本发明专利技术公开了一种难变形合金大尺寸薄壁管件电辅助渐进胀形装置及其方法。电辅助渐进胀形装置主要包括模具、电辅助加热组件、冲头、中轴、电极调位机构、控制装置，装置相对简单。该电辅助渐进胀形装置和方法充分利用了既有的渐进成形技术，结合工件热胀成形的特点，开发出了一种局部气胀成形技术，通过从局部成形到整体成形的加工模式，对封闭的管件通入恒定气压，采用局部电辅助加热和连续微胀形相结合技术，完成复杂表面形状工件的成形加工，具有温度控制精确、成形精度高的优点。成形部件的胀形区域壁厚均匀，贴膜程度高，表面精度及各项性能好。项性能好。项性能好。
【技术实现步骤摘要】
一种难变形合金大尺寸薄壁管件电辅助渐进胀形装置及其方法
[0001]本专利技术涉及一种难变形合金大尺寸薄壁管件电辅助渐进胀形装置及其方法，属于材料成形
技术介绍
[0002]大尺寸管状薄壁件在航空航天领域扮演着重要角色，如航空发动机的进气道、尾喷管等部件。然而，这些部件在大部分情况下外形尺寸较大，如飞机发动机的尾喷管直径最大处多为一米左右，有的甚至达到两三米，且表面形状复杂，材料为难加工金属。如果采用焊接的方法，虽然可以成形，但是当这些飞行器，特别是高超音速飞行器飞行时，由于飞行速度大，部件与空气剧烈摩擦，使部件温度急剧上升。而焊缝的各项性能都较差，在高温下十分容易被烧毁失效，导致极为严重的后果。因此，对于这些应用在航空航天领域的大尺寸难变形封闭管件应采用整体成形方法，而气胀在整体成形中应用最广。然而在航空航天制造领域中常用的难变形金属材料如钛合金、金属间化合物以及高强铝合金等材料往往具有弹性模量低、比强度高等特点，导致整体成形中出现需要的成形压力较大、难以发生塑性变形以及回弹现象明显等缺点，并且可能改变或者破坏原材料中的微观组织，从而恶化成形件的使用性能。因此，需要提出一种能够克服难变形金属材料难以发生变形、成形压力大、成形质量差等问题的大尺寸薄壁管件成形方法。
[0003]针对难变形合金大尺寸薄壁管件的成形方法，现有的技术中也有一些对管件气胀成形的技术方案。
[0004]申请号为CN108655250B的一项中国专利公开了一种管件气胀热成型方法，其成形方法包括“取需要成形的管件，并将管件放入下模上端；控制上模、下模合模，控制封头和成形模块对管件定位，并对成形模块喷涂燃油；通过成形模块、上模和下模对管件加热熔融，用成形模块配合上摸、下模对管件成形。”该技术方案是通过喷涂燃油并加热熔融的方法对管件加热、加压，这种方法难以精确控制管件的加热温度以及管内的气压。并且在这种温度与气压极为不稳定情况下，对管件一次成形，其成形精度、管件表面质量以及壁厚均匀性较差。此外，这种成形方法难以加工大尺寸管件。
[0005]申请号为CN201010228426的一项中国专利公开了一种气胀成形和热成形复合成形方法及其采用的装置，包括“将毛料预弯曲焊接成锥筒形；将气囊的下端放置在气囊下卡槽内；将毛料套放在热成形模具的外表面；将模具上盖放置在气胀成形模具上方；将工装零件吊装到气胀成形炉工作台上，并接通气囊与外部通气管路，关闭炉门，启动加热装置；进行热成形；当达到气胀成形温度时，按照气胀成形工艺进行气胀成形；待工装零件冷却后，取出工装零件；按照装配工装零件的相反顺序拆卸零件。”该专利的技术方案虽然适合用于大尺于管状薄壁件的胀形，但是需要预弯曲、焊接，对工装零件整体加热、一次成形，因此其成形件的各项性能、工件质量和成形精度等都难以保证。而且这种技术方案所需的热胀设备大，能耗高，难以在实际中应用并推广。
技术实现思路
