專(zhuān)利名稱(chēng)：大直徑薄壁純鈦管數(shù)控加熱彎曲成形模具及成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及管材數(shù)控加工成形領(lǐng)域，具體是用于直徑D > 40mm薄壁純鈦管數(shù)控加熱彎曲成形模具及成形方法。
背景技術(shù)：
彎管類(lèi)零件現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車(chē)、能源等エ業(yè)領(lǐng)域。數(shù)控彎管エ藝是傳統(tǒng)彎管エ藝結(jié)合數(shù)控技術(shù)而產(chǎn)生的一種先進(jìn)管件彎曲成形技木，可以滿(mǎn)足彎管件對(duì)高精度、高效率和數(shù)字化加工的要求，在航空、航天等高科技領(lǐng)域占據(jù)了重要地位并展示了廣闊的應(yīng)用前景。薄壁(管材直徑D/壁厚t > 20)純鈦彎管件質(zhì)量輕井能承受較高的工作壓力，用于燃油、空調(diào)等管路系統(tǒng)，能夠滿(mǎn)足新型飛機(jī)研制對(duì)機(jī)身減重、提高飛行機(jī)動(dòng)性等方面的要求。然而，由于純鈦的材料流動(dòng)性差，室溫下數(shù)控彎曲直徑D > 40mm薄壁純鈦管過(guò)程中極易出現(xiàn)起皺、壁厚過(guò)度減薄、截面過(guò)度扁化等問(wèn)題，彎管件成品率低，只能進(jìn)行大彎曲半徑(彎曲半徑R > 2D)的彎曲成形，無(wú)法滿(mǎn)足飛機(jī)盡可能節(jié)省導(dǎo)管所占空間的要求，成為制約薄壁純鈦管彎曲成形質(zhì)量/成形極限提高的瓶頸。純鈦管被加熱到一定溫度區(qū)間內(nèi)后具有良好的塑性和延伸率，且變形抗カ顯著下降，因此數(shù)控加熱彎曲是提高大直徑薄壁純鈦管彎曲成形質(zhì)量/成形極限的一種有效途徑。通過(guò)檢索國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)及專(zhuān)利，發(fā)現(xiàn)目前已經(jīng)擁有了薄壁純鈦管室溫彎曲和數(shù)控加熱彎曲的成形模具和成形方法的介紹。西北エ業(yè)大學(xué)許杰博士學(xué)位論文中提出了數(shù)控室溫彎曲模具的設(shè)計(jì)方法。在授權(quán)公告號(hào)為CN 201127971Y的實(shí)用新型和公開(kāi)號(hào)為CN 101185949A的發(fā)明創(chuàng)造中提出了一種用于熱彎的數(shù)控彎管機(jī)模具和ー種利用數(shù)控彎管機(jī)進(jìn)行加熱恒溫彎管的方法，該模具在彎曲模高度方向開(kāi)有通孔作為加熱孔、在芯棒中心長(zhǎng)度方向開(kāi)有ー盲孔作為加熱孔、壓カ模長(zhǎng)度方向開(kāi)有通孔作為加熱孔、防皺模長(zhǎng)度方向上開(kāi)有盲孔作為加熱孔，用于進(jìn)行加熱恒溫彎管；針對(duì)直徑D < 40mm的難成形管材或D/t < 20的厚壁管材數(shù)控加熱彎曲吋，可取得較好的彎曲成形效果。但當(dāng)管材直徑D > 40mm, 由于模具體積大，加熱彎曲模的能源消耗量大，且彎曲模與機(jī)床間的熱傳導(dǎo)易影響機(jī)床的使用性能，降低機(jī)床的使用壽命；而加熱防皺模易降低防皺模刃ロ部分的強(qiáng)度，降低防皺模的使用壽命。