一种轻合金变径管成形的方法及装置的制造方法
【技术领域】
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[0001]本发明属于零件的塑性加工技术领域，具体涉及一种轻合金变径管成形的方法及装置，该成形方法及装置尤其适合薄壁镁合金变径管的成形。
【背景技术】
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[0002]变径管是一种空心变截面的管件，它将芯部材料移至管的四周，充分发挥了材料的效能，节约了材料、实现了减重，因此变径管在汽车工业、航空航天等领域有着重要的应用。为进一步减轻重量，铝合金、镁合金等轻质材料的变径管越来越受到人们的重视。目前，变径管常见的制造方法有分段焊接和液压力涨形等。由于焊接方法制造出来的变径管存在焊缝，使其刚度和耐腐蚀的能力较差，应用领域大大受到限制。采用液压力涨形主要是在金属管坯的内部通入高压液体，管件在高压液体的径向压力和管端加载的轴向压力的共同作用下发生变形，并最终贴模成形零件。采用液压力涨形制造出变径管没有焊缝，因此管件有着较好的强度和刚度。由于铝合金、镁合金等轻质材料在常温下成形的性能较差，成形后的回弹量高达50% -70%，因此需要在成形的液压系统中保压较长一段时间，以尽量减少液压力去除后管壁的回弹量。由于在成形管件时液压力需要在20-300MPa之间，因此成形过程中对设备的要求较高，尤其是对液压设备的密封性能提出了很高的要求，且在高压下的泄漏不可避免。因此液压力涨形需要专门复杂的液压设备，成形的精度差，能耗较高，效率较低。
[0003]为了解决轻质材料在常温下成形的性能较差、加工困难的问题，中国专利CN1751819A提出了一种轻质合金管内高压成形的方法，该方法提出采用热态的介质来成形变径管，通过对金属变径管的加热，来稳定变径管的成形精度，缩短成形的时间和防止成形后的回弹。采用该方法制造变径管仍然需要专门的液压设备，特别是该方法需要把介质加热到150-500°C，因此它带来一系列严重的问题。它导致了油液粘度的下降，增加了液压元件泄漏的几率，进而使液压系统的工作效率降低；液压系统中相对运动的零件因为液压油温度升高而受热膨胀，导致摩擦阻力增大，零件磨损过快；过高的温度不仅会加速装备中橡胶管路和密封件的老化，大大缩短其使用寿命，还会在液压系统中产生气蚀，导致元件表面剥蚀和破坏；过高的温度还会使液压油氧化和分解，产生颗粒和胶状物，它们均会堵塞液压阀的间隙和孔口，引起阀芯阻塞和卡紧，进而影响其工作性能，甚至会导致严重的事故。
【发明内容】
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[0004]本发明的目的是为了解决现有轻合金管材在常温下成形后回弹量较大、需要复杂的液压设备的问题，提供了一种轻合金变径管成形的方法及装置。
[0005]本发明所提供的轻合金变径管成形的方法具体步骤如下:
[0006](I)用定位销和螺栓将左右两个半模具连接成整体的分体式模具9，并在分体式模具9的底端中部拧入堵头10。
[0007](2)通过加热器19对容器21中的矿物油20进行加热，使所述矿物油20的温度保持在150°C -180°C ;将盛装有块状液性塑料的器皿置于所述矿物油20中加热至半透明状，然后保温10-20分钟，制得液性塑料17 ;然后将金属管坯8以及所述分体式模具9 一起放入所述矿物油20中预热3-5分钟后取出，得到预热后的金属管坯8以及预热后的分体式模具9。
[0008](3)将步骤(2)得到的所述预热后的金属管坯8放入所述预热后的分体式模具9的型腔中，所述金属管坯8的下端插在所述堵头10上，所述金属管坯8的下端面与所述堵头10的?而面接触。
[0009](4)将所述液性塑料17注入到所述金属管坯8的内部，直至所述液性塑料17与所述金属管坯8的上端口平齐时停止注入。
[0010](5)对称设置的压紧螺栓2依次通过弹簧垫圈3、压板4、上垫片5、软弹簧6以及下垫片7与所述分体式模具9连接。
[0011](6)施压螺杆I依次通过压板4、弹簧挡圈23、调整块18以及强力弹簧22插入所述金属管坯8中，所述施压螺杆I的下端面作用于所述液性塑料17上；转动所述施压螺杆I对所述液性塑料17以及所述强力弹簧22加压，所述液性塑料17受压后沿径向对所述金属管坯8的管壁施压，同时所述强力弹簧22对所述金属管坯8的上端面施压，使所述金属管坯8与所述分体式模具9的型面贴合。
[0012](7)将所述步骤(6)装配好的分体式模具9连同金属管坯8 一起再次放入装有所述矿物油20的所述容器21中，所述容器21放置在振动器工作台12上；当金属管坯8和分体式模具9较小时，也可多件一起放入容器21内振动。
