一种小半径弯头整体液压成形方法

技术领域

本发明涉及液压成形技术领域，具体而言，涉及一种小半径弯头整体液压成形方法。

背景技术

近年来，金属弯头作为燃料输送的重要零部件被广泛应用于航空航天、汽车和船舶等行业。而金属弯头(小半径弯头)大多采用充液胀形(液压成形)技术得到，即采用直径较小、弯曲半径较大的直角弯头(r/d>1.5)为坯料，放入胀形模具(液压成形模具)中，通过液压胀形扩大管径，并减小相对弯曲半径(r/d<1)，从而获取小半径弯头。

但现有液压成形过程中为了利于管坯变形贴模，需设计小圆角过渡段，首先，由于材料的变形能力限制导致带直段的弯头管坯的管径D

发明内容

本发明解决的问题是如何在弯头液压成形过程中降低成形压力，节省生产成本提高生产效率，改善管坯特征区域变形量较大甚至开裂缺陷的情况。为解决上述问题，本发明提供一种小半径弯头整体液压成形方法，包括如下步骤：

获取带直段的弯头管坯；

将所述带直段的弯头管坯进行预成形操作，得到预成形弯头，所述预成形弯头的内侧壁弯曲区域包括多个鼓包区域；

将所述预成形弯头置于液压成形模具中进行液压胀形，得到最终的目标成形弯头。

可选地，所述获取带直段的弯头管坯，包括：

获取弯曲半径为R

将所述原始弯头管坯的两端分别焊接一个所述直段管坯，得到所述带直段的弯头管坯。

可选地，所述将所述带直段的弯头管坯进行预成形操作，得到预成形弯头，包括：

将所述带直段的弯头管坯置于预成形模具中，得到所述预成形弯头；

其中，所述预成形模具包括上垫板、下垫板、密封冲头(5)、设有进液通道的充液冲头(7)、上凹模和下凹模(6)，所述上垫板用于固定所述上凹模，所述下垫板用于固定所述下凹模(6)；所述上凹模与所述下凹模(6)镜像对称设计，所述上凹模和所述下凹模(6)形成预成形内腔；所述密封冲头(5)置于所述预成形内腔的一端；所述充液冲头(7)置于所述预成形内腔的另一端，所述密封冲头(5)和所述充液冲头(7)可沿所述预成形内腔的直段区域内滑动推进。

可选地，所述预成形内腔的内侧包括多个所述光滑鼓包区域及直段区域；所述预成形内腔的外侧弯曲半径为r，其中(R

可选地，所述将所述带直段的弯头管坯置于预成形模具中，得到所述预成形弯头，包括：

将所述带直段的弯头管坯置于所述预成形模具中，并通过所述密封冲头和所述充液冲头进行密封操作；

将所述密封冲头和所述充液冲头按照预设位移量推进，并按照预设阈值保持所述弯头管坯的液压，得到所述预成形弯头。

可选地，所述预成形内腔的外侧弯曲半径为：

r＝1.45R

可选地，所述预设位移量为：

s＝0.078×(R

其中，R

可选地，所述鼓包区域包括至少两个圆角鼓包，所述圆角鼓包分别置于所述预成形内腔的内侧曲线中心处两侧，且所述圆角鼓包的半径r

本发明所述的小半径弯头整体液压成形方法相对于现有技术的优势在于：

可通过对原始弯头管坯两端分别焊接20-50mm的直线段的方式获取带直段的弯头管坯，为预成形过程形成的鼓包提供材料，同时有益于预成形过程中管料内部压力的保持，并且在液压胀形时该部分直线段也会降低成形时密封难度。

通过预成形操作，促进管料内侧壁形成曲率较大形状曲线光滑的储料鼓包，首先通过鼓包的材料存储利于液压胀形过程中的局部管坯贴模，通过减小材料与模具间的接触面积，减小摩擦力，利于材料的流动即圆角区域的贴模，可以有效地降低成形压力；同时鼓包储料可以减小圆角区域的变形集中，为变形区与提供更多的金属，有效减小变形量，避免过度减薄甚至破裂的缺陷。

通过上述原理降低成形压力，避免开裂缺陷产生，降低成形设备吨位，减小模具生产损耗，提高成形质量，提升成品率，进而从设备与成形质量两方面降低整体成形成本，提高生产效率。

