CN107931382B - 一种铝合金管材弯曲用颗粒增强填充材料及均匀性控制方法和应用 - Google Patents

一种铝合金管材弯曲用颗粒增强填充材料及均匀性控制方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铝合金管材弯曲用颗粒增强填充材料及均匀性控制方法和应用，特别设计一种应用于铝合金大直径薄壁管材弯曲工艺中作为管内填充材料的配比，它适用于要求成形后管材内腔和外壁表面进行荧光渗透试验无表面裂纹、焊道无开裂，并且弯曲后零件褶皱最大不超过10mm的薄壁管材压弯工艺，所述的大直径是指管材的直径为200‑500mm，所述的薄壁是指管材的壁厚为3‑6mm，管材弯曲时的弯曲角度不大于60°。采用本方法控制填充过程时，薄壁管材填充材料能均匀地混合冷却，减少了较大空洞的产生，降低了局部强度过高情况的发生，有效提高内腔和外壁平整、光滑，减少弯曲导致的开裂、开焊，降低弯曲后褶皱高度，提高弯曲质量。

Description

一种铝合金管材弯曲用颗粒增强填充材料及均匀性控制方法 和应用
技术领域
本发明涉及一种铝合金管材弯曲用颗粒增强填充材料及均匀性控制方法和应用，特别设计一种应用于铝合金大直径薄壁管材弯曲工艺中作为管内填充材料的配比，它适用于要求成形后管材内腔和外壁表面进行荧光渗透试验无表面裂纹、焊道无开裂，并且弯曲后零件褶皱最大不超过10mm的薄壁管材压弯工艺，所述的大直径是指管材的直径为200-500mm，所述的薄壁是指管材的壁厚为3-6mm，管材弯曲时的弯曲角度不大于60°。
背景技术
铝合金大直径薄壁管材在进行压弯工艺时，加工中经常出现缺陷。传统的压力机配合圆弧面压弯模成形方法经常出现裂纹和严重褶皱，甚至可能出现焊缝或筒体本体开裂，管材成形后的尺寸和外型难以控制；而充液拉伸弯曲成形方法更适合小直径管材，并且对设备和管材本身强度的要求比较高，不适宜成形铝合金大直径薄壁管材。因此，需要寻找一种符合要求的针对大直径薄壁铝合金管材弯曲的可靠方法，既能降低管材成形的操作要求和设备需求，也能保证零件的成形质量。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种铝合金管材弯曲用颗粒增强填充材料及均匀性控制方法和应用，该方法在铝合金薄壁管材弯曲中时，能有效提高内腔和外壁平整、光滑，减少弯曲导致的开裂、开焊，降低弯曲后褶皱高度，提高弯曲质量。
本发明的技术解决方案是：
一种铝合金管材弯曲用颗粒增强填充材料，该填充材料包括松香和建筑用砂，一种铝合金管材弯曲用颗粒增强填充材料，其特征在于：该填充材料包括松香和建筑用砂，松香和建筑用砂的质量比值的范围在1.2～4：1之间。
一种铝合金管材弯曲用颗粒增强填充材料均匀性控制方法，该方法的步骤包括：
(1)使用孔径为4mm的方孔筛对松香和建筑用砂分别过筛；
(2)将步骤(1)中过筛后的松香进行加热，加热时采用烘箱或木柴点燃的方式，加热温度为125℃～135℃，加热后松香处于溶液状态，在使用木柴点燃时需缓慢搅拌；
(3)当松香完全完全变为溶液状态后，将步骤(1)中过筛后的建筑用砂分2～3次加入到溶液中，并搅拌；
(4)继续加热并搅拌1-5min，然后自然冷却至室温，得到混合均匀的填充材料。
使用上述的方法制备的填充材料可应用于大直径薄壁铝合金管材进行弯曲时控制褶皱的方法中，该方法的步骤包括：
(1)计算填充材料的体积V并准备填充材料；
(2)制备凹模；
(3)对管材的一端进行封端；
(4)对步骤(1)准备好的填充材料进行加热；
(5)将步骤(4)中加热好的填充材料灌入到步骤(3)中进行一端封端的管材中，然后自然冷却；
(6)将步骤(5)灌封有填充材料的管材放置到步骤(2)中制备的凹模上；
(7)对管材进行压弯，得到弯曲后的管材。
所述的步骤(1)中，填充材料的体积与管材内部的容积一致，填充材料的体积V＝π(D/2)2L；D为管材的内径，L为管材的长度。
所述的步骤(1)中，填充材料包括松香和建筑用砂，松香和建筑用砂的质量比根据铝合金管材的外径与壁厚计算得出，松香和建筑用砂的质量比值的范围在1.2～4：1之间。
所述的步骤(2)中，所述的凹模为以一异型图形进行旋转而成，异型图形为轴对称图形。
异型图形由三条直线和一条异型曲线围成一封闭的图形，三条直线分别为直线a、直线b和直线c，与异型曲线连接的两条直线a和直线b互相平行，直线c与该互相平行的两条直线a和直线b垂直；其中，所述的异型曲线由三段圆弧连续过渡形成，两侧的圆弧的曲率半径相同为r1，中间的圆弧的曲率半径为r2，r2大于r1。
所述的凹模是以直线d为轴进行旋转而成，直线d为与直线c平行的直线且直线d与异型曲线的中心点即最低点的距离为r。
所述的步骤(4)中，加热温度为125-135℃。
所述的步骤(6)中，放置管材时要求管材的中心轴-管材的焊道形成的平面与压弯设备作动方向的锐角夹角不小于70度。
