專利名稱：大直徑薄壁純鈦管數控加熱彎曲成形模具及成形方法
技術領域：
本發明涉及管材數控加工成形領域，具體是用于直徑D > 40mm薄壁純鈦管數控加熱彎曲成形模具及成形方法。
背景技術：
彎管類零件現已廣泛應用于航空、航天、汽車、能源等エ業領域。數控彎管エ藝是傳統彎管エ藝結合數控技術而產生的一種先進管件彎曲成形技木，可以滿足彎管件對高精度、高效率和數字化加工的要求，在航空、航天等高科技領域占據了重要地位并展示了廣闊的應用前景。薄壁(管材直徑D/壁厚t > 20)純鈦彎管件質量輕井能承受較高的工作壓力，用于燃油、空調等管路系統，能夠滿足新型飛機研制對機身減重、提高飛行機動性等方面的要求。然而，由于純鈦的材料流動性差，室溫下數控彎曲直徑D > 40mm薄壁純鈦管過程中極易出現起皺、壁厚過度減薄、截面過度扁化等問題，彎管件成品率低，只能進行大彎曲半徑(彎曲半徑R > 2D)的彎曲成形，無法滿足飛機盡可能節省導管所占空間的要求，成為制約薄壁純鈦管彎曲成形質量/成形極限提高的瓶頸。純鈦管被加熱到一定溫度區間內后具有良好的塑性和延伸率，且變形抗カ顯著下降，因此數控加熱彎曲是提高大直徑薄壁純鈦管彎曲成形質量/成形極限的一種有效途徑。通過檢索國內外文獻及專利，發現目前已經擁有了薄壁純鈦管室溫彎曲和數控加熱彎曲的成形模具和成形方法的介紹。西北エ業大學許杰博士學位論文中提出了數控室溫彎曲模具的設計方法。在授權公告號為CN 201127971Y的實用新型和公開號為CN 101185949A的發明創造中提出了一種用于熱彎的數控彎管機模具和ー種利用數控彎管機進行加熱恒溫彎管的方法，該模具在彎曲模高度方向開有通孔作為加熱孔、在芯棒中心長度方向開有ー盲孔作為加熱孔、壓カ模長度方向開有通孔作為加熱孔、防皺模長度方向上開有盲孔作為加熱孔，用于進行加熱恒溫彎管；針對直徑D < 40mm的難成形管材或D/t < 20的厚壁管材數控加熱彎曲吋，可取得較好的彎曲成形效果。但當管材直徑D > 40mm, 由于模具體積大，加熱彎曲模的能源消耗量大，且彎曲模與機床間的熱傳導易影響機床的使用性能，降低機床的使用壽命；而加熱防皺模易降低防皺模刃ロ部分的強度，降低防皺模的使用壽命。針對D/t >20的薄壁管，對彎曲模進行加熱使得模具夾持部分溫度較高，使薄壁管夾持部分的強度降低，彎曲時易出現夾持部分打滑等現象，影響薄壁管的彎曲成形質量；并且當D/t >20時，為了保證管材的彎曲成形質量，需使用芯球以保證管材彎曲截面不發生過度扁化，由于芯球需與芯棒連接，因此芯棒內部中心孔很難用于芯棒的均勻加熱， 且由于芯棒的熱膨脹，需對芯棒直徑進行改進；當管材直徑D > 40mm吋，由于壓カ模長度較長，在壓カ模長度方向開設通孔困難，且單孔加熱時間較長。且該發明創造中沒有涉及純鈦管數控彎曲潤滑、溫度控制范圍，難以進行直徑D > 40mm薄壁純鈦管的數控加熱彎曲成形。Scnweibold 在《Aircraft Engineering and Aerospace Technology》弟‘61 巷，12 期， 8-11，四頁上發表的“ Titanium Tube Bending for Aerospace”論文中簡述了鈦管的數控熱彎過程，提出在彎曲小于2倍直徑的彎管時，需對壓カ模及芯棒進行加熱，加熱位置為壓
4力模和芯棒前端工作表面的熱敏感位置。然而此種加熱方法由于管件加熱溫度不均勻導致管件在夾緊區域易形成嚴重的頸縮，并在此夾緊區域出現滑動和起皺現象。

發明內容
為了克服現有技術難以進行大直徑薄壁純鈦管數控加熱彎曲成形的不足，提高直徑0 > 40mm的薄壁純鈦管彎曲成形質量/成形極限，本發明提出了ー種大直徑薄壁純鈦管數控加熱彎曲成形模具及成形方法。本發明提出的薄壁純鈦管數控加熱彎曲成形模具，包括壓カ模、夾持模、鑲塊、彎曲模、防皺模和芯模；所述的芯模包括芯棒和芯球；壓カ模的ー側表面為凹弧形的壓カ模成形面，另ー側表面是與機床配合的裝配面；其特征在于I、在壓カ模的上表面，沿該壓カ模的長度方向均布有多個壓カ模加熱孔，在各相鄰的兩個壓カ模加熱孔之間有壓カ模測溫孔；壓力模加熱孔和壓カ模測溫孔的數量根據壓力模的質量、加熱時間、加熱溫度及加熱棒功率通過下述公式確定
