n，每个加热段的长度为线圈每次的移动量。
[0023]
【主权项】
1. 一种金属管材的增量式温差胀形装置，其特征在于，包括胀形模具、电磁感应加热机 构以及线圈进给机构；所述胀形模具中的上半模和下半模对合形成了胀形模具；所述带孔 冲头和无孔冲头分别位于所述胀形模具的两端，并使带孔冲头、无孔冲头和胀形模具三者 的中心线重合；线圈进给机构位于所述胀形模具外一侧；电磁感应加热机构中的电磁感应 线圈套装在所述胀形模具的外圆周上，并与所述胀形模具同轴；电磁感应线圈与胀形模具 之间有一定间隙，不发生接触。
2. 如权利要求1所述金属管材的增量式温差胀形装置，其特征在于，所述上半模长度 方向的中部的内腔形成了模具的型槽，该型槽的两端为管坯的定位段，该定位段的直径与 管坯的外径相同；在该型槽的中部为胀形段，胀形段的两端通过过渡段分别与两侧的定位 段连接；所述下半模的结构与所述上半模相同。
3. 如权利要求1所述金属管材的增量式温差胀形装置，其特征在于，所述带孔冲头的 中心有气体通孔。
4. 如权利要求1所述金属管材的增量式温差胀形装置，其特征在于，所述线圈进给机 构中的丝杠安装在滑动支架的上表面，滑块套装在该丝杠上；连接杆的一端与支撑块固连 在一起，另一端与滑块的小端连接；所述滑块的小端位于滑动支架的滑槽内，滑块的大端与 丝杠连接，将丝杠的旋转运动转化为滑块的直线运动；所述连接杆、滑动支架以及丝杠均与 管坯的轴向方向平行。
5. -种利用权利要求1所述金属管材的增量式温差胀形装置胀形的方法，其特征在 于，具体的工作步骤如下： 第一步，工装准备； 第二步，胀形参数的确定：所述的胀形参数包括气体压力P、上半模与下半模之间的合 模力F、线圈每次的移动量a和每个冲头第i次的轴向进给量Λ hi; 确定气体压力P : 根据公式（1)确定管材胀形中通入气体的压力，根据材料的高温力学性能以及成形管 件的最小圆角半径，通过公式（1)确定充气胀形中的成形压力： P = - as (1) T 其中，t是管件的壁厚，r是成形管件的最小圆角半径，σ s是材料在成形温度下的屈服 强度； 确定上半模与下半模之间的合模力F : 根据公式（2)确定两个模具之间的合模力： F = p · s (2) 其中，P是管材胀形时的最大气体压力，s是模具型腔的投影面积； 确定线圈每次的移动量a: 根据管材零件的具体结构特征，将胀形模具的过渡段和胀形段沿着轴向方向分解成为 η段长度相等的加热段，每段的长度均为a，通过式（3)确定将胀形模具加热段的数量n，每 个加热段的长度为线圈每次的移动量；
其中，hi是要成形零件过渡区域最大的轴向长度，h2是要成形零件胀形区域最大的轴 向长度，1为电磁感应线圈的长度；i为将大段分成的小段的数量，其中i多2 ;确定每个冲 头第i次的轴向进给量Ahi: 要保持管坯的厚度不变，根据平面应变准则，则冲头的轴向进给量由式（4)确定；在 管材的胀形过程中，带孔冲头和无孔冲头以间歇式的移动方式同时从管坯的两端向所述管 坯长度方向的中心移动，并且该带孔冲头和无孔冲头移动的次数与分段胀形时的分段数量 相同；所述带孔冲头和无孔冲头的移动距离相同，各冲头的单次进给位移量依次通过公式 (4)确定：
其中，et代表管还厚度方向的应变，为径向应变；ε U表不管还的周向应变；ε z表不 管坯的轴向应变；D是模具胀形段的直径；d是管坯的初始外径；Ah表示两边冲头在胀形 完毕时总共的进给位移；Ahi表示单个冲头在胀形第i段的进给位移；各冲头的总移动量 小于胀形模具定位段的轴向长度； 第三步，增量式温差胀形：所述的增量式胀形为根据确定的加热段数量对管坯分段胀 形；胀形中，使电磁感应线圈位于模具过渡段的起始位置，并给该电磁感应线圈通电开始胀 形；所述电源的功率为5KW~20KW，电源频率为80KHZ~200KHZ ;胀形过程中，需保持充入 管坯中氩气的压力； 第四步，取出零件：管材胀形完成后，待零件冷却后打开模具，取出成形后的管材零件。
6. -种利用权利要求5所述金属管材的增量式温差胀形装置胀形的方法，其特征在 于，采用增量式温差胀形时，首先使所述电磁感应线圈位于胀形模具一端过渡段的第一个 加热段上，对电磁感应线圈通电，该电磁感应线圈在所述第一个加热段上停留并向密封的 管坯内充入氩气并保压，停留的时间为所述带孔冲头和无孔冲头完成第一次的进给量；至 此完成对管坯第一个加热段的胀形过程；移动所述电磁感应线圈至相邻的第二个加热段上 停留并继续向密封的管坯内充入氩气并保压，该电磁感应线圈的移动量为a ;停留的时间 为所述带孔冲头和无孔冲头完成第二次的进给量；至此完成对管坯第二个加热段的胀形过 程；重复所述加热胀形过程，直至依次完成各加热段的各胀形过程。
【专利摘要】一种金属管材的增量式温差胀形装置及胀形方法。金属管材的增量式温差胀形装置包括胀形模具、电磁感应加热机构以及线圈进给机构。带孔冲头和无孔冲头分别位于所述胀形模具的两端，并使带孔冲头、无孔冲头和胀形模具三者的中心线重合。线圈进给机构位于所述胀形模具外一侧，并使该线圈进给机构中的电磁感应线圈套装在所述胀形模具的外圆周上，并与之同轴；电磁感应线圈与胀形模具之间有间隙。在加热胀形的过程中，分段加热部分管坯而不加热模具，对加热部分的管材进行胀形，实现管材零件的增量式温差胀形，改善材料的成形性能，减小管材的回弹，解决管材的失稳和起皱现象，得到壁厚分布均匀的管材零件。
【IPC分类】B21D26-047, B21D37-16, B21D26-033
【公开号】CN104874663
【申请号】CN201510191192
【发明人】王永军, 王望, 王瑞男
【申请人】西北工业大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月21日