CN114769409A - 一种管件感应加热电磁胀形装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种管件感应加热电磁胀形装置及其工作方法，包括上盖板、胀形模具及下盖板，下盖板的中部设有与胀形模具相配合的下定位孔，上盖板的中部设有与胀形模具相配合的上定位孔，上定位孔的上端和下定位孔的下端均设置有助推补料线圈，助推补料线圈与助推补料回路相连接；胀形模具的胀形段以及胀形过渡段外侧套设有电磁感应加热线圈，电磁感应加热线圈与感应加热回路连接；胀形模具的内部设有用于容置在管件内部的可升降胀形线圈，胀形线圈与电磁胀形回路连接。本发明经过对管件进行预加热，同时利用电磁成形技术进行对电磁胀形的助推补料行为，能够有效地提高管件电磁胀形的成形效果，减少胀形区域的壁厚减薄，有效地避免壁厚破裂现象。
Description
技术领域：
本发明涉及一种管件感应加热电磁胀形装置及其工作方法。
背景技术：
管筒类零件在航红航天、汽车等多个领域的使用越来越广，同时在现代轻量化、长寿命和高强度等要求下，大量的钛合金、铝合金等轻质金属材料在这些领域里被不断采用，而一般的传统工艺已经无法适用于这些轻质合金材料。
电磁成形技术是一种高能率成形技术，利用电磁感应原理在线圈和工件间产生巨大的电磁力，从而实现对金属材料的塑性成形，具有成形时间短，变形均匀等特点，同时能够有效的提高材料的塑性变形能力，能够完成对轻质合金材料的加工，且模具简单、易于控制。因此对于轻质合金管件可以利用电磁胀形技术来对其进行胀形工艺，能够有效的提高成形极限、有效消除残余应力以及减小回弹。
由于电磁胀形技术速度极快，成形时间短极，在对管件进行胀形时，由于补料不及时以及室温下轻质合金材料的延展性较差和塑性较差，通常会伴随着胀形区壁厚的过度减薄，甚至会发生破裂，而传统胀形工艺的补料一般都是静载的，速度很慢，无法及时对电磁胀形过程进行补料；同时在以往的电磁胀形过程中都没有考虑到胀形线圈与管件的位置，胀形线圈和管件的位置在一定程度上也会影响到管件胀形的效果。
同时在对管件胀形前的加热过程中，往往也会引起胀形模具的升温，从而会改变胀形模具的整体强度，影响管件胀形成形效果，同时在金属塑性流动时会与模具型腔发生剧烈摩擦，使模具磨损。
发明内容：
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种管件感应加热电磁胀形装置及其工作方法，设计合理，提高管件胀形的成形效果。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种管件感应加热电磁胀形装置，包括从上往下依次设置的上盖板、胀形模具以及下盖板，所述下盖板的中部设有用于与胀形模具的下端相配合的下定位孔，所述上盖板的中部设有用于与胀形模具的上端相配合的上定位孔，所述上定位孔的上端和下定位孔的下端均设置有助推补料线圈，所述助推补料线圈与助推补料回路相连接；所述胀形模具的胀形段以及胀形过渡段外侧套设有电磁感应加热线圈，所述电磁感应加热线圈与感应加热回路相连接；所述胀形模具的内部设有用于容置在管件内部的可升降胀形线圈，所述胀形线圈与电磁胀形回路相连接。
进一步的，所述胀形模具包括左右拼接的左半模和右半模，所述左半模与右半模的表面均设置有陶瓷复合层。
进一步的，所述左半模和右半模均为半圆弧状，左半模与右半模的中部均设有半圆弧形的胀形段。
进一步的，所述下盖板的左右两端分别安装有竖直设置的盖板升降气缸，所述盖板升降气缸的气缸杆与上盖板相连接，以驱动上盖板升降。
进一步的，所述上盖板的上方平行设有上板，所述上板的四周分别通过竖直设置的支撑螺柱与下盖板相连接，所述上盖板的四周分别设有用于与支撑螺柱滑动配合的竖向通孔。
