异型高强管类零件的内高压近净成形工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种异型高强管类零件的内高压近净成形工艺，该工艺通过内高压成形工艺生产出来的异型管类构件，特别是变直径、变壁厚高强韧轻质管类构件，主要包括汽车副车架、车身框架、发动机机架等车用零部件；卫星边梁、发射架等航天零部件；飞机进气道、油路等航空零部件三个系列产品。采用内高压近净成形工艺制造的零部件具有构件整体制造、组织致密性能好、结构强度高刚度好、材料利用率和制造效率高、生产过程清洁绿色无污染等显著特点，能较为显著地降低构件的整体重量、材料损耗和生产成本。

Internal high pressure near net forming process for special-shaped high-strength pipe parts

The invention relates to a special-shaped near net forming process of high strength pipe parts, shaped the process through the hydroforming process out of the tube component, especially variable diameter and variable wall thickness with high strength lightweight tube component, including parts of the auxiliary frame, car body frame, engine rack and other vehicles; edge beam, satellite launcher and other aerospace components; aircraft inlet, oil and other aviation parts three series of products. The high pressure in the near net forming process of the parts manufactured with the components of the overall manufacturing, good performance, compact structure and high strength stiffness and material utilization rate and high manufacturing efficiency and clean production process of green pollution-free characteristics, can significantly reduce the overall weight, material consumption and production cost of components.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种内高压近净成形工艺，可以将管件直接加工成异型高强度零部件，用于汽车、航天、航空、车辆中，属于金属制品生产工艺

技术介绍
内高压成形技术是美国、德国上世纪90年代专利技术的新型成形技术，最先在航天卫星发射架、飞机油路系统等零部件制造中获得应用，并迅速推广至汽车、轨道车辆等行业，解决了“分体热冲+焊接+校形”技术制造管（壳）类零件性能不稳、精度不足、效率低下等工艺瓶颈难题，内高压成形工艺使零件组织细化、晶粒流向可控、性能获得显著提升，是变直径变壁厚异型管壳类零部件优质、高效、低耗制造成形的最有效工艺技术，是当今国际成形研究和应用发展最为迅速的新技术。国内汽车行业一直采用热成形、焊接、整形、表面处理等工序制造异型管类零部件，其性能和制造质量明显低于德、英美等产品，由于内高压成形技术是内压和轴向进给联合作用的复杂成形过程，如果内压过高，就会减薄过度或者开裂，如果轴向进给过大就会引起管子屈曲或者起皱，技术难度大，对材料、成形工艺和装备要求极高。