[0006]本专利技术针对现有技术的不足，提供一种局部连续加热、局部连续胀气成形的方法。该方法的核心是充分利用了既有的渐进成形技术，结合工件热胀成形的特点，开发出了一种局部气胀成形技术，通过从局部成形到整体成形的加工模式，对封闭的管件通入恒定气压，采用局部电辅助加热和连续微胀形相结合技术，完成复杂表面形状工件的成形加工，具有温度控制精确、成形精度高的优点。
[0007]为实现上述的技术目的，本专利技术将采取如下的技术方案：
[0008]一种难变形合金大尺寸薄壁管件电辅助渐进胀形方法，该方法结合了渐进成形工艺和电辅助气胀成形技术，将大尺寸薄壁管件离散成若干区域，并将这些区域特点进行加工路径规划，移动电辅助加热组件依次加热各个区域，被加热的管件材料在内部气压作用下气胀成形。
[0009]本专利技术的另一个技术目的是提供一种难变形合金大尺寸薄壁管件电辅助渐进胀形装置，其特征在于，包括模具、电辅助加热组件、冲头、中轴、电极调位机构、控制装置；其中：
[0010]所述的模具，设置有成形模腔；待成形薄壁管件与成形模腔同轴设置；
[0011]所述的中轴，沿着成形模腔的轴线设置；
[0012]所述的冲头，具有两个，分别为冲头a1、冲头b1；待成形薄壁管件的两端分别通过冲头a1、冲头b1密封；两端封闭的待成形薄壁管件的管腔内部预设有压力为P0的气体；
[0013]所述的电辅助加热组件，具有两个，分别为电辅助加热组件a2、电辅助加热组件b2，均包括环形纯铜块、碳刷、导线、电极，电极可以和待成形薄壁管件的内壁相触接，且电极通过导线与固定在环形纯铜块上的碳刷连接，而电辅助加热组件a2的环形纯铜块与冲头a1固定，电辅助加热组件b2的环形纯铜块与冲头b1固定；
[0014]所述的电极调位机构，安装在中轴上，具有两个动力输出端，分别为动力输出端a3、动力输出端b3，电极调位机构的动力输出端a3与电辅助加热组件a2的电极连接，电极调位机构的动力输出端b3与电辅助加热组件b2的电极连接；
[0015]所述的电极调位机构与控制装置信号连接，并能够按照控制装置内所规划的成形加工路径，带动分别与动力输出端所连接的电极在径向上逐层成形目标型面所离散的若干层待成形区域，以在成形加工部位逐层制造出符合需求的目标型面；而每层待成形区域则按照成形加工路径的规划，通过电极调位机构的两个动力输出端带动各自所连接的电极，逐一加热待成形部位中处于两电极范围内的待成形子区域，最终在气压P0作用下逐步实现薄壁管件的气胀成形；
[0016]电辅助加热组件a2的电极、电辅助加热组件b2的电极均能够在电极调位机构的作动下，沿着中轴步进平移；同时，处于通电状态的电辅助加热组件a2的电极、电辅助加热组件b2电极能够在各自电极调位机构的动力输出下，围绕中轴旋转，以对待成形薄壁管件处于两电极范围内的待成形子区域旋转加热，直至该待成形子区域达到预定胀形温度；该区域材料在气压P0的作用下胀形，获得与该待成形子区域对应的局部气胀成形型面。
[0017]进一步地，所述的电极调位机构包括驱动中轴旋转的旋转驱动装置以及驱动电极平移的平移机构；旋转驱动装置的动力输出端与中轴连接；平移机构的固定端与中轴固定，而平移机构的作动端则与电极连接。
[0018]进一步地，所述的旋转驱动装置包括电机、电机轴套、减速齿轮；电机内置于待成形薄壁管件的管腔中，且电机的基座通过电机轴套套接在中轴上，而电机的动力输出端则通过减速齿轮与中轴连接。
[0019]进一步地，所述的平移机构包括移动盘、滑轨；所述中轴上同轴设置有圆盘，滑轨通过圆盘支撑，移动盘可移动地安装在滑轨上，而电极则安装在移动盘上；所述碳刷通过绝缘支架支撑在滑轨上。