进一步的，所述胀形线圈固定套设在一绝缘管的下端外壁，所述绝缘管的上端连接有固定座，所述固定座由位于其上方的线圈升降气缸驱动升降。
进一步的，所述上定位孔的顶部连通设有沿竖向贯通的并以利于固定座穿过的阶梯通孔，所述阶梯通孔的阶梯面上固定有环形状的上尼龙座，所述上尼龙座的下端设置有上助推补料线圈，上助推补料线圈与上助推补料回路相连接，所述上尼龙座的下方固定有用于对上助推补料线圈进行限位的上绝缘隔离板，所述上绝缘隔离板的中部设有以利于固定座穿过的让位通孔。
进一步的，所述下定位孔的底部设有安装槽，所述安装槽内固定有下尼龙座，所述下尼龙座的上端设置有下助推补料线圈，下助推补料线圈与下助推补料回路相连接，下尼龙座的上方固定有用于对下助推补料线圈进行限位的下绝缘隔离板，所述下绝缘隔离板的顶面中部设置有非接触温度红外传感器。
进一步的，所述电磁感应加热线圈的外侧套设有导磁套；所述下盖板的顶部于下定位孔的外侧设有环形槽，所述电磁感应加热线圈和导磁套的下端均设置在环形槽内。
本发明采用的另外一种技术方案是：一种管件感应加热电磁胀形装置的工作方法，包含如下步骤：
步骤S1：将胀形线圈和上盖板分别通过线圈升降气缸和盖板升降气缸控制，将两者位置向上移动到初始位置；
步骤S2：将管件装入胀形模具中，再将胀形模具装进下盖板的下定位孔内，随后通过盖板升降气缸将上盖板降至工作位置，对胀形模具进行限位固定；
步骤S3：感应加热回路对感应加热线圈通以高频交流电流，利用产生的涡流对胀形模具中的管件进行加热，同时根据非接触红外温度传感器实时测量管件胀形区的温度，到达指定温度后，停止通电；
步骤S4：通过线圈升降气缸将胀形线圈移动到管件胀形位置区域，随后电磁胀形回路、上助推补料回路以及下助推补料回路对胀形线圈、上助推补料线圈、下助推补料线圈同时进行放电，完成对管件的胀形以及补料；
步骤S5：放电完成后，根据步骤S1，将胀形线圈和上盖板均移动回初始位置，接着取出胀形模具和管件，随后重复步骤S2～S4，对下一个管件进行胀形工艺。
与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明设计合理、操作方便，经过对管件进行预加热，同时利用电磁成形技术进行对电磁胀形的助推补料行为，能够有效地提高管件电磁胀形的成形效果，减少胀形区域的壁厚减薄，有效地避免壁厚破裂现象。
附图说明：
图1是本发明实施例的主视剖面构造示意图；
图2是本发明实施例的立体构造示意图；
图3是本发明实施例中胀形线圈的构造示意图；
图4是本发明实施例中右半模的构造示意图；
图5是本发明实施例中非接触红外温度传感器的构造示意图；
图6是本发明实施例中下盖板的立体构造示意图；
图7是本发明实施例中上盖板的立体构造示意图；
图8是本发明实施例中上助推补料线圈的构造示意图；
图9是本发明实施例中下助推补料线圈的构造示意图；
图10是本发明实施例中下绝缘隔离板的构造示意图；
图11是本发明实施例中上绝缘隔离板的构造示意图。
图中：
1-助推补料线圈；2-下尼龙座；3-非接触温度红外传感器；4-传感器支座；5-下绝缘隔离板；6-下盖板；7-盖板升降气缸；8-右半模；9-管件；10-电磁感应加热线圈；11-胀形线圈；12-上盖板；13-上绝缘隔离板；14-固定座；15-上尼龙座；16-螺母；17-支撑螺柱；18-上板；19-线圈升降气缸；20-导磁套；21-左半模；22-电磁胀形回路；23-感应加热回路；24-上助推补料回路；25-下助推补料回路；26-上定位孔；27-下定位孔；28-胀形段；29-绝缘管；30-螺纹孔；31-环形槽；32-阶梯通孔；33-安装槽；34-矩形槽；35-让位通孔。
具体实施方式:
