一种难变形材料管件的线圈感应加热气胀成形装置及成形方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种难变形材料管件的线圈感应加热气胀成形装置及成形方法。本发明专利技术采用绕在内部胀形模具外的电磁感应线圈，通过感应加热的方式加热原始管件坯料至目标气胀成形温度，并将内部胀形模具整体左右分体设置左端复合结构、右端复合结构，进而通过分离左端复合结构、右端复合结构，以露出外部胀形模具的中部型腔，中部型腔、左端复合结构的右侧端面、右端复合结构的左侧端面啮合形成完整模腔；然后再通过原始管件坯料两端封接的密封头，往原始管件坯料注入预设压力的气体，使得原始管件坯料在气体所提供的压力作用下，气胀成形，直至与完整模腔贴合。本发明专利技术结构简单，工艺简便，方便管件进行快速的热气胀成形，提高了生产效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种难变形材料管件的线圈感应加热气胀成形装置及成形方法


[0001]本专利技术属于难变形金属材料管类零件成形
，具体涉及一种利用电磁感应加热原理对难变形材料管件进行电磁感应加热和气胀的成形装置和成形方法。

技术介绍

[0002]在航空航天飞行器制造业以及汽车制造业中，管类零件是一种应用十分广泛且左右十分重要的零件，并且具有成形形状复杂、成形工艺方法多样以及使用的材料种类繁多等特点。随着航空航天飞行器和汽车工业的发展，人们对管类零件的性能也提出了更高的要求，需要管类零件同时具有耐高温、低密度以及高强度等特质。钛合金、金属间化合物以及高强铝合金等材料具有密度低、比强度高等优异的性能，而采用这些材料进行成形的构件也可在较高的温度环境下长时使用，如：常用钛合金可在400℃
‑
600℃长时使用、Ti2AlNb基金属间化合物可在600℃
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750℃长时使用。然而，这些材料具有塑性性能较差、回弹现象明显、难以发生变形等缺点，导致此类难变形材料管类零件的成形难度较大。另外，在成形过程中，原材料的微观组织可能发生改变或破坏，从而恶化成形管类零件的使用性能。因此，亟需开发一种能够高效率、低成本地制造钛合金等难变形材料管类零件的成形方法。
[0003]针对难变形金属管类零件的加工成形装置和方法，已有一定的研究成果。
[0004]王永军等人的专利CN 201510191192.3叙述了一种金属管材的增量式温差胀形装置及胀形方法，该专利的特点是结构包括胀形模具、电磁感应加热机构以及线圈进给机构，在加热胀形的过程中，分段加热部分管坯而不加热模具，对加热部分的管材进行胀形，从而实现管材零件的增量式温差胀形，改善材料的成形性能，减小管材的回弹，解决管材的失稳和起皱现象的目的。然而，由于该专利需要精确的线圈进给机构，导致了成形所需的装置结构复杂且成本高昂，此外，该专利所采用的电磁加热线圈为单圈，从而存在加热效率较低的问题。
[0005]王望等人的专利CN 201510050971.1叙述了一种金属导体管件的电磁感应加热胀形装置及成形方法，该专利技术的特点在于胀形模具位于电磁感应加热单元的电磁感应线圈内，在成形中只加热管坯而不加热模具，从而实现金属导体管件在高温状态下的气压胀形。但是，该专利技术中电磁感应线圈位于胀形模具之外，使得电磁感应加热效果不佳，同时也需要更长的线圈，造成了成本的增加。
[0006]目前国内外针对钛合金等难变形金属常用的加工成形方法是加热后进行成形，利用加热后材料的塑性在一定程度上提升的特性，通过加热模具或者加热原材料后进行加工成形。传统的加热方式，普遍采用的是利用电阻丝或采用石英进行加热的方式，通过电阻丝或石英在通电后自身产生热量，再通过热传导将热量传递到待加工的工件上，从而起到加热工件的效果。这种传统的加热方式效率较低，其能量的50％作用都散发到了空气中，电能损失较高，同时，这种成形方法往往具有加热时间长、温度难控制、能耗大、生产效率低等缺点，难以应用在大规模的生产中。同时，该成形方法加热设备往往复杂而昂贵，对含有活泼
金属元素的钛合金、Ti2AlNb基金属间化合物、高强铝合金等难变形材料，还需要有冷却系统、真空和气体保护等装置，不仅增加了设备安全性隐患、还容易污染环境。此外，由于长时间加热，易发生晶粒的异常长大、降低使用性能。
[0007]利用电磁感应的原理对金属零件进行加热，是另一种利用电能对零件进行加热的方式，是通过在电磁感应线圈中通入一定程度的交变电流，使其产生交变磁场，具有导磁性的监护零件置于磁场中切割交变磁力线，从而在金属零件内部产生交变的电流(即涡流)，涡流使金属零件内部的原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能，从而起到加热金属零件的效果。这种加热方式相比传统的加热方式具有更高的能量转化效率，避免了能量的浪费，平均预热时间大幅度减少；并且降低了生产成本，延长了设备的使用寿命，能够充分并且均匀地加热零件；由于电磁感应加热设备在工作时只对工件进行加热，而本身不产生热量，因此能够减少后期的维护成本，并且运行可靠，便于控制，使得成形生产更加绿色、节能、安全和舒适。