專利名稱：一種采用內(nèi)部加熱加壓的管材脹形裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種管材脹形裝置及方法，具體涉及ー種采用內(nèi)部加熱加壓的管材脹形裝置及方法。
背景技術(shù)：
各種形狀和尺寸的管狀零件在航空航天、汽車、自行車等領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用。很多情況下，管狀零件上不同部位都具有不同的直徑以及非圓的截面。為了將初始軸線為直線、直徑相等的管坯制成最終的復(fù)雜管件，常采用向管坯內(nèi)部通入高壓介質(zhì)(如水、氣體 等)使原始管坯發(fā)生脹形并貼靠管坯外側(cè)模具的方法。對(duì)于鋼管等室溫下變形能力較好的管材，一般直接在常溫下變形即可獲得需要的零件。對(duì)于鋁合金、鎂合金、鈦合金等室溫下塑性較差的管材，常需要提高成形溫度以提高管材的成形性能。對(duì)于鋁合金、鎂合金等管材，當(dāng)溫度提高到450°C左右吋，已經(jīng)可以獲得較好的成形性能，同時(shí)其變形抗カ也大幅下降，可以采用較低的壓カ進(jìn)行成形。此時(shí)，可以采用將管坯在模具外預(yù)熱然后快速移動(dòng)到常溫下的模具上成形，或采用將成形模具和管坯一起加熱然后再成形的方法。因成形溫度較低，對(duì)模具的耐熱要求不高，模具受熱后產(chǎn)生的形狀、尺寸變化也不明顯。但是對(duì)于鈦合金等高強(qiáng)度管材，合適的成形溫度往往超過(guò)850°C。此時(shí)如果采用將管坯和模具一起加熱然后成形的方法，不但加熱效率低、操作困難，更為嚴(yán)重的是模具在高溫下強(qiáng)度降低，其型腔的形狀、尺寸容易因熱脹冷縮而發(fā)生明顯變化，導(dǎo)致最終成形零件的形狀、尺寸精度較差。而且，在成形過(guò)程中所施加的載荷也不能太大，否則模具將和管坯一起發(fā)生變形，導(dǎo)致嚴(yán)重的質(zhì)量和安全問(wèn)題。綜上所述，現(xiàn)有管材熱態(tài)脹形過(guò)程中，若將模具和管坯同時(shí)加熱然后再成形，存在容易因熱脹冷縮引起模具型腔的形狀、尺寸變化，容易因模具強(qiáng)度降低發(fā)生模具整體塑性變形的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有管材熱態(tài)脹形過(guò)程中，若將模具和管坯同時(shí)加熱然后再成形，存在容易因熱脹冷縮引起模具型腔的形狀、尺寸變化，容易因模具強(qiáng)度降低發(fā)生模具整體塑性變形的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種采用內(nèi)部加熱加壓的管材脹形裝置及方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種采用內(nèi)部加熱加壓的管材脹形裝置包括增壓缸和加壓管，所述管材脹形裝置還包括下密封座、加熱單元、左模塊、右模塊、上密封座和支撐塊，下密封座水平設(shè)置在地面上，左模塊和右模塊由左至右并列密封設(shè)置在下密封座上，上密封座設(shè)置在左模塊和右模塊的上端，支撐塊設(shè)置在左模塊和右模塊之間的下密封座上，加熱單元設(shè)置在支撐塊上，上密封座上開(kāi)有與左模塊和右模塊之間形成的成形型腔相連通的充氣孔，增壓缸與上密封座的充氣孔之間通過(guò)加壓管密封連接。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種采用內(nèi)部加熱加壓的管材脹形方法的具體過(guò)程為步驟一、將左模塊、待成形的管坯和右模塊由左至右依次放置在下密封座上，利用左模塊和右模塊構(gòu)成成形型腔，管坯套裝在加熱單元和支撐塊上；步驟ニ、使上密封座下行，壓靠左模塊和右模塊并使管坯的兩端實(shí)現(xiàn)密封；步驟三、利用置于管坯內(nèi)部的加熱單元對(duì)管坯進(jìn)行加熱，并使其達(dá)到設(shè)定的成形溫度300 900で；步驟四、通過(guò)上密封座上開(kāi)設(shè)的充氣孔向管坯內(nèi)部充入高壓氣體，充入壓カ為I^OMpa,使管還發(fā)生脹形；步驟五、待管坯完全貼模并保持lmin-20min后，停止加熱，然后，泄除管坯內(nèi)的高壓氣體；步驟六、使上密封座上移，向左右分開(kāi)左模塊和右模塊，取出成形后管件，至此，完成管材的脹形。