一种大尺寸薄壁环壳充气热压弯成形装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大尺寸薄壁环壳充气热压弯成形装置和方法。该方法包括：将第一封头和第二封头焊接在管体形成封闭管件；将第一电极和第二电极设置在管体两端形成闭合的电流回路，通电加热封闭管件；向加热后的封闭管件内通入压缩气体；将通入压缩气体的封闭管件置于第一模具凸起部和第二模具凹陷部之间，控制第一和第二模具的温度进行压弯成形；增加压弯成形后的封闭管件内气体的压力，使压弯成形后的封闭管件贴模定形；排出定形后的封闭管件内的气体，切割第一封头和第二封头以及余量得到成形好的环壳段；将多个成形好的环壳段进行焊接得到大尺寸薄壁环壳。本发明专利技术的装置和方法，提高了管件的加热效率，避免了受尺寸限制的问题，降低了制造成本。

A device and method for forming large-size thin-walled ring shell by gas filled hot press bending

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸薄壁环壳充气热压弯成形装置和方法
本专利技术涉及金属成形制造
，特别是涉及一种大尺寸薄壁环壳充气热压弯成形装置和方法。
技术介绍
大尺寸薄壁环壳主要应用于运载火箭燃料储箱、水轮机窝壳、石油化工设备和管道，在航空航天、能源水利、石油化工等领域具有重要应用。对于大尺寸薄壁环壳，现有的加工方法主要包括拼焊法、冲压法、无模液压胀形法和绕弯成形法。拼焊法即采用多段焊接的方法近似焊接成弯管，该方法的缺点是焊缝处易产生应力集中和流通不畅，弯管耐压能力较差，一般只能应用于压力较低的管路系统中。冲压法采用冲压的方式成形出环形半壳，修正边缘后拼缝焊接，根据所需尺寸剖切环壳，获得不同弯曲角度的弯头。冲压法的弊端在于：1)冲压环壳的回弹大，尺寸精度低，影响焊接；2)需要多套高精度模具，制造成本高；3)装配对焊困难，焊接变形影响可靠性。无模液压胀形法需要预先焊制横截面为多边形的多棱环壳或多端封闭的多棱扇形壳，通过施加内压，获得所需环壳，切割后得到所需角度的弯头。然而，该成形方法存在环壳内侧易失稳起皱的缺陷。绕弯成形法采用低熔点合金作为填充物，通过拉弯或绕弯的成形方法获得铝合金弯头。但是，该方法受限于弯管装置尺寸，通常只适用于管径较小的弯头。此外，由于铝合金、镁合金及钛合金室温塑性差，难于弯曲成形，易开裂。为了改善管件的塑性，须在加热条件下进行成形。对于大尺寸环壳(如管壳直径>500mm，环壳直径>2000mm)，如果采用在加热炉内进行加热的方式，则需大尺寸炉膛，设备成本高。如果采用传统模具接触加热的方式，模具尺寸大，加热效率低，且难以获得均匀的温度场。对于钛合金等高温材料，模具高温性能要求好，模具材料与制备成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种大尺寸薄壁环壳充气热压弯成形装置和方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过电流自阻加热的方法，提高管件的加热效率，避免传统加热炉受模具尺寸限制的问题，降低制造成本。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种大尺寸薄壁环壳充气热压弯成形装置，包括：封闭管件、分区控温模具、第一电极、第二电极、电源和压缩气源装置；所述分区控温模具包括第一模具和第二模具；所述第一模具的凸起部与所述第二模具的凹陷部相对设置；所述第一模具的凸起部上设有多个第一冷却通道和多个第一加热装置，所述第一冷却通道和所述第一加热装置均用于调节所述第一模具的温度；所述第二模具的凹陷部上设有多个第二冷却通道和多个第二加热装置，所述第二冷却通道和所述第二加热装置用于调节所述第二模具的温度；所述封闭管件包括管体、第一封头和第二封头；所述第一封头和所述第二封头分别密封焊接在所述管体两端；所述封闭管件的管体设置在所述第一模具凸起部和所述第二模具凹陷部之间；所述第一电极设置在所述管体一端，所述第二电极设置在所述管体另一端；所述第一电极与所述电源的正极连接，所述第二电极与所述电源的负极连接；所述第一电极与所述第二电极通电加热所述封闭管件，使所述封闭管件加热至预设的成形温度；所述压缩气源装置与所述第一封头或所述第二封头连接，所述压缩气源装置用于将压缩气体输送至所述封闭管件。