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提出一种难变形材料管件的线圈感应加热气胀成形装置及成形方法。根据电磁效应，由感应加热电源产生的交变电流通过感应线圈产生交变磁场，置于其中的金属材料内部产生交变的电流，使物体内部产生热能，从而对金属进行加热，来改善金属材料的塑性变形能力，降低材料的流动应力，使一些难变形的金属材料更易于进行塑性成形加工。本专利技术所描述的成形装置是一种结合了电磁感应加热装置和气胀成形装置的复合结构，将电磁感应加热装置设计在气胀成形模具内部，并作为模腔的一部分。其中电磁感应线圈分为左右两部分并且可进行移动，当左右两部分的线圈闭合时，可作为电磁感应装置对模具内部的管件进行加热，当左右两部分的线圈分别移动至最左、最右端与模具相啮合时，能够补充成为完整的模腔，从而使得管材能够气胀成形并贴合模具，获得具有一定截面形状的管件。
[0009]为实现上述的技术目的，本专利技术将采取如下的技术方案：
[0010]一种难变形材料管件的线圈感应加热气胀成形装置，用于原始管件胚料的加热气胀成形，包括外部胀形模具、置于外部胀形模具内的内部胀形模具以及分别与原始管件胚料的左右两端对应封接的左密封头、右密封头；其中：
[0011]所述外部胀形模具，上下分体设置为上外部胀形模具、下外部胀形模具，且上外部胀形模具、下外部胀形模具合模时形成中部模腔，中部模腔的两侧设有缺口；
[0012]所述内部胀形模具，左右分体设置为左端复合结构、右端复合结构；内部胀形模具的内腔形状与原始管件胚料的外壁形状匹配，同时原始管件胚料的轴向长度大于合模状态时的内部胀形模具的轴向长度；
[0013]所述的左端复合结构，包括呈圆柱状设置的左端内部胀形模具以及绕在左端内部胀形模具外壁的左端电磁感应线圈；左端电磁感应线圈的右侧设置有铜环a，左侧则通过导线与电源的正极连接；左端内部胀形模具能够沿着原始管件胚料的左侧部分平移；
[0014]所述的右端复合结构，包括呈圆柱状设置的右端内部胀形模具以及绕在右端内部胀形模具外壁的右端电磁感应线圈；右端电磁感应线圈的左侧设置有铜环b，右侧则通过导线与电源的负极连接；右端内部胀形模具能够沿着原始管件胚料的右侧部分平移；
[0015]当上外部胀形模具、下外部胀形模具合模时，左端复合结构、右端复合结构相向平移，直至合模时，铜环a、铜环b相触，左端电磁感应线圈、右端电磁感应线圈通过导线与电源构成通电回路；通电回路接通电源时，能够通过左端电磁感应线圈、右端电磁感应线圈产生交变磁场，对处于交变磁场内的原始管件胚料加热；
[0016]当上外部胀形模具、下外部胀形模具合模时，左端复合结构、右端复合结构相背平移，直至左端复合结构的铜环a、右端复合结构的铜环b分别与外部胀形模具的中部模腔两侧的缺口位置处对应啮合，形成完整的模腔。
[0017]进一步地，铜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种难变形材料管件的线圈感应加热气胀成形装置，用于原始管件胚料的加热气胀成形，其特征在于，包括外部胀形模具、置于外部胀形模具内的内部胀形模具和以及分别与原始管件胚料的左右两端对应封接的左密封头、右密封头；其中：所述外部胀形模具和，上下分体设置为上外部胀形模具、下外部胀形模具，且上外部胀形模具、下外部胀形模具合模时形成中部模腔，中部模腔的两侧设有缺口；所述内部胀形模具和，左右分体设置为左端复合结构、右端复合结构；内部胀形模具和的内腔形状与原始管件胚料的外壁形状匹配，同时原始管件胚料的轴向长度大于合模状态时的内部胀形模具和的轴向长度；所述的左端复合结构，包括呈圆柱状设置在左端内部胀形模具以及绕在左端内部胀形模具外壁的左端电磁感应线圈；左端电磁感应线圈的右侧设置有铜环a，左侧则通过导线与电源的正极连接；左端内部胀形模具能够沿着原始管件胚料轴线的左侧部分平移；所述的右端复合结构，包括呈圆柱状设置的右端内部胀形模具以及绕在右端内部胀形模具外壁的右端电磁感应线圈；右端电磁感应线圈的左侧设置有铜环b，右侧则通过导线与电源的负极连接；右端内部胀形模具能够沿着原始管件胚料轴线的右侧部分平移；当上外部胀形模具、下外部胀形模具合模时，左端复合结构、右端复合结构相向平移，直至合模时，铜环a、铜环b相触，左端电磁感应线圈、右端电磁感应线圈通过导线与电源形成通电闭合回路；通电回路接通电源10时，能够通过左端电磁感应线圈、右端电磁感应线圈产生交变磁场，对处于交变磁场内的原始管件胚料加热；当上外部胀形模具、下外部胀形模具合模时，左端复合结构、右端复合结构相背平移，直至左端复合结构的铜环a、右端复合结构的铜环b分别与外部胀形模具的中部模腔两侧的缺口位置处对应啮合，形成完整的模腔。2.根据权利要求1所述的难变形材料管件的线圈感应加热气胀成形装置，其特征在于，铜环a、铜环b与外部胀形模具的中部模腔衔接的型面均呈锥状设置。3.根据权利要求1所述的难变形材料管件的线圈感应加热气胀成形装置，其特征在于，外部胀形模具以及右端内部胀形模具、左端内部胀形模具均采用陶瓷材料制成。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤泽军，张宇翔，李福家，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：