大膨胀量管件成形方法和成形系统与流程

1.本发明涉及金属成形制造技术领域，特别是涉及一种大膨胀量管件成形方法和成形系统。


背景技术：

2.金属变截面空心结构管件广泛地应用于航空、航天、汽车等领域。这种金属变截面空心结构管件局部型面膨胀，业内对于膨胀率超过200％的金属管件，称之为“大膨胀量管件”。
3.汽车制造业应用广泛的桥壳为典型的大膨胀量特征管件，其成形工艺的历代发展具有一定代表性。初代桥壳制造工艺为铸造，成形件材料连续性较差、力学性能较弱；第二代桥壳成形工艺为冲压与对焊，一般成形件存在两条焊缝，工况服役条件下易失效；第三代桥壳制造工艺为机械胀形，桥包采用焊接手段进行装配连接，存在焊缝失效、液体泄漏的风险，且焊缝不利于实现轻量化；第四代桥壳成形工艺为缩径与充液压形，相比前三代成形工艺，虽然省去了焊接等多道工序，但其缩径导致的管件壁厚不均未得到改善，使得成形件的非承力部分壁厚较厚，浪费材料亦不利于实现轻量化。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种大膨胀量管件成形方法和成形系统，以解决上述现有大膨胀量管件成形技术所存在的管件壁厚不均，从而不仅浪费材料，且不利于实现轻量化的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种大膨胀量管件成形方法，包括：根据目标管件的膨胀率，结合管坯材料的力学性能，确定管坯的直径；对所述管坯中，需要小于管坯直径的部分进行缩径处理；对所述管坯中，需要大于管坯直径的部分进行增径处理；根据所述目标管件的形状轮廓，对增径处理后的管坯进行预成形处理，以获得预成形件；对所述预成形件进行内高压成形处理，获得所述目标管件。
6.可选的，所述目标管件的膨胀率获取方法包括：根据所述目标管件的最大截面周长和最小截面周长，分别计算获得所述目标管件的最大当量直径和最小当量直径；所述最大当量直径和所述最小当量直径的商值为所述目标管件的膨胀率。
7.可选的，所述增径处理包括：对所述管坯中需要大于管坯直径的部分进行液压胀形处理。
8.可选的，所述预成形处理包括：对进行所述增径处理后的管坯进行液压胀形处理。
9.可选的，对进行所述缩径处理、所述增径处理或所述预成形处理后的所述管坯进行热处理。
10.本发明还提出一种大膨胀量管件成形系统，包括：缩径设备，用于对管坯中需要小于管坯直径的部分进行缩径处理；增径设备，用于对所述管坯中需要大于管坯直径的部分进行增径处理；预成形设备，用于根据目标管件的形状轮廓，对增径处理后的所述管坯进行
预成形处理；内高压成形设备，用于对预成形处理后的所述管坯进行内高压成形处理，以获得目标管件。
11.可选的，还包括热处理系统，用于对缩径处理、增径处理或预成形处理后的所述管坯进行热处理。
12.可选的，所述缩径设备、所述增径设备、所述预成形设备和所述内高压成形设备依次布置形成大膨胀量管件生产线，所述热处理系统位于所述大膨胀量管件生产线的一侧。
13.可选的，还包括用于取送管件的机械手。
14.可选的，还包括控制系统，所述缩径设备、所述增径设备、所述预成形设备和所述内高压成形设备均与所述控制系统电连接。
15.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
16.本发明提出的大膨胀量管件成形方法，通过缩径工艺与增径工艺复合的成形思想，再结合内高压成形工艺的采用，实现了大膨胀量管件的整体成形。相比传统工艺成形的拼焊管件，无需焊接工艺，整体成形管件的材料连续性与力学性能均优于拼焊管件。通过缩径工艺与增径工艺合理设置管件各部分截面周长，使得内高压成形工艺中管件膨胀率降低，进一步降低了局部特征贴模所需的成形内压，有利于减小设备吨位需求，节约了工艺所需的能耗。本发明的大膨胀量管件成形方法实现步骤简单，工艺技术成熟，易于在生产中实施、推广和应用。
17.本发明提出的大膨胀量管件成形系统，同时布置了缩径设备、增径设备和内高压成形设备，通过对管坯依次进行缩径处理、增径处理、预成形处理以及内高压成形处理，实现了大膨胀量管件的整体成形。上述大膨胀量管件成形系统整体结构布置合理，自动化程度高，适用于大膨胀量管件的大批量连续生产，有利于提升大膨胀量管件的生产效率。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例所公开的大膨胀量管件成形系统的整体结构示意图。
20.图2为本发明实施例所公开的大膨胀量管件成形流程示意图。
