[发明专利]一种基于体积膨胀力的管材胀形方法及模具

权利要求书

1.一种基于体积膨胀力的管材胀形方法，其特征在于，包括：在密封的管材中充水，降温使水结冰，管材在模具的型腔内导向下膨胀成所需形状；具体步骤为：

(1)、在管材中预先充入常温水，两端进行密封；

(2)、将预先充入常温水的管材放入带凹模腔的模具，模具闭合，冷却，在冷却过程中，水结成冰，所产生的体积胀形力对管材进行胀形；

(3)、待管材膨胀至与凹模腔贴合后，将管材从模具中取出，放置在常温下，冰融化，利用水的流动性，将使水从管材型腔中流出，获得所需的胀形管件；

上述步骤(2)中，冷却速度由胀形力加载曲线控制，建立胀形力与管材长度之间的关系式：

其中，p_胀形为管材胀形力，p_屈服为管材的屈服强度，C为水的比热容，ρ为水的密度，r为管材半径，l为管材长度，Δt为水结成冰温度变化，p_冷为冷却功率，p₀为是单位质量水结成冰所能形成的胀形力；P_冷＝V_液氮ρ_液氮×C_液氮×Δt/t，其中，V_液氮为液氮的体积，ρ_液氮为液氮的密度，C_液氮为液氮的比热容，Δt为水结成冰温度变化，t为时间。

2.根据权利要求1所述的一种基于体积膨胀力的管材胀形方法，其特征在于，上述步骤(2)中，通过液氮对其进行冷却。

3.根据权利要求1所述的一种基于体积膨胀力的管材胀形方法，其特征在于，上述步骤(1)中，所述充入常温水的量由管材胀形后几何形状决定。

4.根据权利要求1所述的一种基于体积膨胀力的管材胀形方法，其特征在于，上述步骤(2)中，控制管材胀形力的最大值使管材变形充分，管材胀形力最大值满足如下关系式：

其中，p_max为管材胀形力的最大值，p_屈服为管材的屈服强度。

5.根据权利要求1所述的一种基于体积膨胀力的管材胀形方法，其特征在于，所述管材的材质为钢或铝。

6.根据权利要求1所述的一种基于体积膨胀力的管材胀形方法，其特征在于，所述管材两端通过法兰进行密封，当管材放入模具中后，所述法兰两端上下表面分别与上模、下模内壁表面接触。

7.根据权利要求1所述的一种基于体积膨胀力的管材胀形方法，其特征在于，所述模具包括上模和下模，所述上模和下模分别形成凹模腔。

8.根据权利要求7所述的一种基于体积膨胀力的管材胀形方法，其特征在于，所述上模和下模包括两端用于将管材夹持限位的导向部，还包括导向部之间的管材膨胀变形部。