[发明专利]一种大尺寸薄壁环壳充气热压弯成形装置和方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及金属成形制造技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明提供了如下方案：

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；