具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

在机械工程制造中，管状零件(简称管、管件或零件)具有封闭的截面，可以提供更好的刚性和强度，因此在航空航天、汽车、建筑行业等领域得到广泛应用。

但管与管之间的连接，相比板材冲压零件的连接难度要大；适用于板材件连接常用的点焊方法，因焊枪较难较伸入管内，一般无法在两个管与管之间的连接上进行应用。

现在对于管与管之间的连接，一般采用二保焊(全称为二氧化碳气体保护焊)将一个管状零件的管端部(简称管端)，整圈焊接在另外一根管状零件上。

为保证焊接强度及焊接稳定性，需要在管端部的厚度方向上进行焊接作业，同时为了增加(或称增大)焊接线的长度，因此在管状零件的管端部一般预先加工出呈“喇叭口”形状的结构，具体参见图2a、图2b中所示。

“喇叭口”相比原始直管，其周向上的材料伸长平均可以达到50％以上；同时，为与搭接管状零件的外轮廓较好地贴合，“喇叭口”一般是非对称的，其局部材料的伸长甚至超过100％，超出了材料延伸率的极限。

此外，因“喇叭口”外轮廓线整圈与搭接管状零件外轮廓进行二保焊，故对“喇叭口”外轮廓线的尺寸精度有较高的要求。

为了扩大管件的管径，现在一般采用的方式是液压成形工艺，先对零件进行必要的弯曲和预成型，之后在管件两端冲入高压液体，使得管件在周向上管径增大。

但对具有“喇叭口”结构的管件，采用一次液压成形超出了材料的延伸率极限，所以当前技术一般采用的制造工艺是对管件进行多次液压成形，并在工序之间进行退火处理，以提高材料的塑性。这样的制作过程会导致整个加工工艺复杂，生产效率低，成本高。

具体的，如图1a及图1b中，给出了一种汽车后悬架管状零件与管状零件连接结构的示意图。

该汽车后悬架管状零件包括一根横梁101和两个纵臂(图中以左纵臂102和右纵臂103表示)。

其中，两个纵臂与横梁结合部的端部为“喇叭口”形状，端口外翻，使得后续二保焊过程中，能够在材料厚度方向上进行焊接，同时保证与横梁外轮廓型面较好的贴合。图1b给出了图1a中A部(即纵臂端部的“喇叭口”形状)的局部结构放大示意图。

在图2a及图2b中，单独给出了两个纵臂管状零件端部“喇叭口”形状结构(图中以B部来表示)的示意图，以有助于阅读者对管状零件端部“喇叭口”形状结构的理解。

实际制造时，对于两个纵臂零件，将左、右纵臂件拼接后，先对拼接零件进行弯管，再进行液压成形。

上述液压成形“喇叭口”的工艺方法如图3a中所示，图3b是图3a中C部的局部结构放大图。在具体加工成型过程中，以仿真模拟作为指导，结合现场实际调试，通过液压成形过程中的端部密封推进，获得液压成形管件。

经液压成形的管件最终结构如图4中所示。

下一步，对液压成形后的零件进行激光切割、修边，修边后外轮廓线XLKX与最终零件外轮廓线ZLKX对比如图5中所示。

如前所述，如果按照现有技术，对管状零件的端部进行直接扩口，则整圈管状零件端部材料的变形处于自由变形状态，“喇叭口”的外轮廓线尺寸精度差。

而在本发明的技术方案中，将扩口分为两次，管状零件的修边后外轮廓线XLKX与第一次扩口外轮廓线对比如图6所示。

具体的，如图6中所示，在第一次扩口时，通过本发明技术方案中的扩口装置，保持压住区域1、压住区域2、压住区域3、压住区域4、压住区域5压紧(即前述的若干个间隔设置的压住区域)，对间隔的成形区域A、成形区域B、成形区域C、成形区域D、成形区域E(即前述的若干个间隔设置的成形区域)扩口成形。第一次扩口后管状零件如图7所示。

第一次扩口后外轮廓线与最终零件外轮廓线ZLKX对比示意图如图8所示。

然后，在对管状零件进行第二次扩口时，将第一次扩口时的压住区域和成形区域对调，把所有在第一次扩口时的成形区域视为压住区域′把所有在第一次扩口时的压住区域视为成形区域′；第二次扩口时，对所有的压住区域′进行压住，使得压住区域′没有变形，对所有的成形区域′进行第二次扩口

具体的，如图8中所示，通过本发明的扩口装置保持压住区域11、压住区域12、压住区域13、压住区域14、压住区域15压紧，对间隔的成形区域H、成形区域I、成形区域J、成形区域K、成形区域L扩口成形。

