CN116174546A - 一种基于导电与自润滑复合作用的管材热弯曲方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及弯曲技术领域，提供一种基于导电与自润滑复合作用的管材热弯曲方法，该方法在电极块表面制备TiN‑Ag涂层；设置用于调节安装电极块的调节装置；将表面制备TiN‑Ag涂层的电极块通过调节装置安装，电极块之间作为加热通道；将管材依次推送进入加热通道和进入弯曲模内部，通过调节装置调节电极块的位置使得电极块压紧管材外壁；对电极块通电，电极块导电至管材使得管材加热；通过推送管材和弯曲模内壁引导的双重作用下使得加热后的管材发生形变；在管材发生形变过程，通过调节装置调节电极块与管材之间的接触压力，实现电极块与管材之间的有效接触；电极块与管材接触时，电极块的TiN‑Ag涂层作为导电介质和润滑介质。该方法可提高管材热弯曲的成形质量。
Description
技术领域
本发明涉及弯曲技术领域，更具体地说，涉及一种基于导电与自润滑复合作用的管材热弯曲方法。
背景技术
三维自由弯曲成形技术是一种先进的管件弯曲技术，可以满足管件对高精度、高效率和数字化加工的要求，在航空、航天、航海、核电和化工等领域占据了重要的地位。钛合金弯曲管件具有轻质高强的特点，能够满足极端工作环境的需要，因此钛合金管路系统逐渐取代了其他材料管路系统，在多个领域展现出广阔的应用前景。在钛合金弯曲管材成型过程中，由于钛合金材料室温状态下流动性差、塑性变形时表现出强烈的各向异性与拉压不对称性，使得室温成形过程中极易出现管材破裂、起皱和过度减薄等缺陷，极大限制了钛合金管材弯曲技术的发展。
在现有弯曲过程中，常借助加热系统对变形前的区域进行加热，以提高成形质量。在常用的加热手段中，电流辅热技术由于具有可控性好和热损耗小等特点，在工程应用中逐渐开始取代传统的电阻加热技术，在热弯曲技术中有着较大的应用范围。现有的电流辅热技术，为了降低电极块与管材之间的摩擦力，该方法利用弹簧装置实现电极块与管材之间的紧密接触，但是由于加热过程中的高温会使弹簧失效，使其失去对电极块与管材间压力的控制效果。此外在有载流的条件下，电极块与管材之间的摩擦作用会变得更加复杂，电流热效应与摩擦共同作用还会导致材料表面摩擦系数和磨损率增加，影响电极块与管材间的接触，导致电流参数与实际加热效果不匹配，降低成形质量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种基于导电与自润滑复合作用的管材热弯曲方法，该管材热弯曲方法可以保证电极块的耐磨损性能和导电性能，解决在高温条件下电极块与管材接触失效或增加磨损率的现象，减小电极块实际加热效果在加工过程中受到的影响，从而提高管材热弯曲的成形质量。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种基于导电与自润滑复合作用的管材热弯曲方法，其特征在于：在电极块表面制备TiN-Ag涂层；设置用于调节安装电极块的调节装置；将表面制备TiN-Ag涂层的电极块通过调节装置安装，电极块之间作为加热通道；
将管材依次推送进入加热通道和进入弯曲模内部，通过调节装置调节电极块的位置使得电极块压紧管材外壁；对电极块通电，电极块导电至管材使得管材加热；通过推送管材和弯曲模内壁引导的双重作用下使得加热后的管材发生形变；在管材发生形变过程中，通过调节装置调节电极块与管材之间的接触压力，实现电极块与管材之间的有效接触；电极块与管材接触时，电极块的TiN-Ag涂层作为导电介质和润滑介质，实现电极块导电至管材的电流参数与管材加热效果的精准耦合，以及电极块与管材之间持续保持润滑。
所述调节装置包括螺帽和螺栓；所述螺帽固定设置，电极块与螺帽相接；所述螺栓与螺帽连接并位于电极块上方；所述螺栓为中空结构，电极块的通电导线从中空结构伸出螺栓，用于电连接。
