一种基于形状记忆聚合物的薄壁金属波纹管成形方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于形状记忆聚合物的薄壁金属波纹管成形方法，属于管材成形技术领域。
【背景技术】
[0002]薄壁金属波纹管是一种具有横向波纹有一定挠度的管壳零部件，在航空航天、石油化工、汽车船舶、电气仪表等工业领域得到广泛的应用。它主要是利用自身的弹性变形功能，除具备弹性特性外，还具有耐腐蚀、耐冲击、耐高温、密封性好等多种性能，是一种多功能的零部件，在外力的作用下能产生轴向、角向、侧向及其组合位移。对于薄壁以及超薄壁厚材料强度较高的金属波纹管目前普遍采用刚模室温下冲压成形或者热变形。无论采用上述哪一种成形方法都存在成形零件壁厚分布不均匀，局部区域容易破裂，导致成形零件表面质量差的问题。此外，薄壁金属波纹管还有采用橡胶元件来成形波纹曲面的，该方法采用的传力介质为橡胶元件，但此成形方法装置相对复杂，生产效率较低。
[0003]形状记忆聚合物(SMPs)通过施加外部刺激(如热、电、磁、光及湿度等)可以实现有意义的宏观范围形变。自从20世纪80年代发现SMPs以来，针对形状记忆效应引起的国际研究兴趣在不同领域内迅速增长，并取得了一系列的进步及成果。由于它们崭新的性能，SMPs可以被应用在广泛的领域，可以应对先进的航空航天、机械、仿生及医药技术的挑战，如智能面料、电力领域的热收缩管或包装的热收缩膜、航天器上可自展开太阳帆、自拆装移动电话、智能化医疗设备和植入微创手术。利用形状记忆聚合物在不同外部刺激下性能发生较大变化的特点，可将其应用于薄壁金属波纹管的成形中。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为解决【背景技术】中提及的薄壁金属波纹管成形时，采用刚模室温下冲压成形或者热变形存在成形零件壁厚分布不均匀，局部区域容易破裂，导致成形零件表面质量差，而采用橡胶元件来成形波纹曲面的方法装置相对复杂，生产效率较低的问题，提供一种基于形状记忆聚合物的薄壁金属波纹管成形方法。
[0005]本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是:本发明的一种基于形状记忆聚合物的薄壁金属波纹管成形方法是这样实现的。
[0006]步骤一:制作波纹形形状记忆聚合物:将具有形状记忆功能的形状记忆聚合物材料外轮廓制成与待成形波纹管形状一致的波纹形。
[0007]步骤二:制作成形凹模:先制作凹模坯，凹模坯由两个半凹模坯组成，两个半凹模坯扣合并可拆卸链接;其次在凹模坯的内壁上加工波纹环型腔。
[0008]步骤三:在波纹环型腔的表面上涂覆脱模剂。
[0009]步骤四:制作芯模:在圆柱体的一侧端面的中心轴线上加工沉孔并称之为介质仓。
[0010]步骤五:将芯模设置在成形凹模的内腔中。
[0011]步骤六:将薄壁金属管坯设置在成形凹模与芯模之间并保证三者的上端面和下端面分别平齐。
[0012]步骤七:向介质仓内填充加热至玻璃化转变温度Tg以上的橡胶态形状记忆聚合物。
[0013]步骤八:薄壁金属管坯在自然冷却至室温恢复玻璃态的波纹形形状记忆聚合物的作用下与成形凹模的两个波纹环型腔紧密贴合制成薄壁金属波纹管。
[0014]步骤九:拆开成形凹模，取出薄壁金属波纹管、芯模及形状记忆聚合物。
