[发明专利]一种三轴自由弯曲局部渐进成形装置及方法

说明书

本发明公开了一种三轴自由弯曲局部渐进成形装置及方法，包括管坯推进装置、弯曲模和球面轴承(7)，其中，弯曲模包括弯曲模架(5)和合金钢棒(6)，弯曲模架(5)沿圆周周向设置多个通孔，通孔内安装有合金钢棒(6)，每个合金钢棒(6)沿弯曲模架(5)径向在驱动装置的驱动下可以自由伸缩运动，每个合金钢棒沿弯曲模架(5)径向伸缩运动使弯曲模内径以及形状可调，能够渐近成型加工得到不同截面尺寸和截面形状的零件。本发明通过改变细小合金钢棒的组成形状，可以调控弯曲模的尺寸和形状，从而改变弯管的截面形状和尺寸。

技术领域

本发明涉及三轴自由弯曲局部渐进成形先进制造技术领域，具体是一种三轴自由弯曲局部渐进成形装置及方法。

背景技术

航空航天器中经常采用复杂形状的空心构件(通常呈现各种复杂空间构型)，各处弯曲半径不尽相同，成形精度要求高。并且，空心构件的截面特征有可能是沿轴线变化的。同时，由于特殊的工作环境，因此要求其能承受液体流通产生的高压，且管坯冷弯时不产生截面畸变，可扩口、压扁无裂痕，以上技术要求对空心构件的成形质量提出了很高的要求。

现有的预弯—内高压成形多工步制造技术虽然可以实现变截面三维复杂空心件的制造，但是多工步制造技术并不能同时满足空心构件精度和力学性能的要求，同时，根据空心构件相对弯曲半径和空间形状的不同，在预弯和内高压每个工步中必须不断更换弯曲模和内高压模具，从而极大降低了生产效率、提高了生产成本，故无法满足变截面三维复杂构件的生产要求。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种三轴自由弯曲局部渐进成形装置及方法，采用在线调整弯曲模的形状和尺寸，提出了三轴自由弯曲局部渐进成形技术，有效地解决了实际应用中的变截面三维复杂构件生产的生产效率低、生产成本高和成形质量不高的问题。

一种三轴自由弯曲局部渐进成形装置，包括管坯推进装置、弯曲模和球面轴承(7)，其中，弯曲模包括弯曲模架(5)和合金钢棒(6)，弯曲模架(5)沿圆周周向设置多个通孔，通孔内安装有合金钢棒(6)，合金钢棒(6)组合成的空心圆环结构，每个合金钢棒(6)沿弯曲模架(5)径向在驱动装置的驱动下可以自由伸缩运动，每个合金钢棒沿弯曲模架(5)径向伸缩运动使弯曲模内径以及形状可调，能够渐近成型加工得到不同截面尺寸和截面形状的零件。合金钢棒数量可以根据需要调整，例如5-20根直径3-10mm的合金钢棒。

所述的三轴自由弯曲局部渐进成形装置，所述的管坯推进装置包括位于管坯(2)后端的推块(1)、位于管坯(2)中端的压块(3)以及位于管坯(2)前端的导套(4)；管坯在推块(1)连续推动下向前运动，压块(3)起到了管坯定位作用，防止管坯通过后续装置时发生错位，同时可以防止在成形过程中管坯振动，随后管坯在导套(4)的导向作用下顺利通过弯曲模。

所述的三轴自由弯曲局部渐进成形装置，所述的弯曲模内径变化范围为5mm-30mm。

根据所述三轴自由弯曲局部渐进成形装置的三轴自由弯曲局部渐进成形方法，包括以下步骤：

1)将管坯放入设备中，由管坯推进装置推动管坯向前运动；

2)根据生产需求，弯曲模中的合金钢棒(6)在系统的控制下沿弯曲模架(5)径向伸缩运动，使弯曲模的形状和尺寸达到管坯(2)的要求；

3)利用球面轴承(7)按照预先设定的轨迹带动弯曲模运动，利用球面轴承(7)的偏心运动使管坯在弯曲部分产生偏心距，实现对管坯(2)进行三维自由弯曲局部渐进弯曲成形，最终得到形状复杂的零件。

所述的三轴自由弯曲局部渐进成形方法，还包括第四步：通过对弯曲后的空心构件进行三维扫描，并与目标产品的三维几何模型进行尺寸对比，进而修改弯曲工艺参数，解决弯曲后回弹问题。

所述的三轴自由弯曲局部渐进成形方法，步骤3)所述的弯曲成型过程中最小相对弯曲变径为2.5。