两次扩口后，即可最终获得具有需要零件外轮廓线“喇叭口”结构的最终零件。

第一次扩口与第二次扩口采用的装置相类似，下面以第一次扩口为例说明。

如图9-14所示，扩口装置包括上模901、下模902、扩口冲头904、压料冲头905、后座板908、压料冲头连接套910、复位连接套907以及复位挡块906。

由图9-14可知，在本发明的技术方案中，管材及模具各部分间关系如下：后座板前方是复位连接套，复位连接套前方是复位挡块；在内部，扩口冲头与后座板相连；在扩口冲头与复位连接套之间有压料冲头，压料冲头与压料冲头连接套连接，压料冲头连接套后方设置有氮气缸，压料冲头与扩口冲头之间可以相对滑动，压料冲头连接套和复位连接套之间可以相对滑动。管件位于上模和下模之间，扩口冲头和压料冲头位于待扩口管端外部。

其中，后座板的后端与液压缸相连，提供扩口推力；上模、下模分别与压机上下底板相连，提供合模力，压料冲头连接套910后部布置氮气缸914提供压料力。压料冲头连接套与复位连接套907之间通过铜导板导向，压料冲头905与扩口冲头911之间采用铜导板导向。压料冲头通过螺栓连接在压料冲头连接套913上，扩孔冲头通过连接在后座板上，复位连接套通过螺栓连接在后座板上，复位挡块906通过螺栓连接在复位连接套上。

将修边后的管状零件(图中以待扩口管件903表示)放置在下模上，上模、下模合作夹住管状零件，后座板在液压缸作用下向前推进，氮气缸受压使压料冲头压紧，后座板继续推进扩口冲头与管件端口接触，成形待成形区域915。后座板在液压缸作用下回退过程中，扩口冲头因与后座板螺栓连接先回退。复位挡块与压料冲头连接套接触后，在复位挡块作用下压料冲头回退复位。

通过上述描述，可得知本发明的管状零件液压成形与扩口组合工艺可以概括成如图15中所示的流程步骤。

图15中，本发明对于待开发管件，首先设计中间工序零件，左、右件拼接，端部“喇叭口”设计工艺补充；成形仿真模拟，判断成形性；本步骤的目的是通过仿真模拟，获得合理的中间工序零件设计。

其次，进行数控弯管；对于有大半径弯曲的管状零件，需要先进行数控弯管(数控弯管为液压成形常见的前道工序)。

然后，进行液压成形；液压成形包括结合仿真和调试情况，进行液压成形调试，优化工艺。

对液压成形后的管状零件进行修边；还包括将左、右件分离。

采用前述的“二次扩口”工艺，先对管状零件的连接端部进行第一次扩口。

再对管状零件的连接端部进行第二次扩口。

最终，获得具有需要的零件外轮廓线“喇叭口”结构的最终零件。

明显地，采用本发明的技术方案，具有如下优点：

(1)管状零件设计的优点：因为管状零件具有封闭的截面结构，具有更好的刚度和强度，因此相比常规的两个板材冲压零件通过点焊形成盒形件，性能更优。

(2)管状零件通过“喇叭口”连接的优点：因为管状零件连接方式是把一根管件端部整圈连接在另一根管状零件上，因此“喇叭口”焊接线长更长，同时，端口外翻，使得后续二保焊过程中，在材料厚度方向上焊接，保证与横梁外轮廓型面较好的贴合，焊接稳定性好。

(3)液压成形与扩口组合工艺的技术优点：因为行业上常用的管状零件“喇叭口”成形方式为二次或多次液压成形，并在过程中中间退火，提高材料的塑性，因此工艺复杂，成本高。本发明提出的液压成形与扩口组合工艺，工艺过程简单成本低。同时，因为先对管状零件液压胀形，之后对管端修边处理，再进行扩口，管端修边处理修去的是零件的工艺补充部分，因此在扩口时失去工艺补充部分材料的约束，可以更好的发挥材料的局部塑性变形能力，因此可以更好的发挥材料自身的塑性，无需中间退火工艺。

(4)两次扩口组合工艺的优点：将管端轮廓线分段，第一次扩口间隔压住管端部分区域，使该区域没有变形，扩口未压住区域，使其达到最终零件轮廓线位置，第二次扩口间隔压住已成形部位，扩口未成形区域，因为通过该二次扩口方法，可以将管端整体扩口的自由变形离散为小段自由变形，因此可以保障管端轮廓线尺寸精度。

综上所述，本发明的技术方案，充分利用了扩口工艺材料塑性变形更均匀的特点，不容易发生集中失稳的颈缩现象；同时，通过采用二次组合扩口的方式，将管件端部整体扩口时的自由变形，离散为若干个小段的自由变形，来保障管件端部“喇叭口”轮廓线尺寸的精度；能够更好的发挥材料的局部塑性变形能力，可以更好的发挥材料自身的塑性，无需中间退火工艺，即可获得具有需要零件外轮廓线“喇叭口”结构的最终零件。

本发明技术方案的实施，能够解决现有工艺需要多次液压成形及中间退火，工艺复杂，生产效率低，成本高等实际问题。

本发明可广泛用于管状零件的加工、制造领域。