[发明专利]一种拼焊管的胀形方法无效
申请号: | 200810137285.8 | 申请日: | 2008-10-10 |
公开(公告)号: | CN101376146A | 公开(公告)日: | 2009-03-04 |
发明(设计)人: | 刘钢;苑世剑;王小松 | 申请(专利权)人: | 哈尔滨工业大学 |
主分类号: | B21D26/02 | 分类号: | B21D26/02 |
代理公司: | 哈尔滨市松花江专利商标事务所 | 代理人: | 刘同恩 |
地址: | 150001黑龙江*** | 国省代码: | 黑龙江;23 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 拼焊管 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种管状结构件的胀形方法。
背景技术
目前,管材液压成形技术在航空、航天和汽车制造业得到了愈来愈广泛的应用,利用该工艺生产的各种空心变截面管件使结构更具轻量化。以汽车底盘结构件为例,由于不同部位承担载荷不同,因此各部分强度、刚度的要求不同。对于强度和刚度要求高的部位,可以通过改变截面形状和尺寸或采用较高强度材料提高截面模量和抗弯、抗扭性能。
为了在增加构件承载能力的同时,不过多增加构件的质量,可以有两种方法:一是可以将其设计成变厚度构件,即在需要较高强度和刚度的部位,采用较大的厚度,在承载较小的部位,采用较小的厚度。例如制造汽车零件时,根据载荷分布情况来设计零件壁厚,可使零件重量减轻33%。二是可以采用不同密度的材料制造异种材料拼焊结构件,如将铝合金与钢焊接,在强度要求高的部位采用高强度材料,在承载小的部位采用铝合金等低密度低强度材料。为此,与目前使用较多的拼焊板冲压技术相仿,提出了拼焊管成形技术。即:根据结构承载能力需要将厚度不同或强度、密度不同的管材拼焊在一起,制造变强度的空心变截面结构件,这种零件与普通等厚度管材构件相比,去除了多余的材料或部分使用轻质材料,既满足构件强度和刚度要求,又减轻了结构重量,同时优化材料成本。
德国Mudar&Bender公司已有简单的拼焊管产品问世,产品被应用在一些高级轿车上。与拼焊板成形相比,拼焊管成形属于一种较新的成形技术,目前研究还处于起步阶段。葡萄牙学者通过数值模拟研究了铝合金差厚拼焊管内高压成形中焊缝移动规律,并指出厚度比越大焊缝移动量越大。北京航空航天大学对比研究了差厚拼焊管和等厚管轴向压缩时在能量吸收上的差别,指出差厚管具有质量轻、吸能性好、初始峰值低等优点,在轻量化车身纵向吸能结构设计方面,具有较为广泛的应用前景,并能提高汽车的被动安全性。
典型拼焊管结构如图1所示,即采用外径相等、壁厚不等的管材焊接获得差厚拼焊管,薄管初始厚度为t1,厚管初始厚度为t2,将该拼焊管放入模具中施加内压,通过胀形获得图2所示零件。
传统工艺方法如图3所示,将拼焊管材置于模具1中,在管材内施加内压,使薄管、厚管同时胀形贴模。但是,拼焊管材在进行胀形时,由于管材壁厚差异,较薄的部分先发生变形,而较厚的部分后发生变形,往往在薄管基本贴模时,厚管才发生变形,由于薄管大部分已贴模,在厚管胀形时,厚管将首先在焊缝附近发生膨胀,并使焊缝向厚管外端方向移动,使焊缝附近的薄管局部(图2中的AB段)发生较大轴向伸长,易导致薄管接近焊缝的部位(图2中的B点附近)发生局部减薄,从而在最终零件上形成一个环形的薄弱部分,在零件使用过程中该处易产生应力集中,影响零件整体的疲劳强度。研究表明,对于外径40mm,t1=1.4mm,t2=2.8mm的低碳钢拼焊管成形,薄管B点减薄率比M点高5.2%,如图9所示,其中,减薄率为管材初始厚度与变形后厚度的差值占初始厚度的百分比。
如果采用不同强度管材制成拼焊管坯,即使管坯壁厚相等,在胀形过程中同样会存在上述问题,即:低强度管材优先发生胀形,并在焊缝附近发生较大的局部减薄,从而降低结构的强度,尤其是疲劳强度。
发明内容
本发明的目的是为解决现有在胀形过程中存在的低强度管材优先发生胀形,并在焊缝附近发生较大的局部减薄,从而降低结构的强度,尤其是疲劳强度的问题,提供一种拼焊管的胀形方法。
本发明的目的是这样实现的:步骤一、先将初始管坯置入初始模具中,合模后施加合模力,用两个冲头密封住初始管坯的两端,然后向初始管坯内注入高压液体,初始模具将初始管坯的薄管或低强度管的外壁完全约束住,并将厚管或高强度管靠近薄管或低强度管一侧的CD段同时进行约束,使厚管或高强度管CD段以外的管段发生胀形,直至厚管或高强度管CD段以外的管段贴模,获得中间形状工件;步骤二、将步骤一成形的中间形状工件放入具有最终形状模腔的模具中,合模后施加合模力,用两个冲头密封住中间形状工件的两端,向中间形状工件内注入高压液体,在内压作用下,薄管或低强度管以及厚管或高强度管的CD段发生胀形变形,得到最终形状的拼焊管。
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