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“ 纵向”、“ 横向”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、“ 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1～11所示，本发明一种管件感应加热电磁胀形装置，包括从上往下依次设置的上板18、上盖板12、胀形模具以及下盖板6，所述下盖板6的中部设有用于与胀形模具的下端相配合的下定位孔27，所述上盖板2的中部设有用于与胀形模具的上端相配合的上定位孔26，利用上、下定位孔完成对胀形模具的固定限位；所述上定位孔26的上端和下定位孔27的下端均设置有助推补料线圈1，所述助推补料线圈1与助推补料回路相连接；所述胀形模具的胀形段28以及胀形过渡段外侧套设有电磁感应加热线圈10，所述电磁感应加热线圈10与感应加热回路23相连接；所述胀形模具的内部设有用于容置在管件9内部的可升降胀形线圈11，所述胀形线圈11与电磁胀形回路22相连接。利用感应加热回路对电磁感应线圈通入高频交流电流产生交变磁场，交变磁场在管件中产生涡流，利用涡流对管件进行加热，效率高且加热速度快；通过电磁胀形回路对胀形线圈进行放电，对管件产生径向的电磁力进行管件胀形，同时助推补料回路对助推补料线圈进行放电，对管件两端口产生轴向的电磁力，推动管件两端口进行轴向补料。
本实施例中，所述胀形模具包括左右拼接的左半模21和右半模8，所述左半模21与右半模8通过用陶瓷材料采用表面复合、表面涂覆等技术在模具表面形成一定厚度的陶瓷复合层，使得胀形模具既能发挥陶瓷材料高硬度、高耐磨和耐高温等优势，又能发挥模具高强度、高韧性等特点，在对管件进行感应加热时，不会引起胀形模具工作面的温度上升，从而胀形模具的整体强度不变，减少胀形过程对模具的磨损。
本实施例中，所述左半模21和右半模8均为半圆弧状，即左半模和右半模拼接组成内部中空的圆筒状胀形模具，左半模21与右半模8的中部均设有半圆弧形的胀形段28，胀形段的上下两侧为胀形过渡段。
本实施例中，所述下盖板12的左右两端分别安装有竖直设置的盖板升降气缸7，所述盖板升降气缸7的气缸杆与上盖板12相连接，以驱动上盖板12升降。优选的，下盖板6两侧端开有矩形槽34，用于安置盖板升降气缸7，盖板升降气缸7通过活塞杆的限位台阶以及螺母对上盖板12进行限位固定，从而控制上盖板12的竖直移动。
本实施例中，所述上板18的四周分别通过竖直设置的支撑螺柱17与下盖板6相连接，支撑螺柱17的上端通过与螺母16相配合实现固定，所述上盖板12的四周分别设有用于与支撑螺柱17滑动配合的竖向通孔。
本实施例中，所述胀形线圈11通过玻璃丝布和绝缘胶水固定缠绕于一绝缘管29的下端外壁，使胀形线圈与绝缘管形成一个整体；所述绝缘管29的上方设有固定座14，所述固定座14的底面设有环形插槽，所述绝缘管29的上端外壁设有三个圆周均布的螺纹孔30，绝缘管29的上端插入环形插槽内，并通过与螺纹孔30相配合的螺钉与固定座连接固定。
本实施例中，所述固定座14由位于其上方的线圈升降气缸19驱动升降，固定座14通过绝缘管29带动胀形线圈11同步移动，所述线圈升降气缸19竖直安装在上板18的顶面中部。通过线圈升降气缸19可以控制胀形线圈11的位置，根据各尺寸关系，可以得到胀形线圈相对管件胀形区较合适的高度位置。
本实施例中，助推补料线圈1包括位于胀形模具上下两侧的上助推补料线圈和下助推补料线圈；助推补料回路包括上助推补料回路24和下助推补料回路25，上助推补料回路与上助推补料线圈相连接，下助推补料回路与下助推补料线圈相连接。