21.图3为本发明实施例所公开的大膨胀量管件成形系统中增径设备的结构示意图。
22.图4为本发明实施例所公开的大膨胀量管件成形系统中预成形设备的结构示意图。
23.图5为本发明实施例所公开的大膨胀量管件成形系统中内高压成形设备的结构示意图。
24.图6为本发明实施例所公开的管坯成型过程示意图。
25.其中，附图标记为：100、大膨胀量管件成形系统；1、缩径设备；2、增径设备；21、增径压力源；22、增径压力源控制系统；23、增径压力机控制系统；3、预成形设备；31、预成形压力源；32、预成形压力源控制系统；33、预成形压力机控制系统；4、内高压成形设备；41、内高压成形高压源；42、内高压成形高压源控制系统；43、内高压成形压力机控制系统；5、热处理
系统；6、机械手；7、控制系统；8、管坯；9、缩径管件；10、增径管件；11、预成形管件；12、目标管件。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.本发明的目的之一是提供一种大膨胀量管件成形方法，以解决现有大膨胀量管件成形技术所存在的管件壁厚不均，从而不仅浪费材料，且不利于实现轻量化的问题。
28.本发明的另一目的还在于提供一种大膨胀量管件成形系统，以解决现有大膨胀量管件成形技术所存在的管件壁厚不均，从而不仅浪费材料，且不利于实现轻量化的问题。
29.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
30.实施例一
31.本实施例提供一种大膨胀量管件成形方法，主要包括如下步骤：s1、根据目标管12的膨胀率，结合管坯8材料的力学性能，确定管坯8的直径；s2、对管坯8中，需要小于管坯8直径的部分进行缩径处理，从而得到缩径管件9；s3、对管坯8，即缩径管件9的需要小于管坯直径的部分进行增径处理，从而得到增径管件10；s4、根据目标管件12的形状轮廓，对增径处理后的管坯，即增径管件10进行预成形处理，以获得预成形管件11；s5、对预成形管件11进行内高压成形处理，获得目标管件12。
32.本实施例中，目标管件12的膨胀率获取方法包括：根据目标管件12的最大截面周长和最小截面周长，分别计算获得目标管件12的最大当量直径和最小当量直径；最大当量直径和最小当量直径的商值为目标管件12的膨胀率。由管坯材料的力学性能获得管坯8沿环向的最大膨胀率和最大收缩率，再结合目标管件12的膨胀率，确定管坯8的直径，以使管坯8在增径、预成形和内高压成形工艺中的膨胀率之和小于管坯8的最大膨胀率、管坯8在缩径工艺中的收缩率小于管坯8的最大收缩率。
33.本实施例中，目标管件12为大膨胀量管件，其沿轴向各截面周长不等，即各截面当量直径不等。对管坯8进行缩径处理时，一般根据目标管件12中截面当量直径的数值，制定大圆变小圆的缩径工艺方案。缩径工艺后获得的缩径管件9的力学性能发生改变，继续发生均匀塑性变形的能力下降，根据管坯在缩径工艺中的截面收缩率，评估管坯在该工艺中的塑性变形程度，进而判定其是否需要进行热处理。即会根据缩径处理后缩径管件9的力学性能变化情况，选择性地对缩径管件9进行热处理。
34.本实施例中，对缩径管件9进行增径处理时，制定小圆变大圆的增径工艺方案，即缩径管件9在增径模具中发生液压胀形，材料贴靠模具后，取出获得的增径管件10。实际操作中，会根据增径工处理后增径管件10的力学性能变化情况，选择性地对增径管件10进行热处理。
35.本实施例中，考虑到目标管件12的具体形状难以在内高压成形处理时一次成型的问题，还在对增径管件10进行内高压处理之前，对其进行了预成形处理，即将增径管件10置
于预成形模具内发生液压胀形，材料贴靠模具后，取出获得的预成形管件11。同理，会根据预成形后预成形管件11的力学性能变化情况，选择性地对预成形管件11进行热处理。
36.本实施例中，优选在目标管件12的整个成形过程中，对步骤s2中得到的缩径管件9、步骤s3中得到的增径管件10以及步骤s4中得到的预成形管件11，分别进行热处理，以提升管件质量。
37.本实施例中，将预成形管件11置于内高压模具内进行内高压成形处理，获得大膨胀量整体管件，即目标管件12。内高压模具型腔与目标管件12尺寸形状一致，将预成形管件11置于内高压模具内，预成形管件11可在液体高压的作用下发生膨胀变形并贴靠模具，从而获得大膨胀量整体管件，即目标管件12。
