CN109848280B - 一种波纹管的分区电磁成形方法及成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明的波纹管的分区电磁成形方法及成形装置，方法包括S1：在管件内外分别设置能沿管件轴向移动的径向电磁区和热成形区；S2：将热成形区移动至管件一端的待成形位；S3：对热成形区加热使管件在热成形区范围内的待成形位升温软化；S4：将径向电磁区移动至与热成形区对应的位置；S5：径向电磁区放电形成径向电磁力，使管件的待成形位发生向热成形区内的膨胀形成膨胀波纹节；S6：将热成形区移动至管件的下一个待成形位；S7：保持步骤S3至步骤S6循环进行成形结束。装置包括能轴向移动的径向胀形线圈和热成型模具，径向胀形线圈和热成型模具对应设置在径向电磁区和热成形区。该发明具有操作简单、易于实现、稳定可靠的优点。

Description

一种波纹管的分区电磁成形方法及成形装置

技术领域

本发明主要涉及材料塑性加工的高速率成形技术领域，尤其涉及一种波纹管的分区电磁成形方法及成形装置。

背景技术

波形膨胀节是现代工业设备和管网中的关键部件，它具有位移补偿、吸收外力的作用。而金属波纹管是波形膨胀节的关键部件，金属波纹管可以诱发渐进折叠，以此可以精确控制金属薄壁管压溃时的折叠模式。折叠区越多，缓冲效果越好，吸能越好。作为一种带横向波纹的圆柱形薄壁弹性壳体，金属波纹管在轴向力、横向力、弯矩作用下，可以发生很大的变形，所以金属波纹管能够适应高强度、大变形以及循环应力的环境。因此，金属波纹管在航空航天、船舶、石油、水利等诸多工业领域具有大量的应用。在文献“多层多波Ω形波纹管液压成形的数值模拟”中，李慧芳等采用液压成形技术实现波纹管的成形。但该方法存在以下两个问题：(1)多个波形膨胀节需要多个模具组合使用；(2)在液压胀形过程中，管件没有受到轴向压力，波形膨胀节的胀形高度低，膨胀节的减薄率大；(3)液压成形是一种静态成形方法，相比于高速动态变形，材料的成形极限低。

电磁脉冲成形是一种利用脉冲磁场力对金属工件进行高速加工的方法。研究表明：材料在高速冲击下，产生不同于传统加工方法准静态的变形行为而出现一种动态行为，即材料在变形弹性波、塑性波的冲击下出现晶体孪生、组织相变、绝热剪切等动力学行为。因而能够有效提高铝合金、镁合金和钛合金等难变形材料的成形极限、降低回弹。

在专利“一种波纹管成形装置及用该装置加工的波纹管”中，孙光永等提出采用电磁成形实现波纹管的成形。但该方法存在以下问题：(1)多个波形膨胀节成形使用一套整体模具，因此管件胀形后，模具无法在轴向移动对波形膨胀节进行轴向压缩；(2)由于没有轴向电磁力，波形膨胀节发生的是纯胀形变形。因此波形膨胀节的减薄率大，导致胀形高度低；(3)对难变形、大尺寸波纹管的一次整体成形，往往需要大型设备提供电磁力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简单、易于实现、稳定可靠的波纹管的分区电磁成形方法及成形装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种波纹管的分区电磁成形方法，包括以下步骤：

S1：在管件内外分别设置能沿管件轴向移动的径向电磁区和热成形区；

S2：将热成形区移动至管件一端的待成形位；

S3：对热成形区加热使管件在热成形区范围内的待成形位升温软化；

S4：将径向电磁区移动至与热成形区对应的位置；

S5：径向电磁区放电形成径向电磁力，使管件的待成形位发生向热成形区内的膨胀形成膨胀波纹节；

S6：将热成形区移动至管件的下一个待成形位；

S7：保持步骤S3至步骤S6循环进行直至所有膨胀波纹节成形结束。

作为上述技术方案的进一步改进：

在步骤S5中，在管件的一端部施加轴向电磁力。

在步骤S5中，在管件的另一端部施加轴向定位力。

在步骤S5中，所述径向电磁区放电形成径向电磁力从轴向电磁力端向轴向定位力端由小到大渐变。

一种波纹管的分区电磁成形装置，包括能轴向移动的径向胀形线圈和热成型模具，所述径向胀形线圈和热成型模具对应设置在径向电磁区和热成形区。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述热成型模具包括一对围设在管件外围的分体模，该对分体模合模时形成波纹节型腔，分体模上设置有加热源。