[0020]进一步地，所述的旋转驱动装置包括电机、联轴器；电机外置于待成形薄壁管件的一端，且电机的动力输出端通过联轴器与中轴连接；所述的平移机构包括移动盘，移动盘可移动地安装在中轴上，而电极则安装在移动盘上，且电极的端头能够与待成形薄壁管件的内壁相触；所述碳刷通过绝缘支架支撑在中轴上。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种难变形合金大尺寸薄壁管件电辅助渐进胀形方法，其成形特征在于以下步骤：(1)按照待加工管件特征，将薄壁管件的目标型面沿径向离散出若干待成形区域后，再将各待成形区域沿薄壁管件的轴向离散出若干待成形子区域，根据待成形子区域规划出成形路径。(2)将内置于待成形薄壁管件的部件组装好后，装配到待成形薄壁管件的内腔，然后采用冲头将待成形薄壁管件的两侧密封，并通入预定气压为P0(P0小于管件室温塑性变形屈服压力P
S室
，大于管材高温T时的塑性变形屈服压力P
ST
)的气体，最后将模具安装在待成形薄壁管件对应的位置；(3)将两电极移动到待成形薄壁管件的右起始端，保持一定间距d，随后设备供电，两电极开始旋转，对处于两电极范围内的通电小段截面旋转加热；(4)当设备内部的温度监测装置检测到通电小段截面的温度达到预定胀形温度时，电极、电机断电，被加热的通电小段截面在气压P0的作用下开始胀形，左侧冲头向右位移，实现胀形过程中的微量补料，直至完成第一段待成形子区域的胀形；(5)当第一段待成形子区域加热胀形完成后，将两电极向左移动一个步距，步距d1等于d，再次对电极供电，使其对处于两电极范围内的通电小段截面旋转加热，并按照步骤4的方式完成第二段待成形子区域的胀形；(6)当第二段待成形子区域胀形完成后，重复步骤4，直至完成第一层的最后一段待成形子区域的胀形；(7)完成第一层待成形区域的胀形工作后，将两个电极撤回到待成形薄壁管件的右起始端，重复步骤3
‑
6，直至完成待成形薄壁管件的最后一层待成形区域的胀形工作，管件胀形至此结束。2.一种难变形合金大尺寸薄壁管件电辅助渐进胀形方法，该方法适用于大尺寸薄壁管件结构，管件直径尺寸可达1.5米以上，比如火箭筒壁、太空实验舱。3.一种难变形合金大尺寸薄壁管件电辅助渐进胀形装置，其特征在于，包括模具、电辅助加热组件、冲头、中轴、电极调位机构、控制装置；其中：所述的模具，设置有成形模腔；待成形薄壁管件与成形模腔同轴设置；所述的中轴，沿着成形模腔的轴线设置；所述的冲头，具有两个，分别为冲头a1、冲头b1；待成形薄壁管件的两端分别通过冲头a1、冲头b1密封；两端封闭的待成形薄壁管件的管腔内部预设有压力为P0的气体；所述的电辅助加热组件，具有两个，分别为电辅助加热组件a2、电辅助加热组件b2，均包括环形纯铜块、碳刷、导线、电极，电极可以和待成形薄壁管件的内壁相触接，且电极通过导线与固定在环形纯铜块上的碳刷连接，而电辅助加热组件a2的环形纯铜块与冲头a1固定，电辅助加热组件b2的环形纯铜块与冲头b1固定；所述的电极调位机构，安装在中轴上，具有两个动力输出端，分别为动力输出端a3、动力输出端b3，电极调位...
【专利技术属性】
技术研发人员：汤泽军，黄云龙，李福家，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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