所述螺帽与电极块的相接处设置有绝缘层。本发明绝缘层的设置可以避免电极块的电流往螺帽传导。
所述通过调节装置调节电极块与管材之间的接触压力是指：通过调节螺栓使得螺栓与电极块之间具有调节空间，与管材接触的电极块在调节空间移动，实现调节电极块与管材之间的接触压力。
当电极块与管材之间的接触压力过小时，拧紧螺栓，则螺栓推动电极块与管材紧密接触；当电极块与管材之间的接触压力过大使得电极块与管材间产生摩擦磨损时，拧松螺栓，使得螺栓与电极块之间具有调节空间，管材将电极块顶至螺栓，实现减小电极块与管材接触压力。
具体地说，本发明包括以下步骤：
步骤1，研究不同温度的管材在推送作用下，管材的偏心距和弯曲半径的变化情况，获得电极块通电的初始参数；
步骤2，对电极块表面进行打磨和抛光清洗处理，在电极块表面制备TiN-Ag涂层，并对TiN-Ag涂层进行平整化处理；
步骤3，设置用于调节安装电极块的调节装置；将表面制备TiN-Ag涂层的电极块通过调节装置安装，电极块之间作为加热通道；将管材依次推送进入加热通道和进入弯曲模内部，通过调节装置调节电极块的位置使得电极块压紧管材外壁；
步骤4，获取电极块通电的加工参数；
步骤5，根据电极块通电的加工参数对电极块通电，电极块导电至管材使得管材加热；推送管材，通过推送管材和弯曲模内壁引导的双重作用下使得加热后的管材发生形变；
步骤6，通过调节装置调节电极块与管材之间的接触压力，实现电极块与管材之间的有效接触：若电极块在管材外壁产生划痕，则减小电极块与管材间的接触压力，若电极块通电的加工参数与加热温度间差距过大，则增大电极块与管材之间的接触压力。
步骤2中，所述TiN-Ag涂层的制备方法为脉冲偏压弧离子镀方法、磁控溅射方法或气相沉积方法。
步骤2中，所述TiN-Ag涂层的厚度范围为5um-10um。
步骤2中，所述TiN-Ag涂层中Ag含量范围为10%-30%。这样可以使得TiN-Ag涂层的自润滑性能、耐磨损性能与导电性能达到最佳。
步骤4中，设置有测温装置；利用测温装置对通电的电极块和加热的管材进行测试，获得管材加热温度与电极块通电加工参数的对应关系数据；该电极块通电加工参数为加热电流；
步骤5中，在管材发生形变过程中，利用测温装置实时检测管材的加热温度，根据管材加热温度与电极块通电加工参数的对应关系数据实时调节电极块通电加工参数。
本发明在电极块表面制备的TiN-Ag涂层，以TiN为主要部分，能够提升涂层的硬度，保证其耐磨损性能，减小涂层与管材摩擦过程中的损耗。此外，由于其中掺杂了具有软金属且具有极好导电性的Ag，可以通过调节Ag的含量实现对涂层的导电性能与摩擦系数的控制，保证加热效果的同时进一步降低磨损。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1）本发明在电极块表面制备的TiN-Ag涂层，占主要部分的TiN极大提高了材料表面的耐磨损性能，减小与管材摩擦过程中产生的损耗，同时由于涂层中掺杂了一定比例的软金属Ag，可以保证电极块导电性能同时增加其自润滑性能，使得电极块长时间工作后依然与管材之间具有良好的接触，实现加热电流（电极块通电的加工参数）与实际加热效果的精准耦合。
2）本发明制备了具有TiN-Ag涂层的电极块，只需通过螺栓机械调整其与管材间的接触压力，无需其他辅助设备，在高温条件下不存在预设接触行为失效的现象，能保证实际加热效果在加工过程中不受影响。
3）本发明管材热弯曲方法可以保证电极块的耐磨损性能和导电性能，解决在高温条件下电极块与管材接触失效或增加磨损率的现象，减小电极块实际加热在加工过程中的影响，从而提高管材热弯曲的成形质量。
附图说明
图1是本发明方法采用的三维自由弯曲成形装置的示意图；
图2是本发明电极块安装在调节装置的示意图；