因此，本发明通过预成形过程，将整体成形过程，即弯头两端较大的环向变形分为预成形和胀形两阶段，避免开裂的缺陷，减小胀形时最大膨胀率，降低小弯曲半径弯头充液胀形加工对材料性能的要求，即采用本发明的成形方法，可以获得更高的成形质量，效率更高以及降低生产成本的有益效果。

附图说明

图1为本发明实施例中小半径弯头整体液压成形方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中液压成形模具的剖面示意图；

图3为本发明实施例中预成形模具的剖面示意图；

图4为本发明实施例中原始弯头管坯的形状变化示意图；

图5为本发明实施例中带直段的弯头管坯置于预成形模具中的剖面示意图；

图6为本发明实施例中预成形弯头置于液压成形模具中的剖面示意图。

附图标记说明：

1-液压成形模具的密封冲头；2-液压成形模具的下凹模；3-液压成形模具的充液冲头；4-液压成形模具的充液口；5-密封冲头；6-下凹模；7-充液冲头；8-充液口；9-焊缝。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

如图1所示，在一个实施例中，提供了一种小半径弯头整体液压成形方法，具体包括如下步骤：

步骤S1，获取带直段的弯头管坯。

具体地，首先可通过芯模推弯技术、数控绕弯技术或者充液压弯技术等获取带直段的弯头管坯作为原材料，该管坯通常为金属材料，如不锈钢、铝合金等，因传统技术限制，带直段的弯头管坯常选取管径较小、相对弯曲半径较大的预弯管坯；通过将带直段的弯头管坯进行液压成形操作，得到需要的目标成形弯头。

步骤S2，将所述带直段的弯头管坯进行预成形操作，得到预成形弯头，所述预成形弯头的内侧壁弯曲区域包括多个鼓包区域。

具体地，将放入预成形模具中进行操作，通过预成形的方式对管坯进行弯曲处理，得到预成形弯头。预成形弯头的内侧弯曲区域会形成多个鼓包，这些鼓包的形成是为了用于储料，减小了第二次成形的膨胀率，避免开裂的情况，进而提升成形质量及生产效率，同时鼓包可以降低模具与管料的摩擦力，利于材料流动贴模，降低成形压力。

步骤S3，将所述预成形弯头置于所述液压成形模具中进行液压胀形，得到最终的目标成形弯头。

具体地，将预成形弯头置于液压成形模具中，通过液压力对预成形弯头进行进一步成形，得到临时成形弯头，再经过切割等操作得到目标成形弯头。液压成形是一种通过液压力对金属材料进行塑性加工的方法，通过控制液压系统的压力和流量，使得预成形弯头在模具的作用下得到最终成形，形成小半径的弯头，如图2所示，液压成形模具的机构图。

本实施例所述的小半径弯头整体液压成形方法可通过对原始弯头管坯两端分别焊接20-50mm的直线段的方式获取带直段的弯头管坯，为预成形过程形成的鼓包提供材料，同时有益于预成形过程中管料内部压力的保持，并且在液压胀形时该部分直线段也会降低成形时密封难度。

通过预成形操作，令管料内侧壁形成曲率较大形状曲线光滑的储料鼓包，首先通过鼓包的材料存储利于液压模具的液压成形过程中的贴模，通过减小材料与模具间的接触面积，减小摩擦力，利于材料的流动即圆角区域的贴模，可以有效地降低成形压力；同时鼓包储料可以减小圆角区域的变形集中，为变形区与提供更多的金属来减小变形量，有效减小变形量，避免过度减薄甚至破裂的缺陷。

通过上述原理降低成形压力，避免缺陷产生，降低成形设备吨位，减小模具生产损耗，提高成形质量，提升成品率，进而从设备与成形质量两方面降低整体成形成本，提高生产效率。

因此，本实施例通过预成形过程，将整体成形过程，即弯头两端较大的环向变形分为预成形和胀形两阶段，避免开裂的缺陷，减小胀形时最大膨胀率，降低小弯曲半径弯头充液胀形加工的材料性能要求，即采用本发明的成形方法，可以获得更高的成形质量，效率更高以及降低生产成本的有益效果。