[0015]步骤十:将形状记忆聚合物加热至玻璃化转变温度Tg以上，从介质仓中取出呈橡胶态的形状记忆聚合物并用于制作下一段薄壁金属波纹管。最终制成的薄壁金属波纹管，其波纹节数N的取值范围为3?40 ；壁厚为0.2mm~0.5mm、波纹曲面的内表面半径为0.25mm?1.0mm0
[0016]本发明具有以下有益效果:本发明采用了基于智能材料的软模成形方法，而不是传统的刚模室温冲压成形，也不是热成形，更有别于传统的软模成形，薄壁金属波纹管采用整体成形方法。本发明通过采用形状记忆聚合物作为传力介质，可以充分利用其在不同温度下性能发生较大变化的特点，较容易地在波纹型腔处产生较大作用力；同时形状记忆聚合物可以在坯料表面建立非均匀的压力分布，适应于变形过程应力的变化，有效地抑制成形后零件的回弹，提高成形零件壁厚分布的均匀性，防止局部区域的破裂，提高了零件表面质量。
【附图说明】
[0017]图1是为成形薄壁金属波纹管用形状记忆聚合物，其外轮廓制成与待成形波纹管形状一致的波纹形；图2是为成形薄壁金属波纹管，成形凹模、芯模和薄壁金属管坯装配在一起的主剖视图(填充有形状记忆聚合物)；图3是薄壁金属波纹管的成形状态的主剖视图(成形凹模、芯模和薄壁金属管坯，形状记忆聚合物未取出)；图4是为在成形结束后拆开成形凹模，所取出的薄壁金属波纹管、芯模及室温下呈玻璃态的形状记忆聚合物的主剖视图；图5是为将形状记忆聚合物加热至玻璃化转变温度Tg以上，呈橡胶态的形状记忆聚合物以及薄壁金属波纹管和芯模的主剖视图；图6是利用本发明的方法成形出的薄壁金属波纹管的主视图(只表示了六个小半径波纹曲面)。
【具体实施方式】
[0018]【具体实施方式】一:结合图1?图6说明，本实施方式的一种基于形状记忆聚合物的薄壁金属波纹管成形方法是这样实现的。
[0019]步骤一:制作波纹形形状记忆聚合物7:将具有形状记忆功能的形状记忆聚合物材料外轮廓制成与待成形波纹管形状一致的波纹形。
[0020]步骤二:制作成形凹模1:先制作凹模坯，凹模坯由两个半凹模坯2组成，两个半凹模坯2扣合并可拆卸链接;其次在凹模坯的内壁上加工波纹环型腔3。
[0021]步骤三:在波纹环型腔3的表面上涂覆脱模剂。
[0022]步骤四:制作芯模5:在圆柱体4的一侧端面的中心轴线上加工沉孔并称之为介质仓8 ο
[0023]步骤五:将芯模5设置在成形凹模I的内腔中。
[0024]步骤六:将薄壁金属管坯6设置在成形凹模I与芯模5之间并保证三者的上端面和下端面分别平齐。
[0025]步骤七:向介质仓8内填充加热至玻璃化转变温度1^以上的橡胶态形状记忆聚合物7。
[0026]步骤八:薄壁金属管坯6在自然冷却至室温恢复玻璃态的波纹形形状记忆聚合物7的作用下与成形凹模I的两个波纹环型腔3紧密贴合制成薄壁金属波纹管。
[0027]步骤九:拆开成形凹模I，取出薄壁金属波纹管6、芯模5及形状记忆聚合物7。
[0028]步骤十:将形状记忆聚合物10加热至玻璃化转变温度1^以上，从介质仓8中取出呈橡胶态的形状记忆聚合物并用于制作下一段薄壁金属波纹管。
[0029]【具体实施方式】二:本实施方式最终制成的薄壁金属波纹管，其波纹节数N的取值范围为3?40;壁厚为0.2mm~0.5mm、波纹曲面的内表面半径为0.25mm~l.0mm。其它方法步骤与【具体实施方式】一相同。
[0030]【具体实施方式】三:本实施方式的步骤三中所使用的脱模剂均为无蜡脱模剂。其它方法步骤与【具体实施方式】一或二相同。
