[發明專利]一種基于形狀記憶聚合物的薄壁金屬波紋管成形方法

有效

• 申請號: 201610159344.6
• 申請日: 2016-03-21
• 公開（公告）號: CN105562493B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 袁斌先;房娃;蔡玉俊
• 申請（專利權）人: 天津職業技術師范大學
• 主分類號: B21D15/10
• 分類號: B21D15/10;B21D15/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發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，屬于管材成形技術領域。

背景技術

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、電氣儀表等工業領域得到廣泛的應用。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生軸向、角向、側向及其組合位移。對于薄壁以及超薄壁厚材料強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，局部區域容易破裂，導致成形零件表面質量差的問題。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為橡膠元件，但此成形方法裝置相對復雜，生產效率較低。

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）可以實現有意義的宏觀范圍形變。自從20世紀80年代發現SMPs以來，針對形狀記憶效應引起的國際研究興趣在不同領域內迅速增長，并取得了一系列的進步及成果。由于它們嶄新的性能，SMPs可以被應用在廣泛的領域，可以應對先進的航空航天、機械、仿生及醫藥技術的挑戰，如智能面料、電力領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、自拆裝移動電話、智能化醫療設備和植入微創手術。利用形狀記憶聚合物在不同外部刺激下性能發生較大變化的特點，可將其應用于薄壁金屬波紋管的成形中。

發明內容

本發明的目的是為解決背景技術中提及的薄壁金屬波紋管成形時，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，局部區域容易破裂，導致成形零件表面質量差，而采用橡膠元件來成形波紋曲面的方法裝置相對復雜，生產效率較低的問題，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。

本發明為解決上述技術問題采用的技術方案是：本發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現的。

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。

步驟二：制作成形凹模：先制作凹模坯，凹模坯由兩個半凹模坯組成，兩個半凹模坯扣合并可拆卸連接；其次在凹模坯的內壁上加工波紋環型腔。

步驟三：在波紋環型腔的表面上涂覆脫模劑。

步驟四：制作芯模：在圓柱體的一側端面的中心軸線上加工沉孔并稱之為介質倉。

步驟五：將芯模設置在成形凹模的內腔中。

步驟六：將薄壁金屬管坯設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。

步驟七：向介質倉內填充加熱至玻璃化轉變溫度T_g以上的橡膠態形狀記憶聚合物。

步驟八：薄壁金屬管坯在自然冷卻至室溫恢復玻璃態的波紋形形狀記憶聚合物的作用下與成形凹模的波紋環型腔緊密貼合制成薄壁金屬波紋管。

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。

步驟十：將形狀記憶聚合物加熱至玻璃化轉變溫度T_g以上，從介質倉中取出呈橡膠態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，其波紋節數N的取值范圍為3~40；壁厚為0.2mm~0.5mm、波紋曲面的內表面半徑為0.25mm~1.0mm。

本發明具有以下有益效果：本發明采用了基于智能材料的軟模成形方法，而不是傳統的剛模室溫沖壓成形，也不是熱成形，更有別于傳統的軟模成形，薄壁金屬波紋管采用整體成形方法。本發明通過采用形狀記憶聚合物作為傳力介質，可以充分利用其在不同溫度下性能發生較大變化的特點，較容易地在波紋型腔處產生較大作用力；同時形狀記憶聚合物可以在坯料表面建立非均勻的壓力分布，適應于變形過程應力的變化，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，防止局部區域的破裂，提高了零件表面質量。

附圖說明