CN1025010C - 多通管接头的塑挤成型工艺及模具 - Google Patents
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Abstract
本发明属于多通管接头及变断面空心零件塑挤成型工艺及模具，它采用固体材料作为密封，传力、成型介质，首先将介质熔化后注入或装入预处理过的管坯或空心坯料中，然后把它们装入可分模的凹模里，合紧凹模，冲头向管坯和介质加压。冲头在挤压管坯的同时挤压介质，致使管坯内形成高压将管坯挤胀出所要求的形状。模具由可分模的凹模和下端应有α为1～6°的锥度或有一个锥度α为2～6°的锥形中心孔。这种工艺要求设备和模具简单、毛坯的精度和塑性较低，固体介质可重复使用，大幅度降低了生产成本。
Description
本发明属于多通管接头及变断面空心零件的塑挤成形工艺及模具。
管路系统在日常生活中及石油化工、电力、核电、机械等部门中应用极为广泛，而多通管接头及变断面空心零件是其不可缺少的零部件。日常生活中，如送水、送气的管路系统，其内压小，强度性能要求低，因此采用铸造、焊接方法生产这些零部件就足以满足要求。而对于石油、化工、电力电站系统中采用的管路有一些特殊要求，如抗高压、耐高温、防腐防锈等，这样，铸造、焊接方法生产的管接头就远远达不到要求，这就要求在材质及加工方法上加以改进。多向模锻加工是近年来迅速发展起来的锻造新工艺它综合了模锻和挤压的优点，克服了传统锻压设备加工的局限性和效益低的弱点，具有锻件尺寸精度高、质量好、材料利用率高、节省能源等优点，但锻出的三、四通等管接头毛坯内腔仍需切削加工，且加工出的内腔主支管的联接处为非圆滑流线型联接，用于管路中液、汽流损耗较大。目前，常用的方法是管坯软模胀形法，即采用液体、橡胶的压力代替刚性凸模或凹模，使空心件或管状坯料向外扩张，胀出所需的凸起曲面。国内应用较多的是橡胶胀形，而国外尤其是日本液压胀形则占相当大的比例。
软模胀形法虽然具有许多优点，但仍存在一些不足：
1、对于低强度、高塑性材料，软模胀形法生产的锻件必须增加冲支管底部的辅加工序;而对有些高强度材料则需增加冲孔一翻边工序。
2、软模胀形的变形特点主要是材料受切向和母线方向的拉伸，其胀形的变形程度受材料延伸极限的限制，对厚度较厚或较薄的零件成形均很困难。
3、随着变形程度的增加，内压的增加，橡胶胀形法将大量耗损橡胶，液压胀形法的介质泄漏也将加重。因此，要求的设备，模具的精度、密封性均较高。成本的提高，也使软模胀形法的应用受到了一定的限制。
本发明的目的在于提供一个新的多通管接头及变断面空心零件的成形工艺及模具，在这种加工工艺中，采用某些固体材料代替液体、橡胶作为密封、传力成形介质，从而降低生产成本，使产品的质量、材料的利用率都有大幅度的提高。
现有工艺是使用橡胶、液体作为传力成形介质，使空心件和管状坯料在压力作用下向外扩张，胀出所需的凸起曲面，本发明的要点是：采用固体材料作为密封、传力成形介质，首先将介质溶化后注入或装入预处理过的管坯或空心坯料中，然后把它们装入可分模的凹模里，合紧凹模，冲头向管坯和介质加压，冲头在挤压管坯的同时挤压介质，致使管坯内形成高压将管坯挤胀出所
要求的形状。冲头继续加压，使介质以足够的压力按凹模支管处刃口形状冲去支管底部。将成形件取出凹模加温溶化介质即可获得所需要的成品件，充填介质的数量要根据加工零件的形状及变形量确定，充填的介质可以是单独一种，也可以是二种不同介质分别装入管坯中，成形过程可以在一般生产车间室温条件下进行挤胀成形，也可以将模具和管坯加热后进行挤胀成形。冲头下端面轴向长度等于（0.2-0.6）管坯内径处有为1-6°的锥度或在冲头的下端面中心有一直径等于（0.2-0.45）管坯内径，锥度为2-6°的锥形中心孔，锥孔的深度等于（1-5）管坯内径。