[0031]【具体实施方式】四:本实施方式的步骤一、步骤七至步骤十中所用形状记忆聚合物为聚氨酯基热致型形状记忆聚合物;该形状记忆聚合物玻璃态转变温度TgS25°C>55°C;其处于玻璃态时的弹性模量为0.5GPa?1.0GPa，处于橡胶态时的弹性模量为0.5MPa?2.0MPa。其它方法步骤与【具体实施方式】一或二或三相同。
【主权项】
1.一种基于形状记忆聚合物的薄壁金属波纹管成形方法，其特征在于:所述成形方法是这样实现的: 步骤一:制作波纹形形状记忆聚合物(7):将具有形状记忆功能的形状记忆聚合物材料外轮廓制成与待成形波纹管形状一致的波纹形； 步骤二:制作成形凹模(I):先制作凹模坯，凹模坯由两个半凹模坯(2)组成，两个半凹模坯(2)扣合并可拆卸链接;其次在凹模坯的内壁上加工波纹环型腔(3); 步骤三:在波纹环型腔(3)的表面上涂覆脱模剂； 步骤四:制作芯模(5):在圆柱体(4)的一侧端面的中心轴线上加工沉孔并称之为介质仓(8)； 步骤五:将芯模(5)设置在成形凹模(I)的内腔中； 步骤六:将薄壁金属管坯(6)设置在成形凹模(I)与芯模(5)之间并保证三者的上端面和下端面分别平齐； 步骤七:向介质仓(8)内填充加热至玻璃化转变温度TgW上的橡胶态形状记忆聚合物(7); 步骤八:薄壁金属管坯(6)在自然冷却至室温恢复玻璃态的波纹形形状记忆聚合物(7)的作用下与成形凹模(I)的两个波纹环型腔(3)紧密贴合制成薄壁金属波纹管； 步骤九:拆开成形凹模(1)，取出薄壁金属波纹管(6)、芯模(5)及形状记忆聚合物(7); 步骤十:将形状记忆聚合物(10)加热至玻璃化转变温度1^以上，从介质仓(8)中取出呈橡胶态的形状记忆聚合物并用于制作下一段薄壁金属波纹管。2.根据权利要求1所示的一种基于形状记忆聚合物的薄壁金属波纹管成形方法，其特征在于:最终制成的薄壁金属波纹管，其波纹节数N的取值范围为3?40 ;壁厚为0.2mm-0.5mm、波纹曲面的内表面半径为0.25mm?1.0mm。3.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆聚合物的薄壁金属波纹管成形方法，其特征在于:步骤三中所使用的脱模剂均为无蜡脱模剂。4.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆聚合物的薄壁金属波纹管成形方法，其特征在于:步骤一、步骤七至步骤十中所用形状记忆聚合物为聚氨酯基热致型形状记忆聚合物；该形状记忆聚合物玻璃态转变温度TgS25°C>55°C;其处于玻璃态时的弹性模量为.0.5GPa?1.0GPa，处于橡胶态时的弹性模量为0.5MPa?2.0MPa0
【专利摘要】一种基于形状记忆聚合物的薄壁金属波纹管成形方法，它涉及一种薄壁金属波纹管成形方法。针对刚模室温下冲压成形材料强度较高的薄壁金属波纹管时存在成形零件壁厚分布不均匀，局部区域容易破裂，且成形装置复杂、成本较高等问题。该方法步骤的要点为：制作波纹形形状记忆聚合物，制作成形凹模，制作芯模及与成形凹模装配，向介质仓中填充橡胶态形状记忆聚合物材料，形状记忆聚合物自然冷却至室温，开模取出成形的零件。本发明用于薄壁金属波纹管成形。
【IPC分类】B21D15/10, B21D15/06
【公开号】CN105562493
【申请号】CN201610159344
【发明人】袁斌先, 房娃, 蔡玉俊
【申请人】天津职业技术师范大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年3月21日