如果内压过高，就会减薄过度或者开裂，如果轴向进给过大就会引起管子屈曲或者起皱，对内高压加载方式、加载速度、加载变形大小、方向等对成形质量影响巨大，同时对管材的力学性能要求较高，工艺和装备较为复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种异型高强管类零件的内高压近净成形工艺，它解决了以往异型高强管类部件成形工艺复杂、重量大、质量不稳定、寿命短、效率低等难题，避免管体减薄过度或者开裂的现象，可使成品零件减重20-40%、增寿80-100%、提效30-50%。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术异型高强管类零件的内高压近净成形工艺该工艺步骤如下：步骤一、管材数控下料管坯采用低碳低合金成分设计，降低碳和硅含量，提高Mn/C比，添加微量元素钒、铌、钛、铝。步骤二、预处理将管坯通过连续辊底式热处理炉后，进行喷水冷却和调质热处理工艺，使管材塑性达到35%以上，应变硬化指数n值在0.16-0.18之间，塑性应变比r值1.2以上。步骤三、管材预成形通过模具对管材进行两次预成形，通过控制轴向力和内压，把管材截面变为矩形、梯形等其他形状。步骤四、内高压成形通过多自由度内高压成形装备、数控化成套装备对管材进行内高压成形，内压±0.5Mpa、位移±0.05mm，同时通过在模具上布置多个冲孔缸，实现多孔同步冲孔。步骤五、在线检测通过在内高压成形后的管件上截取一段长度做试样，随后做机械性能测试。步骤六、内高压成形参数调整在线检测后如果发现管件性能不达标，则对内高压成形装备和数控化成套装备进行调整。步骤七、近净成形通过给异型管类、壳类零部件的内部施加强大的水或气体高压，使管、壳件按照设计的方向发生预设的变形量，可实现零部件的近净成形。步骤八、尺寸检测对近净成形后的管件进行尺寸检测。步骤九、性能抽检对完成尺寸检测后的管件进行性能抽检。步骤十、包装输送将检验合格的成品钢管，打包、挂牌、入库，最后进行输送。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术异型高强管类零件的内高压近净成形工艺解决了以往异型高强管类部件成形工艺复杂、重量大、质量不稳定、寿命短、效率低等难题，避免管体减薄过度或者开裂的现象，可使成品零件减重20-40%、增寿80-100%、提效30-50%、有效替代进口，为汽车、航天、航空、车辆等提供优质零部件，对实现高安全性下的轻量化和节能减排具有重要意义，同时这种内高压成形工艺还具有以下优点：1)空心变直径、变截面内高压近净成形工艺，突破了加载内压与皱纹控制、预成形方法等关键技术，极限膨胀率达70.3%。2)内高压成形和多孔冲压复合制造工艺，突破了快速填充加压同步冲孔、精度控制等关键技术，壁厚精度达到0.3mm。3)内高压成形装备技术，突破了轴向位移、液体压力快速匹配、加载位移高精快速响应等关键技术，满足复杂构件近净成形需求，内压400MPa、控制精度0.05MPa。4)汽车关键零部件内高压近净成形工装设计与制造技术， 突破了复杂超高强模具结构设计、异型模具精密加工、激光强化等关键技术，使零部件减重大于30%，生产效率提高35%。5)车用内高压成形用高强合金材料热处理技术，突破了细晶控制、冶炼净化、性能调控等关键技术，塑性变形率43%以上，应变硬化指数n0.16-0.18；获得汽车行业的认可，形成了《车轴用异型及圆形无缝钢管》国家标准（GB/T25822-2010）。具体实施方式本专利技术涉及一种异型高强管类零件的内高压近净成形工艺,该工艺步骤如下：步骤一、管材数控下料管坯采用低碳低合金成分设计，降低碳和硅含量，提高Mn/C比，添加微量元素钒、铌、钛、铝，突破冶炼净化、热轧、组织性能控制等关键技术；步骤二、预处理研制了微合金管材用热处理装备，将管坯通过连续辊底式热处理炉后，进行喷水冷却和调质热处理工艺，使管材塑性达到35%以上，应变硬化指数n值在0.16-0.18之间，塑性应变比r值1.2以上，管材强度和塑性比好，成形性能好，可满足多向扩张成形需要。步骤三、管材预成形通过模具对管材进行两次预成形，通过控制轴向力和内压，获得满足一定几何条件和力学条件的有益皱纹形状和数量，使该皱纹可在后续增压整形时起到预成形的作用，有利变径管件内高压成形，提高了变径管成形极限，可以把管材截面变为矩形、梯形等其他形状。