專利名稱：衛(wèi)浴銅合金管件高溫階梯式分段增壓吹氣成型制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及銅合金管件的成型制法，尤其涉及一種衛(wèi)浴銅合金管件高溫階梯式分段增壓吹氣成型(Bath Copper Tube Heat Gradual Boost Forming)制法。
背景技術(shù)：
目前異形中空結(jié)構(gòu)的銅合金管件(C2700)之成型技術(shù)，大多采用“管件液壓成型技術(shù)”，顧名思義是先將管材置于具形狀的模具中，通過(guò)管件內(nèi)部加入高壓流體(目前主要以水為主)，搭配軸向施加壓力補(bǔ)償管料，把管料壓入到模具腔體內(nèi)成型。其成型所需的液壓力一般約2000Bar，特殊狀況下甚至高達(dá)4000Bar。適用材料和應(yīng)用范圍具備優(yōu)良的可延伸性為液壓成型法的關(guān)鍵，原則上適用于冷間成型加工的材料均適用于管件液壓成型技術(shù)，目前為衛(wèi)浴五金產(chǎn)品常用的成型技術(shù)，主要以銅合金(C2700)等為主要加工材料。如圖 1所示，其生產(chǎn)步驟主要包括a.裁切將銅管依照設(shè)定長(zhǎng)度進(jìn)行裁切。b.抽管將裁切好的銅管置于預(yù)定模具中，以抽拉擠壓方式達(dá)到各斷面設(shè)定的管件厚度。c.縮管將抽管完成的中空銅管擠壓成一端斷面略呈橢圓形的錐狀粗胚管，使該粗胚管具有設(shè)定的流線外型，而該粗胚管的一端具有一大徑端。d.彎管將上述粗胚管以彎管模具配合抽拉擠壓方式，依照所需的外觀彎曲形成粗胚彎管。e.壓管將上述經(jīng)過(guò)b d步驟以外力改變其外觀為預(yù)設(shè)形狀的外形預(yù)加工后， 再將該具有設(shè)定流線外型的粗胚彎管放置于模具中，該模具由一上模及一下模所組成，該上、下模分別具有設(shè)定的模穴，該下模的模穴供該粗胚彎管置入，并通過(guò)該上模向下沖壓， 使該粗胚彎管的頂、底面分別貼近模具，并成型出與該模穴造型接近的形狀。f.液壓成型在上述模具的上、下模合模，并到達(dá)合模的設(shè)定壓力值后，于常溫下以高壓方式在該模具內(nèi)的粗胚彎管內(nèi)注入設(shè)定的水量，并利用該模具兩側(cè)的側(cè)壓缸朝該粗胚彎管兩端作低速推進(jìn)，再于模具內(nèi)部水壓到達(dá)設(shè)定值時(shí)，將各側(cè)壓缸作高速推進(jìn)，且利用各該側(cè)壓缸兩側(cè)的增壓缸作增壓補(bǔ)償，當(dāng)上述側(cè)壓缸高速推進(jìn)達(dá)預(yù)設(shè)的行程終點(diǎn)時(shí)，即完成粗胚彎管的最終成型，此時(shí)，再將上述側(cè)壓缸作原點(diǎn)復(fù)歸動(dòng)作，以及將上述增壓缸后退到原點(diǎn)，隨后將上、下模開(kāi)模，即可進(jìn)行粗胚彎管的退料動(dòng)作。g.裁切將液壓成型后的粗胚彎管自該模具中取出，并依照設(shè)定的長(zhǎng)度進(jìn)行裁切，即可獲得所需的液壓成型管件。上述制程屬于衛(wèi)浴五金液壓成型技術(shù)，其以液壓成型的方式，在常溫下將高壓液體注入管件內(nèi)部，并在液壓作用下于模穴內(nèi)依模穴形狀向外擴(kuò)張及產(chǎn)生形變，由于管件進(jìn)行液壓成型的步驟皆以常溫進(jìn)行，因此，會(huì)受到管材延展性只有10% 30%的限制，而且必需在液壓成型步驟前先針對(duì)管件粗胚進(jìn)行抽管、縮管、彎管等多個(gè)預(yù)成型加工步驟，成型出約完成品80% 90%的近似外觀的粗胚管件后，才可進(jìn)行上述液壓成型步驟。