一些实施例中，所述获取带直段的弯头管坯，包括：

获取弯曲半径为R

将所述原始弯头管坯的两端分别连接一个所述直段管坯，得到所述带直段的弯头管坯。

具体地，原始弯头管坯常选取管径较小、相对弯曲半径较大的预弯管坏，可通过将原始弯头管坯的两端切齐后，两端分别一个直段管坯焊接，并对焊缝9(如图5所示的焊缝9)打磨光滑，且两端分别焊接一个直段管坯，直段管坯与原始弯头管坯具有相同直径和厚度、直段管坯的长度可根据实际情况进行设定，例如长度选取20-50mm。避免了传统的成形过程中，采用的管坯没有直管段，使得两侧冲头密封后无法把管坯推向模腔内，进而无法实现材料补充的情况，即实现预成形过程时，带直段的弯头管坯的管端密封及冲头推进时把材料推进模具内腔。

即通过对原始直角管坯两端分别焊接20-50mm的直线段，为预成形过程形成的鼓包提供材料，同时有益于预成形过程中管料内部压力的保持，并且在液压胀形时该部分直线段也会降低成形时密封难度。

一些实施例中，所述将所述带直段的弯头管坯进行预成形操作，得到预成形弯头，包括：

将所述带直段的弯头管坯置于预成形模具中，得到所述预成形弯头；

其中，如图3所示，所述预成形模具包括上垫板、下垫板、密封冲头5、设有进液通道的充液冲头7、上凹模和下凹模6，所述上垫板用于固定所述上凹模，所述下垫板用于固定所述下凹模6；所述上凹模与所述下凹模6镜像对称设计，所述上凹模和所述下凹模6形成预成形内腔，且所述预成形内腔的内侧包括所述鼓包区域及直段区域，鼓包的曲率半径为r

将所述带直段的弯头管坯置于预成形模具中，得到所述预成形弯头；

具体地，如图3所示，所述预成形模具包括上垫板、下垫板、密封冲头5、充液冲头7，且充液冲头7设有进液通道；上凹模和下凹模6，所述上垫板用于固定所述上凹模，所述下垫板用于固定所述下凹模6；所述上凹模与所述下凹模6镜像对称设计，所述上凹模和所述下凹模6形成预成形内腔，且所述预成形内腔的内侧包括多个所述鼓包区域及直段区域，鼓包的曲率半径为r

具体地，如图3所示，预成形模具还包括两个液压油缸和两个油缸缸座，且垫板包括上垫板和下垫板，上垫板可通过T型槽固定在液压机上模座，上凹模可通过螺栓固定在上垫板，下凹模6可通过螺栓固定在下垫板，液压油缸可通过螺栓固定在油缸缸座，油缸缸座可通过螺栓固定于下垫板，下垫板可通过T型槽固定于液压机下模座。密封冲头5和充液冲头7均可在预成形内腔内进行移动，以实现管端密封，通过充液冲头7设有的充液口8，以改变预成形内腔的液压。

上凹模和所述下凹模6形成预成形内腔，且预成形内腔的内侧形状曲线中心处与液压成形模具的内腔内侧曲线中心处的半径相同，且半径均为R

使用预成形模具成形过程中的液压值，相对于使用传统的液压成形模具成形过程中的液压值较小，也可说预成形模具为低压预成形模具，其成形过程低压预成形过程，例如，预成形过程常保持管坯内的液压为2-30MPa，而传统的液压成形模具成形过程中可能需要保持管坯内的液压较大，例如140MPa。成形过程中液压的降低，使得所需的成形压力减小，进而也减小了第二次成形的膨胀率，避免开裂的情况，进而提升成形质量及生产效率。

一些实施例中，所述将所述带直段的弯头管坯置于预成形模具中，得到所述预成形弯头，包括：

将所述带直段的弯头管坯置于所述预成形模具中，并通过所述密封冲头5和所述充液冲头7进行密封操作；

将所述密封冲头5和所述充液冲头7按照预设位移量推进，并按照预设阈值保持所述弯头管坯的液压，得到所述预成形弯头。

具体地，充液冲头7设有进液通道，密封冲头5和充液冲头7推进时与管料构成整体封闭增压空间，且增压时充液冲头7进给高压液体。

一些实施例中，所述预成形内腔的外侧弯曲半径为：

r＝1.45R

一些实施例中，所述预设位移量为：

s＝0.078×(R

其中，R

一些实施例中，所述鼓包区域包括至少两个圆角鼓包，所述圆角鼓包分别置于所述预成形内腔的内侧曲线中心处两侧，且所述圆角鼓包的半径r

具体地，所述圆角鼓包光滑相连接，并且所述预成形内腔的内侧曲线中心处与所述液压成形模具的内腔的内侧曲线中心处的半径一致，其目的是在后续胀形时内侧仅鼓包部分储存的管料进行变形，避免开裂，且需要说明的是，对于圆角鼓包的数量不做具体限定，可根据实际情况进行限定，根据小圆角胀形压力公式p＝tσ/r可知，圆角越小，成形压力越大，为了减小成形压力，应使圆角鼓包曲率半径大于成形模具圆角半径。