[0013](8)接通振动器的电源，所述振动器工作台12开始工作，振动频率为10-200ΗΖ，振幅 0.01-0.5mm。
[0014](9)振动结束后，从所述容器21内取出所述分体式模具9，洗净后拧下所述堵头10，并打开所述分体式模具9，取出所述金属管坯8的成形件，去除所述液性塑料17，制得金属变径管。
[0015]本发明同时提供一种轻合金变径管成形的装置，该装置包括模具工件系统、加热系统和振动系统；所述模具工件系统包括施压螺杆1、压紧装置、金属管坯8、分体式模具9、堵头10、防松垫片16、液性塑料17、调整块18、强力弹簧22以及弹簧挡圈23 ;施压螺杆I依次通过压板4、弹簧挡圈23、强力弹簧22以及调整块18插在所述金属管坯8中，所述施压螺杆I的下端面作用在所述液性塑料17上，所述施压螺杆I与所述压板4通过螺纹连接；所述压紧装置对称设置在所述施压螺杆I的左右两侧，所述压紧装置包括压紧螺栓2、弹簧垫圈3、压板4、上垫片5、软弹簧6、下垫片7，所述压紧螺栓2依次通过所述弹簧垫圈3、压板4、上垫片5、软弹簧6以及下垫片7与所述分体式模具9连接，所述压紧螺栓2与所述压板4间隙配合，所述压紧螺栓2的长度小于所述施压螺杆I的有效行程，所述软弹簧6用于支撑所述压板4 ;所述堵头10通过螺纹连接在所述分体式模具9上，所述堵头10的尾部设有一字型槽便于拧紧所述堵头10，为了防止在振动过程中的松脱，在所述分体式模具9与所述堵头10的端部之间设有防松垫片16 ;所述金属管坯8插在所述分体式模具9的型腔中，金属管坯8的变形形状决定于分体式模具9型腔的形状，所述金属管坯8的下端放在所述堵头10端面上，所述金属管坯8与所述堵头10的圆柱面小间隙配合，所述堵头10的端部圆柱面的加工的精度等级为6g，为了防止液性塑料17的流出，所述堵头10的端部圆柱面的圆周上设有环状防泄漏槽，所述槽的深度为0.02mm，宽度为l_2mm，间隔为3_5mm，数量3-5个；所述调整块18放置在所述金属管坯8的上端，所述调整块18用于调整所述强力弹簧22的压缩量，所述调整块18的外径比所述分体式模具9的孔径要小，所述强力弹簧22设置在所述调整块18的上方，所述强力弹簧22用来传递沿所述金属管坯8轴线方向向下的压力，进而保证所述金属管坯8下端与所述堵头10的密切接触，并在所述金属管坯8的变形过程中进行补料；所述施压螺杆I的下端与所述金属管坯8之间为间隙配合，在所述金属管坯8中的所述施压螺杆I的端部圆周的尺寸公差按照6g加工制造，在施压螺杆I对液性塑料17施加力的过程中，始终有作用力作用在金属管坯8的上端面上。所述施压螺杆I下端的圆柱面上设有防泄漏槽，参数与所述堵头10的端部圆柱面上的防泄漏槽相同。
[0016]所述加热系统包括加热器19、矿物油20和容器21 ;所述矿物油20盛装在所述容器21中，所述矿物油20通过所述加热器19加热；所述模具工件系统放置在所述容器21的所述矿物油20中；所述振动系统包括夹持板11和振动器工作台12，紧固螺栓13、弹簧垫圈14、螺母15 ;使用所述紧固螺栓13、弹簧垫圈14和螺母15将所述夹持板11固定在所述振动器工作台12的T形槽上，调节所述夹持板11之间的距离，将所述容器21四周固定，以保证在振动的情况下不发生位移。
[0017]本发明具有以下技术优势:
[0018]1、采用手动控制螺杆的方式施加压力，采用不可压缩的液性塑料作为传力介质，与采用液压力涨形相比，避免使用复杂的液压设备。本发明不仅设备简单，维修方便，而且所占空间小，能耗低，加工成本低。
[0019]2、本发明提出的成形的方法，在实施过程中，多个工步可以并行实施，缩短了批量制造的加工时间，所使用的传递压力的介质绿色环保，可以重复利用。
[0020]3、在成形过程中，振动能显著降低金属材料的流动应力及工件与模具之间的摩擦力，而且外界能量的输入，促进了金属微粒间的位错运动，有利于各种晶粒滑移系开动，从而使相应的滑移变得容易，克服了各种内应力，降低了金属管的变形抗力，提高了成形精度。
[0021]4、在金属管发生明显的塑性变形后，材料发生加工硬化，材料晶粒得到了细化，位错密度增加，位错间的交互增强，造成位错的运动阻力增大，材料的强度和硬度显著提高，引起的塑性变形抗力增加。管件变形后对其加热，金属材料内部原子扩散能力增强，使其发生再结晶，已破碎的晶粒重新生核、长大变成均匀性等轴晶，材料的强度和硬度明显降低，而塑性和韧性大大提高，加工硬化被消除，内应力全部消失，进一步提高了成形的精度。
【附图说明】
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[0022]图1为本发明装置结构示意图。
[0023]图中:1:施压螺杆；2:压紧螺栓；3:弹簧垫圈；4:压板；