[发明专利]一种基于形状记忆聚合物的薄壁金属波纹管成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于形状记忆聚合物的薄壁金属波纹管成形方法，属于管材成形技术领域。

背景技术

薄壁金属波纹管是一种具有横向波纹有一定挠度的管壳零部件，在航空航天、石油化工、汽车船舶、电气仪表等工业领域得到广泛的应用。它主要是利用自身的弹性变形功能，除具备弹性特性外，还具有耐腐蚀、耐冲击、耐高温、密封性好等多种性能，是一种多功能的零部件，在外力的作用下能产生轴向、角向、侧向及其组合位移。对于薄壁以及超薄壁厚材料强度较高的金属波纹管目前普遍采用刚模室温下冲压成形或者热变形。无论采用上述哪一种成形方法都存在成形零件壁厚分布不均匀，局部区域容易破裂，导致成形零件表面质量差的问题。此外，薄壁金属波纹管还有采用橡胶元件来成形波纹曲面的，该方法采用的传力介质为橡胶元件，但此成形方法装置相对复杂，生产效率较低。

形状记忆聚合物（SMPs）通过施加外部刺激（如热、电、磁、光及湿度等）可以实现有意义的宏观范围形变。自从20世纪80年代发现SMPs以来，针对形状记忆效应引起的国际研究兴趣在不同领域内迅速增长，并取得了一系列的进步及成果。由于它们崭新的性能，SMPs可以被应用在广泛的领域，可以应对先进的航空航天、机械、仿生及医药技术的挑战，如智能面料、电力领域的热收缩管或包装的热收缩膜、航天器上可自展开太阳帆、自拆装移动电话、智能化医疗设备和植入微创手术。利用形状记忆聚合物在不同外部刺激下性能发生较大变化的特点，可将其应用于薄壁金属波纹管的成形中。

发明内容

本发明的目的是为解决背景技术中提及的薄壁金属波纹管成形时，采用刚模室温下冲压成形或者热变形存在成形零件壁厚分布不均匀，局部区域容易破裂，导致成形零件表面质量差，而采用橡胶元件来成形波纹曲面的方法装置相对复杂，生产效率较低的问题，提供一种基于形状记忆聚合物的薄壁金属波纹管成形方法。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：本发明的一种基于形状记忆聚合物的薄壁金属波纹管成形方法是这样实现的。

步骤一：制作波纹形形状记忆聚合物：将具有形状记忆功能的形状记忆聚合物材料外轮廓制成与待成形波纹管形状一致的波纹形。

步骤二：制作成形凹模：先制作凹模坯，凹模坯由两个半凹模坯组成，两个半凹模坯扣合并可拆卸连接；其次在凹模坯的内壁上加工波纹环型腔。

步骤三：在波纹环型腔的表面上涂覆脱模剂。

步骤四：制作芯模：在圆柱体的一侧端面的中心轴线上加工沉孔并称之为介质仓。

步骤五：将芯模设置在成形凹模的内腔中。

步骤六：将薄壁金属管坯设置在成形凹模与芯模之间并保证三者的上端面和下端面分别平齐。

步骤七：向介质仓内填充加热至玻璃化转变温度T_g以上的橡胶态形状记忆聚合物。

步骤八：薄壁金属管坯在自然冷却至室温恢复玻璃态的波纹形形状记忆聚合物的作用下与成形凹模的波纹环型腔紧密贴合制成薄壁金属波纹管。

步骤九：拆开成形凹模，取出薄壁金属波纹管、芯模及形状记忆聚合物。

步骤十：将形状记忆聚合物加热至玻璃化转变温度T_g以上，从介质仓中取出呈橡胶态的形状记忆聚合物并用于制作下一段薄壁金属波纹管。最终制成的薄壁金属波纹管，其波纹节数N的取值范围为3~40；壁厚为0.2mm~0.5mm、波纹曲面的内表面半径为0.25mm~1.0mm。

本发明具有以下有益效果：本发明采用了基于智能材料的软模成形方法，而不是传统的刚模室温冲压成形，也不是热成形，更有别于传统的软模成形，薄壁金属波纹管采用整体成形方法。本发明通过采用形状记忆聚合物作为传力介质，可以充分利用其在不同温度下性能发生较大变化的特点，较容易地在波纹型腔处产生较大作用力；同时形状记忆聚合物可以在坯料表面建立非均匀的压力分布，适应于变形过程应力的变化，有效地抑制成形后零件的回弹，提高成形零件壁厚分布的均匀性，防止局部区域的破裂，提高了零件表面质量。

附图说明