步骤四、内高压成形准备多自由度内高压成形装备、数控化成套装备对管材进行内高压成形，专利技术了内高压成形加载方式，解决了超高压动密封难题，实现了生产条件400MPa以上超高压稳定密封和对加载曲线高精度快速响应的闭环控制，对给定加载曲线自动跟踪，依据在线反馈传感的信号和控制模型实现了快速响应，保证了管材成形的质量、精度和周期。成形过程中轴向位移和液体压力的匹配，达到控制精度：内压±0.5Mpa、位移±0.05mm；完成了膨胀率达110%零件的研制；内高压成形和多孔冲压复合制造工艺，很多管类、壳类零部件均存在一个或多个孔或插管件，使内高压成形更为困难，通过在模具上布置多个冲孔缸，实现多孔同步冲孔。解决了快速填充、同步冲孔、精度控制等复杂结构的内高压成形关键技术，实现了带多个孔的管壳类零部件的复合同步制造，壁厚精度达到 0.3mm。步骤五、在线检测通过在内高压成形后的管件上截取一段长度做试样，随后做机械性能测试。步骤六、内高压成形参数调整在线检测后如果发现管件性能不达标，则对内高压成形装备和数控化成套装备进行调整。步骤七、近净成形通过给异型管类、壳类零部件的内部施加强大的水或气体高压，使管、壳件按照设计的方向发生预设的变形量，可实现零部件的近净成形，本项目突破了加载内压与皱纹控制、预成形方法等关键技术，极限膨胀率达70.3%。步骤八、尺寸检测对近净成形后的管件进行尺寸检测。步骤九、性能抽检对完成尺寸检测后的管件进行性能抽检。步骤十、包装输送将检验合格的成品钢管，打包、挂牌、入库，最后进行输送。这种异型高强管类零件的内高压近净成形工艺正是因为内高压成形的大变形量，变形方向、大小是可控的，因而成形件的组织易获得细化、性能获得提高，制造精度和材料利用率大幅度上升，材料的消耗、能量的消耗均有显著下降，若内高压成形工艺合理，能够获得优质、高效、低耗、清洁的成形工艺方法。通过内高压成形工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异型高强管类零件的内高压近净成形工艺，其特征在于：该工艺步骤如下：步骤一、管材数控下料管坯采用低碳低合金成分设计，降低碳和硅含量，提高Mn/C比，添加微量元素钒、铌、钛、铝；步骤二、预处理将管坯通过连续辊底式热处理炉后，进行喷水冷却和调质热处理工艺，使管材塑性达到35%以上，应变硬化指数n值在0.16‑0.18之间，塑性应变比r值1.2以上；步骤三、管材预成形通过模具对管材进行两次预成形，通过控制轴向力和内压，把管材截面变为矩形、梯形等其他形状；步骤四、内高压成形通过多自由度内高压成形装备、数控化成套装备对管材进行内高压成形，内压±0.5Mpa、位移±0.05mm，同时通过在模具上布置多个冲孔缸，实现多孔同步冲孔；步骤五、在线检测通过在内高压成形后的管件上截取一段长度做试样，随后做机械性能测试；步骤六、内高压成形参数调整在线检测后如果发现管件性能不达标，则对内高压成形装备和数控化成套装备进行调整；步骤七、近净成形通过给异型管类、壳类零部件的内部施加强大的水或气体高压，使管、壳件按照设计的方向发生预设的变形量，可实现零部件的近净成形；步骤八、尺寸检测对近净成形后的管件进行尺寸检测；步骤九、性能抽检对完成尺寸检测后的管件进行性能抽检；步骤十、包装输送将检验合格的成品钢管，打包、挂牌、入库，最后进行输送。...

【技术特征摘要】
1.一种异型高强管类零件的内高压近净成形工艺，其特征在于：该工艺步骤如下：步骤一、管材数控下料管坯采用低碳低合金成分设计，降低碳和硅含量，提高Mn/C比，添加微量元素钒、铌、钛、铝；步骤二、预处理将管坯通过连续辊底式热处理炉后，进行喷水冷却和调质热处理工艺，使管材塑性达到35%以上，应变硬化指数n值在0.16-0.18之间，塑性应变比r值1.2以上；步骤三、管材预成形通过模具对管材进行两次预成形，通过控制轴向力和内压，把管材截面变为矩形、梯形等其他形状；步骤四、内高压成形通过多自由度内高压成形装备、数控化成套装备对管材进行内高压成形，内压±0.5Mpa、...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛建良，王炜，
申请(专利权)人：江苏界达特异新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32