可选的，所述压缩气源装置，具体包括：压缩气源和气压控制器；所述气压控制器分别与所述压缩气源和所述封闭管件连接，所述气压控制器用于控制输送至所述封闭管件内的气体压力；所述压缩气体为空气、氮气、氦气或氩气中的一种；所述封闭管件内的气体压力为0.1-10MPa。可选的，所述封闭管件材质为铝合金、镁合金、钛合金中的一种；铝合金为2000系、5000系、6000系、7000系、8000系铝合金中的一种；镁合金为AZ系、RE系、ZK系镁合金中的一种；钛合金为α型钛合金或α+β型钛合金；所述管体的外径尺寸为300-700mm，所述管体的外径与所述第一封头的直径相等，所述管体的外径与所述第二封头的直径相等；所述管体的长度为1000-2500mm；所述管件的壁厚为1-5mm。可选的，当所述封闭管件的材质为铝合金或为镁合金时，所述预设的成形温度为300-500℃；所述封闭管件的材质为钛合金时，所述预设的成形温度为650-1000℃。可选的，所述第一模具的温度与所述第二模具的温度相同，或者所述第二模具的温度大于所述第一模具的温度；当所述封闭管件的材质为铝合金或为镁合金时，所述第一模具与所述第二模具的温度差为0-200℃；当所述封闭管件的材质为钛合金时，所述第一模具与所述第二模具的温度差为0-100℃。本专利技术还提供一种大尺寸薄壁环壳充气热压弯成形方法，包括：根据预设参数分别获取管体、第一封头、第二封头，将所述第一封头焊接在所述管体一端，将所述第二封头焊接在所述管体另一端，形成封闭管件；所述预设参数包括管体的外径、长度、壁厚以及第一封头和第二封头的直径；将第一电极设置在所述管体一端，将第二电极设置在所述管体另一端，形成闭合的电流回路，通电加热所述封闭管件至预设的成形温度；向加热后的所述封闭管件内通入压缩气体；将通入压缩气体的封闭管件置于分区控温模具的第一模具凸起部和所述分区控温模具的第二模具凹陷部之间，控制所述第一模具和所述第二模具的温度进行压弯成形；所述第一模具凸起部与所述第二模具凹陷部相对设置；增加压弯成形后的封闭管件内压缩气体的压力，使压弯成形后的封闭管件贴模定形；排出定形后的封闭管件内的压缩气体，切割所述第一封头和所述第二封头以及余量，得到成形好的环壳段；将多个成形好的环壳段进行焊接，得到大尺寸薄壁环壳。可选的，所述控制所述第一模具和所述第二模具的温度进行压弯成形，具体包括：控制所述第一模具的温度小于或等于所述第二模具的温度进行压弯成形。可选的，所述将多个成形好的环壳段进行焊接，得到大尺寸薄壁环壳，具体包括：将多个成形好的环壳段直接焊接或者在相邻两个所述环壳段之间置入垫板后进行焊接，得到大尺寸薄壁环壳。可选的，所述压缩气体为空气、氮气、氦气、氩气中的一种；封闭管件内的气体压力为0.1-10MPa；焊接的方式为电弧焊、激光焊、氩弧焊、搅拌摩擦焊中的一种；所述管体的外径尺寸为300-700mm，所述管体的外径与所述第一封头的直径相等，所述管体的外径与所述第二封头的直径相等；所述管体的长度为1000-2500mm；所述管件的壁厚为1-5mm。可选的，所述封闭管件材质为铝合金、镁合金、钛合金中的一种；铝合金为2000系、5000系、6000系、7000系、8000系铝合金中的一种；镁合金为AZ系、RE系、ZK系镁合金中的一种；钛合金为α型钛合金或α+β型钛合金；当所述封闭管件的材质为铝合金或为镁合金时，所述预设的成形温度为300-500℃；所述封闭管件的材质为钛合金时，所述预设的成形温度为650-1000℃；当所述封闭管件的材质为铝合金或为镁合金时，所述第一模具与所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大尺寸薄壁环壳充气热压弯成形装置，其特征在于，包括：/n封闭管件、分区控温模具、第一电极、第二电极、电源和压缩气源装置；/n所述分区控温模具包括第一模具和第二模具；所述第一模具的凸起部与所述第二模具的凹陷部相对设置；所述第一模具的凸起部上设有多个第一冷却通道和多个第一加热装置，所述第一冷却通道和所述第一加热装置均用于调节所述第一模具的温度；所述第二模具的凹陷部上设有多个第二冷却通道和多个第二加热装置，所述第二冷却通道和所述第二加热装置用于调节所述第二模具的温度；/n所述封闭管件包括管体、第一封头和第二封头；所述第一封头和所述第二封头分别密封焊接在所述管体两端；所述封闭管件的管体设置在所述第一模具凸起部和所述第二模具凹陷部之间；/n所述第一电极设置在所述管体一端，所述第二电极设置在所述管体另一端；所述第一电极与所述电源的正极连接，所述第二电极与所述电源的负极连接；所述第一电极与所述第二电极通电加热所述封闭管件，使所述封闭管件加热至预设的成形温度；/n所述压缩气源装置与所述第一封头或所述第二封头连接，所述压缩气源装置用于将压缩气体输送至所述封闭管件。/n

