管材锥形旋缩异锻成型方法

摘要

本发明公开了一种管材锥形旋缩异锻成型机及其成型方法，采用表面光洁度好、洛氏硬度高、套模与芯模洛氏硬度相匹配等条件来筛选模具，有利于成型出有色金属以锥形区域为过渡区的异径管材或锥形异径管材管路部件的外形美观、加工精度高、管材的内外表面光洁度好以及残留物含量低等特点的优良产品，同时延长了模具的使用寿命。在成型过程中利用总机编程控制器来调控整个成型机各部分装置的正常工作，使得各部分装置有条理、更协调、高效的工作，同时提高了加工生产过程的连续性。通过冷却水系统给工装模具降温，从而防止了工装模具在高温下变形影响其工作面的表面光洁度，延长了工装模具的使用寿命，同时提高了管材内外表面的光洁度和产成品的合格率。

权利要求

1.一种管材锥形旋缩异锻成型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）准备工作；

a. 挑选套模中锥形表面光洁度不小于2级以及洛氏硬度范围在48HRC到62HRC的套模；

b.根据实际需要得到的成型产品相应的加工参数锥形曲面倾斜角θ或者斜坡高度h来挑选相应的套模；

c．指定以该套模的底面为一加工基准面，并将该套模安装到成型机的旋缩异锻加工装置上；

d. 根据实际需要得到的成型产品的锥形口内径来挑选相应洛氏硬度范围在62HRC到

67HRC的芯模，并将该芯模插入到套模的模腔内；

e. 挑选洛氏硬度范围在42HRC到50HRC的锁紧模具，指定该锁紧模具底面为另一加工基准面，并安装到成型机的夹紧定位装置上；

（2）成型阶段；

a. 将实际需要得到的成型产品的锥形曲面倾斜角θ、斜坡长度L以及斜坡高度h这些加工参数输入到成型机的总机编程控制器中，总机编程控制器将这些加工参数设定为预定参数指令来控制套模工作；

b．将需要加工的管材放置到锁紧模具中，其前端内孔套设在芯模头部，再用夹紧定位装置上的液压紧固装置固定； c．总机编程控制器开启成型机上的冷却水系统，通过水管依次循环夹紧定位装置和旋缩异锻加工装置；

d. 该管材由夹紧定位装置上的气动推进装置带动进退，其外表面周向受到套模的滚压作用使得该管材成型成锥形区域为过渡区的异径管材。

2.根据权利要求1所述的管材锥形旋缩异锻成型方法，其特征在于，在上述方法中的套模为旋缩模具，该旋缩模具采用函数L=h∫tgθdθ公式来计算得到模具的斜坡长度L，其中h为实际需要得到的成型产品的斜坡高度，θ为实际需要得到的成型产品的锥形曲面倾斜角，该θ的范围为6°~12°。

3.根据权利要求1或2所述的管材锥形旋缩异锻成型方法，其特征在于，在成型阶段b中，液压紧固装置的最高工作液压为20MPa。

4.根据权利要求3所述的管材锥形旋缩异锻成型方法，其特征在于，所述液压紧固装置的工作液压由待加工管材的外径确定，待加工管材外径小于13mm的工作液压不大于

2MPa，待加工管材外径大于13mm但小于15mm的工作液压范围在2MPa到6MPa之间，待加工管材外径大于15mm的工作液压范围为6~12 MPa。

说明书

管材锥形旋缩异锻成型方法

技术领域

[0001] 本发明涉及有色金属管材的深加工技术领域，尤其是涉及一种管材锥形旋缩异锻成型机及其成型方法。

背景技术

[0002] 有色金属管材的深加工技术涉及到金属管材制品行业的重要加工成型工艺技术。众所周知，金属管材制品的应用范围非常广泛，使用于飞机、汽车、冰箱、空调和冷柜等的配套管路部件，如铜管管端具有一定锥度管材用于空调配管，同根铜管不同管径的异径管材用于冰箱和冷柜的组件，汽车的排气管件，飞机中的空调管路组件等。由于这些制造行业对有色金属以锥形区域为过渡区的异径管材或锥形异径管材管路部件的外形、加工精度、管材的内外表面光洁度及残留物含量的要求较高，因此，采用传统的挤压或异径管材焊接加工成型的方法生产出的产品，在这些方面已经不能满足使用要求。 同时在这些领域此类金属管件的市场需求量又非常巨大，而传统的成型方法不能连续生产，生产缓慢就满足不了供给需求。

