[發(fā)明專利]一種鈦管數(shù)控差溫加熱彎曲成形模具及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610034129.3
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105537342B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊合;李恒;楊恒;馬俊;陶智君;張志勇;韓瑞;李龍;劉碧穎
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B21D9/18
• 分類號: B21D9/18;B21D9/08;B21D9/03;B21D37/18
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心61204
• 代理人: 慕安榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及管材數(shù)控加工成形領(lǐng)域，具體是一種用于鈦管數(shù)控差溫加熱彎曲成形方法及模具。

背景技術(shù)

數(shù)控彎管工藝是傳統(tǒng)彎管工藝結(jié)合數(shù)控技術(shù)而產(chǎn)生的一種先進(jìn)管件彎曲成形技術(shù)，可以滿足彎管件對高精度、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。鈦合金彎管件質(zhì)量輕并能承受較高的工作壓力，應(yīng)用于燃油、空調(diào)等管路系統(tǒng)，能夠滿足先進(jìn)飛機(jī)研制對高性能、輕量化和高功效等方面的迫切需求。然而，由于鈦合金材料流動性差，塑性變形時常表現(xiàn)出強(qiáng)烈的各向異性和拉壓不對稱性，使得管材室溫數(shù)控彎曲過程中極易出現(xiàn)破裂、起皺、壁厚過度減薄、截面過度扁化等問題，彎管件成品率低，只能進(jìn)行大彎曲半徑(彎曲半徑R/管材直徑D＞2)的彎曲成形，無法滿足飛機(jī)盡可能節(jié)省導(dǎo)管所占空間的要求，成為制約鈦管彎曲成形質(zhì)量/成形極限提高的瓶頸。大部分鈦合金管加熱到一定溫度區(qū)間內(nèi)后具有良好的塑性和延伸率，且變形抗力顯著下降，因此數(shù)控加熱彎曲是提高鈦管彎曲成形質(zhì)量/成形極限的一種有效途徑。

通過檢索國內(nèi)外文獻(xiàn)及專利，發(fā)現(xiàn)：目前已經(jīng)擁有了鈦合金管數(shù)控加熱彎曲成形方法和成形模具的介紹。在授權(quán)公告號為CN 201127971Y的實(shí)用新型和公開號為CN101185949A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)模具和一種利用數(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有通孔作為加熱孔、在芯棒中心長度方向開有一盲孔作為加熱孔、壓力模長度方向開有通孔作為加熱孔、防皺模長度方向上開有盲孔作為加熱孔，用于進(jìn)行加熱恒溫彎管；針對直徑D＜40mm的難成形管材或厚壁管材(管材直徑D/壁厚t＜20)數(shù)控加熱彎曲時，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；同時由于壓力模長度較長，在壓力模長度方向開設(shè)通孔困難，且單孔加熱時間較長。該發(fā)明創(chuàng)造中沒有涉及鈦管數(shù)控彎曲潤滑、溫度控制范圍，難以進(jìn)行直徑D＞40mm鈦管的數(shù)控加熱彎曲成形。在授權(quán)公告號為CN 102527848B的發(fā)明中提出了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，該模具在沿壓力模的長度方向均布有多個壓力模加熱孔、在芯棒的端面上沿圓周均布有多個芯棒加熱孔，用于加熱彎管。針對大直徑薄壁純鈦管數(shù)控?zé)釓澇尚危山档秃銣丶訜峁芗淼倪^多的能源消耗，同時提高管件彎曲成品率。但該模具設(shè)計方法主要針對純鈦管，工作溫度為200～300℃，難以進(jìn)行更高溫度下難成形鈦合金管的數(shù)控加熱彎曲成形。同時，由于彎曲模的“熱沉降”作用和芯棒對芯球部分的傳熱，芯棒前端的溫度較低，使得管材彎曲區(qū)域溫度分布和熱彎合理溫度分布出現(xiàn)差異，不利于提高鈦管彎曲成形質(zhì)量/成形極限。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行鈦管數(shù)控加熱彎曲成形的不足，提高鈦管數(shù)控彎曲成形質(zhì)量和成形極限，本發(fā)明提出了一種鈦管數(shù)控差溫加熱彎曲成形模具及方法。

所述鈦管數(shù)控差溫加熱彎曲成形模具包括壓力模、夾持模、鑲塊、彎曲模、防皺模、芯模和隔熱板。所述的芯模包括芯棒和芯球；所述的隔熱板包括壓力模隔熱板、夾持模隔熱板、彎曲模隔熱板和防皺模隔熱板；在壓力模、彎曲模、芯棒和防皺模上分別有加熱孔和測溫孔，在夾持模和鑲塊上有測溫孔。在所述壓力模隔熱板、夾持模隔熱板、彎曲模隔熱板和防皺模隔熱板上增加冷卻孔。

在彎曲模的上表面，從彎曲模與防皺模配合位置起，沿彎曲模圓周方向均布有多個彎曲模加熱孔和彎曲模測溫孔，并且各彎曲模測溫孔位于相鄰的彎曲模加熱孔之間；所述彎曲模加熱孔和彎曲模測溫孔的數(shù)量通過下列公式確定：

n_bt＝n_bh

式中：n_bh為彎曲模加熱孔的數(shù)量，n_bt為彎曲模測溫孔的數(shù)量，C_b為彎曲模材料的比熱容，m_b為彎曲模的質(zhì)量，△T為彎曲模升高的溫度，W_b為單個彎曲模加熱棒的功率，t_b為彎曲模的加熱時間；所述彎曲模加熱孔的孔徑與所使用加熱棒的直徑相匹配；所述彎曲模測溫孔的孔徑與所使用熱電偶的直徑相匹配。

在所述防皺模的上表面，沿該防皺模的長度方向均布有多個防皺模加熱孔，在每個防皺模加熱孔前相當(dāng)于兩個相鄰防皺模加熱孔之間距離的一半處有防皺模測溫孔；防皺模加熱孔和防皺模測溫孔的數(shù)量根據(jù)下列公式確定：

n_wt＝n_wh