[发明专利]大直径薄壁纯钛管数控加热弯曲成形模具及成形方法

说明书

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、能源等工业领域。数控弯管工艺是传统弯管工艺结合数控技术而产生的一种先进管件弯曲成形技术，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)纯钛弯管件质量轻并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，且变形抗力显著下降，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。西北工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一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一盲孔作为加热孔、压力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时，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口部分的强度，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强度降低，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匀加热，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时，由于压力模长度较长，在压力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。Schweibold在《Aircraft Engineering and Aerospace Technology》第61卷，12期，8-11，29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，需对压力模及芯棒进行加热，加热位置为压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匀导致管件在夹紧区域易形成严重的颈缩，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D＞40mm的薄壁纯钛管弯曲成形质量/成形极限，本发明提出了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。 

本发明提出的薄壁纯钛管数控加热弯曲成形模具，包括压力模、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；压力模的一侧表面为凹弧形的压力模成形面，另一侧表面是与机床配合的装配面；其特征在于： 

I、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；压力模加热孔和压力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：