具体地，在预成形过程中，将带直段的弯头管坯置于预成形模具中，合模后将两侧冲头(密封冲头5和充液冲头7)推进实现管端密封，当两侧冲头均与带直段的弯头管坯的两端接触，再次将两侧冲头(密封冲头5和充液冲头7)按照预设位移量推进预成形内腔，在两端冲头推进的同时保持带直段的弯头管坯的管内保持较低液压支撑(例如2-30MPa)液压具有支撑作用，可避免冲头推进时管料弯头过度弯曲，液压支撑下冲头同时推动两端管料进给，在管坯内侧弯曲区形成少量光滑鼓包，可避免形成死皱。

需要说明的是，对于原始弯头管坯和最终的目标成形弯头的弯曲角度不做具体限定，可根据实际情况而定，例如本实施例中，管坯的弯曲角度均为90度。也可面向不同角度要求的小半径弯头通过所述的小半径弯头液压成形方法进行操作。

本实施例中，如图4-图6所示为例，初始弯头管坯的弯曲半径R

本实例中小半径弯头液压成形的实施过程，在于：

步骤A1，将初始弯头管坯(如图4中a所示的管坯，管坯的弯曲半径为240mm，直径为160mm)两侧切齐，并将切齐后的初始弯头管坯两侧焊接上与初始弯头管坯的管径和厚度相同，长度为30mm的直段管坯，得到直角弯头(如图4中b所示的管坯)。

步骤A2，将直角弯头的两侧及焊缝9处打磨光滑，并将直角弯头放入预成形模具中，并合模。

步骤A3，将两侧冲头(预密封冲头5和充液冲头7)推进至直角弯头的两端以实现密封，同时进行补液，并将两侧冲头继续推进，保持管内液压，记录冲头刚接触直角弯头到最终推进位置的行程，需满足：

s＝0.078×(R

其中，s为预设位移量，

步骤A4，施加20MPa的液体压力(如图5中所示的压力P)使直角弯头形变成预成形弯头(如图4中c所示的管坯，其中，圆角鼓包的半径为r

步骤A5，将预成形弯头放入液压成形模具的下凹模中，并合模后，将液压成形模具的两侧冲头(液压成形模具的密封冲头1和液压成形模具的充液冲头3)推进密封，并通过液压成形模具的充液口4的补液操作，以使预成形弯头的内侧加压胀形。

步骤A6，施加45～50MPa的液体压力(如图6中所示的压力P)使预成形弯头变成临时成形弯头(如图4中d所示的管坯，内圆角半径r

需要说明的是，对于本发明的实施过程可面向不同角度的小半径弯头进行相应的液压成形。

本实施例所述的小半径弯头整体液压成形方法，可通过对原始弯头管坯两端分别焊接30mm的直线段的方式获取带直段的弯头管坯，为预成形过程形成的鼓包提供材料，同时有益于预成形过程中管料内部压力的保持，并且在液压胀形时该部分直线段也会降低成形时密封难度。通过预成形操作，令管料内侧壁形成曲率较大形状曲线光滑的储料鼓包，首先通过鼓包的材料存储利于液压模具的液压成形过程中的贴模，通过减小材料与模具间的接触面积，减小摩擦力，利于材料的流动即圆角区域的贴模，可以有效地降低成形压力；同时鼓包储料可以减小圆角区域的变形集中，为变形区与提供更多的金属来减小变形量，有效减小变形量，避免过度减薄甚至破裂的缺陷。通过上述原理降低成形压力，避免缺陷产生，降低成形设备吨位，减小模具生产损耗，提高成形质量，提升成品率，进而从设备与成形质量两方面降低整体成形成本，提高生产效率。

因此，本实施例通过预成形过程，将整体成形过程，即弯头两端较大的环向变形分为预成形和胀形两阶段，避免开裂的缺陷，减小胀形时最大膨胀率，降低小弯曲半径弯头充液胀形加工的材料性能要求，即采用本发明的成形方法，可以获得更高的成形质量，效率更高以及降低生产成本的有益效果。

需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

虽然本发明披露如上，但本发明的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。