[0003] 因此，市场上不断涌现出了新的技术，比如中国专利ZL200720050136.9的一种异径管旋压加工装置，在传统成型装置的凹模模腔壁上开至少两个散热槽，通过散热槽给工装模具降温，从而防止了工装模具在高温下变形影响其工作面的表面光洁度，在一定程度上延长了工装模具的使用寿命。然而这种散热槽的散热效应是有限的，机器开机时间越长其降温效果越不明显，合格率就会快速下降。该专利中对于传统工装模具的选材提出了要求，选择红硬性好的材料来延长模具的使用寿命和提高管材的加工精度，然而这个说法是不确切的，比较粗犷，硬度过大过小都是不合适的，硬度过大滚压不够充分使得产品光洁度不够，硬度过小不便于滚压。此外凸模（芯模）和凹模（套模）的硬度如果不匹配，都会严重影响模具的使用寿命，以及管材的加工精度不够。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术对有色金属以锥形区域为过渡区的异径管材或锥形异径管材管路部件的外形差、加工精度不高、管材的内外表面光洁度差以及残留物含量高的缺陷，提供了一种能够成型出外形美观、加工精度高、内外表面光洁度好以及残留物含量低的管材锥形旋缩异锻成型方法。

[0005] 本发明的另一目的在于克服现有技术不能够连续生产以及整机都用一个高压电源供电容易造成近身操作员出事故的缺陷，提供了一种操作安全简单，成本低，易于推广使用，自动化程度高的管材锥形旋缩异锻成型机。

[0006] 为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现：一种管材锥形旋缩异锻成型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

[0007] （1）准备工作；

[0008] a. 挑选套模中锥形表面光洁度不小于2级以及洛氏硬度范围在48HRC到62HRC的套模；

[0009] b.根据实际需要得到的成型产品相应的加工参数锥形倾斜角θ或者斜坡高度h来挑选相应的套模；

[0010] c．指定以该套模的底面为一加工基准面，并将该套模安装到成型机的旋缩异锻加工装置上；

[0011] d. 根据实际需要得到的成型产品的锥形口内径来挑选相应洛氏硬度范围在62HRC到67HRC的芯模，并将该芯模插入到套模的模腔内；

[0012] e. 挑选洛氏硬度范围在42HRC到50HRC的锁紧模具，指定该锁紧模具底面为另一加工基准面，并安装到成型机的夹紧定位装置上；

[0013] （2）成型阶段；

[0014] a. 将实际需要得到的成型产品的锥形曲面倾斜角θ、斜坡长度L以及斜坡高度h这些加工参数输入到成型机的总机编程控制器中，总机编程控制器将这些加工参数设定为预定参数指令来控制套模工作；

[0015] b．将需要加工的管材放置到锁紧模具中，其前端内孔套设在芯模头部，再用夹紧定位装置上的液压紧固装置固定；

[0016] c．总机编程控制器开启成型机上的冷却水系统，通过水管依次循环夹紧定位装置和旋缩异锻加工装置；

[0017] d. 该管材由夹紧定位装置上的气动推进装置带动进退，其外表面周向受到套模的滚压作用使得该管材成型成锥形区域为过渡区的异径管材或锥形异径管材。

[0018] 如果模具的紧合接触面或工作表面的光洁度不高，加工生产出的管材的锥形表面粗糙使用性差。如果整套模具的硬度小或芯模和套模的硬度不匹配，将严重影响模具的使用寿命。如果加工基准面选错，模具就不能使用。该方法采用表面光洁度好、洛氏硬度高、套模与芯模洛氏硬度相匹配等条件来筛选模具，有利于成型出有色金属以锥形区域为过渡区的异径管材或锥形异径管材管路部件的外形美观、加工精度高、管材的内外表面光洁度好以及残留物含量低等特点的优良产品，同时延长了模具的使用寿命。在成型过程中利用总机编程控制器来调控整个成型机的各部分装置的工作，使得各部分装置有条理、协调好、连续加工成型效率高。通过冷却水系统给工装模具（套模、芯膜、锁紧模具等）降温，从而防止了工装模具在高温下变形影响其工作面的表面光洁度，延长了工装模具的使用寿命同时提高了管材表面光洁度和产成品的合格率。选定的两个加工基准面，总机编程控制器就方便于计算气动推进装置推进的位移。

[0019] 作为优选，在上述方法中的套模为旋缩模具，该旋缩模具采用函数L=h∫tgθdθ公式来计算得到模具的斜坡长度L，其中h为实际需要得到的成型产品的斜坡长度，θ为实际需要得到的成型产品的曲面倾斜角，该α的范围按照不同的加工产品要求确定。 [0020] 连续旋缩加工生产使用的旋缩模具设计参数采用曲面正切微积分计算决定，理论计算的结果再结合实际的产品需要进行必要的修整改进，最终确定生产实际所需要的精确旋缩模具，其中整体的旋缩模具曲面倾斜角度范围为6°～12°，倾斜角度过大或过小，都不能保证锥形面的正常成型。