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果(I)采用置于管坯內(nèi)部的加熱單元對(duì)待成形管坯進(jìn)行加熱，能夠在整個(gè)脹形過(guò)程中對(duì)管坯進(jìn)行持續(xù)加熱，避免因管坯溫度降低而影響其變形；(2)只加熱待成形管坯而不加熱成形模具，可以避免同時(shí)加熱管坯和模具時(shí)產(chǎn)生的模具型腔的形狀和尺寸變化；(3)成形過(guò)程中模具始終處于較低的溫度，整體強(qiáng)度較高，因此能夠采用較高的成形氣壓以提高管材的成形質(zhì)量；(4)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，使用方便。


圖I所示為管材內(nèi)部加熱加壓脹形的示意圖。圖2所示為管材內(nèi)部加壓脹形的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3所示為管材脹形結(jié)束的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4所示為管材開(kāi)模取件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5所示為僅采用感應(yīng)線圈對(duì)管還進(jìn)行加熱。圖6所示為在感應(yīng)線圈內(nèi)放置實(shí)心芯棒對(duì)管坯進(jìn)行加熱。圖7所示為在感應(yīng)線圈內(nèi)放置厚壁管材對(duì)管坯進(jìn)行加熱。圖8所示為采用加熱棒對(duì)管坯進(jìn)行加熱。圖9所示為采用加熱棒和傳熱塊對(duì)管坯進(jìn)行加熱。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖I說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種采用內(nèi)部加熱加壓的管材脹形裝置包括增壓缸17和加壓管18，所述管材脹形裝置還包括下密封座I、加熱單元2、左模塊4、右模塊5、上密封座6和支撐塊8，下密封座I水平設(shè)置在地面上，左模塊4和右模塊5由左至右并列密封設(shè)置在下密封座I上，上密封座6設(shè)置在左模塊4和右模塊5的上端，支撐塊8設(shè)置在左模塊4和右模塊5之間的下密封座I上，加熱單元2設(shè)置在支撐塊8上，上密封座6上開(kāi)有與左模塊4和右模塊5之間形成的成形型腔相連通的充氣孔7，增壓缸17與上密封座6的充氣孔7之間通過(guò)加壓管18密封連接。
具體實(shí)施方式
ニ 結(jié)合圖5和圖8說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的加熱單元2為螺旋狀纏繞的感應(yīng)線圈9或多個(gè)加熱棒12。如此設(shè)置，可以分別通過(guò)感應(yīng)加熱和加熱棒輻射加熱的方式對(duì)管坯3進(jìn)行加熱。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的加熱單元2包括感應(yīng)線圈9和實(shí)心芯棒10，感應(yīng)線圈9呈螺旋狀纏繞在實(shí)心芯棒10上，實(shí)心芯棒10密封設(shè)置下密封座I上。如此設(shè)置，置于感應(yīng)線圈9中的實(shí)心芯棒10被加熱后將通過(guò)輻射的方式對(duì)管坯3進(jìn)行加熱，提高了加熱速度，并有利于保持加熱過(guò)程穩(wěn)定性。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖7說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的加熱單元2包括感應(yīng)線圈9和空心芯棒11，感應(yīng)線圈9呈螺旋狀纏繞在空心芯棒11上，空心芯棒11密封設(shè)置在支撐塊8上。如此設(shè)置，置于感應(yīng)線圈9中的空心芯棒11被加熱后將通過(guò)輻射的方式對(duì)管坯3進(jìn)行加熱，可以達(dá)到與采用實(shí)心芯棒同樣的效果，同時(shí)又不需要増加感應(yīng)加熱設(shè)備的功率。