針對(duì)D/t >20的薄壁管，對(duì)彎曲模進(jìn)行加熱使得模具夾持部分溫度較高，使薄壁管夾持部分的強(qiáng)度降低，彎曲時(shí)易出現(xiàn)夾持部分打滑等現(xiàn)象，影響薄壁管的彎曲成形質(zhì)量；并且當(dāng)D/t >20時(shí)，為了保證管材的彎曲成形質(zhì)量，需使用芯球以保證管材彎曲截面不發(fā)生過(guò)度扁化，由于芯球需與芯棒連接，因此芯棒內(nèi)部中心孔很難用于芯棒的均勻加熱， 且由于芯棒的熱膨脹，需對(duì)芯棒直徑進(jìn)行改進(jìn)；當(dāng)管材直徑D > 40mm吋，由于壓カ模長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在壓カ模長(zhǎng)度方向開(kāi)設(shè)通孔困難，且單孔加熱時(shí)間較長(zhǎng)。且該發(fā)明創(chuàng)造中沒(méi)有涉及純鈦管數(shù)控彎曲潤(rùn)滑、溫度控制范圍，難以進(jìn)行直徑D > 40mm薄壁純鈦管的數(shù)控加熱彎曲成形。Scnweibold 在《Aircraft Engineering and Aerospace Technology》弟‘61 巷，12 期， 8-11，四頁(yè)上發(fā)表的“ Titanium Tube Bending for Aerospace”論文中簡(jiǎn)述了鈦管的數(shù)控?zé)釓澾^(guò)程，提出在彎曲小于2倍直徑的彎管時(shí)，需對(duì)壓カ模及芯棒進(jìn)行加熱，加熱位置為壓
4力模和芯棒前端工作表面的熱敏感位置。然而此種加熱方法由于管件加熱溫度不均勻?qū)е鹿芗趭A緊區(qū)域易形成嚴(yán)重的頸縮，并在此夾緊區(qū)域出現(xiàn)滑動(dòng)和起皺現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)難以進(jìn)行大直徑薄壁純鈦管數(shù)控加熱彎曲成形的不足，提高直徑0 > 40mm的薄壁純鈦管彎曲成形質(zhì)量/成形極限，本發(fā)明提出了ー種大直徑薄壁純鈦管數(shù)控加熱彎曲成形模具及成形方法。本發(fā)明提出的薄壁純鈦管數(shù)控加熱彎曲成形模具，包括壓カ模、夾持模、鑲塊、彎曲模、防皺模和芯模；所述的芯模包括芯棒和芯球；壓カ模的ー側(cè)表面為凹弧形的壓カ模成形面，另ー側(cè)表面是與機(jī)床配合的裝配面；其特征在于I、在壓カ模的上表面，沿該壓カ模的長(zhǎng)度方向均布有多個(gè)壓カ模加熱孔，在各相鄰的兩個(gè)壓カ模加熱孔之間有壓カ模測(cè)溫孔；壓力模加熱孔和壓カ模測(cè)溫孔的數(shù)量根據(jù)壓力模的質(zhì)量、加熱時(shí)間、加熱溫度及加熱棒功率通過(guò)下述公式確定
權(quán)利要求
1. ー種大直徑薄壁純鈦管數(shù)控加熱彎曲成形模具，包括壓カ模、夾持模、鑲塊、彎曲摸、 防皺模和芯模；所述的芯模包括芯棒和芯球；壓カ模的ー側(cè)表面為凹弧形的壓カ模成形面，另ー側(cè)表面是與機(jī)床配合的裝配面；其特征在于1.在壓カ模的上表面，沿該壓カ模的長(zhǎng)度方向均布有多個(gè)壓カ模加熱孔，在各相鄰的兩個(gè)壓力模加熱孔之間有壓カ模測(cè)溫孔；壓力模加熱孔和壓カ模測(cè)溫孔的數(shù)量根據(jù)壓カ模的質(zhì)量、加熱時(shí)間、加熱溫度及加熱棒功率通過(guò)下述公式確定
2.如權(quán)利要求1所述ー種大直徑薄壁純鈦管數(shù)控加熱彎曲成形模具，其特征在干，所述壓カ模加熱孔和芯棒加熱孔為貫通孔，所述壓カ模測(cè)溫孔和芯棒測(cè)溫孔為盲孔。
