本发明涉及管材推弯成形技术领域，特别是涉及一种小弯曲半径管差温推弯成形的方法及装置。
背景技术：
现代航空、航天、汽车工业等中，为了达到减轻重量和节省有效空间的目的，大量采用整体成型小弯曲半径管件。管材小弯曲半径弯曲时，其圆角区外侧受拉伸，内侧受到挤压，如图1所示，内圆半径r越小，圆角区的的变形越大，管材内侧材料容易堆积起皱，外侧材料受到拉伸应力而发生减薄甚至破裂，所以现有其他管材弯曲方式很难弯曲小于或等于1倍相对弯曲半径管件。
管材推弯成形是将内部装有填充料的管坯推入弯曲模具中成形的一种弯曲方法，普遍用于成形相对弯曲半径r等于1倍管径d(r≦d)的90°管弯头。
但目前均采用常温下恒温推弯，为提高推弯成形性能、推弯小于1倍弯曲半径管材，本发明提出一种小弯曲半径管差温推弯成形的方法及装置，具有重要工程意义。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种小弯曲半径管差温推弯成形的方法及装置，采用温差式推弯成形，通过加热棒加热模具型腔外侧和冷却水冷却模具型腔内侧，形成模具差温进而改善在成形过程中管坯不同部位的性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供了一种小弯曲半径管差温推弯成形的装置，包括推弯模具、芯头、填料和推头，所述芯头和填料均设置在所述推弯模具的成形型腔内，所述推弯模具的入口设置有前导套，所述推弯模具的出口端设置有后导套，所述推弯模具的弯曲成形型腔外侧的一端设置有加热棒，所述推弯模具的弯曲成形型腔内侧的一端设置有冷却水槽，所述加热棒的周围设置有第一热电偶，所述冷却水槽的周围设置有第二热电偶，所述前导套内的推头与若干填料相抵，所述后导套内的推头与芯头相抵。
优选的，所述加热棒设置在所述弯曲成形型腔的外圆弧一侧，所述加热棒垂直所述弯曲成形型腔的外圆弧的切线，所述加热棒至少设置一个；
优选的，所述冷却水槽设置在所述弯曲成形型腔的内圆弧一侧，所述冷却水槽的冷却段沿所述弯曲成形型腔的内圆弧分布；
优选的，所述填料为硬度为80～85a邵氏硬度的橡胶圆柱块，所述橡胶圆柱块的厚度为7～10mm，所述橡胶采用氟橡胶或全氟醚橡胶；
优选的，所述芯头在弯曲成型孔内均匀分布，所述芯头至少设置有3个；
本发明还提供了一种小弯曲半径管差温推弯成形的方法，使用上述装置，包括以下步骤：
步骤1：管坯的下料和切角；
下长度为m的管坯料，且长度m要远大于πd。将长m的管坯弯曲内侧的头部切30°～45°斜角，所述管坯与推头接触的弯曲内侧的尾部切45°～60°斜角，然后将所述管坯被推端斜面沿所述管坯中线位置切平，最后将所述管坯两端去毛刺处理，并将所述管坯内外侧清洗干净；
步骤2：管坯外部喷涂润滑剂；
在所述管坯上涂抹润滑剂，所述润滑剂为耐高温润滑剂；
步骤3：管坯内填充橡胶填料；
在所述管坯的被推端内部填充若干数量硬度为80～85a邵氏硬度的橡胶填料，所述橡胶填料为橡胶圆柱块，每个所述橡胶圆柱块直径比所述管坯的内径小2mm。
步骤4：加热棒通电加热推弯模具；
加热棒通电，所述加热棒加热推弯模具到设定温度并保持加热后的温度恒定，所述设定温度为200～400℃，且加热后的温度上下变化小于2℃；管坯变形温度提高，使得成形过程中外侧管材组织的塑性提高；
步骤5：冷却水槽通水冷却推弯模具；
将冷却水注入所述推弯模具中开设的冷却水槽，通过冷却水的流动带走模具内侧的热量进而降低模具内侧的温度，所述冷却水的初始水温度为室温；
步骤6：管坯的推弯成形；
当第一热电偶和第二热电偶检测所述推弯模具内外两侧的温差为100～300℃后，将所述管坯放入推弯模具中，保证推头与芯头处于初始位置固定不动，然后加大芯头顶部的推力，通过所述填料提供管内足够的内压，迫使材料向前坡口大量流动，在推头推力的作用下所述管坯向前匀速移动，同时芯头向后移动，这样逐渐完成对所述管坯小弯曲半径管的成形；