適用于大直徑管材的脹形。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖9說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的加熱單元2包括傳熱塊 14、多個(gè)加熱棒12和多根引線13，傳熱塊14設(shè)置在支撐塊8上，多個(gè)加熱棒12穿設(shè)在傳熱塊14上，且每個(gè)加熱棒12通過(guò)ー根引線13與電源連接。如此設(shè)置，可根據(jù)管材直徑的需要配置加熱棒數(shù)量和位置，以提高加熱效果。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖I說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的增壓缸17為液壓增壓缸或氣壓增壓缸。如此設(shè)置，適用于使用高壓液體或使用高壓氣體進(jìn)行管材脹形。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一、ニ、三、四或五相同。
具體實(shí)施方式
七結(jié)合圖2-圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的管材脹形方法的具體過(guò)程為步驟一、將左模塊4、待成形的管坯3和右模塊5由左至右依次放置在下密封座I上，利用左模塊4和右模塊5構(gòu)成成形型腔，管坯3套裝在加熱單元2和支撐塊8上；步驟ニ、使上密封座6下行，壓靠左模塊4和右模塊5并使管坯3的兩端實(shí)現(xiàn)密封；步驟三、利用置于管坯3內(nèi)部的加熱單元2對(duì)管坯3進(jìn)行加熱，并使其達(dá)到設(shè)定的成形溫度30(T900°C ；步驟四、通過(guò)上密封座6上開(kāi)設(shè)的充氣孔7向管坯3內(nèi)部充入高壓氣體，充入壓力為l 60Mpa,使管還3發(fā)生脹形；步驟五、待管坯3完全貼模并保持lmin-20min后，停止加熱，然后，泄除管坯3內(nèi)的聞壓氣體；步驟六、使上密封座6上移，向左右分開(kāi)左模塊4和右模塊5，取出成形后管件3-2，至此，完成管材的脹形。
具體實(shí)施方式
八結(jié)合圖I-圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟一到步驟六中的管坯3為6061鋁合金，被加熱到30(T550°C，充入的氣體壓カ為l 35Mpa，所用氣體為壓縮空氣或氮?dú)狻Ｆ渌鼦l件和步驟與具體實(shí)施方式
七相同。
具體實(shí)施方式
九結(jié)合圖I-圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟一到步驟六中的管坯3為TA2鈦合金，被加熱到50(T950°C，充入的氣體壓カ為2 55Mpa，所用氣體為壓縮空氣或氮?dú)?。其它條件和步驟與具體實(shí)施方式
七相同。
權(quán)利要求
1.一種采用內(nèi)部加熱加壓的管材脹形裝置，它包括增壓缸(17)和加壓管(18)，其特征在于所述管材脹形裝置還包括下密封座(I)、加熱單元(2)、左模塊(4)、右模塊(5)、上密封座(6)和支撐塊(8)，下密封座(I)水平設(shè)置在地面上，左模塊(4)和右模塊(5)由左至右并列密封設(shè)置在下密封座(I)上，上密封座(6)設(shè)置在左模塊(4)和右模塊(5)的上端，支撐塊(8)設(shè)置在左模塊(4)和右模塊(5)之間的下密封座(I)上，加熱單元(2)設(shè)置在支撐塊(8)上，上密封座(6)上開(kāi)有與左模塊(4)和右模塊(5)之間形成的成形型腔相連通的充氣孔(7)，增壓缸(17)與上密封座(6)的充氣孔(7)之間通過(guò)加壓管(18)密封連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種采用內(nèi)部加熱加壓的管材脹形裝置，其特征在于加熱單元(2 )為螺旋狀纏繞的感應(yīng)線圈(9 )或多個(gè)加熱棒(12 