綜上所述，現(xiàn)有的預(yù)成型加工步驟的工序相當(dāng)繁瑣，而有生產(chǎn)效力不明顯的問(wèn)題， 且受限于常溫下管材延伸率(10% 30% )低的限制，無(wú)法制造外觀較為復(fù)雜的產(chǎn)品，無(wú)法提高產(chǎn)品的附加價(jià)值，產(chǎn)品也難以符合市場(chǎng)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要目的是提供一種衛(wèi)浴銅合金管件高溫階梯式分段增壓吹氣成型(Bath Copper Tube Heat Gradual Boost Forming)制法，旨在使衛(wèi)浴銅合金管件的外形設(shè)計(jì)更具變化性，進(jìn)而提供產(chǎn)品的附加價(jià)值。本發(fā)明提供了一種衛(wèi)浴銅合金管件高溫階梯式分段增壓吹氣成型(BathCopper Tube Heat Gradual Boost Forming)制法，包括以下步驟a.最初裁切將中空銅管依照設(shè)定長(zhǎng)度進(jìn)行裁切；b.彎管將裁切完成的銅管以彎管模具，依照所需的外觀彎曲成型出粗胚彎管；c.管件預(yù)熱將所述粗胚彎管預(yù)先加熱至550°C 900°C ；d.吹制成型將所述預(yù)先加熱完成的粗胚彎管置入模具內(nèi)，以階梯式分段增壓吹氣方式，對(duì)模具內(nèi)的粗胚彎管進(jìn)行吹制成型加工，使該粗胚彎管可被擴(kuò)張，而一次貼模呈最后預(yù)設(shè)形狀；其中上述階梯式分段增壓的壓力為4Kgf/mm2 20Kgf/mm2 ；e.最終裁切將吹氣成型后的管件自模具中取出，并依照設(shè)定長(zhǎng)度進(jìn)行裁切，獲得所需的氣壓成型管件成品。優(yōu)選地，上述步驟d的吹制成型，主要是在預(yù)先運(yùn)用模流分析計(jì)算機(jī)輔助軟件取得成型管件截面積的變形率及成型管件的應(yīng)力分布后，依照所述數(shù)據(jù)，特別是管件截面積變化率的不同，適當(dāng)?shù)貐^(qū)分出數(shù)個(gè)吹氣階段，以及決定每個(gè)吹氣階段適合的吹氣壓力，作為所述階梯式分段增壓吹氣的執(zhí)行依據(jù)。優(yōu)選地，上述步驟d的吹制成型，可通過(guò)將所述預(yù)先加熱完成的粗胚彎管置入吹制成型機(jī)內(nèi)來(lái)達(dá)成；所述吹制成型機(jī)包括模具，具有預(yù)設(shè)管件成型形狀的模穴；至少一進(jìn)氣口，設(shè)于所述模具一側(cè)與所述模穴相連通；集氣及加壓裝置，具有加壓裝置設(shè)于所述進(jìn)氣口處，可以階梯式分段增壓方式將高壓空氣吹入所述模具內(nèi)部預(yù)先置入的粗胚彎管中。優(yōu)選地，上述步驟c的管件預(yù)熱，可通過(guò)將所述粗胚彎管置入高溫爐具中進(jìn)行加熱來(lái)達(dá)成。本發(fā)明所提供的成型制法，由于采用高溫階梯式分段增壓吹氣成型制程，因此，其粗胚彎管的可塑性高，可直接以擴(kuò)大、擴(kuò)張方式一次貼模成型出最后之預(yù)設(shè)形狀，故特別適合形成各處斷面輪廓形狀及管壁厚度不同的管件，使衛(wèi)浴銅合金管件的外形設(shè)計(jì)更具變化性，進(jìn)而提供產(chǎn)品的附加價(jià)值。本發(fā)明所提供的成型制法，由于不用經(jīng)過(guò)調(diào)整材質(zhì)、抽管、晶粒細(xì)化處理及縮管等制程，即可直接以吹氣成型出最后的預(yù)設(shè)形狀，故可大幅地簡(jiǎn)化制程，使成型速度加快，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率，使成本更具競(jìng)爭(zhēng)力。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中管件液壓成型制法的方塊流程圖；圖2為本發(fā)明衛(wèi)浴銅合金管件高溫階梯式分段增壓吹氣成型制法的方塊流程圖3為本發(fā)明最初裁切后的銅管示意圖；圖4是本發(fā)明銅管經(jīng)彎管后的粗胚彎管示意圖；圖5是本發(fā)明運(yùn)用模流分析計(jì)算機(jī)輔助軟件仿真成型管件截面積之變化率及成型管件應(yīng)力分布示意圖；圖6是本發(fā)明成型管件依據(jù)截面積變化率分布進(jìn)行分段的示意圖；圖7是本發(fā)明成型管件周長(zhǎng)變化及截面積變化率分別與成型管件分段截面的對(duì)應(yīng)曲線圖；圖8是本發(fā)明粗胚彎管經(jīng)吹制成型及最終裁切后所形成的管件成品示意圖；圖9是5083鋁合金于三種成型溫度G50、500、550°C )下成型速度對(duì)其延伸率的影響的曲線示意圖；圖10是本發(fā)明成型管件實(shí)際制作的金相顯微鏡照片及電子顯微鏡照片；圖11是本發(fā)明利用高溫拉伸測(cè)試預(yù)估C2700銅合金于高溫氣吹成型的變形量的曲線示意圖；圖12是銅合金試片在不同溫度下的拉伸長(zhǎng)度照片；圖13是傳統(tǒng)液壓成型后的顯微組織，以及580°C和600°C高溫成型后的顯微組織示意圖。本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，以便更直觀地理解其發(fā)明實(shí)質(zhì)。如圖2所示，本發(fā)明提供一種衛(wèi)浴銅合金管件高溫階梯式分段增壓吹氣成型 (Bath Copper Tube Heat Gradual Boost Forming)制法,主要包括下列方法步驟步驟a.最初裁切將中空銅管依照設(shè)定長(zhǎng)度進(jìn)行最初裁切，裁切后的中空銅管 10，如圖3所示。步驟b.彎管將上述裁切完成的銅管10以彎管模具，依照所需的外觀彎曲成型出粗胚彎管20，如圖4所示。本實(shí)施例的粗胚彎管20形成有直管段21及彎管段22。步驟c.管件預(yù)熱利用高溫爐具將上述粗胚彎管20預(yù)先加熱至550°C 900°C。步驟d.吹制成型將上述預(yù)先加熱完成的粗胚彎管20置入模具內(nèi)，以階梯式分段增壓吹氣成型方式對(duì)模具內(nèi)的粗胚彎管20進(jìn)行吹制成型加工，使該粗胚彎管20可被擴(kuò)張，而可一次貼模呈最后預(yù)設(shè)形狀；其中，上述階梯式分段增壓之吹氣壓力為4Kgf/mm2 20Kgf/mm2。需特別說(shuō)明的是，上述吹氣成型，主要為預(yù)先運(yùn)用模流分析計(jì)算機(jī)輔助軟件取得成型管件截面積的變形率及成型管件的應(yīng)力分布后，如圖5所示，依據(jù)上述數(shù)據(jù)，特別是截面積變化率的不同，適當(dāng)?shù)貐^(qū)分出多個(gè)吹氣階段，以及決定每個(gè)吹氣階段適合的吹氣壓力， 如圖6所示，作為上述階梯式分段增壓吹氣的執(zhí)行依據(jù)。例如，參照表1及圖7 :表 1
本實(shí)施例的管件利用模流分析可以將截面積區(qū)分成A K共11個(gè)區(qū)段，其中A D區(qū)段的截面積變化率分別為0. 8、0、1. 6及3. 3，由于彼此數(shù)值接近，故區(qū)分于同一階段，其適合的吹氣壓力值設(shè)定為7. OKgf/mm2。同樣地，E G區(qū)段的截面積變化率分別為12. 9、 15. 2,30. 6，由于彼此數(shù)值接近，故區(qū)分于同一階段，其適合的吹氣壓力值設(shè)定為9. IKgf/ mm2。H K區(qū)域的截面積變化率則分別為43. 1,53. 6,68. 4,75. 3，可區(qū)分于同一階段，其適合的吹氣壓力值設(shè)定為12. 17Kgf/mm2。因此，本實(shí)施例共區(qū)分有三個(gè)吹氣增壓階段。其中，對(duì)于相同管件大小與形狀的吹氣成型，通常只需要進(jìn)行一次上述之模流分析，當(dāng)吹氣階段數(shù)及每一階段的吹氣壓力值確定后，即可作為之后每次管件在吹氣成型步驟的參考，而不用每次成型皆進(jìn)行一次模流分析。上述吹制成型可通過(guò)將上述預(yù)先加熱完成的粗胚彎管20置入吹制成型機(jī)內(nèi)來(lái)達(dá)成；該吹制成型機(jī)包括模具，具有預(yù)設(shè)管件成型形狀的模穴；至少一進(jìn)氣口，設(shè)于該模具一側(cè)并與該模穴相連通；集氣及加壓裝置，具有加壓裝置設(shè)于該進(jìn)氣口處，可以階梯式分段增壓方式將高壓空氣吹入該模具內(nèi)部預(yù)先置入的粗胚彎管20中。