专利名称：大直径薄壁纯钛管数控加热弯曲成形模具及成形方法
技术领域：
本发明涉及管材数控加工成形领域，具体是用于直径D > 40mm薄壁纯钛管数控加热弯曲成形模具及成形方法。
背景技术：
弯管类零件现已广泛应用于航空、航天、汽车、能源等エ业领域。数控弯管エ艺是传统弯管エ艺结合数控技术而产生的一种先进管件弯曲成形技木，可以满足弯管件对高精度、高效率和数字化加工的要求，在航空、航天等高科技领域占据了重要地位并展示了广阔的应用前景。薄壁(管材直径D/壁厚t > 20)纯钛弯管件质量轻井能承受较高的工作压力，用于燃油、空调等管路系统，能够满足新型飞机研制对机身减重、提高飞行机动性等方面的要求。然而，由于纯钛的材料流动性差，室温下数控弯曲直径D > 40mm薄壁纯钛管过程中极易出现起皱、壁厚过度减薄、截面过度扁化等问题，弯管件成品率低，只能进行大弯曲半径(弯曲半径R > 2D)的弯曲成形，无法满足飞机尽可能节省导管所占空间的要求，成为制约薄壁纯钛管弯曲成形质量/成形极限提高的瓶颈。纯钛管被加热到一定温度区间内后具有良好的塑性和延伸率，且变形抗カ显著下降，因此数控加热弯曲是提高大直径薄壁纯钛管弯曲成形质量/成形极限的一种有效途径。通过检索国内外文献及专利，发现目前已经拥有了薄壁纯钛管室温弯曲和数控加热弯曲的成形模具和成形方法的介绍。西北エ业大学许杰博士学位论文中提出了数控室温弯曲模具的设计方法。在授权公告号为CN 201127971Y的实用新型和公开号为CN 101185949A的发明创造中提出了一种用于热弯的数控弯管机模具和ー种利用数控弯管机进行加热恒温弯管的方法，该模具在弯曲模高度方向开有通孔作为加热孔、在芯棒中心长度方向开有ー盲孔作为加热孔、压カ模长度方向开有通孔作为加热孔、防皱模长度方向上开有盲孔作为加热孔，用于进行加热恒温弯管；针对直径D < 40mm的难成形管材或D/t < 20的厚壁管材数控加热弯曲吋，可取得较好的弯曲成形效果。但当管材直径D > 40mm, 由于模具体积大，加热弯曲模的能源消耗量大，且弯曲模与机床间的热传导易影响机床的使用性能，降低机床的使用寿命；而加热防皱模易降低防皱模刃ロ部分的強度，降低防皱模的使用寿命。针对D/t >20的薄壁管，对弯曲模进行加热使得模具夹持部分温度较高，使薄壁管夹持部分的強度降低，弯曲时易出现夹持部分打滑等现象，影响薄壁管的弯曲成形质量；并且当D/t >20时，为了保证管材的弯曲成形质量，需使用芯球以保证管材弯曲截面不发生过度扁化，由于芯球需与芯棒连接，因此芯棒内部中心孔很难用于芯棒的均勻加热， 且由于芯棒的热膨胀，需对芯棒直径进行改进；当管材直径D > 40mm吋，由于压カ模长度较长，在压カ模长度方向开设通孔困难，且单孔加热时间较长。且该发明创造中没有涉及纯钛管数控弯曲润滑、温度控制范围，难以进行直径D > 40mm薄壁纯钛管的数控加热弯曲成形。Scnweibold 在《Aircraft Engineering and Aerospace Technology》弟‘61 巷，12 期， 8-11，四页上发表的“ Titanium Tube Bending for Aerospace”论文中简述了钛管的数控热弯过程，提出在弯曲小于2倍直径的弯管时，需对压カ模及芯棒进行加热，加热位置为压
4力模和芯棒前端工作表面的热敏感位置。然而此种加热方法由于管件加热温度不均勻导致管件在夹紧区域易形成严重的颈縮，并在此夹紧区域出现滑动和起皱现象。
发明内容
为了克服现有技术难以进行大直径薄壁纯钛管数控加热弯曲成形的不足，提高直径0 > 40mm的薄壁纯钛管弯曲成形质量/成形极限，本发明提出了ー种大直径薄壁纯钛管数控加热弯曲成形模具及成形方法。本发明提出的薄壁纯钛管数控加热弯曲成形模具，包括压カ模、夹持模、镶块、弯曲模、防皱模和芯模；所述的芯模包括芯棒和芯球；压カ模的ー侧表面为凹弧形的压カ模成形面，另ー侧表面是与机床配合的装配面；其特征在于I、在压カ模的上表面，沿该压カ模的长度方向均布有多个压カ模加热孔，在各相邻的两个压カ模加热孔之间有压カ模测温孔；压力模加热孔和压カ模测温孔的数量根据压力模的质量、加热时间、加热温度及加热棒功率通过下述公式确定
