专利名称：一种采用内部加热加压的管材校形装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种管材校形装置及方法，具体涉及一种采用内部加热加压的管材校形装置及方法。
背景技术：
工业生产中的大直径管材大多采用薄板卷焊的方式加工制造，在卷焊后往往出现非圆形截面或不规则截面。目前多采用在管坯内部加入刚性模具或者向管坯内部通入高压介质的方法进行校圆。采用内部加入刚性模具校圆的方法存在设备复杂、互换性差的弊端，每校形一种规格的管材需要一套与之相匹配的模具，成本较高。而采用向管坯内部通入高压介质的方法是使原始管坯在内压的作用下发生变形实现校圆。该方法工艺简单、成本较低。对于不锈钢等在室温下变形能力较强的管材，一般可直接在常温下利用向管坯内 部通入高压介质的方法进行校形，而对于铝合金、镁合金、钛合金等室温下塑性较差的管材，则需要通过提高其温度以改善管材的成形性能。对于铝合金、镁合金等管材，当温度提高到400°C左右时即可使其屈服强度显著降低同时获得较好的成形性能，使用较低的压力即可完成校形。此时，可以采用将管坯在模具外预热然后快速移动到处于常温状态下的模具上进行校形，或采用将校形模具和管坯一起加热然后校形的方法。对于铝镁合金因其成形温度较低，对模具的耐热要求不高，校形模具受热后产生的形状和尺寸变化不明显。但是对于钛合金等高强度的管材，理想的校形温度往往超过850°C。此时如果采用将管坯与模具同时加热的方法，校形模具在高温下易出现形状与尺寸的变化，最终可能导致校形失败。综上所述，对高强度管材进行校形时，若将管坯和模具同时加热后再校形，存在模具形状和尺寸容易变化而影响校形效果的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决对高强度管材进行校形时，若将管坯和模具同时加热后再校形，存在模具形状和尺寸容易变化的问题，进而提供一种采用内部加热加压的管材校形装置及方法。本发明的技术方案是一种采用内部加热加压的管材校形装置包括增压缸和加压管，所述管材校形装置还包括上滑块、上模座、模具镶块、下模座、加热源、支撑块和下台面，下台面水平设置在地面上，上滑块、上模座和下模座由上至下依次设置在下台面上，模具镶块镶嵌在上模座和下模座之间，支撑块设置在模具镶块内的下台面上，加热源设置在支撑块上，且加热源与外部的连接端密封设置在支撑块上，上模座上开有与模具镶块内腔相连通的通气孔，增压缸与上模座上的通气孔之间通过加压管密封连接。本发明的技术方案是一种采用内部加热加压的管材校形方法的具体过程为步骤一、将待校形的管坯放置在下模座上，使上滑块下行以压靠校形镶块，并实现待校形管坯的密封；步骤二、利用置于待校形管坯中的加热源进行加热；步骤三、在管坯达到200°C、50°C后通过上模座上开设的通气孔向待校形管坯内部通入f 55Mpa的高压气体；步骤四、在高压气体的作用下使待校形管坯发生胀形逐渐贴合校形镶块内腔，实现校形；步骤五、校形结束后，泄除高压气体，移开上滑块和校形镶块，取出校形后的管坯，切除两端未变形区域进而获得满足要求的校形管材，完成管材的校形。本发明与现有技术相比具有以下效果
(I)采用内部加热加压的工艺进行校形，通过内部加热的方式有效地避免了模具材料受热而发生形状和尺寸的变化；( 2 )采用内部加热加压的工艺进行校形，通过更换校形镶块实现对不同规格管坯的校形，大大降低生产成本；(3)采用内部加热加压的工艺进行校形，能够在较高温度下降低铝合金、镁合金、钛合金的屈服强度，提高其成形性能；(4)采用内部加热加压的工艺进行校形，内部通入的是高压气体介质，有效的避免了传统油压成形污染环境和生产成本高的缺点。
图I是管材内部加热加压校形的原理示意图。图2是管材的开模阶段；图3是管材的合模密封阶段。图4是管材的加热加压阶段。图5是管材的贴模校形阶段。图6是仅采用感应线圈对待校形管坯7进行加热的示意图。图7是在感应线圈中放置实心芯棒对待校形管坯7进行加热的示意图。图8是在感应线圈中放置空心芯棒对待校形管坯7进行加热的示意图。图9是管坯端部利用刚性凸台扩孔实现密封的示意图。图10是在管坯端部利用带有聚氨酯套环的刚性凸台实现密封的示意图。图11是在感应线圈铜管导出处利用聚氨酯块实现密封的示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图I说明本实施方式，本实施方式的一种采用内部加热加压的管材校形装置包括增压缸17和加压管18，所述管材校形装置还包括上滑块I、上模座