38.本技术方案所提供的上述大膨胀量管件成形方法，通过缩径工艺与增径工艺复合的成形思想，实现了大膨胀量管件的整体成形。相比传统工艺成形的拼焊管件，本方案无需焊接工艺，整体成形管件的材料连续性与力学性能均优于拼焊管件。通过缩径工艺与增径工艺合理设置管件各部分截面周长，使得内高压成形工艺中管件膨胀率降低，进一步降低了局部特征贴模所需的成形内压，有利于减小设备吨位需求，节约了工艺所需的能耗。
39.通过缩径工艺与增径工艺的圆形截面均匀变形，所得变径管件的壁厚分布均匀。内高压成形工艺中管件周长基本不发生变化，各部分截面由圆形贴靠模具变为目标型面，各截面壁厚未发生减薄，所得大膨胀量整体管件各截面壁厚分布均匀。
40.同时，本技术方案的上述大膨胀量管件成形方法实现步骤简单，工艺技术成熟，易于在生产中实施、推广和应用。
41.实施例二
42.如图1所示，本实施例提出一种大膨胀量管件成形系统100，主要包括缩径设备1、增径设备2、预成形设备3和内高压成形设备4，其中缩径设备1用于对管坯8中需要小于管坯直径的部分进行缩径处理；增径设备2用于对管坯8中需要大于管坯直径的部分进行增径处理；预成形设备3用于根据目标管件12的形状轮廓，对增径处理后的管坯进行预成形处理；内高压成形设备4用于对预成形处理后的管坯进行内高压成形处理，以获得目标管件12。
43.本实施例中的大膨胀量管件成形系统100中，还设置了热处理系统5，主要用于对缩径处理、增径处理和预成形处理后的管坯进行热处理。上述缩径设备1、增径设备2、预成形设备3和内高压成形设备4依次布置形成大膨胀量管件生产线，热处理系统5位于大膨胀量管件生产线的一侧。
44.本实施例中，为了进一步提升大膨胀量管件成形系统100的自动化程度，还设置了用于取送管件的机械手6。具体地，缩径设备1和增径设备2之间、增径设备2和预成形设备3之间、预成形设备3和内高压成形设备4之间、热处理系统5与缩径设备1之间、热处理系统5与增径设备2之间、热处理系统5与预成形设备3之间、热处理系统5与内高压成形设备4之间均设置有机械手6，以实现取送管件在各设备之间的自动化转运，节省人工的同时，提高了工作效率。机械手6可选用现有的四轴机械手、六轴机械手等。在上述由缩径设备1、增径设备2、预成形设备3和内高压成形设备4组成的大膨胀量管件生产线的前部和尾部，也可分别配置机械手6，以实现管坯8进入生产线和目标管件12排出生产线的自动化操作，进一步提升了生产效率。
45.本实施例中，还包括控制系统7，上述缩径设备1、增径设备2、预成形设备3、内高压
成形设备4和热处理系统5均与该控制系统7电连接，以实现整个大膨胀量管件生产线的全自动化智能运行。
46.本实施例中，上述缩径设备1包括一套用于缩径成形的模具、一套用于润滑的喷涂机构和一台缩径专用的压力机。其中缩径专用的压力机根据具体缩径尺寸设有定位装置，用于保证缩径管件的定位精度，便于机械手抓取。上述缩径设备1为一套现有设备，具体结构和工作原理在此不再赘述，其中的压力机包括机身、工作台、油缸和压力机滑块，为现有技术，在此不再赘述。
47.本实施例中，上述增径设备2包括一套用于增径成形的模具、一台增径专用的压力机、一套增径压力源21、一套增径压力源控制系统22和一套增径压力机控制系统23。上述增径设备2为一套现有设备，具体结构和工作原理在此不再赘述，其中的压力机包括机身、工作台、油缸和压力机滑块，为现有技术，在此不再赘述。
48.本实施例中，上述预成形设备3包括一套用于预成形的模具、一台预成形专用的压力机、一套预成形压力源31、一套预成形压力源控制系统32和一套预成形压力机控制系统33。上述预成形设备3为一套现有设备，具体结构和工作原理在此不再赘述，其中的压力机包括机身、工作台、油缸和压力机滑块，为现有技术，在此不再赘述。
49.本实施例中，上述内高压成形设备4包括一套用于内高压成形的模具、一台内高压成形专用的压力机、一套内高压成形高压源41、一套内高压成形高压源控制系统42和一套内高压成形压力机控制系统43。上述内高压成形设备4为一套现有设备，具体结构和工作原理在此不再赘述，其中的压力机包括机身、工作台、油缸和压力机滑块，为现有技术，在此不再赘述。
50.本实施例中，上述热处理系统5优选为热处理炉，其包括温度控制系统、加热炉体和设置于炉体内的工件运送装置。上述热处理系统5为一套现有设备，具体结构和工作原理在此不再赘述。
51.本实施例中，整个大膨胀量管件生产线中还配置有相应的紧急停电保护装置、安全防护系统等。
