[发明专利]一种斜三通的冷成形加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属管件加工技术，具体地说是一种斜三通的冷成形加工方法。

背景技术

斜三通连接件是工程管路系统的重要组成部分，除了改变管路中介质流动方向以外，还可以提高管路柔性，缓解管件振动和约束力，补偿热膨胀所带来的负效应，从而对提高整个管路的系统稳定性起着重要作用。如能有效采用斜三通，不仅可以减少管道的流动损失，有效地提高能源利用率，而且可以缩短管道长度，降低管道设备投资。

目前，对于金属斜三通的制备方法一般为金属管件呈一定角度相贯后对焊和金属材料锻造后机械加工。采用焊接工艺制备金属斜三通，材料利用率相对较高，但使用金属管件对接熔焊，容易在焊缝处形成气孔、夹杂等缺陷而造成斜三通管件质量较低。另外，热影响区的存在会严重降低斜三通的力学性能。上述缺陷使采用焊接工艺制备的金属斜三通管件很难服役于对力学性能要求苛刻的重大工程环境中。对金属材料热锻后机械加工制备斜三通管件，尽管总体质量较高，但管件的局部流线在机械加工过程中容易被切断。另外，采用此种工艺制备金属斜三通管件，涉及工序较多，加工效率低，成本居高不下。

目前国际国内对于采用液压胀形技术制备金属斜三通研究主要集中理论与数值模拟方面，研究的进展如下：2002年，高霖等(Journal of MaterialsProcessing Tech，2002，129，261-267)采用自适用有限元模拟研究了采用液压胀形方法制备了斜三通管件，可以很好地控制斜三通管件成形；2004年，Suwat等(Materials Processing Technology，2004，146，124-129)对金属斜三通的液压成形工艺参数如轴向进给、内压力大小、管坯原始长度等进行了讨论，并通过有限元方法进行了优化，最后通过试验修正了上述工艺参数；2006年，程东明等(塑性工程学报，2006，13，9-13)利用数值模拟对斜三通管件内高压成形过程进行了研究，研究了87MPa～145MPa范围内5条不同内压的加载路径的成形过程，分析了过渡区内凹、支管高度不足等缺陷产生的原因和内压为116MPa时零件成形过程中典型位置的壁厚变化，以及内压对零件壁厚分布的影；2008年，D.M.Cheng等(Materials Science and Engineering：A，2008，36-39)研究了斜三通管件液压成形三个不同阶段的典型厚度分布，并研究了内压力对斜三通管件厚度分布的影响。上述研究均采用液压成形方法制备斜三通管件，论证了尽管变形工艺参数较多、成形难度较大，却是很有前景的成形工艺。因液压成形工艺为整体成形，故纤维组织完整且分布合理，有力的保证了成形后斜三通管件的力学性能。另外，液压胀形设备因自动化程度高，能够轻易实现对左右冲头进给距离和时间以及成形压力的精确控制。故生产效率极高，从而使金属斜三通的制造成本大大降低。如何对液压胀形设备的左、右冲头尺寸进行优化设计以及采用不同的进给距离和进给时间对冲头进行控制的方法，在上述文献皆没有涉及，而这些恰恰是成功制备壁厚均匀、力学性能优越的高质量管件的重要因素。

发明内容

针对焊接与锻造后机械加工等方法制备金属斜三通管件的不足，本发明的目的是提供一种斜三通的冷成形加工方法，该方法在液压系统中通过设计左右冲头尺寸以及精确控制左右冲头的不同进给距离和进给时间，成功制备出高质量斜三通管件。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种斜三通的冷成形加工方法，其特征在于：它采用整体液压胀形工艺，通过采用润滑剂对金属管坯表面进行润滑处理，并合理控制左右冲头尺寸、不同进给距离和进给时间，在模具中成形出壁厚均匀的高质量管件；具体步骤如下：

①准备待成形的金属管坯，坯料可以为铝合金、钛合金、钢、镁合金、锆合金等易变性与难变形的所有金属材料；管坯可以是无缝管或有缝管；

②在管坯表面均匀涂抹润滑剂，润滑剂可以是二甲苯、机械油、熔炼橡胶、二硫化钼、石墨、润滑脂等液体或固体润滑剂，也可以是上述或其他各种润滑剂的组合；

③对涂抹表面涂层后的管坯放入下模型腔内，并进行精确定位；

④通过液压系统控制合模过程并控制合模力，通过另外的液压回路控制左右冲头相向运动，与管坯端面接触时充入液压油，左右冲头做相向运动；

⑤圆角大的一端进给距离大于或等于圆角小的一端的冲头进给距离；对于左右冲头的进给时间控制应为：圆角小的一端进给一端时间后，停止进给，圆角大的一端冲头继续保持进给；