新型硅橡胶基介质芯调控自由弯曲管件加工质量的方法技术

本发明专利技术公开了新型硅橡胶基介质芯调控自由弯曲管件加工质量的方法，属于金属基体表面处理与复杂构件先进制造技术领域。选择在磁场环境下加工自由弯曲管件，可以在微观尺度上维持原有晶粒，保证构件表面的综合机械性能。在可调节磁场环境下对金属复杂构件进行加工，利用芯轴在不同磁场加载时间对芯质压缩性的控制，实现不同的支撑效果。通过运用电磁铁和高精度直流励磁源提供特定磁场条件，实现芯轴支撑性能可控。利用不同磁场加载强度和时间下调节磁流变芯材的机械性能，可以很大范围内解决不同服役要求下自由弯曲管件加工成型时管材起皱、回弹等技术难题。回弹等技术难题。回弹等技术难题。

【技术实现步骤摘要】
新型硅橡胶基介质芯调控自由弯曲管件加工质量的方法


[0001]属于金属形状加工与复杂构件先进制造
，特别涉及新型硅橡胶基介质芯调控自由弯曲管件加工质量的方法。

技术介绍

[0002]自由弯曲成形技术是金属弯曲成形领域一项新兴的先进技术,在不更换弯曲模的情况下，通过同时控制管材的轴向推进及控制弯曲模的运动能够实现复杂轴线空心构件的一次精确成形。自由弯曲成形技术制成的金属复杂构件在航空航天、核电、汽车、舰船等诸多领域具有广泛的应用，但是随着这些领域的不断发展，越来越恶劣的服役环境对金属复杂构件的加工质量提出了严峻的挑战。
[0003]目前，管坯的壁厚变化和截面畸变直接影响到弯曲构件的强度和使用性能，是管坯弯曲成形质量的重要指标。自由弯曲成形现属于无芯成形范畴，且成形速度较快，管坯成形精度和成形质量对模具几何参数、工艺参数及其变化较为敏感。
[0004]弯管在成型过程中易出现起皱与破裂、截面扁平化、回弹、伸长等缺陷。由于弯管内无芯，在弯曲成形时，可以从应力和应变状态得知，管坯弯曲部分的外弧将在切向拉应力下产生壁厚减小现象，在切向压应力的作用下，而内弧壁厚增加，出现起皱现象。同时在弯曲过程中，管子在释放弹性能后仍存在部分的残余应力，会出现管子回弹，因而大大降低管件的质量。当前研究仅仅停留在对于自由弯曲的管坯推进速度、导向机构的倒角半径等关键工艺参数及磨具参数等，对于有芯自由弯曲却鲜有报道。因此，设计一种磁流变介质作为金属复杂构建的芯材，并在磁场环境下加工自由弯曲管件，利用胀形工艺芯材起到支撑管材的作用，减少弯管无芯材支撑导致的起皱等因素从而提高管件加工质量。
[0005]对于不同弯曲管件有各自的服役要求，为了解决不同管件加工成型时所需求内径不同，新型硅橡胶基介质芯调控技术可以通过不同磁场强度、加载时间来实现对芯质压缩性的控制。利用芯质弹性模量不同达到不同的支撑效果，对于调控金属复杂构件的加工质量具有重要的意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术的不足，提出新型硅橡胶基介质芯调控自由弯曲管件加工质量的方法，通过利用磁场加载时间实现对芯质压缩性的控制，实现不同的支撑效果，从而达到调控自由弯曲管件加工质量的目的。
[0007]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0008]本专利技术提供的新型硅橡胶基介质芯调控自由弯曲管件加工质量的方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1)以金属管材为自由弯曲材料，选取合适壁厚和合适管径的金属材料备用；
[0010]步骤2)采用合适的合金材料作为弯曲模，同时作为基体材料。采用金相砂纸打磨基体材料表面，并进行抛光处理，最后采用去离子水、丙酮、无水乙醇以及去离子水依次进
行超声清洗并晾干待用；
[0011]步骤3)在这项专利技术中，选择了AS40的加成固化硅橡胶作为基质材料，以制备MRE材料，并且选择MPS
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MRF
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15羰基铁粉以辅助。利用这些材料制作出一种磁流变介质作为金属复杂构建的芯材，并将芯材与管材结合起来。
[0012]步骤4)将制作的芯轴装入如附图1所示的自由弯曲成形系统中，随后将成形形状参数输入到弯管机控制系统中，进行管材自由弯曲过程。在整个成形过程中，轴承与弯曲模处使用磁场发生器获得磁场强度，并利用新型硅橡胶基介质芯固化过程中胀形性质获得不同半径的芯轴，实现不同的支撑效果。在不同半径的芯轴支撑下，与弯曲模平动和转动的共同作用，实现金属管件的自由弯曲。
[0013]依照上述实施步骤实现铝合金的自由弯曲成形，在可调节磁场环境下对金属复杂构件进行加工，利用芯轴在不同磁场加载时间对芯质压缩性的控制，实现不同的支撑效果。通过运用电磁铁和高精度直流励磁源提供特定磁场条件，实现芯轴支撑性能可控。利用不同磁场加载强度和时间下调节磁流变芯材的机械性能，可以很大范围内解决不同服役要求下自由弯曲管件加工成型时管材起皱、回弹等技术难题。依据本专利技术提供的方法，使用新型硅橡胶基介质芯技术对自由弯曲管件加工质量的提高具有重要的实践意义。
[0014]本专利技术中，所述步骤1)中的金属管材为铝合金、铜锌合金等金属材料。
[0015]本专利技术中，所述步骤2)中的弯曲模材料为不锈钢、钨钢合金等金属材料。
[0016]本专利技术中，所述步骤2)中的表面预处理过程为：依次采用1～6号金相砂纸打磨金属基体材料表面，随后进行机械抛光处理，直至在显微镜下观察无明显划痕为止，并依次在去离子水、丙酮以及无水乙醇中超声清洗10min，晾干备用。