[0021] 作为上述方案的替代方案，在上述方法中的套模为异锻模具，该异锻模具采用函数θ=arctgα公式来计算得到模具的曲面倾斜角θ，其中α为实际需要得到的成型产品的曲面倾斜角，该α的范围按照不同的加工产品要求确定，α的范围为6°~11°。 [0022] 连续异锻加工生产使用的异锻模具的参数采用反余切函数或反正切函数计算确定，其中整体的异锻模具曲面倾斜角度范围为6°～11°，倾斜角度过大或过小，都不能保证锥形面的成型。

[0023] 作为优选，在成型阶段b中，液压紧固装置的最高工作液压为20MPa。液压紧固装置的工作液压由待加工管材的外径确定，待加工管材外径小于13mm的工作液压不大于2MPa，待加工管材外径大于13mm但小于15mm的工作液压范围在2MPa到6MPa之间，待加工管材外径大于15mm的工作液压范围为6~12 MPa。

[0024] 在加工生产过程中如果液压压力过大，将使金属管材变形量过大，同时管材的外表面出现严重的压痕。如果液压压力过小，金属管材的外表面将出现严重的划伤现象，所以必须选择最优的工作液压来保证生产工作的正常进行。

[0025] 一种管材锥形旋缩异锻成型机，包括旋缩异锻加工装置、夹紧定位装置和电源，其特征在于，该成型机上还设有冷却水系统、气液工作站和总机编程控制器，总机编程控制器与旋缩异锻加工装置、夹紧定位装置、冷却水系统和气液工作站均相连；冷却水系统通过水管依次循回连接旋缩异锻加工装置和夹紧定位装置；气液工作站与夹紧定位装置相连； [0026] 该成型机上设有与外围三相电相接的高压电源，高压电源通过降压变压器连接低压电源；高压电源与旋缩异锻加工装置、夹紧定位装置、冷却水系统和气液工作站相接；低压电源与总机编程控制器相接。

[0027] 该成型设备整机中控制部分与工装部分采用协作整体布置，如果分体布置将对生产操作、协调工作等方面带来较大麻烦，所以本发明对各部分装置按照具体所需要的工作电压采用分路高低压电源供电，直接接触电控控制装置和总机编程控制器采用低压电源36V供电；旋缩异锻加工生产装置采用高压电源380V供电。本发明采用的分路高低压电源供电的优点有两方面，一方面保证了成型工作的正常进行，另一方面保证了生产人员的连续操作安全。

[0028] 作为优选，总机编程控制器外设点动控制装置，点动控制装置通过一节电器与总机编程控制器相连。安全点动控制装置中还设有安全保护电路，其短路急断时间为1ms。 [0029] 作为优选，夹紧定位装置上的气动推进装置、液压紧固装置和锁紧模具，气动推进装置和液压紧固装置均连接到气液工作站上，锁紧模具与气动推进装置和液压紧固装置配合连接。总机编程控制器下达指令启动气液工作站，通过气体节制器、液压工作站及相关的仪表调节器后供给夹紧定位装置的气动推进装置和液压紧固装置。

[0030] 作为优选，所述旋缩异锻加工装置上设有套模，该套模为旋缩模具，旋缩模具中配设有芯模。

[0031] 作为上述方案的替代方案，所述旋缩异锻加工装置上设有套模，该套模为异锻模具，异锻模具中配设有芯模。

[0032] 有益效果：（1）该方法采用表面光洁度好、洛氏硬度高、套模与芯模洛氏硬度相匹配等条件来筛选模具，有利于成型出有色金属以锥形区域为过渡区的异径管材或锥形异径管材部件的外形美观、加工精度高、管材的内外表面光洁度好以及残留物含量低等优点。 [0033] （2）在成型过程中利用总机编程控制器来调控整个成型机的各部分装置的工作，使得各部分装置有条理、更协调、工作效率高，同时保证了加工成型过程的连续性。 [0034] （3）通过冷却水系统对工装模具（套模、芯膜、锁紧模具等）进行冷却，防止工装模具在高温下变形影响其工作面的表面光洁度，延长了工装模具的使用寿命同时提高了加工成型管材的表面光洁度和产成品的合格率。