步骤7：去除表面润滑剂；
待成形结束后，清除所述管坯零件表面的润滑剂。
优选的，在所述步骤3中，根据所述管坯的成形温度采用氟橡胶圆柱块或全氟醚橡胶圆柱块；
优选的，在所述步骤6中，所述推头的移动距离为πd。
本发明相对于现有技术而言取得了以下技术效果：
1、本发明采用温差式推弯成形，通过在推弯模具的推弯部分的两侧设置加热棒和冷却水槽，先对模具加热，然后对模具冷却，改变现有的常温推弯成像，使得模具外侧的温度升高使得管坯外侧在成形中处于较高的成形温度从而具有良好的塑性，改善管坯在模具外侧圆角处的流动性能并及时进行补料，防止小弯曲半径管推弯成形中外侧材料过分拉裂减薄，避免破裂等缺陷的发生。
2、本发明的推弯模具内侧通过冷却降低温度使得管坯在成形中产生一定变形强度，进而抵抗成形过程中管坯内侧圆角处受到的压应力，防止管坯成形圆角内侧处的产生的堆叠和起皱等缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例是小弯曲半径管差温推弯成形的装置示意图；
图2为本发明实施例是小弯曲半径管差温推弯成形过程中的示意图；
图3为本发明实施例是小弯曲半径管差温推弯成形后的管材。
其中，1-加热棒、2-芯头、3-推弯模具、4-后导套、5-冷却水槽、6-管坯、7-前导套、8-填料、9-推头、10-第一热电偶、11-第二热电偶。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种小弯曲半径管差温推弯成形的方法及装置，采用温差式推弯成形，通过加热棒加热模具型腔外侧和冷却水冷却模具型腔内侧，形成模具差温进而改善在成形过程中管坯不同部位的性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本实施例提供了一种小弯曲半径管差温推弯成形的装置，包括推弯模具3、芯头2、填料8和推头9，芯头2和填料8均设置在推弯模具3的成形型腔内，推弯模具3的入口和出口端分别设置有前导套7和后导套4，在推弯模具3的弯曲成形型腔外侧的一端设置有加热棒1，推弯模具3的弯曲成形型腔内侧的一端设置有冷却水槽5，加热棒1的周围设置有第一热电偶10，冷却水槽5的周围设置有第二热电偶11，前导套7内的推头9与若干填料8相抵，后导套4内的推头9与芯头2相抵，芯头2在弯曲成型孔内均匀分布，本实施例的芯头2设置有3个，芯头2能够保证管坯6在推弯成形过程中管内发生起皱等缺陷。
具体的，推弯模具3的弯曲成形部分分为内外两侧，内侧为挤压端，外侧为拉伸端，管坯6在成形型腔中进行推弯成形，成形型腔在弯曲的部分分为内圆弧和外圆弧，这里的内圆弧与内侧的挤压端在同一侧，外圆弧与外侧的拉伸端在同一侧，加热棒1设置在弯曲成形型腔的外圆弧一侧，加热棒1垂直弯曲成形型腔的外圆弧的切线，本实施例的加热棒1设置有6个，而且均匀分布在推弯模具3外侧拉伸端和外圆弧之间，上述的第一热电偶10就设置在这6个加热棒1之间，第一热电偶10用于检测外圆弧与拉伸端之间的温度；第二热电偶11则是检测冷却水槽5周围的温度，冷却水槽5设置在弯曲成形型腔的内圆弧一侧，冷却水槽5的冷却段沿弯曲成形型腔的内圆弧分布，这里的冷却段采用的是冷却管分布冷却，第二热电偶11设置在冷却管之间，检测推弯模具3在冷却管周围的温度，第一热电偶10和第二热电偶11同时检测推弯模具3两侧的温度且计算出两侧的温差，根据温差来判定是否进行管坯6的推弯成形。本实施例通过冷却降低温度使得管坯6在成形中产生一定强度的硬化，进而抵抗成形过程中管坯6内侧圆角处受到的压应力，防止管坯6成形圆角内侧处的产生的堆叠和起皱等缺陷。
