一種基于形狀記憶聚合物的薄壁金屬波紋管成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于形狀記憶聚合物的薄壁金屬波紋管成形方法，屬于管材成形技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]薄壁金屬波紋管是一種具有橫向波紋有一定撓度的管殼零部件，在航空航天、石油化工、汽車船舶、電氣儀表等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。它主要是利用自身的彈性變形功能，除具備彈性特性外，還具有耐腐蝕、耐沖擊、耐高溫、密封性好等多種性能，是一種多功能的零部件，在外力的作用下能產(chǎn)生軸向、角向、側(cè)向及其組合位移。對(duì)于薄壁以及超薄壁厚材料強(qiáng)度較高的金屬波紋管目前普遍采用剛模室溫下沖壓成形或者熱變形。無論采用上述哪一種成形方法都存在成形零件壁厚分布不均勻，局部區(qū)域容易破裂，導(dǎo)致成形零件表面質(zhì)量差的問題。此外，薄壁金屬波紋管還有采用橡膠元件來成形波紋曲面的，該方法采用的傳力介質(zhì)為橡膠元件，但此成形方法裝置相對(duì)復(fù)雜，生產(chǎn)效率較低。
[0003]形狀記憶聚合物(SMPs)通過施加外部刺激(如熱、電、磁、光及濕度等)可以實(shí)現(xiàn)有意義的宏觀范圍形變。自從20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)SMPs以來，針對(duì)形狀記憶效應(yīng)引起的國際研究興趣在不同領(lǐng)域內(nèi)迅速增長，并取得了一系列的進(jìn)步及成果。由于它們嶄新的性能，SMPs可以被應(yīng)用在廣泛的領(lǐng)域，可以應(yīng)對(duì)先進(jìn)的航空航天、機(jī)械、仿生及醫(yī)藥技術(shù)的挑戰(zhàn)，如智能面料、電力領(lǐng)域的熱收縮管或包裝的熱收縮膜、航天器上可自展開太陽帆、自拆裝移動(dòng)電話、智能化醫(yī)療設(shè)備和植入微創(chuàng)手術(shù)。利用形狀記憶聚合物在不同外部刺激下性能發(fā)生較大變化的特點(diǎn)，可將其應(yīng)用于薄壁金屬波紋管的成形中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為解決【背景技術(shù)】中提及的薄壁金屬波紋管成形時(shí)，采用剛模室溫下沖壓成形或者熱變形存在成形零件壁厚分布不均勻，局部區(qū)域容易破裂，導(dǎo)致成形零件表面質(zhì)量差，而采用橡膠元件來成形波紋曲面的方法裝置相對(duì)復(fù)雜，生產(chǎn)效率較低的問題，提供一種基于形狀記憶聚合物的薄壁金屬波紋管成形方法。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明的一種基于形狀記憶聚合物的薄壁金屬波紋管成形方法是這樣實(shí)現(xiàn)的。
[0006]步驟一:制作波紋形形狀記憶聚合物:將具有形狀記憶功能的形狀記憶聚合物材料外輪廓制成與待成形波紋管形狀一致的波紋形。
[0007]步驟二:制作成形凹模:先制作凹模坯，凹模坯由兩個(gè)半凹模坯組成，兩個(gè)半凹模坯扣合并可拆卸鏈接;其次在凹模坯的內(nèi)壁上加工波紋環(huán)型腔。
[0008]步驟三:在波紋環(huán)型腔的表面上涂覆脫模劑。
[0009]步驟四:制作芯模:在圓柱體的一側(cè)端面的中心軸線上加工沉孔并稱之為介質(zhì)倉。
[0010]步驟五:將芯模設(shè)置在成形凹模的內(nèi)腔中。
[0011]步驟六:將薄壁金屬管坯設(shè)置在成形凹模與芯模之間并保證三者的上端面和下端面分別平齊。
[0012]步驟七:向介質(zhì)倉內(nèi)填充加熱至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg以上的橡膠態(tài)形狀記憶聚合物。
[0013]步驟八:薄壁金屬管坯在自然冷卻至室溫恢復(fù)玻璃態(tài)的波紋形形狀記憶聚合物的作用下與成形凹模的兩個(gè)波紋環(huán)型腔緊密貼合制成薄壁金屬波紋管。
[0014]步驟九:拆開成形凹模，取出薄壁金屬波紋管、芯模及形狀記憶聚合物。
[0015]步驟十:將形狀記憶聚合物加熱至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg以上，從介質(zhì)倉中取出呈橡膠態(tài)的形狀記憶聚合物并用于制作下一段薄壁金屬波紋管。最終制成的薄壁金屬波紋管，其波紋節(jié)數(shù)N的取值范圍為3?40 ；壁厚為0.2mm~0.5mm、波紋曲面的內(nèi)表面半徑為0.25mm?1.0mm0