按本发明采用固体介质是：
1、在室温下选用的介质为（均为重量比）：
a.含有Bi54-58%，Pb16-18%，Sn10-20%，Hg9-12%的合金材料;
b.含有Bi42-48%，Pb20-24%，Sn7-10%，Cd4-6%，In17-22%的合金材料;
c.含有Bi48-52%，Pb20-24%，Sn10-13%，In18-22%的合金材料;
d.含有Bi49-52%，Pb25-27%，Sn11-14%，Cd9-12%的合金材料;
e.含有Bi50-53%，Pb30-40%，Sn0-16%，Cd0-8.2%的合金材料;
f.熔点为45-70℃的工业石蜡制品;
g.熔点为100～140℃的亚硝酸盐及硝酸盐制品;
①含有KNO345-60%，NaNO235-45%，NaNO35-10%，H2O0-6%制品;
②含有NaNO340-50%，NaNO225-30%，KNO325-30%，H2O0-7%制品;
③含有Al（NO3）3·9H2O40-60%，NaNO240-60%制品;
2）将模具和管坯加热后进行挤胀成形选用的介质是：
a.下述成份的熔点为435～960℃的氯化物制品;
①含有NaCl40-90%，KCl20-56%;
②含有NaCl25-40%，CaCl265-80%;
③含有NaCl30-45%，LiCl50-70%;
④含有NaCl40-＝50%，MgCl245-65%;
⑤含有NaCl10-25%，BaCl270-90%;
⑥含有KCl26-55%，BaCl250-75%;
⑦含有NaCl20-30%，KCl25-35%，BaCl245-55%;
⑧含有NaCl15-35%，BaCl225-50%，CaCl230-55%;
⑨含有BaCl290-98%，NaCl2-10%;
⑩BaCl2100%，NaCl100%，KCl100%，CaCl2100%单一成份氯化物;
b.晶体熔点为300-550℃的B2O3-PbO-Tl2O系玻璃;
c.晶体熔点为500-10000C的B2O3-PbO-ZnO系玻璃。
按本发明上术介质熔化后可直接浇注管状或空心坯料之中，也可以用浇注挤压或粉末压实的方法制成一定的形状装入管状或空心坯料中作为传力成形介质。装填的介质可以是一种，也可以是二种不同介质同时分装使用。
按本发明充填二种不同介质时，选用强度限较高的合金材料介质作为密封传力介质设置于冲头的端部，选用强度极限较低的工业石蜡或硝酸盐及亚硝酸盐制品等设置于管坯或空心坯料的中部作为传力成形介质。
按本发明为了调节控制坯料内壁承受介质压力的大小，在坯料的介质中设置芯棒，以减小成形力，节约能耗。
按本发明可根据管状或空心坯料膨胀量的大小和几何形状特征充填介质的数量有所不同，膨胀量大的零件，充填介质的数量较多，使坯料端部与冲头肩部有外间隙。膨胀量较小的零件，充填的介质较少，冲头端部与内充介质的端部有内间隙，对一侧膨胀量大的零件，将对应的另一侧管状坯料的两端部切去坡口，对于四通等两侧膨胀量大的零件，则将管状坯料的两端向内切去对称凹入的坡口，坡口的深度h等于（0.01-0.6）管坯内径，坡口宽度参数等于管坯的壁厚加（0.0-0.35）管坯内径。
按本发明施加压力的冲头下端面轴向长度等于（0.2-0.6）管坯内径处有为1-6°的锥度或冲头的下端面中心有一直径等于（0.