權利要求
1. ー種大直徑薄壁純鈦管數控加熱彎曲成形模具，包括壓カ模、夾持模、鑲塊、彎曲摸、 防皺模和芯模；所述的芯模包括芯棒和芯球；壓カ模的ー側表面為凹弧形的壓カ模成形面，另ー側表面是與機床配合的裝配面；其特征在于1.在壓カ模的上表面，沿該壓カ模的長度方向均布有多個壓カ模加熱孔，在各相鄰的兩個壓力模加熱孔之間有壓カ模測溫孔；壓力模加熱孔和壓カ模測溫孔的數量根據壓カ模的質量、加熱時間、加熱溫度及加熱棒功率通過下述公式確定
2.如權利要求1所述ー種大直徑薄壁純鈦管數控加熱彎曲成形模具，其特征在干，所述壓カ模加熱孔和芯棒加熱孔為貫通孔，所述壓カ模測溫孔和芯棒測溫孔為盲孔。
3.ー種利用權利要求1所述大直徑薄壁純鈦管數控加熱彎曲成形模具成形薄壁純鈦管的方法，其特征在于包括以下步驟第一歩，模具與彎管機的隔熱；在壓力模的裝配面與機床連接面之間安放壓カ模隔熱板，在防皺模與機床連接面之間安放防皺模隔熱板；第二歩，裝配與調試模具；第三步，彎管機彎曲速度和的壓カ模彎曲時助推速度的設定；設定彎管機的彎曲速度為1° 5°ム，當D/t彡70時彎曲速度為1° 3°ム，當D/t<70時彎曲速度為3° 5° /s ；設定的壓カ模的助推速度與管件彎曲時該管件軸線的線速度相同；關閉彎管機；第四歩，管件彎曲角度的設定；根據管件成形要求設定管件彎曲角度；第五步，模具與管件的潤滑；在防皺模、芯棒及芯球上均勻噴涂ー層石墨潤滑劑； 第六歩，加熱及溫控裝置的安裝；在壓カ模加熱孔內放置壓カ模加熱棒，在芯棒加熱孔內放置芯棒加熱棒，并且在壓カ模測溫孔內和芯棒測溫孔內分別放置熱電偶；將所述壓カ 模加熱棒的導線和防皺模加熱棒的導線分別與溫度控制器的控制端ロ連接；將所述熱電偶的導線分別與溫度控制器測量端ロ連接；第七歩，設定芯棒和壓カ模的加熱溫度；設定芯棒和壓カ模的加熱溫度為150°C 300°C ；其中，當管件彎曲半徑R彡1. 5D吋，芯棒和壓カ模的加熱溫度設定為220°C 300°C， 當管件彎曲半徑R > 1. 5D吋，芯棒和壓カ模的加熱溫度設定為150°C 220°C ；第八歩，管件彎曲；當完成芯棒和壓カ模加熱溫度的設定后，將待成形管件安裝到芯模上，通過加熱棒對芯棒和壓カ模進行加熱至設定的溫度值并保溫；打開彎管機機床，操作彎管機將壓カ摸、夾持模、鑲塊、彎曲模、防皺模與管件裝配；裝配后通過溫度控制器控制加熱棒對芯棒和壓カ模加熱30s 90s ；加熱后操作彎管機，按照設定的彎曲速度對管件進行彎曲，得到彎曲成形后的管件；第九歩，卸載；操作彎管機松開各模具；松開模具的順序依次為芯摸、壓カ模、夾持摸；取下彎曲后的管件后，將壓カ摸、夾持模、鑲塊、彎曲模和芯模恢復至彎曲前位置，關閉彎管機，將管件空冷至室溫。
全文摘要
一種大直徑薄壁純鈦管數控加熱彎曲成形模具及成形方法，在壓力模的上表面，沿該壓力模的長度方向均布有多個壓力模加熱孔，在各相鄰的兩個壓力模加熱孔之間有壓力模測溫孔。在芯棒的端面上沿圓周均布有多個芯棒加熱孔和芯棒測溫孔，并且各芯棒測溫孔位于各相鄰的芯棒加熱孔之間。壓力模加熱孔和芯棒加熱孔為貫通孔，壓力模測溫孔和芯棒測溫孔為盲孔。本發明通過確定彎管模具、模具與彎管機的隔熱、彎曲速度、管件與模具的潤滑、模具的加熱及溫度控制實現直徑D＞40mm薄壁純鈦管數控熱彎成形，避免管件加熱溫度不均勻導致管件在夾緊區域易形成嚴重的頸縮的問題，降低恒溫加熱管件帶來的過多的能源消耗，保證了夾持端的強度，提高管件彎曲成品率。
文檔編號B21D9/05GK102527848SQ20121000600
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者張志勇, 李恒, 楊合, 王丹, 陶智君 申請人:西北工業大學