[发明专利]一种基于磁流变弹性体的管材变轴线成形装置及成形方法

说明书

本发明公开了一种基于磁流变弹性体的管材变轴线成形装置及成形方法，属于管材成形技术领域。所述成形装置包括模具、冲头、管坯、磁流变弹性体与电磁铁，该方法使用磁流变弹性体替代聚氨酯、金属颗粒以及芯棒等填充物，根据外加磁场可改变磁流变弹性体表面粗糙度以及弹性模量的特点，通过这种具有磁场控制的管材变轴线成形装置，调控管材内部压力，通过改变磁流变弹性体磁性粒子的浓度，调节管材弯曲内外侧与填充物的摩擦力。根据零件的弯曲半径、管坯直径及壁厚等特点，可通过柱塞的进给与外加磁场之间的配合，有效保证零件成形效果。

技术领域

本发明涉及管材成形技术领域，具体为一种基于磁流变弹性体的管材变轴线成形装置及成形方法。

背景技术

近年来，航空航天、核能工程以及汽车工程等行业快速发展，对高性能轻量化金属管类零件的需求日益增多。管类零件的传统成形技术包括绕弯工艺、压弯工艺、滚弯工艺与拉弯工艺等，然而这些工艺都存在各自的局限性，限制其应用范围。在面对一些具有大口径、相对壁厚小、相对弯曲半径小特征的管类零件时，成形后的弯管可能存在弯曲外侧过度减薄、内侧起皱、横截面畸变等缺陷。

中国发明专利CN 110576089 A公开了一种颗粒填料辅助大口径小弯曲半径薄壁弯管推弯成形方法，采用两侧保压冲头进给来实现内压控制，通过对推头控制管材轴向力、颗粒填料压力的实时控制来调整管材弯曲时的应力状态。但是这种方法所需两冲头不在一个方向上，需增加额外装置达成实验条件，从而增大了生产成本。

发明内容

为了解决现有技术在管材弯曲工艺中存在的上述不足之处，本发明的目的在于提供一种基于磁流变弹性体的管材变轴线成形装置及成形方法，采用磁流变弹性体作为管材成形过程中的内填充物，通过电磁铁和冲头的配合，改变管材变形过程中的应力状态，实现管类零件的变轴线成形。其中磁流变弹性体可以通过预制，使其局部磁性粒子的浓度不同，进而差异化管坯局部受力，控制材料的局部流动能力。该方法相比于传统绕弯工艺和压弯工艺效率有了提高，而且可以有效提高管材的成形性能，进一步改善成形后零件的厚度分布。对于一些具有大口径、相对壁厚小、相对弯曲半径小特征的弯管类零件，可能需要多道次工序，该方法则能减少工序，并且能够保证零件的表面质量，提高零件刚度。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于磁流变弹性体的管材变轴线成形装置，包括模具、冲头、管坯、磁流变弹性体与电磁铁；其中：所述模具包括前模与后模(合模方式为分瓣合模)，前模与后模呈镜面对称结构，合模后内部形成管材弯曲型腔；所述冲头水平放置，进给方向为水平方向；所述磁流变弹性体贴合于待成形管坯内壁放置；所述管坯的一端封合，冲头推动管坯内的磁流变弹性体使其贴合于封合的管坯端，管坯内部压力由磁流变弹性体提供；所述电磁铁为两个，分别设置于型腔与模具的上方和下方。

所述电磁铁尺寸与模具相当，其产生磁场作用范围大于成形装置工作区域；电磁铁所输入电流大小为0-30A，在模具型腔内产生的磁感应强度范围为0-2T。

所述磁流变弹性体的形状与模具型腔相适应，磁流变弹性体中的磁性粒子为羟基铁粉或羰基铁粉等具有铁磁性的微米尺度颗粒；磁流变弹性体中的磁性粒子浓度范围为0％-80％，其浓度分布方式为各部分均一浓度或者是局部变浓度；当磁流变弹性体中磁性粒子为局部变浓度分布时，磁性粒子分布方式为上下分布(上部和下部浓度不同)或左右分布(左部和右部浓度不同)等形式。

所述模具和冲头的材质为高温合金、奥氏体不锈钢或铝合金等无磁性金属材料。

所述冲头为等直径冲头或阶梯式冲头，若为阶梯式冲头则其最大直径小于模具型腔直径。所述阶梯式冲头，其外径大小变化范围为10-300mm，内径小于外径1-8mm。

所述管坯长度L应大于模具型腔弯曲段中轴弧线长度与成形后弯管两端直线段长度之和。

利用所述成型装置进行的基于磁流变弹性体的管材变轴线成形方法，包括如下步骤：