2-0.45）管坯内径，锥度为2-6°的锥形中心孔，锥孔的深度等于（1-5）管坯内径。
按本发明在加工之前，管状及空心毛坯的外表面要进行润滑处理，以减小外表面摩擦系数。其内壁还要进行酸洗、碱洗和水清洗等措施，以增加内表面的摩擦系数。
附图及实施例：
图1-3为三通、四通及变断面空心零件的剖视图。
图4-6为塑挤成形工艺的工作原理。
图7-8为充填二种介质的管状坯料剖视图。
图9-10为充填二种和一种介质中间加有芯棒和管状坯料剖视图。
图11-12为冲头剖视图。
图13为冲头肩部与坯料端部有外间隙和管状坯料剖视图。
图14为冲头端部与介质端部有内间隙的管状坯料剖视图。
图15为两端部切去对称坡口的管状坯料剖视图。
图16为两端部切去一侧坡口的管状坯料剖视图。
在图4中，（1）为冲头，（2）是凹模，（3）为管状坯料，（4）为介质，（5）为支管处顶杆。在图5中（6）为支管。在图6中（7）为已冲开的支管底部。
下面以室温下（一般生产车间室温条件下）加工三通管接头为例说明本发明，这是本发明最合适的具体实施例（见图4-6）。
本例采用的固体介质是含有Bi54-58%，Pb16-18%，Sn18-20%，Hg9-12%的合金材料。施加压力的冲头其中部有直径φ为10毫米、锥度为3°的锥形中心孔（见图11）。管状坯料的预处理包括：
a.管状坯料的外表面进行磷化、皂化处理或涂以特制的润滑剂，以降低成形过程中坯料表面与凹模表面的摩擦阻力，坯料内壁需要酸洗、碱洗和水清洗，以增加与接触固体成形传力介质（4）的摩擦系数。
b.管状坯料（3）的上下端部切去坡口（图4-6中未注出见图16）零件膨胀量较小时坯料也可不切坡口。
将熔化的固体成形传力介质（4）浇注于管状坯料（3）中，充填的介质较少，冲头（1）端部与内充固体成形传力介质（4）端部有内间隙。然后将装有介质的管状坯料（3）装入可分模的凹模（2），合紧凹模（2），上下冲头（1）以一定的速度向管坯和介质加压，管坯（3）内形成的高压将管坯挤胀出三通的支管（6）（见图5），冲头（1）继续对管坯（3）和固体传力成形介质（4）加压。介质（4）以足够的压力按凹模（2）支管处刃口形状冲去支管底部（7）（见图6）。打开凹模（2）取出并熔化掉成形三通管接头中的介质（4），即可获得一次加工成形的管接头。
下面是高温下加工三通管接头为例说明本发明的另一具体实施例（见图4-6）。
本例采用的介质是含有NaCl10-25%，BaCl270-90%成份的氯
化物。加工的钢制三通管内径为11毫米，壁厚为5毫米。施加压力的冲头端部有为2°，长度5毫米的锥度（见图12）。管状毛坯经酸洗、碱洗处理和清水先处理后外表面涂上特制的润滑剂，可防止毛坯加热时氧化和降低成形过程坯料表面与凹模型腔表面的摩擦阻力，由于这种三通管的膨胀量不大毛坯端部可以不切破口。
本发明与现有工艺相比具有如下优点：
冲头一次加压成形就能得到符合要求的支管长度，省略了打孔翻边工序。对于壁厚相对于孔径较薄或塑性较高、强度较低的铜、铝、软钢等金属制做的多通管（包括三通、四通）接头和变断面空心件，可在塑挤成形的同时一次冲出支管孔形和侧壁孔形。
这种加工工艺还可以根据各种不同金属材料高温成形特性，选择熔点高于室温的成形传力介质对上述零件进行高温成形，成形温度为200℃-900℃，这样可以进一步提高一次塑挤成形系数和降低成形力，高温成形是软模胀形等工艺难于实现的。
对于某些成形继续加工的零件，可以利用成形后内充介质作为支衬，以便于进行后继工序加工。又由于固体介质自身密封形成必要的成形高压，因此与液压胀形法相比，使用的设备、模具简单，要求毛坯料精度、塑性也较低，产品的质量容易控制，成品率高，生产安全。另外，由于这种加工方法使用的介质可以重复使用，有些介质的价格比较低，在工艺过程中消耗又少，因此降低了零件的生产成本，其经济效益是十分明显的。
Claims (9)
