[发明专利]一种金属管材的增量式温差胀形方法

摘要

一种金属管材的增量式温差胀形装置及胀形方法。金属管材的增量式温差胀形装置包括胀形模具、电磁感应加热机构以及线圈进给机构。带孔冲头和无孔冲头分别位于所述胀形模具的两端，并使带孔冲头、无孔冲头和胀形模具三者的中心线重合。线圈进给机构位于所述胀形模具外一侧，并使该线圈进给机构中的电磁感应线圈套装在所述胀形模具的外圆周上，并与之同轴；电磁感应线圈与胀形模具之间有间隙。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，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，得到壁厚分布均匀的管材零件。

主权项

一种金属管材的增量式温差胀形方法，其特征在于，采用增量式温差胀形装置进行温差胀形，所述的增量式温差胀形装置包括胀形模具、电磁感应加热机构以及线圈进给机构；所述胀形模具中的上半模和下半模对合形成了胀形模具；带孔冲头和无孔冲头分别位于所述胀形模具的两端，并使带孔冲头、无孔冲头和胀形模具三者的中心线重合；线圈进给机构位于所述胀形模具外一侧；电磁感应加热机构中的电磁感应线圈套装在所述胀形模具的外圆周上，并与所述胀形模具同轴；电磁感应线圈与胀形模具之间有一定间隙，不发生接触；所述上半模长度方向的中部的内腔形成了模具的型槽，该型槽的两端为管坯的定位段，该定位段的直径与管坯的外径相同；在该型槽的中部为胀形段，胀形段的两端通过过渡段分别与两侧的定位段连接；所述下半模的结构与所述上半模相同；所述带孔冲头的中心有气体通孔；具体的工作步骤如下：第一步，工装准备；第二步，胀形参数的确定：所述的胀形参数包括气体压力p、上半模与下半模之间的合模力F、线圈每次的移动量a和每个冲头第i次的轴向进给量Δhi；确定管材胀形时的最大气体压力p：根据公式(1)确定管材胀形中通入气体的压力，根据材料的高温力学性能以及成形管件的最小圆角半径，通过公式(1)确定充气胀形中的成形压力：p=tr·σs---(1)]]>其中，t是管件的壁厚，r是成形管件的最小圆角半径，σs是材料在成形温度下的屈服强度；确定上半模与下半模之间的合模力F：根据公式(2)确定两个模具之间的合模力：F＝p·s   (2)其中，p是管材胀形时的最大气体压力，s是模具型腔的投影面积；确定线圈每次的移动量a：根据管材零件的具体结构特征，将胀形模具的过渡段和胀形段沿着轴向方向分解成为n段长度相等的加热段，每段的长度均为a，通过公式(3)确定胀形模具加热段的数量n，每个加热段的长度为线圈每次的移动量；其中，h1是要成形零件过渡区域最大的轴向长度，h2是要成形零件胀形区域最大的轴向长度，l为电磁感应线圈的长度；i为将大段分成的小段的数量，其中i≥2；确定每个冲头第i次的轴向进给量Δhi：要保持管坯的厚度不变，根据平面应变准则，则冲头的轴向进给量由公式(4)确定；在管材的胀形过程中，带孔冲头和无孔冲头以间歇式的移动方式同时从管坯的两端向所述管坯长度方向的中心移动，并且该带孔冲头和无孔冲头移动的次数与分段胀形时的分段数量相同；所述带孔冲头和无孔冲头的移动距离相同，各冲头的单次进给位移量依次通过公式(4)确定：···ϵt=0ϵθ=-ϵzϵθ=(D-d)·2π2π·d=D-dd···ϵi=Δhh=D-dd···Δh=Σ1nΔhi···Δhi=12·Di-dd·hi---(4)]]>其中，εt代表管坯厚度方向的应变，为径向应变；εθ表示管坯的周向应变；εz表示管坯的轴向应变；D是模具胀形段的直径；d是管坯的初始外径；Δh表示两边冲头在胀形完毕时总共的进给位移；Δhi表示单个冲头在胀形第i段的进给位移；各冲头的总移动量小于胀形模具定位段的轴向长度；h表示管坯变形区的总长度；εi表示第i段管坯的周向应变；Di表示第i段的模具直径；hi表示第i段的长度；第三步，增量式温差胀形：增量式温差胀形为根据确定的加热段数量对管坯分段胀形；胀形中，使电磁感应线圈位于模具过渡段的起始位置，并给该电磁感应线圈通电开始胀形；电源的功率为5KW～20KW，电源频率为80KHZ～200KHZ；胀形过程中，需保持充入管坯中氩气的压力；第四步，取出零件：管材胀形完成后，待零件冷却后打开模具，取出成形后的管材零件。