[發(fā)明專利]一種基于體積膨脹力的管材脹形方法及模具有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201810539704.4 | 申請日： | 2018-05-30 |
| 公開（公告）號： | CN108746311B | 公開（公告）日： | 2019-10-08 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 張亞岐;高方勇;胡文治;周鵬;穆傳坤;阮楹妍 | 申請（專利權(quán)）人： | 東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司 |
| 主分類號： | B21D26/00 | 分類號： | B21D26/00;B21D37/10;B21D37/16 |
| 代理公司： | 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104 | 代理人： | 俞鴻 |
| 地址： | 430056 湖北省武*** | 國省代碼： | 湖北;42 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 管材脹形 模具 體積膨脹 管材 汽車零部件生產(chǎn) 工藝技術(shù)領(lǐng)域 高壓液源 密封要求 對設(shè)備 結(jié)冰 充水 腔內(nèi) 試制 密封 膨脹 開發(fā) | ||
本發(fā)明涉及一種基于體積膨脹力的管材脹形方法及模具，屬于汽車零部件生產(chǎn)工藝技術(shù)領(lǐng)域。所述方法包括在密封的管材中充水，降溫使水結(jié)冰，管材在模具的型腔內(nèi)導(dǎo)向下膨脹成所需形狀。本發(fā)明降低了管材脹形對設(shè)備的密封要求、高壓液源要求等，縮短了試制周期，降低了開發(fā)成本。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及汽車零部件生產(chǎn)工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于體積膨脹力的管材脹形方法及模具。
背景技術(shù)
輕量化是汽車未來發(fā)展主要方向，而管材脹形是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的有效途徑之一。由于現(xiàn)有技術(shù)中為達(dá)到某種特定形狀，管材拼接主要通過焊接、套設(shè)等方式，焊接處質(zhì)量增加，故通過管材膨脹成型可降低焊接處質(zhì)量，達(dá)到輕量化目的，管材脹形也叫內(nèi)高壓成形，內(nèi)高壓成形通過以空心代替實(shí)心、以變截面代替等截面、以整體成形代替拼焊來實(shí)現(xiàn)汽車輕量化。目前現(xiàn)有的內(nèi)高壓采用是液壓油加軸向進(jìn)給來實(shí)現(xiàn)管材脹形，其需要大噸位的液壓機(jī)，對系統(tǒng)的密封性要求很高，且控制系統(tǒng)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高、開發(fā)周期長(試制周期一般在6個(gè)月左右)，很顯然，現(xiàn)有的內(nèi)高壓成型一次性投入太大，不適合新產(chǎn)品的研制，如何縮短管材脹形開發(fā)周期、降低試制成本是產(chǎn)品試制要解決的問題之一。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于體積膨脹力的管材脹形方法及模具。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于體積膨脹力的管材脹形方法：在密封的管材中充水，降溫使水結(jié)冰，管材在模具的型腔內(nèi)導(dǎo)向下膨脹成所需形狀。
具體步驟為：
(1)、在管材中預(yù)先充入常溫水，兩端進(jìn)行密封；
(2)、將預(yù)先充入常溫水的管材放入帶凹模腔的模具，模具閉合，冷卻，在冷卻過程中，水慢慢結(jié)成冰，所產(chǎn)生的體積脹形力對管材進(jìn)行脹形；
(3)、待管材膨脹至與凹模腔貼合后，將管材從模具中取出，放置在常溫下，冰開始慢慢融化，在利用水的流動(dòng)性，將使水從管材型腔中流出，獲得所需的脹形管件。
上述步驟(2)中，通過液氮對其進(jìn)行冷卻。
上述步驟(1)中，所述充入常溫水的量由管材脹形后幾何形狀決定。
上述步驟(2)中，控制管材脹形力的最大值使管材變形充分，管材脹形力最大值滿足如下關(guān)系式：
其中，pmax為管材脹形力的最大值，p屈服為管材的屈服強(qiáng)度。
上述步驟(2)中，冷卻速度由脹形力加載曲線控制，建立脹形力與管材長度之間的關(guān)系式：
其中，p脹形為管材脹形力，p屈服為管材的屈服強(qiáng)度，C為水的比熱容，ρ為水的密度，r為管材半徑，l為管材長度，△t為水結(jié)成冰溫度變化，p冷為冷卻功率，p0為是單位質(zhì)量水結(jié)成冰所能形成的脹形力。
進(jìn)一步地，所述管材的材質(zhì)為鋼或鋁。
進(jìn)一步地，所述管材兩端通過法蘭進(jìn)行密封，當(dāng)管材放入模具中后，所述法蘭兩端上下表面分別與上模、下模內(nèi)壁表面接觸。
一種基于體積膨脹力的管材脹形模具，所述模具包括上模和下模，所述上模和下模分別形成凹模腔。
進(jìn)一步優(yōu)選的結(jié)構(gòu)，所述上模和下模包括兩端用于將管材夾持限位的導(dǎo)向部，導(dǎo)向部之間的管材膨脹變形部。
進(jìn)一步優(yōu)選的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向部的輪廓線與管材的外輪廓線相匹配(相同)，還包括管材膨脹變形部的輪廓線是向管材徑向外側(cè)凸出的弧線。
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