一种高支管高度薄壁三通管内外液压复合成形方法

摘要

一种高支管高度薄壁三通管内外液压复合成形方法，属于内高压成形技术领域。本发明为了解决现有的内高压成形方法成形三通管存在支管高度受到限制的问题。具体过程为：通过增压器使管坯内部填充满液体介质并排出气体，然后使左侧冲头与右侧冲头前进完成管端密封，此时管坯内压较小不足以使管坯发生变形，然后通过模具上的孔洞使管坯外侧同样充满液体介质，外侧液压由模具上的密封槽与冲头上的密封圈进行密封，这样管坯在内压，外压，左右冲头轴向进给与支管冲头后退的共同作用下发生塑性变形，获得高支管高度的三通管。本发明相比传统内高压成形方法，具有获得支管高度高，管件表面质量好的优点，尤其适用于薄壁三通管成形。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高支管高度薄壁三通管内外液压复合成形方法，属于内高压成形技术 领域。

背景技术

传统的三通管成形方法主要包括焊接成形与柔性介质胀形两种方法。焊接法主要包括 冲压半管对焊法与支管插焊法，这两种方法均存在焊接难度大、精度与可靠性差以及三通 管内壁不平整影响流体流动性能等问题。柔性介质胀形法包括聚氨酯胀形法与液压胀形法， 由于只是通过柔性介质传力来完成管坯的胀形，因此存在支管顶部壁厚不可控、支管高度 受限等问题。

与传统的成形方法对比，内高压成形方法通过控制直管两端冲头的轴向进给、支管冲 头的后退与管坯内压四者的合理匹配，可以获得高于其他成形方法的支管高度和较均匀的 壁厚分布，成形零件质量优于传统方法。

但是，内高压成形管端进给时，管坯受到内压作用贴靠在模具上，随着液体压力的增 加，管坯与模具间逐渐增加的摩擦力阻碍了管端材料向模具型腔内流动，因此支管高度受 到限制。尤其对于薄壁管成形，如果内压较低，管坯会产生轴向失稳发生起皱，而内压过 高时送料区管坯所受摩擦力过大，阻碍材料向支管部位流动，无法获得较高的支管高度， 薄壁三通管内高压成形难度较大。

发明内容

本发明为了解决现有的内高压成形方法成形三通管过程中，管坯受到内压作用贴靠在 模具上，随着液体压力的增加，管坯与模具间逐渐增加的摩擦力阻碍了管端材料向模具型 腔内流动，致使支管高度受到限制的问题，本发明提出了一种高支管高度薄壁三通管内外 液压复合成形方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明所述一种高支管高度薄壁三通管内外液压复合成形方法是基于由模具下模、模 具上模、左侧冲头、右侧冲头与支管冲头组成的成形模具实现的；左侧冲头上沿其轴向开 有第一液体通道，第一增压器通过第一液体通道与管坯内腔连通，在下模上开有第二液体 通道，第二增压器通过第二液体通道与管坯外部的型腔连通；

所述方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、首先将管坯放置在模具下模的型腔内，支管冲头抵靠在管坯上，模具上模下 行，直至与下模完全闭合，左侧冲头与右侧冲头均前进至与管坯(6)左侧端面、右侧端 面保持很小间隙处；

步骤二：通过左侧冲头上的第一液体通道由第一增压器向管坯内腔填充内压液体介 质，从而对管坯施加内压，当管坯基本填充满内压液体介质后，左侧冲头与右侧冲头均前 进至管坯端头，完成管坯两个端头的密封；管坯内腔中的内压液体介质与第一增压器的高 压腔连接，但是此时管坯内液体压力近乎为0，管坯不发生变形；

步骤三：由第二增压器通过模具下模上的第二液体通道向管坯外侧充入外压液体介 质，从而使管坯外侧填充满外压液体介质，从而对管坯施加外压；

步骤四：在管坯内侧与外侧均充满液体介质，并完成管坯两端头密封后，按照预设的 加载路径，使管坯在管坯内腔的内压液体介质、管坯外侧的外压液体介质的作用下以及左 侧冲头前进、右侧冲头前进、支管冲头的合力作用下，完成高支管高度的三通管的成形； 管坯在变形过程中，其内压始终大于外压，且内压比外压大10％至30％；

步骤五：当完成预设加载路径后，通过第一增压器降低管坯内压同时通过第二增压器 降低管坯外压，在卸载的过程中要保证内压稍大于外压，且两者关系根据公式P内＝P外* 管坯外径/管坯内径来确定，以避免管坯在卸载过程中发生变形；当管坯内压与外压均降 低到零后，使左侧冲头、右侧冲头与支管冲头均后退，与管坯脱离接触，模具上模上行， 打开模具，获得高支管高度的三通管。

本发明具有以下有益效果：

在三通管内高压成形基础上，本发明提出了一种高支管高度薄壁三通管内外液压复合 成形方法，具体地说是一种通过在管坯外侧、管坯内侧均施加液压(且内压p_i＞外压p_e) 在与直管两端冲头的轴向进给、支管冲头的后退相匹配从而成形高支管高度的薄壁三通管 的方法，其原理如图1所示：管坯在内压、外压、左右冲头轴向进给与支管冲头后退的共 同作用下发生塑性变形，获得高支管高度的三通管。本发明提出了采用内、外液压复合的 成形方法成形三通管，而传统方法成形三通管时只利用了内压作用。本发明相比传统内高 压成形方法，具有获得支管高度高，管件表面质量好的优点，尤其适用于薄壁三通管成形。

