加工复杂形状薄壁管类件的新方法--局部加热镦粗法

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加工复杂形状薄壁管类件的新方法--局部加热镦粗法
摘要：提出一种新的加工薄壁管类件的方法，利用该方法可以加工局部变粗的各种形状的管类件，这对于提高工件的结构强度、材料的利用率和降低工件的重量及制造成本具有重要的意义。
关键词：管类件；加热；镦

一、引言

如图1所示的工件，传统的加工方法是采用焊接、铆接、机加或旋压工艺。但利用以上方法所加工的工件质量较差，工艺较复杂，生产周期长，设备的投资大，这类局部变粗的薄壁管类件的加工一直找不到一种有效的方法。本文提出的局部加热镦粗法正是针对这类工件的加工。

4 e5 E5 e5 g6 \' J& `  {图1

利用该方法制造的薄壁管类件不但可以提高工件的质量指标，降低构件的重量，而且还可以提高结构强度。和机械加工相比，可以大大减少机加工余量，提高材料的利用率；和旋压工艺相比，可显著降低设备投资，提高工艺稳定性。并且采用此方法只需一套简单的模具便可。该方法是一种先进的工艺方法。
3 g2 C7 u% v- u, H
0 I' ^0 Y$ T2 v' }9 u9 A二、局部加热镦粗法的原理
) k$ F$ J4 Z/ n+ u8 i" k" F& q
1.局部加热镦粗法的分类

( c$ {9 N9 h( j: L5 C6 P* B, ]$ p局部加热镦粗法可分为三种方法：顶料杆不动的顺镦法、顶料杆活动的顺镦法和逆镦法。
3 D$ ~3 m. R  l5 `! e
(1)顶料杆不动的顺镦法
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如图2所示，管子端部变粗是靠作用于凹模上的管子另一端的轴向压力P来完成，这种方法可制成的变粗部分的高度h为管径D的1.5～2倍。

图2

在离管子端部较远的部位所进行的镦粗称为中间镦粗，实际上也常用这种顺镦法。这时，为了保证变粗部分距管子端部的尺寸，在模具内部加一衬块来限定管子不变形部分，实质上，这种用衬块的中间镦粗相当于管端镦粗。
5 Y" `( o; h/ K, j
5 J' r! ~8 W7 }" e(2)顶料杆活动的顺镦法

( e, f2 |. `3 Y0 O" W8 l; d3 Z如图3所示，它是在变粗部分镦成达到规定的尺寸后，从顶料杆方向有一个为Q的压力作用于毛坯，压力Q的值是变粗部分高度的函数。使用这种方法可制成厚度均匀的任意高度的变粗部分。

" z1 ^( z* b; o# |6 K. H# d9 Q, v/ a图3

& x5 ]2 e+ f# @8 u4 e/ d& _* p$ Z(3)逆镦法
; w3 t/ Y* [, p+ Z+ H
; \4 O: d6 e( ?' q: v如图4所示，这时压力是从凹模底部向上作用于管端，用这种方法制成的变粗部分的尺寸最大(h／D≤0.5)。

图4

6 a& `' h' H9 I1 I2 b: F2.局部加热镦粗法的工装
7 n, f  b: ?! J5 b( `
% n' N3 E& \1 x  V- _+ G# g9 U; u管子的镦粗由于是局部的变形，所以加热只能是局部加热。对于不变形部分必须保持室温，或者越冷好，这样可以提高不变形部分的刚度。这和差温拉深是一样的。图5是一种典型的局部加热镦粗的模具示意图。该模具中所用的加热元件9可以是高频感应加热器(对于小的管径)，也可以是工频感应加热器(对于大管径)。对于传递压力区域的冷却问题，经验表明：在模具中采用压缩空气对流式冷却器来冷却毛坯效果较好，当然也可以采用其他的冷却方法。模具装有可卸的衬块4，用以制造精确的变粗部分。

) k0 t: L# W' Q* N图5管子局部加热镦粗模具
1.模座2.隔热垫3.顶料杆4.衬块5.凹模6.构架
7.冷却器8.导向装置9.加热器

3.工艺参数的确定

1 h; u1 u% y" p6 @镦粗变形速度V：对于铝镁合金，V≤1.6～2.5mm/s；
$ z' q& A. d0 T1 y  M# u对于钛合金和各种钢管，V≤0.3～1mm/s。
6 \6 D$ H5 ^% F2 a
0 y# U. i, B) e! \* m采用接触加热法时，对毛坯加热的时间是每1mm厚度为40～50s。
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为了使变形顺利进行，减少摩擦，在加工前先在工件表面上涂上润滑剂。
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+ L6 e. _7 N, R3 R. f4.对温度控制的要求
6 F  {" t( Y  Q  u+ Q
(1)整个变形区的温度应在规定的范围内，以便制得材料组织上无缺陷的工件。
(2)在整个变形区的各个截面，加热温度应比计算温度高5%～10%，以保证变粗部分的余量够以后的加工。
' q' K, i% s) P: M, F- q(3)在试制过程中，正确的加热温度规范可通过和毛坯放在一起的热电偶直接测得的温度和测定变粗的形状是否符合图纸来加以控制。
(4)在采用衬块时，变形区的温度分布可以和无衬块的情况一样。

三、结论

* Y/ Q( ]) r% P4 x9 b本文所提出的方法主要是针对薄壁管类件，并通过实验的验证；对其他类似的零件具有很大的推广价值。本方法在温度的控制，镦粗力的大小控制等方面还可以作进一步的研究。