[0016]本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明采用了基于智能材料的軟模成形方法，而不是傳統(tǒng)的剛模室溫沖壓成形，也不是熱成形，更有別于傳統(tǒng)的軟模成形，薄壁金屬波紋管采用整體成形方法。本發(fā)明通過采用形狀記憶聚合物作為傳力介質(zhì)，可以充分利用其在不同溫度下性能發(fā)生較大變化的特點(diǎn)，較容易地在波紋型腔處產(chǎn)生較大作用力；同時(shí)形狀記憶聚合物可以在坯料表面建立非均勻的壓力分布，適應(yīng)于變形過程應(yīng)力的變化，有效地抑制成形后零件的回彈，提高成形零件壁厚分布的均勻性，防止局部區(qū)域的破裂，提高了零件表面質(zhì)量。
【附圖說明】
[0017]圖1是為成形薄壁金屬波紋管用形狀記憶聚合物，其外輪廓制成與待成形波紋管形狀一致的波紋形；圖2是為成形薄壁金屬波紋管，成形凹模、芯模和薄壁金屬管坯裝配在一起的主剖視圖(填充有形狀記憶聚合物)；圖3是薄壁金屬波紋管的成形狀態(tài)的主剖視圖(成形凹模、芯模和薄壁金屬管坯，形狀記憶聚合物未取出)；圖4是為在成形結(jié)束后拆開成形凹模，所取出的薄壁金屬波紋管、芯模及室溫下呈玻璃態(tài)的形狀記憶聚合物的主剖視圖；圖5是為將形狀記憶聚合物加熱至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg以上，呈橡膠態(tài)的形狀記憶聚合物以及薄壁金屬波紋管和芯模的主剖視圖；圖6是利用本發(fā)明的方法成形出的薄壁金屬波紋管的主視圖(只表示了六個(gè)小半徑波紋曲面)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1?圖6說明，本實(shí)施方式的一種基于形狀記憶聚合物的薄壁金屬波紋管成形方法是這樣實(shí)現(xiàn)的。
[0019]步驟一:制作波紋形形狀記憶聚合物7:將具有形狀記憶功能的形狀記憶聚合物材料外輪廓制成與待成形波紋管形狀一致的波紋形。
[0020]步驟二:制作成形凹模1:先制作凹模坯，凹模坯由兩個(gè)半凹模坯2組成，兩個(gè)半凹模坯2扣合并可拆卸鏈接;其次在凹模坯的內(nèi)壁上加工波紋環(huán)型腔3。
[0021]步驟三:在波紋環(huán)型腔3的表面上涂覆脫模劑。
[0022]步驟四:制作芯模5:在圓柱體4的一側(cè)端面的中心軸線上加工沉孔并稱之為介質(zhì)倉8 ο
[0023]步驟五:將芯模5設(shè)置在成形凹模I的內(nèi)腔中。
[0024]步驟六:將薄壁金屬管坯6設(shè)置在成形凹模I與芯模5之間并保證三者的上端面和下端面分別平齊。
[0025]步驟七:向介質(zhì)倉8內(nèi)填充加熱至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度1^以上的橡膠態(tài)形狀記憶聚合物7。
[0026]步驟八:薄壁金屬管坯6在自然冷卻至室溫恢復(fù)玻璃態(tài)的波紋形形狀記憶聚合物7的作用下與成形凹模I的兩個(gè)波紋環(huán)型腔3緊密貼合制成薄壁金屬波紋管。
[0027]步驟九:拆開成形凹模I，取出薄壁金屬波紋管6、芯模5及形狀記憶聚合物7。
[0028]步驟十:將形狀記憶聚合物10加熱至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度1^以上，從介質(zhì)倉8中取出呈橡膠態(tài)的形狀記憶聚合物并用于制作下一段薄壁金屬波紋管。
[0029]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式最終制成的薄壁金屬波紋管，其波紋節(jié)數(shù)N的取值范圍為3?40;壁厚為0.2mm~0.5mm、波紋曲面的內(nèi)表面半徑為0.25mm~l.0mm。其它方法步驟與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0030]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式的步驟三中所使用的脫模劑均為無蠟脫模劑。