本实施例中，所述上定位孔26的顶部连通设有沿竖向贯通的并以利于固定座14穿过的阶梯通孔32，所述阶梯通孔32的阶梯面上通过螺栓连接固定有环形状的上尼龙座15，所述上助推补料线圈通过玻璃丝带和绝缘胶水固定于上尼龙座15的下端，所述上尼龙座15的下方固定有用于对上助推补料线圈进行限位的上绝缘隔离板13，所述上绝缘隔离板13的中部设有以利于固定座穿过的让位通孔35。当线圈升降气缸需要调节胀形线圈的位置时，线圈升降气缸驱动固定座沿竖向移动，固定座可穿过阶梯通孔、上尼龙座的中部以及上绝缘隔离板中部的让位通孔。
本实施例中，所述下定位孔27的底部设有圆形状的安装槽33，所述安装槽33内通过螺栓连接固定有下尼龙座2，所述下助推补料线圈通过玻璃丝带和绝缘胶水固定于下尼龙座2的上端，下尼龙座2的上方固定有用于对下助推补料线圈进行限位的下绝缘隔离板5。
本实施例中，所述下绝缘隔离板5的顶面中部设置有非接触温度红外传感器3，非接触温度红外传感器3对管件胀形区域进行温度上的实时测量。优选的，非接触红外温度传感器3固定于传感器支座4上，传感器支座4通过螺栓固定于下绝缘隔离板5上，下绝缘隔离板5和下尼龙座2的中部均开设有能够使非接触红外温度传感器3的数据传输线通过的通孔。
本实施例中，所述电磁感应加热线圈10的外侧套设有导磁套20。利用导磁套套装在感应加热线圈的外围表面，能够改善磁漏现象，提高能量利用，提高管件胀形区域加热效率以及提高胀形效果。
本实施例中，为了安装方便，所述下盖板6的顶部于下定位孔27的外侧设有环形槽31，所述电磁感应加热线圈10和导磁套20的下端均设置在环形槽内31。
本实施例中，盖板升降气缸和线圈升降气缸均为可调行程。
该装置可以实现对管件胀形前的预加热，提高材料的延展性；通过电磁感应加热线圈对管件待成形区域进行加热，并根据非接触红外温度传感器对管件胀形区域进行温度上的实时测量，胀形模具通过用陶瓷材料采用表面复合、表面涂覆等技术在模具表面形成一定厚度的陶瓷复合层，使得胀形模具既能发挥陶瓷材料高硬度、高耐磨和耐高温等优势，又能发挥模具高强度、高韧性等特点，在对管件进行感应加热时，不会引起胀形模具工作面的温度上升，从而胀形模具的整体强度不变；同时在电磁胀形线圈对管件进行胀形时，两端的助推补料线圈对管件产生轴向的电磁推力，能够及时的推动管件进行补料，利用可调行程气缸可以便捷的对胀形线圈进行位置调节，控制胀形线圈放置于合适的位置，同时利用可调行程气缸能够实现对上盖板位置的控制，使装卸管件更便捷。
本实施例中，工作时包含如下步骤：
步骤S1：将胀形线圈11和上盖板12分别通过线圈升降气缸19和盖板升降气缸7控制，将两者位置向上移动到初始位置；
步骤S2：将管件9装入胀形模具中，再将胀形模具装进下盖板6的下定位孔内，随后通过盖板升降气缸7将上盖板12降至工作位置，上盖板的上定位孔与胀形模具的上端相配合，利用上、下盖板对胀形模具进行限位固定；
步骤S3：感应加热回路23对感应加热线圈10通以高频交流电流，利用产生的涡流对胀形模具中的管件9进行加热，同时根据非接触红外温度传感器3实时测量管件胀形区的温度，到达指定温度后，停止通电；
步骤S4：通过线圈升降气缸19将胀形线圈11移动到管件胀形位置区域，随后电磁胀形回路22、上助推补料回路24以及下助推补料回路25对胀形线圈11、上助推补料线圈、下助推补料线圈同时进行放电，完成对管件9的胀形以及补料；
步骤S5：放电完成后，根据步骤S1，将胀形线圈11和上盖板12均移动回初始位置，接着取出胀形模具和管件9，随后重复步骤S2～S4，对下一个管件进行胀形工艺。