所述加热源设置为电热棒，电热棒内置在分体模内。

所述加热源包括加热电极、导线和电源，所述加热电极设置在分体模上，所述导线连接加热电极和电源。

还包括轴向支撑体、轴向压缩线圈和轴向定位体，所述轴向压缩线圈安装在轴向支撑体上，所述轴向支撑体位于管件一端部，所述轴向定位体定位在管件另一端口。

所述径向胀形线圈在管件呈倾斜布置，径向胀形线圈小径端朝向轴向压缩线圈。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的一种波纹管的分区电磁成形方法，径向电磁区产生的径向电磁力驱使管件的待成形位发生向热成形区内膨胀形成膨胀波纹节，即采用了小型电磁区和小型热成形区的分区成形，大幅度的降低了对模具尺寸和放电设备能量的要求；径向电磁区放电前，对管件的待成形位进行了局部加热，提高了管件待成形位的变形量，同时除管件待成形位外的其他管件上的温度低，管件刚度好，避免了放电时管件失稳。本发明的波纹管的分区电磁成形装置，包括能轴向移动的径向胀形线圈和热成型模具，径向胀形线圈和热成型模具对应设置在径向电磁区和热成形区。径向胀形线圈产生的径向电磁力驱使管件的待成形位发生向热成型模具内膨胀形成膨胀波纹节，即采用了小型线圈和小型模具的分区成形，大幅度的降低了对模具尺寸和放电设备能量的要求；径向胀形线圈放电前，对管件的待成形位进行了局部加热，提高了管件待成形位的变形量，同时除管件待成形位外的其他管件上的温度低，管件刚度好，避免了放电时管件失稳。

附图说明

图1是本发明波纹管的分区电磁成形方法实施例1的流程图。

图2是本发明波纹管的分区电磁成形装置实施例1的结构示意图。

图3是本发明波纹管的分区电磁成形装置实施例2的结构示意图。

图4是本发明波纹管的分区电磁成形装置实施例3的结构示意图。

图5是本发明中管件成形后的结构示意图。

图中各标号表示：

1、管件；2、径向电磁区；3、热成形区；4、径向胀形线圈；5、热成型模具；51、分体模；52、波纹节型腔；53、加热源；531、加热电极；532、导线；533、电源；6、轴向支撑体；7、轴向压缩线圈；8、轴向定位体。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

方法实施例1：

如图1和图2所示，本发明波纹管的分区电磁成形方法的第一种实施例，包括以下步骤：

S1：在管件1内外分别设置能沿管件1轴向移动的径向电磁区2和热成形区3；

S2：将热成形区3移动至管件1一端的待成形位；

S3：对热成形区3加热使管件1在热成形区3范围内的待成形位升温软化；

S4：将径向电磁区2移动至与热成形区3对应的位置；

S5：径向电磁区2放电形成径向电磁力，使管件1的待成形位发生向热成形区3内的膨胀形成膨胀波纹节；

S6：将热成形区3移动至管件1的下一个待成形位；

S7：保持步骤S3至步骤S6循环进行直至所有膨胀波纹节成形结束。

本发明的波纹管的分区电磁成形方法，径向电磁区2产生的径向电磁力驱使管件1的待成形位发生向热成形区3内膨胀形成膨胀波纹节，即采用了小型电磁区和小型热成形区的分区成形，大幅度的降低了对模具尺寸和放电设备能量的要求；径向电磁区2放电前，对管件1的待成形位进行了局部加热，提高了管件1待成形位的变形量，同时除管件1待成形位外的其他管件上的温度低，管件1刚度好，避免了放电时管件1失稳。

方法实施例2：

如图1和图3所示，本发明波纹管的分区电磁成形方法的第二种实施例，该成形方法与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，在步骤S5中，在管件1的一端部施加轴向电磁力。轴向电磁力将管件1端部材料向变形区域推动，导致变形区域的壁厚减薄被抑制，同时变形高度增加，适用于管件1在高速率下发生变形，能够提高零件的成形极限。

本实施例中，在步骤S5中，在管件1的另一端部施加轴向定位力。该轴向定位力的设置能够对管件1实现定位，防止轴向电磁力施加时管件1整体发生移动。

方法实施例3：

如图1和图4所示，本发明波纹管的分区电磁成形方法的第三种实施例，该成形方法与实施例2基本相同，区别仅在于：本实施例中，在步骤S5中，径向电磁区2放电形成径向电磁力从轴向电磁力端向轴向定位力端由小到大渐变。由于轴向电磁力的施加，使得管件1待成形位靠近轴向电磁力的一端易于产生变形，从而会导致变形的不对称，将径向电磁力从轴向电磁力端向轴向定位力端由小到大渐变，使得管件1待成形位靠近轴向电磁力的一端受径向力小一些，从而达到了对称变形效果。

装置实施例1

如图2所示，本发明波纹管的分区电磁成形装置的第一种实施例，包括能轴向移动的径向胀形线圈4和热成型模具5，径向胀形线圈4和热成型模具5对应设置在径向电磁区2和热成形区3。径向胀形线圈4产生的径向电磁力驱使管件1的待成形位发生向热成型模具5内膨胀形成膨胀波纹节，即采用了小型线圈和小型模具的分区成形，大幅度的降低了对模具尺寸和放电设备能量的要求；径向胀形线圈4放电前，对管件1的待成形位进行了局部加热，提高了管件1待成形位的变形量，同时除管件1待成形位外的其他管件上的温度低，管件1刚度好，避免了放电时管件1失稳。

