[发明专利]一种小相对弯曲半径大径厚比薄壁弯曲管件的整体成形方法

说明书

技术领域

本发明属于金属空心构件先进制造技术领域，特别涉及一种相对弯曲半径较小及 径厚比较大的管材内高压成形方法。

背景技术

目前，在飞机、航天器和汽车领域，减轻重量是现代制造技术发展的重要趋势，内 高压成形工艺是制造空心结构件的重要方法之一，既可以减轻重量又可以充分利用材料 的强度，节约了材料、降低了成本。

目前用于大直径薄壁管的弯曲工艺有压弯、滚弯、数控绕弯或冲压拼焊结构。但以 上传统成形技术在实际生产成形中均有以下问题：

(1)压弯是将管材放置于上下模具中，利用上模闭合，将管件压入模具型腔实现成 形的弯曲过程，根据是否采用内压支撑，压弯又可以分为无内压支撑和内压支撑下的两 种压弯类型，其适用于相对弯曲半径较大的小角度的弯曲，无法满足复杂弯曲轴线零件 的需求；

(2)数控绕弯可以实现三维复杂轴线管弯曲，能连续进行不同角度的弯曲，但其对 相对弯曲半径R/D和相对厚度D/t都有一定的局限性，数控绕弯的最小相对半径R≥ 1.25D，当R/D过小时，弯曲的外侧管壁会产生过渡变薄，导致破裂，内侧管壁将增厚， 失稳起皱；CNC弯曲的相对厚度D/t≤30，当随着管材直径的增加，或者壁厚的减小时， 当D/t＞100时，弯曲的外侧管壁会产生过渡变薄，导致破裂，内侧管壁将增厚，失稳 起皱。(R为管材中性层曲率半径、d为管材直径、t管材壁厚)。

(3)目前对于小相对弯曲半径及大径厚比薄壁管的成形，由于传统弯曲工艺的限制， 只能通过先冲压成形两个或者两个以上半片再焊接成整体，为了减少焊接变形，一般采 用点焊，因此得到的不是封闭的截面。由于焊点的存在，零件结构的疲劳性能低，材料 利用率低，综合生产成本高等缺点。

所以对于小相对弯曲半径及大径厚比薄壁弯曲管件的成形，由于传统技术的局限 性，特别对于薄壁大径厚比的管子，因壁厚薄，管径大，相对弯曲半径小，弯管时会产 生皱纹等缺陷，形成死皱，往往无法成形或内高压成形时形成无法展平的死皱等缺陷， 小相对弯曲半径及大径厚比薄壁管的成形一直是困扰管材成形的一个难题。

发明内容

现有的大直径薄壁管成形技术，无法满足复杂的小相对弯曲半径及大径厚比薄壁 管的整体成形的需要。本发明针对现有技术的弊端，提出了新的综合制造方法。针对飞 机、航天器和汽车领域所需的具有小相对弯曲半径及大径厚比薄壁管的零件，采用新的 综合制造方法能够制造高质量的零件，有效地解决了实际应用中的大直径薄壁管成形困 难、成形质量不高的问题。

本发明的技术方案如下：

首先选用比最终零件直径偏小而壁厚比要求壁厚大的管坯(以不锈钢SS304材料为 例，保证膨胀率30％以内)，即降低了径厚比使径厚比D/t＜100，以避免弯管时管坯外 侧开裂或内侧起皱的现象发生。同时可对弯曲轴线进行优化，增大两侧相邻两个弯之间 的直线段长度以达到数控绕弯所需的夹持工艺段长度，避免了原轴线所需的多层弯管模 具。同时将原轴线的相对弯曲半径由R≤1D增大至R≥1.25D，以满足数控绕弯所能达到 的最小相对弯曲半径能力。这样降低了数控绕弯的装备的能力要求及模具的复杂化，使 弯管难度大大降低，弯管缺陷完全消除。最后将满足要求的弯曲管坯放入内高压成形模 具中，经内高压成形模具合模将弯曲管坯压人内高压成形模具中，进行内高压成形过程。 最终得到空间形状复杂、性能良好的空心件。

具体方法如下：

一种小相对弯曲半径、大径厚比薄壁弯曲管件的整体成形方法，其特征在于,包括 以下步骤：

第一步，将不锈钢钢管进行数控绕弯，绕弯成所需轴线形状，具体做法是：选用比 最终零件径厚比低的管坯，管坯的径厚比D/t＜100；对管坯数控绕弯的弯曲轴线进行优 化：增大两侧相邻两个弯之间的直线段长度以达到数控绕弯所需的夹持工艺段长度，管 坯轴线的相对弯曲半径R/D≥1.25；

第二步，用内高压成形上模具将管材压入成形模具中，将管材内快速填充乳化液， 由增压冲头和进给冲头冲头对管材的左右两端进行密封；

第三步，增压器开始增压，在轴向冲头补料和管材内腔增压的共同作用下，使管坯 贴合在模具型腔表面实现内高压成形；

第四步，卸压、将增压冲头和进给冲头后退至预设位置后开启模具，取出成形的零 件，其相对弯曲半径R/D≤1，径厚比D/t＞100。

有益效果：