其中，1-弯曲模，2-球面轴承，3-导向机构，4-加热机构，5-压紧机构，6-推进机构，7-管材，8-螺帽，9-通电导线，10-螺栓、11-绝缘层、12-电极块。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例一
如图1和图2所示，本发明基于导电与自润滑复合作用的管材热弯曲方法采用的三维自由弯曲成形装置的关键部分如图1所示，该三维自由弯曲成形装置包括弯曲模1、球面轴承2、导向机构3、压紧机构5、推进机构6和加热机构4，其中，加热机构4是指通过调节装置安装的电极块12。
本发明基于导电与自润滑复合作用的管材热弯曲方法是这样的：在电极块12表面制备TiN-Ag涂层；设置用于调节安装电极块12的调节装置；将表面制备TiN-Ag涂层的电极块12通过调节装置安装，电极块12之间作为加热通道；
将管材7依次推送进入加热通道和进入弯曲模1内部，通过调节装置调节电极块12的位置使得电极块12压紧管材7外壁；对电极块12通电，电极块12导电至管材7使得管材7加热；通过推送管材7和弯曲模1内壁引导的双重作用下使得加热后的管材7发生形变；在管材7发生形变过程中，通过调节装置调节电极块12与管材7之间的接触压力，实现电极块12与管材7之间的有效接触；电极块12与管材7接触时，电极块12的TiN-Ag涂层作为导电介质和润滑介质，实现电极块12导电至管材7的电流参数与管材7加热效果的精准耦合，以及电极块12与管材7之间持续保持润滑。
具体地包括以下步骤：
步骤1，针对TC4钛合金管材弯曲半径R=70mm，偏心距U=15mm的弯曲要求，模拟研究不同温度的TC4钛合金管材在推送作用下，TC4钛合金管材的偏心距和弯曲半径的变化情况，获得电极块通电的初始参数；
步骤2，对电极块12表面进行打磨和抛光清洗处理，随后使用脉冲偏压弧离子镀技术在电极块12表面制备含有20%Ag的5um厚的TiN-Ag涂层，并对TiN-Ag涂层进行抛光平整化处理；
步骤3，设置用于调节安装电极块12的调节装置；将表面制备TiN-Ag涂层的电极块12通过调节装置安装，电极块12之间作为加热通道；将管材7依次推送进入加热通道和进入弯曲模1内部，通过调节装置调节电极块12的位置使得电极块12压紧管材7外壁；
步骤4，设置有测温装置；利用测温装置对通电的电极块12和加热的管材7进行测试，获得管材7加热温度与电极块12通电加工参数的对应关系数据；该电极块12通电加工参数为加热电流；
步骤5，根据电极块12通电的加工参数对电极块12通电，电极块12导电至管材7使得管材7加热；推送管材7，通过推送管材7和弯曲模1内壁引导的双重作用下使得加热后的管材7发生形变；在管材7发生形变过程中，利用测温装置实时检测管材7的加热温度，根据管材7加热温度与电极块12通电加工参数的对应关系数据实时调节电极块12通电加工参数；
步骤6，通过调节装置调节电极块12与管材7之间的接触压力，实现电极块12与管材7之间的有效接触：若电极块12在管材7外壁产生划痕，则减小电极块12与管材7间的接触压力，若电极块12通电的加工参数与加热温度间差距过大，则增大电极块12与管材7之间的接触压力。
在管材7与电极块12接触时，由于电流热效应，管材7被加热到预设温度，设定不同电极块12通电加工参数，即加热电流，实现对管材7不同区域的加热，随后在推进的作用下，加热后的管材7继续运动通过弯曲模1内部，弯曲模1在球面轴承2的带动下挤压管材7，管材7在弯曲模1的引导下开始发生变形，在弯曲部位产生偏心距，进而实现弯曲成形。
本发明的调节装置包括螺帽8和螺栓10，其中，螺帽8是固定设置的，电极块12与螺帽8相接，螺栓10与螺帽8连接并位于电极块12上方，螺栓10为中空结构，电极块12的通电导线9从中空结构伸出螺栓10，用于电连接。