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種采用內(nèi)部加熱加壓的管材脹形裝置，其特征在于加熱單元(2)包括感應(yīng)線圈(9)和實(shí)心芯棒(10)，感應(yīng)線圈(9)呈螺旋狀纏繞在實(shí)心芯棒(10)上，實(shí)心芯棒(10)密封設(shè)置在下密封座(I)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種采用內(nèi)部加熱加壓的管材脹形裝置，其特征在于加熱單元(2)包括感應(yīng)線圈(9)和空心芯棒(11)，感應(yīng)線圈(9)呈螺旋狀纏繞在空心芯棒(11)上，空心芯棒(11)密封設(shè)置在支撐塊(8)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種采用內(nèi)部加熱加壓的管材脹形裝置，其特征在于加熱單元(2)包括傳熱塊(14)、多個(gè)加熱棒(12)和多根引線(13)，傳熱塊(14)設(shè)置在支撐塊(8)上，多個(gè)加熱棒(12)穿設(shè)在傳熱塊(14)上，且每個(gè)加熱棒(12)通過(guò)ー根引線(13)與電源連接。
6.ー種應(yīng)用權(quán)利要求I所述的ー種采用內(nèi)部加熱加壓的管材脹形裝置的管材脹形方法，其特征在于管材脹形方法的具體過(guò)程為 步驟一、將左模塊(4)、待成形的管坯(3)和右模塊(5)由左至右依次放置在下密封座(I)上，利用左模塊(4)和右模塊(5)構(gòu)成成形型腔，管坯(3)套裝在加熱單元(2)和支撐塊(8)上； 步驟ニ、使上密封座(6)下行，壓靠左模塊(4)和右模塊(5)并使管坯(3)的兩端實(shí)現(xiàn)密封； 步驟三、利用置于管坯(3)內(nèi)部的加熱單元(2)對(duì)管坯(3)進(jìn)行加熱，并使其達(dá)到設(shè)定的成形溫度30(T900°C ； 步驟四、通過(guò)上密封座(6)上開(kāi)設(shè)的充氣孔(7)向管坯(3)內(nèi)部充入高壓氣體，充入壓カ為l 60Mpa,使管還(3)發(fā)生脹形； 步驟五、待管坯(3)完全貼模并保持lmin-20min后，停止加熱，然后，泄除管坯(3)內(nèi)的高壓氣體； 步驟六、使上密封座(6)上移，向左右分開(kāi)左模塊(4)和右模塊(5)，取出成形后管件(3-2)，至此，完成管材的脹形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用一種采用內(nèi)部加熱加壓的管材脹形方法，其特征在于步驟一到步驟六中的管坯(3)為6061鋁合金，被加熱到30(T550°C，充入的氣體壓カ為l 35Mpa，所用氣體為壓縮空氣或氮?dú)狻?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用一種采用內(nèi)部加熱加壓的管材脹形方法，其特征在于步驟一到步驟六中的管坯(3)為TA2鈦合金，被加熱到50(T95(TC，充入的氣體壓カ為2 55Mpa，所用氣體為壓縮空氣或氮?dú)狻?·
全文摘要
一種采用內(nèi)部加熱加壓的管材脹形裝置及方法，它涉及一種管材脹形裝置及方法。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有管材熱態(tài)脹形過(guò)程中，存在容易因熱脹冷縮引起模具型腔的形狀、尺寸變化，容易因模具強(qiáng)度降低發(fā)生模具整體塑性變形的問(wèn)題。裝置左模塊和右模塊由左至右并列密封設(shè)置在下密封座上，上密封座設(shè)置在左模塊和右模塊的上端，上密封座上開(kāi)有充氣孔。方法利用左模塊和右模塊構(gòu)成成形型腔；使管坯的兩端密封；利用加熱單元對(duì)管坯加熱并使其達(dá)到設(shè)定的成形溫度；向管坯內(nèi)部充入高壓氣體；待管坯完全貼模并保持一段時(shí)間后，停止加熱，然后，泄除管坯內(nèi)的高壓氣體；取出成形后管件，至此，完成管材的脹形。本發(fā)明用于管材脹形中。
文檔編號(hào)B21D26/033GK102641936SQ20121014009
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者何祝斌, 劉鳴, 姜夢(mèng), 祁中寬, 苑世劍, 鄭凱倫, 黃冠 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)