CN105665513A - 一种加工复杂变截面小尺寸管的成型装置及成型方法 - Google Patents

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一种加工复杂变截面小尺寸管的成型装置及成型方法属于复杂变截面小尺寸管（φ10mm及以上）的成型技术领域，具体涉及一种加工复杂变截面小尺寸管的成型装置及成型方法。本发明提供一种基于可控疏密度的磁圈替代传统的线圈的一种操作简便，产品精度高的复杂变截面小尺寸管的成型装置及成型方法。本发明变截面小尺寸管的成型装置，包括非磁性的模具本体和磁圈，模具本体内设置有模型槽，其特征在于：所述磁圈为一金属管，金属管相应于模型槽设置有通过螺旋加工的方式加工出的螺旋圈部。

Description

一种加工复杂变截面小尺寸管的成型装置及成型方法
技术领域
本发明属于复杂变截面小尺寸管（φ10mm及以上）的成型技术领域，具体涉及一种加工复杂变截面小尺寸管的成型装置及成型方法。
背景技术
复杂变截面小尺寸管材（φ10mm及以上）在航空航天、建筑、电力等各行业均有广泛应用，其生产方法主要采用：1、预制空心管材，胀形成复杂变截面小尺寸管。铸造成棒坯后，轧制或挤压成空心管材，然后通过胀形工艺，实现复杂变截面小尺寸管加工。但这种方法工序多、金属利用率低；也可以采用先铸造成空心管坯，施加较小的变形量制成管材，然后通过胀形工艺加工成复杂变截面小尺寸管。该方法金属利用率大为提高，但后续胀形模具结构相对复杂，需要根据不同产品品种设计专门装夹装置，而且各工艺类的模具零件要求精度高，精度不易保证。
2、采用金属板料实现复杂小尺寸管的焊接加工。此方法属于焊管的加工方法。首先采用轧制的方法生产金属板料，然后采用冲压机，实现板料的弯曲或拉伸变形，然后采用逐渐多道次辊弯的方法实现复杂小尺寸管的预弯制，进而在整形机上整形，最后可以采用闪光对焊的方法实现复杂小尺寸管的成形。该方法较上述方法更要复杂，工序繁多，生产成本高。
3、预制空心管材，采用内高压成型的方式加工复杂变截面小尺寸管。此方法属于特种塑性成形工艺，该方法需要利用液体作为成形介质，通过控制内压力和材料流动来达到成形中空零件目的的材料成形工艺。该方法不仅需要较好的密封性，而且内腔压力高，一旦出现小孔泄露，就会存在安全隐患。并且该方法后续需要采用特殊方法清理成形介质，后续处理工序繁琐。
上述三种方法均可生产复杂变截面小尺寸管，由于其应变速率低，因此其生产效率低；工序较多且复杂，所以精度不易保证，且劳动强度大，大量试验表明产品的综合性能也不易得到保证。
目前，对于金属成型的另一种方式：采用高能率的电磁方法进行成型，其具有生产效率高、工装简单，能更好地发挥坯料的塑性、获得较好综合性能的产品，而且能源采用绿色环保的电能，因此对环境的污染小。
尽管电磁成形工艺已经很好地应用于管材的缩颈及胀形中，但是，由于传统电磁胀形磁圈的形状特点及布置的结构特点，使得产生的磁场力沿周向分布是均匀的，而对于变截面管的成形是需要沿轴向呈梯度分布的磁场力，因此这种传统的具有均匀磁场力分布的电磁胀形方法很难较好地成形这类变截面管，使得产品在变截面处成形精度受到影响，而且也很难保证管坯的变截面及过度处的成形质量。
而为了使磁场力呈梯度分布，则需要控制传统线圈的疏密程度。由于变截面小尺寸管的内径较小，而传统线圈具有一定的截面尺寸，一方面传统的线圈绕制方法很难实现疏密度的控制，且由于变截面小尺寸管的内径很小，也无法实现设计线圈的安装，因而导致电磁成型工艺始终无法应用于变截面小尺寸管的成形工作中。