所述的步骤(7)中，压弯时分多道次进行，当弯曲角度Ф在15度以下时，分2-3道次均匀压弯，当弯曲角度Ф在15-45度时，应分4-7道次，弯曲角度Ф在45度以上时，至少需要压弯9次。
所述的步骤(7)中，压弯前根据弯曲后管材理论外型的内圆弧的半径R，计算压弯变形段的内圆弧长度，然后在管材上对应变形位置用线段标记出相应长度，然后将标记好的线段按照设计压弯次数画出多段线段，每一个线段端点作为凹模和管材接触点，加压时逐次调整凹模和管材的接触点，使管材均匀变形。
压弯过程中，凹模与管材的接触点与压头中线的距离为300-400mm；
所述的压弯设备的压头和凹模上放置防划伤用的软橡胶垫，软橡胶垫厚度为10-15mm。
本发明的优点：
(1)本发明的异型曲线的中间圆弧的曲率半径r2比两侧圆弧r1更大，使得管材与工作曲面的接触更快，减少褶皱的产生；
(2)旋转半径r比理论设计弯曲管材的内圆弧R半径小3％-7％，以减少回弹对最后成形尺寸的影响；压弯设备的压头和凹模上放置有软橡胶垫，以防划伤；
(3)采用本方法制备的大直径薄壁铝合金管材，能有效提高内腔、外壁平整，减少弯曲导致的开裂、开焊，降低弯曲后褶皱高度，避免不可修褶皱的产生，提高弯曲的合格率。
(4)采用本方法控制填充过程时，薄壁管材填充材料能均匀地混合冷却，减少了较大空洞的产生，降低了局部强度过高情况的发生，有效提高内腔和外壁平整、光滑，减少弯曲导致的开裂、开焊，降低弯曲后褶皱高度，提高弯曲质量。
附图说明
图1为将管材放在凹模上的结构示意图；
图2为凹模的结构示意图；
图3为凹模和管材接触点示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的最佳实施例作进一步详细说明。
以某钛合金带加强筋筒形零件为例，零件材料为5083铝合金，圆筒外直径为250mm，长度为1200mm，壁厚3mm，要求弯曲角度Ф为35度，并且压弯后零件表面不产生开裂、开焊，零件内外壁表面不产生划伤和压痕，压弯后最大褶皱高度不能超过10mm。
具体实时方式按如下工艺步骤进行：
(1)准备计算过程，根据零件尺寸计算所需要的填充材料体积，可使用松香和建筑用砂混合作为填充材料，松香质量与建筑用砂的质量配比为2.4：1；
计算所需要的填充材料的体积V＝π(250mm)2X1200mm；
填充材料包括松香和建筑用砂，松香和建筑用砂的质量比为1：1，使用孔径为4mm的方孔筛对松香和建筑用砂分别过筛，将过筛后的松香进行加热，加热时采用烘箱加热的方式，加热温度为130℃，加热后松香处于溶液状态，当松香完全当松香完全当松香完全完全变为溶液状态后，将过筛后的建筑用砂分3次加入到溶液中，并搅拌5min，得到处于130℃的松香和建筑用砂的2.4：1混合物；
(2)制备凹模，如图2所示；
所述的凹模为以一异型图形进行旋转而成；
所述的异型图形为轴对称图形，由三条直线和一条异型曲线围成一封闭的图形，三条直线分别为直线a、直线b和直线c，与异型曲线连接的两条直线a和直线b互相平行，直线c与该互相平行的两条直线a和直线b垂直；其中，所述的异型曲线由三段圆弧连续过渡形成，两侧的圆弧的曲率半径相同为r1＝300mm，中间的圆弧的曲率半径为r2＝500mm；
所述的凹模是以直线d为轴进行旋转而成，直线d为与直线c平行的直线且直线d与异型曲线的中心点即最低点的距离为r＝570mm；
凹模工作平面垂直于弯曲变形面的截面为变曲率多段圆弧圆滑过渡，截面上与成形零件最早接触的部位曲率半径r2比两侧圆弧r1更大，根据圆筒外直径250mm计算，内侧曲率半径r2为500mm，两侧圆弧r1为300mm；凹模工作平面在弯曲变形面的截面为圆弧，圆弧的半径r应比理论设计弯曲管材的内圆弧R半径小5％，设计内圆弧R为600mm，通过计算得出r应为570mm；
(3)使用封头对管材的一端进行封端；
(4)管材预处理过程，用容积为1.5L的广口隔热容具将步骤(2)得到的处于130℃的松香和建筑用砂的2.4：1混合物分3次缓慢灌入封好一端待弯曲的薄壁铝合金管材，待其在空气中自然冷却；
(5)预装模过程，填充材料冷却后清理管材外表面、压弯设备工作区和压头，将管材放在凹模上，如图1所示，管材轴线-封焊焊道所形成平面与压弯设备作动方向的锐角夹角为90度；
(6)压弯过程，弯曲角度Ф为35度，压弯5道次进行，压弯角度调整过程，设计内圆弧R为600mm，弯曲角度Ф为35度，计算变形段内圆弧长度为366.5mm，设计压弯5次，每段按约73mm分5段标记出凹模和管材接触点，如图3所示；每次加压后应调整接触点；压头位置调整过程，压头中线距离凹模和管材接触点的距离应该在300mm；压弯设备的压头和凹模上放置防划伤用的软橡胶垫，软橡胶垫厚度应该在15mm；
(7)后处理过程，弯管结束后，去除松香和封头，清理零件表面，得到弯曲后的零件。
对得到的弯曲后的零件进行目视，无目视裂纹产生；对弯曲后零件进行荧光渗透试验，检查结果无零件表面裂纹产生，焊道无开裂；对弯曲后零件进行样板比对，褶皱最大不超过10mm。