2、模具镶块3、下模座4、加热源6、支撑块8和下台面9，下台面9水平设置在地面上，上滑块I、上模座2和下模座4由上至下依次设置在下台面9上，模具镶块3镶嵌在上模座2和下模座4之间，支撑块8设置在模具镶块3内的下台面9上，加热源6设置在支撑块8上，且加热源6与外部的连接端密封设置在支撑块8上，上模座2上开有与模具镶块3内腔相连通的通气孔5，增压缸17与上模座2上的通气孔5之间通过加压管18密封连接。
具体实施方式
二 结合图6说明本实施方式，本实施方式的加热源6为螺旋状缠绕的感应线圈10。如此设置，通过感应加热的方式对管坯7进行加热，加热速度快，通过调整感应线圈10的形状、尺寸和位置可实现对管材的局部温度控制。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图7说明本实施方式，本实施方式的加热源6包括感应线圈10和实心芯棒11，感应线圈10呈螺旋状缠绕在实心芯棒11上，实心芯棒11设置在支撑块8上。如此设置，被加热的实心芯棒11通过辐射的方式对管坯7进行加热，加热速度比仅采用感应线圈10进行加热要快，管坯温度更稳定。其它组成及连接关系与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四结合图8说明本实施方式，本实施方式的加热源6包括感应线圈10和空心芯棒12，感应线圈10呈螺旋状缠绕在空心芯棒12上，空心芯棒12设置在支撑块8上。如此设置，可以获得采用实心芯棒的同样效果，同时又不需要额外增加感应加热设备的功率。适用于大直径管材的校形。其它组成及连接关系与具体实施方式
一、二或三相同。
具体实施方式
五结合图8说明本实施方式，本实施方式的空心芯棒12的内径为100_-500_。如此设置，便于根据管材直径的需要进行加热。其它组成及连接关系与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
六结合图I说明本实施方式，本实施方式的增压缸17为液压增压缸或气压增压缸。如此设置，适用于使用高压液体或使用高压气体进行管材校形。其它组成及连接关系与具体实施方式
一、二、三、四或五相同。
具体实施方式
七结合图11说明本实施方式，本实施方式的管材校形装置还包括隔热板15和第一聚氨酯密封环16，下模座4的中部开有加热源穿过口 4-1，隔热板15包括上隔热板15-1和下隔热板15-2，上隔热板15-1、下隔热板15-2和第一聚氨酯密封环16上均开有圆口，上隔热板15-1和下隔热板15-2由上至下固装在加热源穿过口 4-1内，第一聚氨酯密封环16设置在上隔热板15-1和下隔热板15-2之间，通过隔热板15对第一聚氨酯密封环16的挤压实现对加热源6与外部连接端的密封。如此设置，可保证在加热状态下第一聚氨酯密封环16的温度较低，从而实现可靠密封。其它组成及连接关系与具体实施方式
一、二、三、四或五相同。
具体实施方式
八结合图2-图5说明本实施方式，本实施方式的管材校形方法的具体过程为步骤一、将待校形的管坯7放置在下模座4上，使上滑块I下行以压靠校形镶块3，并实现待校形管坯7的密封；步骤二、利用置于待校形管坯7中的加热源6进行加热；步骤三、在管坯7达到200°C 950°C后通过上模座2上开设的通气孔5向待校形管坯7内部通入f 55Mpa的高压气体；步骤四、在高压气体的作用下使待校形管坯7发生胀形逐渐贴合校形镶块3内腔，实现校形；步骤五、校形结束后，泄除高压气体，移开上滑块I和校形镶块3，取出校形后的管坯，切除两端未变形区域进而获得满足要求的校形管材，完成管材的校形。本实施方式所述采用内部加热加压的管材校形方法，待校形管坯为6061铝合金，被加热到30(T550°C，充入的气体压力为l 35Mpa，所用的气体为压缩氮气或氩气。本实施方式所述采用内部加热加压的管材校形方法，待校形管坯为TA2钛合金，被加热到80(Tl200°C，充入的气体压力为2 55Mpa，所用的气体为压缩氮气或氩气。
具体实施方式
九结合图9说明本实施方式，本实施方式的步骤一是通过使用刚性凸台13扩孔的方式实现对待校形管坯7端部的密封。如此设置，管坯7端部和刚性凸台13紧密接触，密封效果好。可在较高温度条件下实现可靠密封。其它条件和步骤与具体实施方式
八相同。
具体实施方式
十结合图10说明本实施方式，本实施方式的步骤一是通过挤压设置在上模座2下端面上的第二聚氨酯密封环14变形的方式实现待校形管坯7端部的密封。 如此设置，因为第二聚氨酯密封环14可承受较大的变形，当管坯7端部的截面形状不规则或质量不高时，仍可以实现可靠的密封。其它条件和步骤与具体实施方式
八相同。
权利要求