发明内容
为了解决上述问题，实现变截面小尺寸管的精确成形，本发明提供一种基于可控疏密度的磁圈替代传统的线圈的一种操作简便，产品精度高的复杂变截面小尺寸管的成型装置及成型方法。
本发明变截面小尺寸管的成型装置，包括非磁性的模具本体和磁圈，模具本体内设置有模型槽，其特征在于：所述磁圈为一金属管，金属管相应于模型槽设置有通过螺旋加工的方式加工出的螺旋圈部。
作为本发明变截面小尺寸管的成型装置的一种优选方案，所述模具体由相对应的两半模构成，两半模之间设置有定位销，两半模外设置有锁紧套圈。
作为本发明变截面小尺寸管的成型装置的另一种优选方案，所述模具体内两端设置有磁圈金属管的定位槽。
本发明变截面小尺寸管的成型方法，其特征在于：步骤一，根据管坯变形到目标变截面管的最大变形量、管坯的电导率，以及磁圈材料的磁导率，确定构成磁圈金属管的壁厚和外径尺寸。
步骤二，根据磁场力的梯度变化规律和变形的梯度变化规律，确定磁圈上螺旋圈部的疏密度，然后用螺旋加工的方法加工出轴向上不同疏密程度的呈螺旋状的螺旋圈部。
步骤三，将空心管坯放置在模具体的模型槽内，再将所述磁圈上的螺旋圈部放置于空心管坯内。
步骤四，将磁圈两端接入电磁成型机，启动电源，电磁成型机对高压电容器充电，电容器充满电后，进行瞬间放电，在强大的电磁力作用下，完成复杂变截面小尺寸管的成形。
作为本发明变截面小尺寸管成型方法的一种优选方案，所述螺旋圈部根据目标变截面管的变形量变化，设置为变截面结构。
本发明的有益效果：1、本发明的磁圈由金属管加工而成，可根据要加工的变截面小尺寸管的形状，来确定金属管螺旋圈部的螺旋疏密程度，从而实现精确控制磁圈的磁场力分布，保证变截面小尺寸管的成型精度。
2、本发明的磁圈由金属管利用机械螺旋加工的方式生产，可确保磁圈（磁发生器）的结构参数的恒定，同时也可解决因复杂的线圈缠绕工艺而造成缠绕误差，而带来的变形的随机性误差。本发明的磁圈制备简单，工装方便，实现容易，成形效果好，产品质量稳定；而且其直径可以做到足够小，便于将本发明放置于变截面小尺寸管的管坯内，解决了现有的电磁成型工艺无法应用于变截面小尺寸管的技术难题。
3、本发明的螺旋圈部设置为变截面结构，可根据变截面小尺寸管的形状，当需要较强的磁场力时，螺旋圈部的螺旋过于密集，还可增大此处的截面尺寸，从而增大磁场力，可以降低螺旋圈部加工精度，降低生产成本。而且，本发明的磁圈，经过一次加工后，可完成多次变截面小尺寸管的加工，进一步降低生产成本。
4、本发明的模具体不仅形状简单，制造简便，且便于磨损后的快速更换，减少了模具更换，维修和保养的难度，降低了模具的制造费用。
附图说明
图1是本发明变截面小尺寸管的成型装置结构示意图。
图2是本发明变截面小尺寸管的成型装置半模的结构示意图。
图3是通过螺旋加工方式加工出的变截面磁圈的结构示意图。
图4是成型后的变截面小尺寸管的结构示意图。
附图中1为金属管、2为半模、3为定位销、4为锁紧套圈、5为管坯、6为定位槽、7为模型槽、8为螺旋圈部、9为磁圈。
具体实施方式
本发明变截面小尺寸管的成型装置，包括非磁性的模具本体和磁圈9，模具本体内设置有模型槽7，其特征在于：所述磁圈9为一金属管1，金属管1相应于模型槽7设置有通过螺旋加工的方式加工出的螺旋圈部8。
作为本发明变截面小尺寸管的成型装置的一种优选方案，所述模具体由相对应的两半模2构成，两半模2之间设置有定位销3，两半模2外设置有锁紧套圈4。