本实施例中，热成型模具5包括一对围设在管件1外围的分体模51，该对分体模51合模时形成波纹节型腔52，分体模51上设置有加热源53。该结构中，分体模51相对和相向运动实现了合模开模动作，保证了波纹节的成形。

本实施例中，加热源53设置为电热棒，电热棒内置在分体模51内。通过电热棒对分体模51加热，其结构简单可靠。

装置实施例2

如图3所示，本发明波纹管的分区电磁成形装置的第二种实施例，该成形装置与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，还包括轴向支撑体6、轴向压缩线圈7和轴向定位体8，轴向压缩线圈7安装在轴向支撑体6上，轴向支撑体6位于管件1一端部，轴向定位体8定位在管件1另一端口。轴向电磁力将管件1端部材料向变形区域推动，导致变形区域的壁厚减薄被抑制，同时变形高度增加，适用于管件1在高速率下发生变形，能够提高零件的成形极限；轴向定位力的设置能够对管件1实现定位，防止轴向电磁力施加时管件1整体发生移动。

装置实施例3

如图4和5所示，本发明波纹管的分区电磁成形装置的第三种实施例，该成形装置与实施例2基本相同，区别仅在于：本实施例中，径向胀形线圈4在管件1呈倾斜布置，径向胀形线圈4小径端朝向轴向压缩线圈7。由于轴向电磁力的施加，使得管件1待成形位靠近轴向电磁力的一端易于产生变形，从而会导致变形的不对称，径向胀形线圈4小径端朝向轴向压缩线圈7，使得管件1待成形位靠近轴向电磁力的一端受径向力小一些，从而达到了对称变形效果。

本实施例中，加热源53包括加热电极531、导线532和电源533，加热电极531设置在分体模51上，导线532连接加热电极531和电源533。该结构中，利用电源533和导线532使加热电极531产生热量，从而对分体模51加热，其结构简单可靠。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种波纹管的分区电磁成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在管件（1）内外分别设置能沿管件（1）轴向移动的径向电磁区（2）和热成形区（3），在热成形区（3）内对应设置热成型模具（5）；

S2：将热成形区（3）移动至管件（1）一端的待成形位；

S3：对热成形区（3）加热使管件（1）在热成形区（3）范围内的待成形位升温软化；

S4：将径向电磁区（2）移动至与热成形区（3）对应的位置；

S5：径向电磁区（2）放电形成径向电磁力，使管件（1）的待成形位发生向热成形区（3）内的膨胀形成膨胀波纹节，在管件（1）远离热成形区（3）的一端部施加轴向电磁力，在管件（1）的另一端部施加轴向定位力；

S6：将热成形区（3）移动至管件（1）的下一个待成形位；

S7：保持步骤S3至步骤S6循环进行直至所有膨胀波纹节成形结束。

2.根据权利要求1所述的波纹管的分区电磁成形方法，其特征在于：在步骤S5中，所述径向电磁区（2）放电形成径向电磁力从轴向电磁力端向轴向定位力端由小到大渐变。

3.一种波纹管的分区电磁成形装置，其特征在于：包括能轴向移动的径向胀形线圈（4）和热成型模具（5），所述径向胀形线圈（4）和热成型模具（5）对应设置在径向电磁区（2）和热成形区（3），所述径向胀形线圈（4）和热成型模具（5）分别设置在管件（1）待成形位的管内和管外，还包括轴向支撑体（6）、轴向压缩线圈（7）和轴向定位体（8），所述轴向压缩线圈（7）安装在轴向支撑体（6）上，所述轴向支撑体（6）位于管件（1）远离热成形区（3）的一端部，所述轴向定位体（8）定位在管件（1）另一端口。

4.根据权利要求3所述的波纹管的分区电磁成形装置，其特征在于：所述热成型模具（5）包括一对围设在管件（1）外围的分体模（51），该对分体模（51）合模时形成波纹节型腔（52），分体模（51）上设置有加热源（53）。

5.根据权利要求4所述的波纹管的分区电磁成形装置，其特征在于：所述加热源（53）设置为电热棒，电热棒内置在分体模（51）内。

6.根据权利要求5所述的波纹管的分区电磁成形装置，其特征在于：所述加热源（53）包括加热电极（531）、导线（532）和电源（533），所述加热电极（531）设置在分体模（51）上，所述导线（532）连接加热电极（531）和电源（533）。

7.根据权利要求6所述的波纹管的分区电磁成形装置，其特征在于：所述径向胀形线圈（4）在管件（1）呈倾斜布置，径向胀形线圈（4）小径端朝向轴向压缩线圈（7）。

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