[發(fā)明專利]新型硅橡膠基介質(zhì)芯調(diào)控自由彎曲管件加工質(zhì)量的方法

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• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN115139497A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂萬程;吳潤華;韓明明;呂學良;宋玉越;韓冰;潘昱良
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B29C53/08
• 分類號: B29C53/08;B29C53/80;B08B3/12;B08B13/00
• 代理公司: 北京華沛德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 馬苗苗

本發(fā)明公開了新型硅橡膠基介質(zhì)芯調(diào)控自由彎曲管件加工質(zhì)量的方法，屬于金屬基體表面處理與復(fù)雜構(gòu)件先進制造技術(shù)領(lǐng)域。選擇在磁場環(huán)境下加工自由彎曲管件，可以在微觀尺度上維持原有晶粒，保證構(gòu)件表面的綜合機械性能。在可調(diào)節(jié)磁場環(huán)境下對金屬復(fù)雜構(gòu)件進行加工，利用芯軸在不同磁場加載時間對芯質(zhì)壓縮性的控制，實現(xiàn)不同的支撐效果。通過運用電磁鐵和高精度直流勵磁源提供特定磁場條件，實現(xiàn)芯軸支撐性能可控。利用不同磁場加載強度和時間下調(diào)節(jié)磁流變芯材的機械性能，可以很大范圍內(nèi)解決不同服役要求下自由彎曲管件加工成型時管材起皺、回彈等技術(shù)難題。

技術(shù)領(lǐng)域

屬于金屬形狀加工與復(fù)雜構(gòu)件先進制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及新型硅橡膠基介質(zhì)芯調(diào)控自由彎曲管件加工質(zhì)量的方法。

背景技術(shù)

自由彎曲成形技術(shù)是金屬彎曲成形領(lǐng)域一項新興的先進技術(shù),在不更換彎曲模的情況下，通過同時控制管材的軸向推進及控制彎曲模的運動能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜軸線空心構(gòu)件的一次精確成形。自由彎曲成形技術(shù)制成的金屬復(fù)雜構(gòu)件在航空航天、核電、汽車、艦船等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，但是隨著這些領(lǐng)域的不斷發(fā)展，越來越惡劣的服役環(huán)境對金屬復(fù)雜構(gòu)件的加工質(zhì)量提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。

目前，管坯的壁厚變化和截面畸變直接影響到彎曲構(gòu)件的強度和使用性能，是管坯彎曲成形質(zhì)量的重要指標。自由彎曲成形現(xiàn)屬于無芯成形范疇，且成形速度較快，管坯成形精度和成形質(zhì)量對模具幾何參數(shù)、工藝參數(shù)及其變化較為敏感。

彎管在成型過程中易出現(xiàn)起皺與破裂、截面扁平化、回彈、伸長等缺陷。由于彎管內(nèi)無芯，在彎曲成形時，可以從應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)得知，管坯彎曲部分的外弧將在切向拉應(yīng)力下產(chǎn)生壁厚減小現(xiàn)象，在切向壓應(yīng)力的作用下，而內(nèi)弧壁厚增加，出現(xiàn)起皺現(xiàn)象。同時在彎曲過程中，管子在釋放彈性能后仍存在部分的殘余應(yīng)力，會出現(xiàn)管子回彈，因而大大降低管件的質(zhì)量。當前研究僅僅停留在對于自由彎曲的管坯推進速度、導(dǎo)向機構(gòu)的倒角半徑等關(guān)鍵工藝參數(shù)及磨具參數(shù)等，對于有芯自由彎曲卻鮮有報道。因此，設(shè)計一種磁流變介質(zhì)作為金屬復(fù)雜構(gòu)建的芯材，并在磁場環(huán)境下加工自由彎曲管件，利用脹形工藝芯材起到支撐管材的作用，減少彎管無芯材支撐導(dǎo)致的起皺等因素從而提高管件加工質(zhì)量。

對于不同彎曲管件有各自的服役要求，為了解決不同管件加工成型時所需求內(nèi)徑不同，新型硅橡膠基介質(zhì)芯調(diào)控技術(shù)可以通過不同磁場強度、加載時間來實現(xiàn)對芯質(zhì)壓縮性的控制。利用芯質(zhì)彈性模量不同達到不同的支撐效果，對于調(diào)控金屬復(fù)雜構(gòu)件的加工質(zhì)量具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出新型硅橡膠基介質(zhì)芯調(diào)控自由彎曲管件加工質(zhì)量的方法，通過利用磁場加載時間實現(xiàn)對芯質(zhì)壓縮性的控制，實現(xiàn)不同的支撐效果，從而達到調(diào)控自由彎曲管件加工質(zhì)量的目的。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供的新型硅橡膠基介質(zhì)芯調(diào)控自由彎曲管件加工質(zhì)量的方法，包括以下步驟：

步驟1)以金屬管材為自由彎曲材料，選取合適壁厚和合適管徑的金屬材料備用；

步驟2)采用合適的合金材料作為彎曲模，同時作為基體材料。采用金相砂紙打磨基體材料表面，并進行拋光處理，最后采用去離子水、丙酮、無水乙醇以及去離子水依次進行超聲清洗并晾干待用；

步驟3)在這項發(fā)明中，選擇了AS40的加成固化硅橡膠作為基質(zhì)材料，以制備MRE材料，并且選擇MPS-MRF-15羰基鐵粉以輔助。利用這些材料制作出一種磁流變介質(zhì)作為金屬復(fù)雜構(gòu)建的芯材，并將芯材與管材結(jié)合起來。

步驟4)將制作的芯軸裝入如附圖1所示的自由彎曲成形系統(tǒng)中，隨后將成形形狀參數(shù)輸入到彎管機控制系統(tǒng)中，進行管材自由彎曲過程。在整個成形過程中，軸承與彎曲模處使用磁場發(fā)生器獲得磁場強度，并利用新型硅橡膠基介質(zhì)芯固化過程中脹形性質(zhì)獲得不同半徑的芯軸，實現(xiàn)不同的支撐效果。在不同半徑的芯軸支撐下，與彎曲模平動和轉(zhuǎn)動的共同作用，實現(xiàn)金屬管件的自由彎曲。