[发明专利]一种钛管数控差温加热弯曲成形模具及方法

说明书

技术领域

本发明涉及管材数控加工成形领域，具体是一种用于钛管数控差温加热弯曲成形方法及模具。

背景技术

数控弯管工艺是传统弯管工艺结合数控技术而产生的一种先进管件弯曲成形技术，可以满足弯管件对高精度、高效率和数字化加工的要求，在航空、航天等高科技领域占据了重要地位并展示了广阔的应用前景。钛合金弯管件质量轻并能承受较高的工作压力，应用于燃油、空调等管路系统，能够满足先进飞机研制对高性能、轻量化和高功效等方面的迫切需求。然而，由于钛合金材料流动性差，塑性变形时常表现出强烈的各向异性和拉压不对称性，使得管材室温数控弯曲过程中极易出现破裂、起皱、壁厚过度减薄、截面过度扁化等问题，弯管件成品率低，只能进行大弯曲半径(弯曲半径R/管材直径D＞2)的弯曲成形，无法满足飞机尽可能节省导管所占空间的要求，成为制约钛管弯曲成形质量/成形极限提高的瓶颈。大部分钛合金管加热到一定温度区间内后具有良好的塑性和延伸率，且变形抗力显著下降，因此数控加热弯曲是提高钛管弯曲成形质量/成形极限的一种有效途径。

通过检索国内外文献及专利，发现：目前已经拥有了钛合金管数控加热弯曲成形方法和成形模具的介绍。在授权公告号为CN 201127971Y的实用新型和公开号为CN101185949A的发明创造中提出了一种用于热弯的数控弯管机模具和一种利用数控弯管机进行加热恒温弯管的方法，该模具在弯曲模高度方向开有通孔作为加热孔、在芯棒中心长度方向开有一盲孔作为加热孔、压力模长度方向开有通孔作为加热孔、防皱模长度方向上开有盲孔作为加热孔，用于进行加热恒温弯管；针对直径D＜40mm的难成形管材或厚壁管材(管材直径D/壁厚t＜20)数控加热弯曲时，可取得较好的弯曲成形效果。但当管材直径D＞40mm，由于模具体积大，加热弯曲模的能源消耗量大，且弯曲模与机床间的热传导易影响机床的使用性能，降低机床的使用寿命；同时由于压力模长度较长，在压力模长度方向开设通孔困难，且单孔加热时间较长。该发明创造中没有涉及钛管数控弯曲润滑、温度控制范围，难以进行直径D＞40mm钛管的数控加热弯曲成形。在授权公告号为CN 102527848B的发明中提出了一种大直径薄壁纯钛管数控加热弯曲成形模具及成形方法，该模具在沿压力模的长度方向均布有多个压力模加热孔、在芯棒的端面上沿圆周均布有多个芯棒加热孔，用于加热弯管。针对大直径薄壁纯钛管数控热弯成形，可降低恒温加热管件带来的过多的能源消耗，同时提高管件弯曲成品率。但该模具设计方法主要针对纯钛管，工作温度为200～300℃，难以进行更高温度下难成形钛合金管的数控加热弯曲成形。同时，由于弯曲模的“热沉降”作用和芯棒对芯球部分的传热，芯棒前端的温度较低，使得管材弯曲区域温度分布和热弯合理温度分布出现差异，不利于提高钛管弯曲成形质量/成形极限。

发明内容

为了克服现有技术进行钛管数控加热弯曲成形的不足，提高钛管数控弯曲成形质量和成形极限，本发明提出了一种钛管数控差温加热弯曲成形模具及方法。

所述钛管数控差温加热弯曲成形模具包括压力模、夹持模、镶块、弯曲模、防皱模、芯模和隔热板。所述的芯模包括芯棒和芯球；所述的隔热板包括压力模隔热板、夹持模隔热板、弯曲模隔热板和防皱模隔热板；在压力模、弯曲模、芯棒和防皱模上分别有加热孔和测温孔，在夹持模和镶块上有测温孔。在所述压力模隔热板、夹持模隔热板、弯曲模隔热板和防皱模隔热板上增加冷却孔。

在弯曲模的上表面，从弯曲模与防皱模配合位置起，沿弯曲模圆周方向均布有多个弯曲模加热孔和弯曲模测温孔，并且各弯曲模测温孔位于相邻的弯曲模加热孔之间；所述弯曲模加热孔和弯曲模测温孔的数量通过下列公式确定：

n_bt＝n_bh

式中：n_bh为弯曲模加热孔的数量，n_bt为弯曲模测温孔的数量，C_b为弯曲模材料的比热容，m_b为弯曲模的质量，△T为弯曲模升高的温度，W_b为单个弯曲模加热棒的功率，t_b为弯曲模的加热时间；所述弯曲模加热孔的孔径与所使用加热棒的直径相匹配；所述弯曲模测温孔的孔径与所使用热电偶的直径相匹配。

在所述防皱模的上表面，沿该防皱模的长度方向均布有多个防皱模加热孔，在每个防皱模加热孔前相当于两个相邻防皱模加热孔之间距离的一半处有防皱模测温孔；防皱模加热孔和防皱模测温孔的数量根据下列公式确定：

n_wt＝n_wh