1.一种采用内部加热加压的管材校形装置，它包括增压缸(17)和加压管(18)，其特征在于所述管材校形装置还包括上滑块(I)、上模座(2)、模具镶块(3)、下模座(4)、加热源(6)、支撑块(8)和下台面(9)，下台面(9)水平设置在地面上，上滑块(I)、上模座(2)和下模座(4)由上至下依次设置在下台面(9)上，模具镶块(3)镶嵌在上模座(2)和下模座(4)之间，支撑块(8 )设置在模具镶块(3 )内的下台面(9 )上，加热源(6 )设置在支撑块(8 )上，且加热源(6)与外部的连接端密封设置在支撑块(8)上，上模座(2)上开有与模具镶块(3)内腔相连通的通气孔(5)，增压缸(17)与上模座(2)上的通气孔(5)之间通过加压管(18)密封连接。
2.根据权利要求I所述的一种采用内部加热加压的管材校形装置，其特征在于加热源(6)为螺旋状缠绕的感应线圈(10)。
3.根据权利要求I所述的一种采用内部加热加压的管材校形装置，其特征在于加热源(6)包括感应线圈(10)和实心芯棒(11)，感应线圈(10)呈螺旋状缠绕在实心芯棒(11)上，实心芯棒(11)设置在支撑块(8 )上。
4.根据权利要求I所述的一种采用内部加热加压的管材校形装置，其特征在于加热源(6)包括感应线圈(10)和空心芯棒(12)，感应线圈(10)呈螺旋状缠绕在空心芯棒(12)上，空心芯棒(12 )设置在支撑块(8 )上。
5.根据权利要求4所述的一种采用内部加热加压的管材校形装置，其特征在于空心芯棒(12)的内径为100mm-500mm。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种采用内部加热加压的管材校形装置，其特征在于增压缸(17)为液压增压缸或气压增压缸。
7.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种采用内部加热加压的管材校形装置，其特征在于所述管材校形装置还包括隔热板(15)和第一聚氨酯密封环(16)，下模座(4)的中部开有加热源穿过口(4-1)，隔热板(15)包括上隔热板(15-1)和下隔热板(15-2)，上隔热板(15-1)、下隔热板(15-2)和第一聚氨酯密封环(16)上均开有圆口，上隔热板(15-1)和下隔热板(15-2)由上至下固装在加热源穿过口(4-1)内，第一聚氨酯密封环(16)设置在上隔热板(15-1)和下隔热板(15-2)之间，通过隔热板(15)对第一聚氨酯密封环(16)的挤压实现对加热源(6)与外部连接端的密封。
8.一种应用权利要求I所述的一种采用内部加热加压的管材校形装置的管材校形方法，其特征在于管材校形方法的具体过程为 步骤一、将待校形的管坯(7)放置在下模座(4)上，使上滑块(I)下行以压靠校形镶块(3)，并实现待校形管坯(7)的密封； 步骤二、利用置于待校形管坯(7)中的加热源(6)进行加热； 步骤三、在管坯(7)达到200°C、50°C后通过上模座(2)上开设的通气孔(5)向待校形管坯(7)内部通入l 55Mpa的高压气体； 步骤四、在高压气体的作用下使待校形管坯(7)发生胀形逐渐贴合校形镶块(3)内腔，实现校形； 步骤五、校形结束后，泄除高压气体，移开上滑块和校形镶块，取出校形后的管坯，切除两端未变形区域进而获得满足要求的校形管材，完成管材的校形。
9.根据权利要求8所述的利用一种采用内部加热加压的管材校形方法，其特征在于步骤一是通过刚性凸台(13)扩孔的方式实现对待校形管坯(7)端部的密封。
10.根据权利要求8所述的利用一种采用内部加热加压的管材校形方法，其特征在于步骤一是通过挤压设置在上模座(2)下端面上的第二聚氨酯密封环(14)变形的方式实现待校形管坯(7)端部的密封。
全文摘要
一种采用内部加热加压的管材校形装置及方法，它涉及一种管材校形装置及方法。本发明为了解决对高强度管材进行校形时，若将管坯和模具同时加热后再校形，存在模具形状和尺寸容易变化而影响校形效果的问题。装置上滑块、上模座和下模座由上至下依次设置在下台面上，模具镶块镶嵌在上模座和下模座之间，支撑块设置在模具镶块内的下台面上，加热源设置在支撑块上，上模座上开有与模具镶块内腔相连通的通气孔。方法将待校形的管坯密封放置在下模座上；对管坯加热；向管坯内通入高压气体；使待校形管坯发生胀形逐渐贴合校形镶块内腔，实现校形；校形结束后，泄除高压气体，取出校形后的管坯，切除两端未变形区域，完成管材的校形。本发明用于管材校形中。
文档编号B21D3/00GK102672007SQ20121014010
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月8日 优先权日2012年5月8日
发明者何祝斌, 刘鸣, 姜梦, 祁中宽, 苑世剑, 郑凯伦, 黄冠 申请人:哈尔滨工业大学