Claims (6)

1.一种填充材料在大直径薄壁铝合金管材进行弯曲时控制褶皱的方法中的应用，其特征在于步骤包括：
(1)计算填充材料的体积V；
(2)制备凹模；
(3)对管材的一端进行封端；
(4)对步骤(1)填充材料进行加热；
(5)将步骤(4)中加热好的填充材料灌入到步骤(3)中进行一端封端的管材中，然后自然冷却；
(6)将步骤(5)灌封有填充材料的管材放置到步骤(2)中制备的凹模上；
(7)对管材进行压弯，得到弯曲后的管材；
所述的步骤(2)中，所述的凹模为以一异型图形进行旋转而成，异型图形为轴对称图形；
异型图形由三条直线和一条异型曲线围成一封闭的图形，三条直线分别为直线a、直线b和直线c，与异型曲线连接的两条直线a和直线b互相平行，直线c与该互相平行的两条直线a和直线b垂直；其中，所述的异型曲线由三段圆弧连续过渡形成，两侧的圆弧的曲率半径相同为r1，中间的圆弧的曲率半径为r2，r2大于r1；
所述的填充材料包括松香和建筑用砂，松香和建筑用砂的质量比值的范围在1.2～4：1之间；
所述的填充材料的制备方法，步骤包括：
(1)使用孔径为4mm的方孔筛对松香和建筑用砂分别过筛；
(2)将步骤(1)中过筛后的松香进行加热，加热时采用烘箱或木柴点燃的方式，加热温度为125℃～135℃，加热后松香处于溶液状态，在使用木柴点燃时需缓慢搅拌；
(3)当松香完全变为溶液状态后，将步骤(1)中过筛后的建筑用砂分2～3次加入到溶液中，并搅拌；
(4)继续加热并搅拌1-5min，然后自然冷却至室温，得到混合均匀的填充材料。
2.根据权利要求1所述的一种填充材料在大直径薄壁铝合金管材进行弯曲时控制褶皱的方法中的应用，其特征在于：所述的步骤(1)中，填充材料的体积与管材内部的容积一致，填充材料的体积V＝π(D/2)2L；D为管材的内径，L为管材的长度。
3.根据权利要求1所述的一种填充材料在大直径薄壁铝合金管材进行弯曲时控制褶皱的方法中的应用，其特征在于：所述的凹模是以直线d为轴进行旋转而成，直线d为与直线c平行的直线且直线d与异型曲线的中心点即最低点的距离为r。
4.根据权利要求1所述的一种填充材料在大直径薄壁铝合金管材进行弯曲时控制褶皱的方法中的应用，其特征在于：所述的步骤(6)中，放置管材时要求管材的中心轴-管材的焊道形成的平面与压弯设备作动方向的锐角夹角不小于70度。
5.根据权利要求1所述的一种填充材料在大直径薄壁铝合金管材进行弯曲时控制褶皱的方法中的应用，其特征在于：所述的步骤(7)中，压弯时分多道次进行，当弯曲角度Ф在15度以下时，分2-3道次均匀压弯，当弯曲角度Ф在15-45度时，应分4-7道次，弯曲角度Ф在45度以上时，至少需要压弯9次。
6.根据权利要求1所述的一种填充材料在大直径薄壁铝合金管材进行弯曲时控制褶皱的方法中的应用，其特征在于：所述的步骤(7)中，压弯前根据弯曲后管材理论外型的内圆弧的半径R，计算压弯变形段的内圆弧长度，然后在管材上对应变形位置用线段标记出相应长度，然后将标记好的线段按照设计压弯次数画出多段线段，每一个线段端点作为凹模和管材接触点，加压时逐次调整凹模和管材的接触点，使管材均匀变形；压弯过程中，凹模与管材的接触点与压头中线的距离为300-400mm；压弯过程中所使用的压弯设备的压头和凹模上放置防划伤用的软橡胶垫，软橡胶垫厚度为10-15mm。
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