步驟e.最終裁切將上述吹制成型后的管件自該模具中取出，并依設(shè)定長(zhǎng)度進(jìn)行裁切，即可獲得所需的氣壓成型管件成品30，如圖8所示。本發(fā)明運(yùn)用上述模流分析計(jì)算機(jī)輔助軟件，可取得成型管件截面積的變化率及成型管件應(yīng)力分布，并可依據(jù)上述數(shù)據(jù)設(shè)定吹氣階段數(shù)及每個(gè)吹氣階段的吹氣壓力，使吹氣成型步驟得以參照上述吹氣階段數(shù)及每個(gè)吹氣階段的吹氣壓力，以階梯式分段增壓吹氣成型方式對(duì)模具內(nèi)的粗胚彎管20進(jìn)行吹制成型加工，因此，整個(gè)制程不用將銅管預(yù)成形至近似外觀，也不用進(jìn)行調(diào)整材料、抽管及晶粒細(xì)化等處理程序，即可獲得晶粒微細(xì)化且均勻的管件材質(zhì)，而有利于后續(xù)制程質(zhì)量的穩(wěn)定性；同時(shí)，由于吹制成型方式的塑性高，可輕易地將該粗胚彎管20擴(kuò)大呈預(yù)設(shè)形狀、具不同輪廓之各處斷面，以及具不同管壁厚度的各處斷面，故可用以設(shè)計(jì)出極具變化性的衛(wèi)浴銅合金管件，特別是形成輪廓更復(fù)雜、外觀設(shè)計(jì)應(yīng)用更豐富的衛(wèi)浴五金管件，從而提升市場(chǎng)價(jià)值性。如此做法的優(yōu)點(diǎn)在于利用分階段將不同斷面輪廓的管件依序擴(kuò)張、擴(kuò)大至預(yù)設(shè)形狀，可以兼顧成型速度及塑形質(zhì)量的穩(wěn)定性，更可適用于外觀形狀復(fù)雜的管件。圖9是5083鋁合金于三種成型溫度、500°C、550°C )下成型速度對(duì)其延伸率影響的曲線示意圖。由圖表可知，該鋁合金只要是在適當(dāng)?shù)馗邷貤l件下，例如450°C、 500°C、55(TC等，其成型速度皆不可過(guò)快，一旦成型速度過(guò)快，其延伸率反而會(huì)大幅降低，而不利于鋁合金材料之成型，而銅合金材料具有相同的延伸特性，故可進(jìn)一步驗(yàn)證，本發(fā)明采用高溫階梯式分段增壓，由于管件材料處于高溫條件下，且以多個(gè)階段增壓吹氣成型，因此，將有助于提高鋁合金及銅合金管件材料的延伸性，對(duì)于吹氣成型的效果有極大的幫助。圖10為本發(fā)明實(shí)際制作的金相顯微鏡照片及電子顯微鏡照片。
圖11為本發(fā)明利用高溫拉伸測(cè)試預(yù)估C2700銅合金于高溫氣吹成型的變形量的曲線示意圖，從該測(cè)試可知，其成型溫度增高以及成型速度加快都有助于增加C2700銅合金的變形量。圖12為銅合金試片在不同溫度下的拉伸長(zhǎng)度照片，從照片可以清楚看出，銅合金的伸長(zhǎng)量，將會(huì)隨著成型溫度增加而提升。例如，當(dāng)銅合金溫度加熱至^(TC時(shí)，其伸長(zhǎng)量為原始試片的123% ；但當(dāng)成型溫度為600°C時(shí)，其伸長(zhǎng)量則可達(dá)到原始試片的220%。圖13為傳統(tǒng)液壓成型后的顯微組織，以及580°C和600°C高溫成型后的顯微組織示意圖，比較圖10可明顯發(fā)現(xiàn)，經(jīng)高溫成型后的C2700銅合金的顯微組織明顯小于傳統(tǒng)液壓成型，而且晶粒尺寸較均勻。傳統(tǒng)液壓成型后晶粒尺寸粗大，恐會(huì)造成表面橘皮的現(xiàn)象。 高溫成型后的C2700銅合金的顯微組織細(xì)小且均勻，即可減少成型后表面橘皮的現(xiàn)象。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制其專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種衛(wèi)浴銅合金管件高溫階梯式分段增壓吹氣成型(Bath Copper TubeHeat Gradual Boost Forming)制法，其特征在于，包括以下步驟a.最初裁切將中空銅管依照設(shè)定長(zhǎng)度進(jìn)行裁切；b.