本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种管件感应加热电磁胀形装置，其特征在于：包括从上往下依次设置的上盖板、胀形模具以及下盖板，所述下盖板的中部设有用于与胀形模具的下端相配合的下定位孔，所述上盖板的中部设有用于与胀形模具的上端相配合的上定位孔，所述上定位孔的上端和下定位孔的下端均设置有助推补料线圈，所述助推补料线圈与助推补料回路相连接；所述胀形模具的胀形段以及胀形过渡段外侧套设有电磁感应加热线圈，所述电磁感应加热线圈与感应加热回路相连接；所述胀形模具的内部设有用于容置在管件内部的可升降胀形线圈，所述胀形线圈与电磁胀形回路相连接。
2.根据权利要求1所述的一种管件感应加热电磁胀形装置，其特征在于：所述胀形模具包括左右拼接的左半模和右半模，所述左半模与右半模的表面均设置有陶瓷复合层。
3.根据权利要求2所述的一种管件感应加热电磁胀形装置，其特征在于：所述左半模和右半模均为半圆弧状，左半模与右半模的中部均设有半圆弧形的胀形段。
4.根据权利要求1所述的一种管件感应加热电磁胀形装置，其特征在于：所述下盖板的左右两端分别安装有竖直设置的盖板升降气缸，所述盖板升降气缸的气缸杆与上盖板相连接，以驱动上盖板升降。
5.根据权利要求4所述的一种管件感应加热电磁胀形装置，其特征在于：所述上盖板的上方平行设有上板，所述上板的四周分别通过竖直设置的支撑螺柱与下盖板相连接，所述上盖板的四周分别设有用于与支撑螺柱滑动配合的竖向通孔。
6.根据权利要求1所述的一种管件感应加热电磁胀形装置，其特征在于：所述胀形线圈固定套设在一绝缘管的下端外壁，所述绝缘管的上端连接有固定座，所述固定座由位于其上方的线圈升降气缸驱动升降。
7.根据权利要求6所述的一种管件感应加热电磁胀形装置，其特征在于：所述上定位孔的顶部连通设有沿竖向贯通的并以利于固定座穿过的阶梯通孔，所述阶梯通孔的阶梯面上固定有环形状的上尼龙座，所述上尼龙座的下端设置有上助推补料线圈，上助推补料线圈与上助推补料回路相连接，所述上尼龙座的下方固定有用于对上助推补料线圈进行限位的上绝缘隔离板，所述上绝缘隔离板的中部设有以利于固定座穿过的让位通孔。
8.根据权利要求1所述的一种管件感应加热电磁胀形装置，其特征在于：所述下定位孔的底部设有安装槽，所述安装槽内固定有下尼龙座，所述下尼龙座的上端设置有下助推补料线圈，下助推补料线圈与下助推补料回路相连接，下尼龙座的上方固定有用于对下助推补料线圈进行限位的下绝缘隔离板，所述下绝缘隔离板的顶面中部设置有非接触温度红外传感器。
9.根据权利要求1所述的一种管件感应加热电磁胀形装置，其特征在于：所述电磁感应加热线圈的外侧套设有导磁套；所述下盖板的顶部于下定位孔的外侧设有环形槽，所述电磁感应加热线圈和导磁套的下端均设置在环形槽内。
10.一种管件感应加热电磁胀形装置的工作方法，其特征在于：包括采用如权利要求1～9中任意一项所述的管件感应加热电磁胀形装置，包含如下步骤：
步骤S1：将胀形线圈和上盖板分别通过线圈升降气缸和盖板升降气缸控制，将两者位置向上移动到初始位置；
步骤S2：将管件装入胀形模具中，再将胀形模具装进下盖板的下定位孔内，随后通过盖板升降气缸将上盖板降至工作位置，对胀形模具进行限位固定；
步骤S3：感应加热回路对感应加热线圈通以高频交流电流，利用产生的涡流对胀形模具中的管件进行加热，同时根据非接触红外温度传感器实时测量管件胀形区的温度，到达指定温度后，停止通电；
步骤S4：通过线圈升降气缸将胀形线圈移动到管件胀形位置区域，随后电磁胀形回路、上助推补料回路以及下助推补料回路对胀形线圈、上助推补料线圈、下助推补料线圈同时进行放电，完成对管件的胀形以及补料；
步骤S5：放电完成后，根据步骤S1，将胀形线圈和上盖板均移动回初始位置，接着取出胀形模具和管件，随后重复步骤S2～S4，对下一个管件进行胀形工艺。
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