１～５，Ｄ＝０．１～０．５，Ｅ＝０．１～１．０，ｄ↓［０］为所述羊角芯头模具的起始直径且ｄ↓［０］＝根据扩径推弯法原理计算得出的所述管坯料的内径，ｄ↓［ｋ］为所述羊角芯头模具的终止直径且ｄ↓［ｋ］＝所述所需生产短半径弯头成品的内径；　所述引伸段（１）为直径＝ｄ↓［０］的一直段；　所述整形段（３）的中心弧线二（５）为一圆 弧，所述圆弧的半径＝Ｒ，整形段（３）垂直于中心弧线二（５）的横截面为圆形截面，所述圆形截面的直径＝ｄ↓［ｋ］，整形段（３）的总转角＝Ｆβ，其中Ｆ＝０．１～０．５。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈军，杨海瑛，段文森，赵永庆，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]