附图说明

[0035] 图1为本发明的成型机的结构示意图；

[0036] 图2为本发明的成型机中旋缩异锻加工装置和夹紧定位装置的一种组合结构示意图；

[0037] 图3为本发明的成型机中旋缩异锻加工装置和夹紧定位装置的另一种组合结构示意图。

[0038] 图中：1-点动控制装置，2-节电器，3-总机编程控制器，4-旋缩异锻加工装置，5-夹紧定位装置，6-冷却水系统，7-气液工作站，8-高压电源，9-低压电源，10-芯模，
11-锥形异径管材，12-以锥形区域为过渡区的异径管材，13-旋缩模具，14-异锻模具，
15-锁紧模具，16-液压紧固装置，17-气动推进装置。

具体实施方式

[0039] 下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明。

[0040] 实施例1：如图1所示，一种管材锥形旋缩异锻成型机，包括点动控制装置1、节电器2、总机编程控制器3、旋缩异锻加工装置4、夹紧定位装置5、冷却水系统6、气液工作站7、高压电源8和低压电源9。高压电源8与外围三相电相接，高压电源8通过降压变压器获得低压电源9；高压电源8与旋缩异锻加工装置4、夹紧定位装置5、冷却水系统6和气液工作站7相接。低压电源9与总机编程控制器3和点动控制装置1相接。

[0041] 总机编程控制器3外置点动控制装置1，点动控制装置1通过一节电器2与总机编程控制器3相连。总机编程控制器3调控旋缩异锻加工装置4、夹紧定位装5置、冷却水系统6和气液工作站7的协调工作。冷却水系统6通过水管依次循回连接旋缩异锻加工装置4和夹紧定位装置5。

[0042] 如图2所示，夹紧定位装置4上设有气动推进装置17、液压紧固装置16和锁紧模具15，气动推进装置17和液压紧固装置16均连接到气液工作站6上，锁紧模具15与气动推进装置17和液压紧固装置16配合连接。旋缩异锻加工装置4上安装有旋缩模具13，旋缩模具13中配设有芯模10。旋缩模具13用于加工成型锥形异径管材11。

[0043] 利用上述装置进行管材锥形旋缩异锻成型的方法如下步骤所示： [0044] （1）制备套模；

[0045] 旋缩模具13采用函数L=h∫tgθdθ公式来计算得到模具的斜坡长度L，其中h为实际需要得到的成型产品的斜坡长度，θ为实际需要得到的成型产品的曲面倾斜角，该θ的范围为6°~12°。

[0046] （2）准备工作；

[0047] a. 挑选旋缩模具13中锥形曲面表面光洁度不小于2级以及洛氏硬度范围在48HRC到62HRC的旋缩模具13；

[0048] b.根据实际需要得到的成型产品相应加工参数锥形曲面倾斜角θ或者斜坡高度h来挑选相应的旋缩模具13；

[0049] c．指定以该旋缩模具13的底面为加工基准面，并将该旋缩模具13安装到成型机的旋缩异锻加工装置4上；

[0050] d. 根据实际需要得到的成型产品的锥形口内径来挑选相应地洛氏硬度范围在62HRC到67HRC的芯模10，并将该芯模10插入到旋缩模具13的模腔内与其配合；

[0051] e. 挑选洛氏硬度范围在42HRC到50HRC的锁紧模具15，指定该锁紧模具15底面为另一加工基准面，并安装到成型机的夹紧定位装置5上；

[0052] （3）成型阶段；

[0053] a. 将实际需要得到的成型产品的锥形曲面倾斜角θ、斜坡长度L以及斜坡高度h这些加工参数输入到成型机的总机编程控制器3中，总机编程控制器3将这些加工参数设定为预定参数指令来控制旋缩模具13工作；

[0054] b．将需要加工的管材放置到锁紧模具15中，其前端内孔套设在芯模10头部，再用夹紧定位装置5上的液压紧固装置16固定；液压紧固装置16的最高工作液压为20MPa，液压紧固装置16的工作液压由待加工管材的外径确定，待加工管材外径小于13mm的工作液压不大于2MPa，待加工管材外径大于15mm的工作液压范围为6~12 MPa。

[0055] c．总机编程控制器3开启成型机上的冷却水系统6，通过水管供给冷水依次循回夹紧定位装置5和旋缩异锻加工装置4降温；

[0056] d. 该管材由夹紧定位装置5上的气动推进装置17带动进退，其外表面周向受到旋缩模具13的滚压作用；使得该管材成型成锥形异径管材11。

[0057] 实施例2：如图3所示，异锻模具14采用函数θ=arctgα公式来计算得到模具的曲面倾斜角θ，其中α为实际需要得到的成型产品的曲面倾斜角，该α的范围为6°~11°。将该异锻模具14替换实施例1中的旋缩模具13，用于加工成型以锥形区域为过渡区的异径管材12。