彎管將裁切完成的銅管以彎管模具，依照所需的外觀彎曲成型出粗胚彎管；c.管件預(yù)熱將所述粗胚彎管預(yù)先加熱至550°C 900°C；d.吹制成型將所述預(yù)先加熱完成的粗胚彎管置入模具內(nèi)，以階梯式分段增壓吹氣方式，對(duì)模具內(nèi)的粗胚彎管進(jìn)行吹制成型加工，使該粗胚彎管可被擴(kuò)張，而一次貼模呈最后預(yù)設(shè)形狀；其中上述階梯式分段增壓的壓力為4Kgf/mm2 20Kgf/mm2 ；e.最終裁切將吹氣成型后的管件自模具中取出，并依照設(shè)定長(zhǎng)度進(jìn)行裁切，獲得所需的氣壓成型管件成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)浴銅合金管件高溫階梯式分段增壓吹氣成型(Bath Copper Tube Heat Gradual Boost !Arming)制法，其特征在于，所述步驟d的吹制成型，主要是在預(yù)先運(yùn)用模流分析計(jì)算機(jī)輔助軟件取得成型管件截面積的變形率及成型管件的應(yīng)力分布后，依照所述數(shù)據(jù)，特別是管件截面積變化率的不同，適當(dāng)?shù)貐^(qū)分出數(shù)個(gè)吹氣階段， 以及決定每個(gè)吹氣階段適合的吹氣壓力，作為所述階梯式分段增壓吹氣的執(zhí)行依據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)浴銅合金管件高溫階梯式分段增壓吹氣成型(Bath Copper Tube Heat Gradual Boost Forming)制法，其特征在于，所述步驟d的吹制成型， 可通過(guò)將所述預(yù)先加熱完成的粗胚彎管置入吹制成型機(jī)內(nèi)來(lái)達(dá)成；所述吹制成型機(jī)包括模具，具有預(yù)設(shè)管件成型形狀的模穴；至少一進(jìn)氣口，設(shè)于所述模具一側(cè)與所述模穴相連通； 設(shè)于所述進(jìn)氣口的集氣及加壓裝置，可以階梯式分段增壓方式將高壓空氣吹入所述模具內(nèi)部預(yù)先置入的粗胚彎管中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)浴銅合金管件高溫階梯式分段增壓吹氣成型(Bath Copper Tube Heat Gradual Boost !Arming)制法，其特征在于，所述步驟c的管件預(yù)熱，可通過(guò)將所述粗胚彎管置入高溫爐具中進(jìn)行加熱來(lái)達(dá)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)浴銅合金管件高溫階梯式分段增壓吹氣成型制法，包含下列步驟最初裁切，將銅管裁切成設(shè)定尺寸；彎管，將裁切后銅管彎曲成預(yù)設(shè)形狀的粗胚彎管；管件預(yù)熱，將粗胚彎管預(yù)先加熱至550～900℃；吹制成型，將預(yù)先加熱的粗胚彎管置入模具內(nèi)，以階梯式分段增壓吹氣成型方式對(duì)模具內(nèi)的粗胚彎管進(jìn)行吹制成型，使其可被擴(kuò)張而一次貼模呈最后預(yù)設(shè)形狀，其吹氣壓力為4～20Kgf/mm2；最終裁切，將吹氣成型后的管件自該模具內(nèi)取得后適當(dāng)裁切，即可獲得氣壓成型管件成品。本發(fā)明上述制法塑性高，可形成各處斷面具不同輪廓與管壁厚度的衛(wèi)浴銅合金管件，使其設(shè)計(jì)更具變化性，且不用經(jīng)過(guò)調(diào)整材質(zhì)、抽管、晶粒細(xì)化處理及縮管等制程，可提高成型速度及生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)B21C37/15GK102407249SQ201010288819
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者林俊凱, 汪俊延, 游智淵, 羅文麟 申請(qǐng)人:深圳成霖潔具股份有限公司