上述关于管坯6推弯工作是否进行，需要根据推弯模具3在弯曲成形端两侧的温差决定的，这里的温差采用的是100～300℃，根据管坯6材料的不同选择不同的温差来进行推弯成形，例如管坯6的材料为铝合金时，推弯模具3温差达到100℃的时候就可以进行铝合金管坯的推弯加工，管坯6的材料为高温合金时，推弯模具3温差达到300℃时就可以进行高温合金管坯的推弯加工，本实施例推弯模具3外侧的温度升高使得管坯6外侧在成形中处于较高的成形温度从而具有良好的塑性，改善管坯6在模具外侧圆角处的流动性能并及时进行补料，防止小弯曲半径管推弯成形中外侧材料过分拉裂减薄，避免破裂等缺陷的发生。
本实施例的填料8采用硬度为80～85a邵氏硬度的橡胶圆柱块，橡胶圆柱块的厚度为7～10mm，橡胶采用氟橡胶或全氟醚橡胶，由于推弯模具3采用温差控制，因此填料8采用耐高温的橡胶，本实施例具体采用的填料8材料为氟橡胶或全氟醚橡胶，其中氟橡胶在250℃以下可以长期使用，而全氟醚橡胶在300℃以下可以长期使用，上述两种橡胶均符合在本发明中作为填料8使用。
本实施例还提供了一种小弯曲半径管差温推弯成形的方法，使用上述装置，包括以下步骤：
步骤1：管坯6的下料和切角；
下长度为m的管坯料，且长度m要远大于πd。将长m的管坯6弯曲内侧的头部切30°～45°斜角，管坯6与推头9接触的弯曲内侧的尾部切45°～60°斜角，然后将管坯6被推端斜面沿管坯6中线位置切平，最后将管坯6两端去毛刺处理，并将管坯6内外侧清洗干净；
步骤2：管坯6外部喷涂润滑剂；
在管坯6上涂抹润滑剂，所述润滑剂为耐高温润滑剂，本实施例中的耐高温润滑剂为氮化硼涂料；
步骤3：管坯6内填充橡胶填料8；
在管坯6的被推端内部填充若干数量硬度为80～85a邵氏硬度的橡胶填料8，橡胶填料8为橡胶圆柱块，每个橡胶圆柱块直径比管坯6的内径小2mm，根据管坯6的成形温度采用氟橡胶圆柱块或全氟醚橡胶圆柱块。
步骤4：加热棒1通电加热推弯模具3；
加热棒1通电，加热棒1加热推弯模具3到设定温度并保持加热后的温度恒定，设定温度为200～400℃，且加热后的温度上下变化小于2℃；管坯6变形温度提高，使得成形过程中外侧管材组织的塑性提高；由于管坯6变形温度提高，使得成形过程中外侧管坯6组织的塑性提高，促进管坯6在推弯模具3外侧成形过程中的材料流动并及时补料，防止外侧管坯6在成形过程中受到拉应力而减薄，避免破裂等缺陷的发生；
步骤5：冷却水槽5通水冷却推弯模具3；
将冷却水注入推弯模具3中开设的冷却水槽5，通过冷却水的流动带走模具内侧的热量进而降低模具内侧的温度，冷却水的初始水温度为室温；通过冷却水的流动带走推弯模具3内侧的热量进而降低模具内侧的温度，提升材料的强度进而抵抗成形过程中受到的压应力，防止材料堆叠而发生起皱；
步骤6：管坯6的推弯成形；
如图2所示，根据管坯6材料的不同选择不同的温差来进行推弯成形，当第一热电偶10和第二热电偶11检测推弯模具3内外两侧的温差为100～300℃后，将管坯6放入推弯模具3中，保证推头9与芯头2处于初始位置固定不动，然后加大芯头2顶部的推力，通过填料8提供管内足够的内压，迫使材料向前坡口大量流动，在推头9推力的作用下管坯6向前匀速移动，同时芯头2向后移动，推头9的移动距离为πd，这样逐渐完成对管坯6小弯曲半径管的成形；
步骤7：去除表面润滑剂；
如图3所示，待成形结束后，清除管坯6零件表面的润滑剂，最终获得成形的小弯曲半径管。
本发明采用温差式推弯成形，通过在推弯模具3的推弯部分的两侧设置加热棒1和冷却水槽5，先对模具加热，然后对模具冷却，改变现有的常温推弯成像，使得模具外侧的温度升高使得管坯6外侧在成形中处于较高的成形温度从而具有良好的塑性，改善管坯6在模具外侧圆角处的流动性能并及时进行补料，防止小弯曲半径管推弯成形中外侧材料过分拉裂减薄，有利于一次成形小弯曲半径弯曲零件。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。