权利要求
1. ー种大直径薄壁纯钛管数控加热弯曲成形模具，包括压カ模、夹持模、镶块、弯曲摸、 防皱模和芯模；所述的芯模包括芯棒和芯球；压カ模的ー侧表面为凹弧形的压カ模成形面，另ー侧表面是与机床配合的装配面；其特征在于1.在压カ模的上表面，沿该压カ模的长度方向均布有多个压カ模加热孔，在各相邻的两个压力模加热孔之间有压カ模测温孔；压力模加热孔和压カ模测温孔的数量根据压カ模的质量、加热时间、加热温度及加热棒功率通过下述公式确定
2.如权利要求1所述ー种大直径薄壁纯钛管数控加热弯曲成形模具，其特征在干，所述压カ模加热孔和芯棒加热孔为贯通孔，所述压カ模测温孔和芯棒测温孔为盲孔。
3.ー种利用权利要求1所述大直径薄壁纯钛管数控加热弯曲成形模具成形薄壁纯钛管的方法，其特征在于包括以下步骤第一歩，模具与弯管机的隔热；在压力模的装配面与机床连接面之间安放压カ模隔热板，在防皱模与机床连接面之间安放防皱模隔热板；第二歩，装配与调试模具；第三步，弯管机弯曲速度和的压カ模弯曲时助推速度的设定；设定弯管机的弯曲速度为1° 5°ム，当D/t彡70时弯曲速度为1° 3°ム，当D/t<70时弯曲速度为3° 5° /s ；设定的压カ模的助推速度与管件弯曲时该管件轴线的线速度相同；关闭弯管机；第四歩，管件弯曲角度的设定；根据管件成形要求设定管件弯曲角度；第五步，模具与管件的润滑；在防皱模、芯棒及芯球上均勻喷涂ー层石墨润滑剂； 第六歩，加热及温控装置的安装；在压カ模加热孔内放置压カ模加热棒，在芯棒加热孔内放置芯棒加热棒，并且在压カ模测温孔内和芯棒测温孔内分别放置热电偶；将所述压カ 模加热棒的导线和防皱模加热棒的导线分別与温度控制器的控制端ロ连接；将所述热电偶的导线分別与温度控制器測量端ロ连接；第七歩，设定芯棒和压カ模的加热温度；设定芯棒和压カ模的加热温度为150°C 300°C ；其中，当管件弯曲半径R彡1. 5D吋，芯棒和压カ模的加热温度设定为220°C 300°C， 当管件弯曲半径R > 1. 5D吋，芯棒和压カ模的加热温度设定为150°C 220°C ；第八歩，管件弯曲；当完成芯棒和压カ模加热温度的设定后，将待成形管件安装到芯模上，通过加热棒对芯棒和压カ模进行加热至设定的温度值并保温；打开弯管机机床，操作弯管机将压カ摸、夹持模、镶块、弯曲模、防皱模与管件装配；装配后通过温度控制器控制加热棒对芯棒和压カ模加热30s 90s ；加热后操作弯管机，按照设定的弯曲速度对管件进行弯曲，得到弯曲成形后的管件；第九歩，卸载；操作弯管机松开各模具；松开模具的順序依次为芯摸、压カ模、夹持摸；取下弯曲后的管件后，将压カ摸、夹持模、镶块、弯曲模和芯模恢复至弯曲前位置，关闭弯管机，将管件空冷至室温。
全文摘要
一种大直径薄壁纯钛管数控加热弯曲成形模具及成形方法，在压力模的上表面，沿该压力模的长度方向均布有多个压力模加热孔，在各相邻的两个压力模加热孔之间有压力模测温孔。在芯棒的端面上沿圆周均布有多个芯棒加热孔和芯棒测温孔，并且各芯棒测温孔位于各相邻的芯棒加热孔之间。压力模加热孔和芯棒加热孔为贯通孔，压力模测温孔和芯棒测温孔为盲孔。本发明通过确定弯管模具、模具与弯管机的隔热、弯曲速度、管件与模具的润滑、模具的加热及温度控制实现直径D＞40mm薄壁纯钛管数控热弯成形，避免管件加热温度不均匀导致管件在夹紧区域易形成严重的颈缩的问题，降低恒温加热管件带来的过多的能源消耗，保证了夹持端的强度，提高管件弯曲成品率。
文档编号B21D9/05GK102527848SQ20121000600
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月10日 优先权日2012年1月10日
发明者张志勇, 李恒, 杨合, 王丹, 陶智君 申请人:西北工业大学