52.针对膨胀率超过200％的大膨胀量管件，采用传统工艺难以实现整体成形，本技术方案同时布置了缩径设备1、增径设备2和内高压成形设备4，实现了缩径工艺、增径工艺与内高压成形工艺的结合，从而可以实现大膨胀量管件的整体成形与批量生产，同时保证了工艺的低成本、高精度和质量稳定等优势。通过缩径工艺与增径工艺的合理设计，可进一步降低内高压工艺的管件膨胀率，进而减小成形内压，实现节能减排。由于缩径工艺和增径工艺均为圆形截面胀形，因此，所得管件壁厚沿环向分布均匀。由于前序合理的截面周长设计，管件在内高压工艺中截面周长基本未变，截面贴靠模具仅形状发生改变，壁厚基本未发生变化，因此，所得大膨胀量整体管件各截面壁厚分布均匀。
53.本技术方案提出的上述大膨胀量管件成形系统100，通过对管坯依次进行缩径处理、增径处理、预成形处理以及内高压成形处理，实现了大膨胀量管件的整体成形，相比传统工艺成形的拼焊管件，无需焊接工艺，整体成形管件的材料连续性与力学性能均优于拼焊管件，解决了现有工艺难以实现大膨胀量管件整体成形的技术难题。而且，上述大膨胀量管件成形系统100整体结构布置合理，自动化程度高，适用于大膨胀量管件的大批量连续生产，有利于提升大膨胀量管件的生产效率。
54.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
55.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种大膨胀量管件成形方法，其特征在于，包括：根据目标管件的膨胀率，结合管坯材料的力学性能，确定管坯的直径；对所述管坯中，需要小于管坯直径的部分进行缩径处理；对所述管坯中，需要大于管坯直径的部分进行增径处理；根据所述目标管件的形状轮廓，对增径处理后的管坯进行预成形处理，以获得预成形件；对所述预成形件进行内高压成形处理，获得所述目标管件。2.根据权利要求1所述的大膨胀量管件成形方法，其特征在于，所述目标管件的膨胀率获取方法包括：根据所述目标管件的最大截面周长和最小截面周长，分别计算获得所述目标管件的最大当量直径和最小当量直径；所述最大当量直径和所述最小当量直径的商值为所述目标管件的膨胀率。3.根据权利要求1或2所述的大膨胀量管件成形方法，其特征在于，所述增径处理包括：对所述管坯中需要大于管坯直径的部分进行液压胀形处理。4.根据权利要求1或2所述的大膨胀量管件成形方法，其特征在于，所述预成形处理包括：对进行所述增径处理后的管坯进行液压胀形处理。5.根据权利要求1或2所述的大膨胀量管件成形方法，其特征在于，对进行所述缩径处理、所述增径处理或所述预成形处理后的所述管坯进行热处理。6.一种大膨胀量管件成形系统，其特征在于，包括：缩径设备，用于对管坯中需要小于管坯直径的部分进行缩径处理；增径设备，用于对所述管坯中需要大于管坯直径的部分进行增径处理；预成形设备，用于根据目标管件的形状轮廓，对增径处理后的所述管坯进行预成形处理；内高压成形设备，用于对预成形处理后的所述管坯进行内高压成形处理，以获得目标管件。7.根据权利要求6所述的大膨胀量管件成形系统，其特征在于，还包括热处理系统，用于对缩径处理、增径处理或预成形处理后的所述管坯进行热处理。8.根据权利要求7所述的大膨胀量管件成形系统，其特征在于，所述缩径设备、所述增径设备、所述预成形设备和所述内高压成形设备依次布置形成大膨胀量管件生产线，所述热处理系统位于所述大膨胀量管件生产线的一侧。9.根据权利要求6～8任意一项所述的大膨胀量管件成形系统，其特征在于，还包括用于取送管件的机械手。10.根据权利要求9所述的大膨胀量管件成形系统，其特征在于，还包括控制系统，所述缩径设备、所述增径设备、所述预成形设备和所述内高压成形设备均与所述控制系统电连接。

技术总结
本发明公开一种大膨胀量管件成形方法，通过缩径工艺与增径工艺复合的成形思想，再结合内高压成形工艺的采用，实现了大膨胀量管件的整体成形。该大膨胀量管件成形方法实现步骤简单，工艺技术成熟，易于在生产中实施、推广和应用。本发明提出的大膨胀量管件成形系统，同时布置了缩径设备、增径设备和内高压成形设备，通过对管坯依次进行缩径处理、增径处理、预成形处理以及内高压成形处理，实现了大膨胀量管件的整体成形。上述大膨胀量管件成形系统整体结构布置合理，自动化程度高，适用于大膨胀量管件的大批量连续生产，有利于提升大膨胀量管件的生产效率。件的生产效率。件的生产效率。


技术研发人员：韩聪 张鑫龙 苑世剑
受保护的技术使用者：哈尔滨工达海卓智能成形科技有限公司
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/8/24