[发明专利]一种空间轴线薄壁管的一模多件整体成形模具及其方法

说明书

本发明公开了一种空间轴线薄壁管的一模多件整体成形模具及其方法，包括上模和下模，上模包括多个上模块(3)，各个上模块(3)的内表面构成模具型腔的上半部分即上模具型腔(10)，成形开始之前，各个上模块(3)之间保持一定间距L1，各个上模块(3)滑动安装在上模架(1)上，能够在上模架(1)上滑动开合；下模包括多个下模块(7)，各个下模块(7)的内表面构成模具型腔的下半部分即下模具型腔(12)，多个下模块(7)之间通过齿轮(17)和齿条(18)连接，成形开始之前，各个下模块(7)之间保持一定间距L2；利用本发明的装置，可以得到空间形状复杂、性能良好的空心制件，并且采用一模多件整体成形，大大提高加工效率。

技术领域

本发明属于金属空心构件先进制造技术领域，特别涉及一种空间轴线薄壁管的一模多件整体成形模具及其方法。

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＞50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)目前对于空间轴线薄壁管的成形，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。

所以对于空间轴线薄壁管的成形，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，传统加工办法已经无法获得合格的制件，空间轴线薄壁管的一模多件整体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，无法满足复杂的空间轴线薄壁管的一模多件整体成形的需要。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空间轴线薄壁管的零件，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：一种空间轴线薄壁管的一模多件整体成形模具，包括上模和下模，上模包括多个上模块3，各个上模块3的内表面构成模具型腔的上半部分即上模具型腔10，成形开始之前，各个上模块3之间保持一定间距L1，各个上模块3滑动安装在上模架1上，能够在上模架1上滑动开合；下模包括多个下模块7，各个下模块7的内表面构成模具型腔的下半部分即下模具型腔12，多个下模块7之间通过齿轮 17和齿条18连接，成形开始之前，各个下模块7之间保持一定间距L2；各个下模块7 滑动安装在下模架8上，能够在下模架8上滑动开合；在模具型腔上对应空间轴线薄壁管单件的最大曲率位置分别依次设置间距；模具型腔上对应空间轴线薄壁管单件的最大曲率位置分别设置在上模块和下模块上。