具体优点为：

1、在管坯外侧存在液压的条件下，可以提高管坯内压而不增加管坯所受摩擦力，这 样可以提高管坯轴向临界起皱应力，从而避免管坯起皱，获得更多轴向进给量，因此可以 提高支管高度，尤其适用于薄壁三通管的成形，同比条件下，对于同等规格与材料的管坯， 可提高支管高度10％-20％；

2、内高压成形时，采用固体润滑剂或传统的液压润滑油无法保证其在管坯上的均匀 分布，因此使用效果受到限制，而对管坯外侧施加液压时，液体可均布在管坯表面，润滑 效果好，管坯表面质量好，同时模具的表面磨损大大降低，提高了模具的寿命。

附图说明

图1为本发明三通管内外液压复合成形的原理示意图，是管坯在内压、外压、左头、 右冲头与支管冲头共同作用下变形完成的状态；

图2为初始状态的主视图，为了表达清楚，图中将上模、下模、冲头和管坯离散开；

图3为本发明模具闭合后，左右冲头到达开始向管坯内部充液位置，中间冲头到达初 始位置的状态；

图4为本发明管坯内部充满液体后左右冲头前进完成管端密封的状态；

图5为本发明通过外压通道将管坯外部充满液体介质的状态；

图6为本发明管坯在内压、外压、左右冲头与支管冲头共同作用下发生变形的中间状 态；

图7为本发明卸载管材内外压、退后左右冲头的最终状态。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1至7所示，本实施方式所述的一种高支管高度薄壁三通管内 外液压复合成形方法是基于由模具下模1、模具上模2、左侧冲头3、右侧冲头4与支管 冲头5组成的成形模具实现的；左侧冲头3上沿其轴向开有第一液体通道9，第一增压器 7通过第一液体通道9与管坯6内腔连通，可由增压器7通过液体通道9向管坯6内部充 入液体介质11从而施加内压，在下模1上开有第二液体通道10，第二增压器8通过第二 液体通道10与管坯6外部的型腔(即模具下模1、模具上模2合模时构成的整个型腔) 连通，可由增压器8通过液体通道10向管坯6外侧充入液体介质12从而施加外压；

所述成形模具在左侧冲头3、右侧冲头4与支管冲头5上均安装有密封圈13，保证管 端不发生液体泄露，模具闭合后下模1与上模2相接触的分模面上设有密封14，当模具 闭合后密封14可保证型腔内的液体不发生泄露；左侧冲头3、右侧冲头4不仅具有封密 作用，还要相向前行进行送料；

所述高支管高度薄壁三通管内外液压复合成形方法的具体过程为：

步骤一：首先将管坯6放置在下模1的型腔内，支管冲头5抵靠在管坯6上，上模2 下行，直至与下模1完全闭合，左侧冲头3与右侧冲头4均前进至与管坯6左侧与右侧端 头各约10mm的位置处，如图3所示，为表达清楚，图中表示时未显示上模2；

步骤二：通过左侧冲头的液体通道9由增压器7向管坯6内部填充液体介质11，当 管坯6基本填充满液体介质11后，左侧冲头5与右侧冲头6均前进至管坯6端头，完成 管坯6两个端头的密封，管坯6内部液体介质11与增压器7的高压腔连接，但是此时管 坯6内液体压力近乎为0，管坯6不发生变形，如图4所示，为表达清楚，图中表示时未 显示上模2；

步骤三：由增压器8通过下模1上的液体通道10在管坯6外侧充入液体介质12从而 使管坯6外侧填充满液体介质，如图5所示，为表达清楚，图中表示时未显示上模2；

步骤四：在管坯(6)内侧与外侧均充满液体介质，并完成管坯(6)两端头密封后， 按照预设的加载路径，使管坯(6)在管坯(6)内腔的内压液体介质(11)、管坯(6)外 侧的外压液体介质(12)的作用下以及左侧冲头(3)前进、右侧冲头(4)前进、支管冲 头(5)的合力作用下，完成高支管高度的三通管的成形；其中左侧冲头(3)前进距离、 右侧冲头(4)前进距离可假设管坯变形前后壁厚保持不变，然后根据变形前后管件表面 积相同原则计算获得，支管冲头(5)后退距离与三通管支管长度相同；管坯(6)在变形 过程中，其内压始终大于外压，且内压比外压大10％至30％，这样可以保证管坯发生向外 膨胀类的变形，内压与外压的差值必须大于管坯初始变形变形所需内压，并且差值与两端 冲头轴向进给、支管冲头后退量匹配，外压的绝对数值越高越好，但应保证相对应的内压 数值不超过密封所允许的最高内压；如图6所示，为表达清楚，图中表示时未显示上模2；

步骤五：当完成预设加载路径后，通过增压器7降低管坯6内压同时通过增压器8 降低管坯6外压；在卸载的过程中要保证内压稍大于外压，且两者关系根据公式P内＝P 外*管坯外径/管坯内径来确定，以避免管坯6在卸载过程中发生变形；当管坯6内压与外 压均降低到零后，使左右冲头3、4与支管冲头5均后退，与管坯6脱离接触，上模2上 行，打开模具，完成三通管件的成形，如图7所示，为表达清楚，图中表示时未显示上模 2。上述图中管坯与模具之间较宽的间隙只起示意作用，实际成形中间隙非常小，只要可 以使外部流体可以通过即可，并不会影响零件精度。

具体实施方式二：本实施方式在步骤四中，管坯6在变形过程中，其内压与外压之差 应保证管坯6能产生塑性变形。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式在步骤四中，管坯(6)在变形过程中，其内压始终大 于外压，且内压比外压大25％，同比条件下，提高支管高度18％。其它步骤与具体实施方 式一相同。