3.ー種利用權(quán)利要求1所述大直徑薄壁純鈦管數(shù)控加熱彎曲成形模具成形薄壁純鈦管的方法，其特征在于包括以下步驟第一歩，模具與彎管機(jī)的隔熱；在壓力模的裝配面與機(jī)床連接面之間安放壓カ模隔熱板，在防皺模與機(jī)床連接面之間安放防皺模隔熱板；第二歩，裝配與調(diào)試模具；第三步，彎管機(jī)彎曲速度和的壓カ模彎曲時(shí)助推速度的設(shè)定；設(shè)定彎管機(jī)的彎曲速度為1° 5°ム，當(dāng)D/t彡70時(shí)彎曲速度為1° 3°ム，當(dāng)D/t<70時(shí)彎曲速度為3° 5° /s ；設(shè)定的壓カ模的助推速度與管件彎曲時(shí)該管件軸線(xiàn)的線(xiàn)速度相同；關(guān)閉彎管機(jī)；第四歩，管件彎曲角度的設(shè)定；根據(jù)管件成形要求設(shè)定管件彎曲角度；第五步，模具與管件的潤(rùn)滑；在防皺模、芯棒及芯球上均勻噴涂ー層石墨潤(rùn)滑劑； 第六歩，加熱及溫控裝置的安裝；在壓カ模加熱孔內(nèi)放置壓カ模加熱棒，在芯棒加熱孔內(nèi)放置芯棒加熱棒，并且在壓カ模測(cè)溫孔內(nèi)和芯棒測(cè)溫孔內(nèi)分別放置熱電偶；將所述壓カ 模加熱棒的導(dǎo)線(xiàn)和防皺模加熱棒的導(dǎo)線(xiàn)分別與溫度控制器的控制端ロ連接；將所述熱電偶的導(dǎo)線(xiàn)分別與溫度控制器測(cè)量端ロ連接；第七歩，設(shè)定芯棒和壓カ模的加熱溫度；設(shè)定芯棒和壓カ模的加熱溫度為150°C 300°C ；其中，當(dāng)管件彎曲半徑R彡1. 5D吋，芯棒和壓カ模的加熱溫度設(shè)定為220°C 300°C， 當(dāng)管件彎曲半徑R > 1. 5D吋，芯棒和壓カ模的加熱溫度設(shè)定為150°C 220°C ；第八歩，管件彎曲；當(dāng)完成芯棒和壓カ模加熱溫度的設(shè)定后，將待成形管件安裝到芯模上，通過(guò)加熱棒對(duì)芯棒和壓カ模進(jìn)行加熱至設(shè)定的溫度值并保溫；打開(kāi)彎管機(jī)機(jī)床，操作彎管機(jī)將壓カ摸、夾持模、鑲塊、彎曲模、防皺模與管件裝配；裝配后通過(guò)溫度控制器控制加熱棒對(duì)芯棒和壓カ模加熱30s 90s ；加熱后操作彎管機(jī)，按照設(shè)定的彎曲速度對(duì)管件進(jìn)行彎曲，得到彎曲成形后的管件；第九歩，卸載；操作彎管機(jī)松開(kāi)各模具；松開(kāi)模具的順序依次為芯摸、壓カ模、夾持摸；取下彎曲后的管件后，將壓カ摸、夾持模、鑲塊、彎曲模和芯模恢復(fù)至彎曲前位置，關(guān)閉彎管機(jī)，將管件空冷至室溫。
全文摘要
一種大直徑薄壁純鈦管數(shù)控加熱彎曲成形模具及成形方法，在壓力模的上表面，沿該壓力模的長(zhǎng)度方向均布有多個(gè)壓力模加熱孔，在各相鄰的兩個(gè)壓力模加熱孔之間有壓力模測(cè)溫孔。在芯棒的端面上沿圓周均布有多個(gè)芯棒加熱孔和芯棒測(cè)溫孔，并且各芯棒測(cè)溫孔位于各相鄰的芯棒加熱孔之間。壓力模加熱孔和芯棒加熱孔為貫通孔，壓力模測(cè)溫孔和芯棒測(cè)溫孔為盲孔。本發(fā)明通過(guò)確定彎管模具、模具與彎管機(jī)的隔熱、彎曲速度、管件與模具的潤(rùn)滑、模具的加熱及溫度控制實(shí)現(xiàn)直徑D＞40mm薄壁純鈦管數(shù)控?zé)釓澇尚?，避免管件加熱溫度不均勻?qū)е鹿芗趭A緊區(qū)域易形成嚴(yán)重的頸縮的問(wèn)題，降低恒溫加熱管件帶來(lái)的過(guò)多的能源消耗，保證了夾持端的強(qiáng)度，提高管件彎曲成品率。
文檔編號(hào)B21D9/05GK102527848SQ20121000600
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者張志勇, 李恒, 楊合, 王丹, 陶智君 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)