1、一种多通管接头及变断面空心零件的塑挤成形工艺，使用橡胶，液体作为传力介质，使空心件或管状坯料在压力作用下向外扩张，胀出所需的凸起曲面，本发明的特征是：采用固体材料代替橡胶、液体，作为密封、传力成形介质首先将这种介质加热熔化后注入或装入预处理过的管坯或空心坯料中，然后将坯料装入可分模的凹模里，合紧凹模，冲头开始向管坯和介质加压，至使管坯内形成高压将坯料挤胀出所要求的形状，冲头继续加压使得介质以足够的压力冲去支管底部，将成形件取出加温熔化介质，即可获得高质量的成形件，充填介质的数量要根据加工零件的变形特点确定，充填的介质可以是单独一种，也可以是二种不同介质分别装入管坯中，成形过程可以在一般生产车间室温条件下进行挤胀成形，也可以将模具和管坯加热后再进行挤胀成形。
2、根据权利要求1所述的塑挤成形工艺，其特征是（均为重量比）：
1）在一般室温条件下选用的成形介质是：
a.含有Bi54-58%，Pb16-18%，Sn18-20%，Hg9-12%的合金材料;
b.含有Bi42-48%，Pb20-24%，Sn7-10%，Cd4-6%，In17-22%的合金材料;
c.含有Bi48-52%，Pb20-24%，Sn10-13%，In18-22%的合金材料;
d.含有Bi49-52%，Pb25-27%，Sn11-14%，Cd9-12%的合金材料;
e.含有Bi50-53%，Pb30-40%，Sn0-16%，Cd0-8.2%的合金材料;
f.熔点为45-70℃的工业石蜡制品（粘塑性材料）;
g.熔点为100～140℃的亚硝酸盐及硝酸盐制品;
①含有KNO345-60%，NaNO235-45%，NaNO35-10%，H2O0-6%制品;
②含有NaNO340-50%，NaNO225-30%，KNO325-30%，H2O0-7%制品;
③含有Al（NO3）3·9H2O40-60%，NaNO240-60%制品;
2）将模具和管坯加热后进行挤胀成形选用的介质是：
a.下述成份的熔点为435～960℃的氯化物制品;
①含有NaCl40-90%，KCl20-56%;
②含有NaCl25-40%，CaCl265-80%;
③含有NaCl30-45%，LiCl50-70%;
④含有NaCl40-50%，MgCl245-65%;
⑤含有NaCl10-25%，BaCl270-90%;
⑥含有KCl26-55%，BaCl250-75%;
⑦含有NaCl20-30%，KCl25-35%，BaCl245-55%;
⑧含有NaCl15-35%，BaCl225-50%，CaCl230-55%;
⑨含有BaCl290-98%，NaCl2-10%;
⑩BaCl2100%，NaCl100%，KCl100%，CaCl2100%单一成份氯化物介质;
b.晶体熔点为300-550℃的B2O3-PbO-TL2O系玻璃;
c.晶体熔点为500-1000℃的B2O3-PbO-ZnO系玻璃。
3、根据权利要求1所述的塑挤成形工艺其特征是：介质熔化后可直接浇注坯料中，也可以用浇注挤压或粉末压实的方法制成规定的形状装入坯料中作为工作介质。
4、根据权利要求1所述的塑挤成形工艺其特征是：在管坯的介质中设置芯棒。
5、根据权利要求1所述的塑挤成形工艺其特征是：对膨胀量大的零件，充填的介质较多，使坯料端部与冲头肩部有外间隙，膨胀量较小的零件，充填的介质较少，使冲头端部与内充介质的端部有内间隙。
6、根据权利要求1所述的塑挤成形工艺其特征是：坯料的外表面要进行润滑处理，其内表面进行酸洗、碱洗和水清洗。
7、根据权利要求1所述的塑挤成形工艺，其特征在于：充填二种不同介质时，将强度极限较高的合金材料介质作为密封、传力介质置于靠近于冲头端部，将强度极限较低的工业石蜡或硝酸盐及亚硝酸盐制品作为传力、成形介质置于坯料中部。
8、根据权利要求1所述的塑挤成形工艺，其特征是：一侧膨胀量大的零件将对应的另一侧管状坯料的两端部切成坡口，对称形状的二侧膨量较大的零件则将管状毛坯二端向内切成对称凹入坡口，坡口深度h等于（0.01-0.6）管坯内径，坡口宽度参数等于管坯的壁厚加（0.0-0.35）管坯内径。
9、根据权利要求1所述的塑挤成形模具，其特征在于：离冲头下端面轴向长度等于（0.2-0.6）管坯内径处有为1-6°的锥度或在冲头的下端面中心有一直径等于（0.2-0.45）管坯内径，锥度为2-6°的锥形中心孔，锥孔的深度等于（1-5）管坯内径。
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