其它方法步驟與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0031]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式的步驟一、步驟七至步驟十中所用形狀記憶聚合物為聚氨酯基熱致型形狀記憶聚合物;該形狀記憶聚合物玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度TgS25°C>55°C;其處于玻璃態(tài)時(shí)的彈性模量為0.5GPa?1.0GPa，處于橡膠態(tài)時(shí)的彈性模量為0.5MPa?2.0MPa。其它方法步驟與【具體實(shí)施方式】一或二或三相同。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于形狀記憶聚合物的薄壁金屬波紋管成形方法，其特征在于:所述成形方法是這樣實(shí)現(xiàn)的: 步驟一:制作波紋形形狀記憶聚合物(7):將具有形狀記憶功能的形狀記憶聚合物材料外輪廓制成與待成形波紋管形狀一致的波紋形； 步驟二:制作成形凹模(I):先制作凹模坯，凹模坯由兩個(gè)半凹模坯(2)組成，兩個(gè)半凹模坯(2)扣合并可拆卸鏈接;其次在凹模坯的內(nèi)壁上加工波紋環(huán)型腔(3); 步驟三:在波紋環(huán)型腔(3)的表面上涂覆脫模劑； 步驟四:制作芯模(5):在圓柱體(4)的一側(cè)端面的中心軸線上加工沉孔并稱之為介質(zhì)倉(8)； 步驟五:將芯模(5)設(shè)置在成形凹模(I)的內(nèi)腔中； 步驟六:將薄壁金屬管坯(6)設(shè)置在成形凹模(I)與芯模(5)之間并保證三者的上端面和下端面分別平齊； 步驟七:向介質(zhì)倉(8)內(nèi)填充加熱至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度TgW上的橡膠態(tài)形狀記憶聚合物(7); 步驟八:薄壁金屬管坯(6)在自然冷卻至室溫恢復(fù)玻璃態(tài)的波紋形形狀記憶聚合物(7)的作用下與成形凹模(I)的兩個(gè)波紋環(huán)型腔(3)緊密貼合制成薄壁金屬波紋管； 步驟九:拆開成形凹模(1)，取出薄壁金屬波紋管(6)、芯模(5)及形狀記憶聚合物(7); 步驟十:將形狀記憶聚合物(10)加熱至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度1^以上，從介質(zhì)倉(8)中取出呈橡膠態(tài)的形狀記憶聚合物并用于制作下一段薄壁金屬波紋管。2.根據(jù)權(quán)利要求1所示的一種基于形狀記憶聚合物的薄壁金屬波紋管成形方法，其特征在于:最終制成的薄壁金屬波紋管，其波紋節(jié)數(shù)N的取值范圍為3?40 ;壁厚為0.2mm-0.5mm、波紋曲面的內(nèi)表面半徑為0.25mm?1.0mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于形狀記憶聚合物的薄壁金屬波紋管成形方法，其特征在于:步驟三中所使用的脫模劑均為無蠟脫模劑。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于形狀記憶聚合物的薄壁金屬波紋管成形方法，其特征在于:步驟一、步驟七至步驟十中所用形狀記憶聚合物為聚氨酯基熱致型形狀記憶聚合物；該形狀記憶聚合物玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度TgS25°C>55°C;其處于玻璃態(tài)時(shí)的彈性模量為.0.5GPa?1.0GPa，處于橡膠態(tài)時(shí)的彈性模量為0.5MPa?2.0MPa0
【專利摘要】一種基于形狀記憶聚合物的薄壁金屬波紋管成形方法，它涉及一種薄壁金屬波紋管成形方法。針對(duì)剛模室溫下沖壓成形材料強(qiáng)度較高的薄壁金屬波紋管時(shí)存在成形零件壁厚分布不均勻，局部區(qū)域容易破裂，且成形裝置復(fù)雜、成本較高等問題。該方法步驟的要點(diǎn)為：制作波紋形形狀記憶聚合物，制作成形凹模，制作芯模及與成形凹模裝配，向介質(zhì)倉中填充橡膠態(tài)形狀記憶聚合物材料，形狀記憶聚合物自然冷卻至室溫，開模取出成形的零件。本發(fā)明用于薄壁金屬波紋管成形。
【IPC分類】B21D15/10, B21D15/06
【公開號(hào)】CN105562493
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610159344
【發(fā)明人】袁斌先, 房娃, 蔡玉俊
【申請(qǐng)人】天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2016年3月21日