作为本发明变截面小尺寸管的成型装置的另一种优选方案，所述模具体内两端设置有磁圈9金属管1的定位槽6。
本发明变截面小尺寸管的成型方法，其特征在于：步骤一，根据管坯5变形到目标变截面管的最大变形量、管坯5的电导率，以及磁圈9材料的磁导率，确定构成磁圈9金属管1的壁厚和外径尺寸。
步骤二，根据磁场力的梯度变化规律和变形的梯度变化规律，确定磁圈9上螺旋圈部8的疏密度，然后用螺旋加工的方法加工出轴向上不同疏密程度的呈螺旋状的螺旋圈部8。
步骤三，将空心管坯5放置在模具体的模型槽7内，再将所述磁圈9上的螺旋圈部8放置于空心管坯5内。
步骤四，将磁圈9两端接入电磁成型机，启动电源，电磁成型机对高压电容器充电，电容器充满电之后，进行瞬间放电，在强大的电磁力作用下，完成复杂变截面小尺寸管的成形。
作为本发明变截面小尺寸管成型方法的一种优选方案，所述螺旋圈部8根据目标变截面管的变形量变化，设置为变截面结构。
实施例：将销钉加入在一个非磁性半模2中，合上另一个半模2，然后放入铝合金管坯5，使铝合金管坯5放置在两个半模2内的模型槽7内，将磁圈9放入空心管坯5中间，磁圈9金属管1的两端放在两半模2内的定位槽6上，磁圈9两端分别接入电源两级。然后将两个锁紧套圈4套在成形模外侧，并用阶梯方式装夹加以固定。将磁圈9接入电磁成形机机中，启动电源首先对高压电容器充电，待充电电容充满电之后，检查主电路接线，确认正确后，启动瞬间放电按钮，完成瞬间放电，在强大的电磁力作用下，完成复杂变截面小尺寸铝合金管的成形。成形件质量，基本平整光洁，边、中部均为较小的等轴晶。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种加工复杂变截面小尺寸管的成型装置，包括非磁性的模具本体和磁圈（9），模具本体内设置有模型槽（7），其特征在于：所述磁圈（9）为一金属管（1），金属管（1）相应于模型槽（7）设置有通过螺旋加工的方式加工出的螺旋圈部（8）。
2.根据权利要求1所述的一种加工复杂变截面小尺寸管的成型装置，其特征在于：所述模具体由相对应的两半模（2）构成，两半模（2）之间设置有定位销（3），两半模（2）外设置有锁紧套圈（4）。
3.根据权利要求1所述的一种加工复杂变截面小尺寸管的成型装置，其特征在于：所述模具体内两端设置有金属管（1）的定位槽（6）。
4.一种加工复杂变截面小尺寸管的成型方法，其特征在于：步骤一，根据管坯（5）变形到目标变截面管的最大变形量、管坯（5）的电导率，以及磁圈（9）材料的磁导率，确定构成磁圈（9）的金属管（1）的壁厚和外径尺寸；
步骤二，根据磁场力的梯度变化规律和变形的梯度变化规律，确定磁圈（9）上螺旋圈部（8）的疏密度，然后用螺旋加工的方法加工出轴向上不同疏密程度的呈螺旋状的螺旋圈部（8）；
步骤三，将空心管坯（5）放置在模具体的模型槽（7）内，再将所述磁圈（9）上的螺旋圈部（8）放置于空心管坯（5）内；
步骤四，将磁圈（9）两端接入电磁成型机，启动电源，电磁成型机对高压电容器充电，电容器充满电之后，进行瞬间放电，在强大的电磁力作用下，完成复杂变截面小尺寸管的成形。
5.根据权利要求4所述的一种加工复杂变截面小尺寸管的成型方法，其特征在于：所述螺旋圈部（8）根据目标变截面管的变形量变化，设置为变截面结构。
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