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸薄壁环壳充气热压弯成形装置，其特征在于，包括：
封闭管件、分区控温模具、第一电极、第二电极、电源和压缩气源装置；
所述分区控温模具包括第一模具和第二模具；所述第一模具的凸起部与所述第二模具的凹陷部相对设置；所述第一模具的凸起部上设有多个第一冷却通道和多个第一加热装置，所述第一冷却通道和所述第一加热装置均用于调节所述第一模具的温度；所述第二模具的凹陷部上设有多个第二冷却通道和多个第二加热装置，所述第二冷却通道和所述第二加热装置用于调节所述第二模具的温度；
所述封闭管件包括管体、第一封头和第二封头；所述第一封头和所述第二封头分别密封焊接在所述管体两端；所述封闭管件的管体设置在所述第一模具凸起部和所述第二模具凹陷部之间；
所述第一电极设置在所述管体一端，所述第二电极设置在所述管体另一端；所述第一电极与所述电源的正极连接，所述第二电极与所述电源的负极连接；所述第一电极与所述第二电极通电加热所述封闭管件，使所述封闭管件加热至预设的成形温度；
所述压缩气源装置与所述第一封头或所述第二封头连接，所述压缩气源装置用于将压缩气体输送至所述封闭管件。


2.根据权利要求1所述的大尺寸薄壁环壳充气热压弯成形装置，其特征在于，所述压缩气源装置，具体包括：
压缩气源和气压控制器；所述气压控制器分别与所述压缩气源和所述封闭管件连接，所述气压控制器用于控制输送至所述封闭管件内的气体压力；
所述压缩气体为空气、氮气、氦气或氩气中的一种；
所述封闭管件内的气体压力为0.1-10MPa。


3.根据权利要求2所述的大尺寸薄壁环壳充气热压弯成形装置，其特征在于，
所述封闭管件材质为铝合金、镁合金、钛合金中的一种；铝合金为2000系、5000系、6000系、7000系、8000系铝合金中的一种；镁合金为AZ系、RE系、ZK系镁合金中的一种；钛合金为α型钛合金或α+β型钛合金；
所述管体的外径尺寸为300-700mm，所述管体的外径与所述第一封头的直径相等，所述管体的外径与所述第二封头的直径相等；所述管体的长度为1000-2500mm；所述管件的壁厚为1-5mm。


4.根据权利要求3所述的大尺寸薄壁环壳充气热压弯成形装置，其特征在于，
当所述封闭管件的材质为铝合金或为镁合金时，所述预设的成形温度为300-500℃；
所述封闭管件的材质为钛合金时，所述预设的成形温度为650-1000℃。


5.根据权利要求4所述的大尺寸薄壁环壳充气热压弯成形装置，其特征在于，
所述第一模具的温度与所述第二模具的温度相同，或者所述第二模具的温度大于所述第一模具的温度；
当所述封闭管件的材质为铝合金或为镁合金时，所述第一模具与所述第二模具的温度差为0-200℃；
当所述封闭管件的材质为钛合金时，所述第一模具与所述第二模具的温度差为0-100℃。

【专利技术属性】
技术研发人员：苑世剑，郑凯伦，何祝斌，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21