[0017]本专利技术中，所述步骤2)中的芯轴预处理为：首先，分别以100:10的质量比加入硅和催化剂并均匀搅拌。之后，加入质量分数为25％的二甲基硅油。搅拌均匀后，加入质量分数为 50％的羰基铁粉充分搅拌。完成上述步骤后，将液态MR混合物倒入模具中，置于预热至 70c的传热段进行固化。
[0018]本专利技术中，所述步骤2)中的芯轴结构形式为：单球芯轴。可绕装配支点做一定量的转动，可较多地深入弯管变形区，防畸变效果好。
[0019]本专利技术中，所述步骤3)中为了提高MRE固化过程中羰基铁粉在基体材料中的运动能力，向橡胶中添加了二甲基硅油。该油的主要功能是覆盖羰基铁颗粒的表面，使其能够在外磁力的作用下沿磁感应线的方向移动，从而形成规则的链结构。
[0020]本专利技术中，所述步骤3)中磁流变弹性体(MRE)是当前几年广泛使用的MR材料之一。将微米级磁性颗粒添加到聚合物基体中，以在磁场环境下混合并固化。因此，基质中的磁性颗粒形成链状或柱状有序结构。MRE可以解决MR流体中的磁性颗粒问题，例如易泄漏，易沉降，环境污染和整体稳定性差的问题。此外，它不需要特殊的容器来存储。磁致伸缩模量，抗拉强度，硬度，滞后发热等参数可用于测量磁致伸缩性能。关键参数是磁致伸缩性能的磁致伸缩模量部分，它反映了磁场对材料性能的影响。并表现为在力和磁耦合场下的材料特性。
[0021]本专利技术中，所述步骤3)中加成固化硅橡胶是最关键的硅产品之一。它的组成通常包括乙烯基聚合物，增强材料，氢交联剂，催化剂，抑制剂等。硫化可以通过混合所有原料并在一定条件下固化来实现。硅橡胶是一种以Si
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O
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Si无机结构为主链，有机基团为侧链的半无机和半有机聚合物。它具有有机和无机化合物的特性，并且具有出色的性能。
[0022]本专利技术中，所述步骤3)中的磁场发生器由电磁铁和高精度直流励磁源两部分组成。在实验条件下，通过调节外部电流和气隙，磁场发生器可以提供600
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700mt的磁场强度。
[0023]本专利技术中，所述步骤3)中的不同磁场强度影响的磁流变效应与弹性模量表现为：磁场强度分别在0mT，160mT，321mT，485mT，650mT。其中0mT下磁流变效应为0.076，弹性模量为1.28MPa；160mT下磁流变效应为0.162，弹性模量为1.40MPa；321mT下磁流变效应为0.168，弹性模量为1.48M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.新型硅橡胶基介质芯调控自由弯曲管件加工质量的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1)以金属管材为自由弯曲材料，选取合适壁厚和合适管径的金属材料备用；步骤2)采用合适的合金材料作为弯曲模，同时作为基体材料，采用金相砂纸打磨基体材料表面，并进行抛光处理，最后采用去离子水、丙酮、无水乙醇以及去离子水依次进行超声清洗并晾干待用；步骤3)采用能提高MRE固化过程中羰基铁粉在基体材料中的运动能力的二甲基硅油和AS40的加成固化硅橡胶作为基质材料，还有MPS
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MRF
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15羰基铁粉，利用这些材料制作出一种磁流变介质作为金属复杂构建的芯材，并将芯材与管材结合起来。步骤4)将制作后的弯曲模装入自由弯曲成形系统中，随后将成形形状参数输入到弯管机控制系统中，进行管材自由弯曲过程；在整个成形过程中，轴承与弯曲模处使用磁场发生器获得磁场强度，提供600
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700mt的磁场强度，并利用新型硅橡胶基介质芯固化过程中胀形性质获得不同半径的芯轴，实现不同的支撑效果；在不同半径的芯轴支撑下，与弯曲模平动和转动的共同作用，实现金属管件的自由弯曲。2.根据权利要求1所述的新型硅橡胶基介质芯调控自由弯曲管件加工质量的方法，其特征在于包括：步骤1)中的金属管材为铝合金、铜锌合金等金属材料。3.根据权利要求1所述的新型硅橡胶基介质芯调控自由弯曲管件加工质量的方法，其特征在于包括：步骤2)中的弯曲模材料为不锈钢、钨钢合金等金属材料。4.根据权利要求1所述的新型硅橡胶基介质芯调控自由弯曲管件加工质量的方法，其特征在于包括：步骤3)中二甲基硅油的主要功能是覆盖羰基铁颗粒的表面，使其能够在外磁力的作用下沿磁感应线的方向移动，从而形成规则的链结构。5.根据权利要求1所述的新型硅橡胶基介质芯调控自由弯曲管件加工质量的方法，其特征在于包括：步骤3)中加成固化硅橡胶是最关键的硅产品之一，它的组成通常包括乙烯基聚合物，增强材料，氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕万程，吴润华，韩明明，吕学良，宋玉越，韩冰，潘昱良，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：