为了避免电极块12的电流往螺帽8传导，螺帽8与电极块12的相接处设置有绝缘层11。
上述通过调节装置调节电极块12与管材7之间的接触压力是指：通过调节螺栓10使得螺栓10与电极块12之间具有调节空间，与管材7接触的电极块12在调节空间移动，实现调节电极块12与管材7之间的接触压力。当电极块12与管材7之间的接触压力过小时，拧紧螺栓10，则螺栓10推动电极块12与管材7紧密接触；当电极块12与管材7之间的接触压力过大使得电极块12与管材7间产生摩擦磨损时，拧松螺栓10，使得螺栓10与电极块12之间具有调节空间，管材7将电极块12顶至螺栓10，实现减小电极块12与管材7的接触压力。
实施例二
本实施例基于导电与自润滑复合作用的管材热弯曲方法的具体步骤为：
步骤1，针对304不锈钢管材弯曲半径R=60mm，偏心距U=12mm的弯曲要求，模拟研究不同温度的304不锈钢管材在推送作用下，304不锈钢管材的偏心距和弯曲半径的变化情况，获得电极块通电的初始参数；
步骤2，对电极块表面进行打磨和抛光清洗处理，随后使用磁控溅射技术在电极块表面制备含有10%Ag的6um厚的TiN-Ag涂层，并对TiN-Ag涂层进行抛光平整化处理；
步骤3，设置用于调节安装电极块的调节装置；将表面制备TiN-Ag涂层的电极块通过调节装置安装，电极块之间作为加热通道；将管材依次推送进入加热通道和进入弯曲模内部，通过调节装置调节电极块的位置使得电极块压紧管材外壁；
步骤4，设置有测温装置；利用测温装置对通电的电极块和加热的管材进行测试，获得管材加热温度与电极块通电加工参数的对应关系数据；该电极块通电加工参数为加热电流；
步骤5，根据电极块通电的加工参数对电极块通电，电极块导电至管材使得管材加热；推送管材，通过推送管材和弯曲模内壁引导的双重作用下使得加热后的管材发生形变；在管材发生形变过程中，利用测温装置实时检测管材的加热温度，根据管材加热温度与电极块通电加工参数的对应关系数据实时调节电极块通电加工参数；
步骤6，通过调节装置调节电极块与管材之间的接触压力，实现电极块与管材之间的有效接触：若电极块在管材外壁产生划痕，则减小电极块与管材间的接触压力，若电极块通电的加工参数与加热温度间差距过大，则增大电极块与管材之间的接触压力。
本实施例的三维自由弯曲成形装置与实施例一的三维自由弯曲成形装置一致。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于导电与自润滑复合作用的管材热弯曲方法，其特征在于：在电极块表面制备TiN-Ag涂层；设置用于调节安装电极块的调节装置；将表面制备TiN-Ag涂层的电极块通过调节装置安装，电极块之间作为加热通道；
将管材依次推送进入加热通道和进入弯曲模内部，通过调节装置调节电极块的位置使得电极块压紧管材外壁；对电极块通电，电极块导电至管材使得管材加热；通过推送管材和弯曲模内壁引导的双重作用下使得加热后的管材发生形变；在管材发生形变过程中，通过调节装置调节电极块与管材之间的接触压力，实现电极块与管材之间的有效接触；电极块与管材接触时，电极块的TiN-Ag涂层作为导电介质和润滑介质，实现电极块导电至管材的电流参数与管材加热效果的精准耦合，以及电极块与管材之间持续保持润滑。
2.根据权利要求1所述的基于导电与自润滑复合作用的管材热弯曲方法，其特征在于：所述调节装置包括螺帽和螺栓；所述螺帽固定设置，电极块与螺帽相接；所述螺栓与螺帽连接并位于电极块上方；所述螺栓为中空结构，电极块的通电导线从中空结构伸出螺栓，用于电连接。
3.根据权利要求2所述的基于导电与自润滑复合作用的管材热弯曲方法，其特征在于：所述螺帽与电极块的相接处设置有绝缘层。
4.根据权利要求2所述的基于导电与自润滑复合作用的管材热弯曲方法，其特征在于：所述通过调节装置调节电极块与管材之间的接触压力是指：通过调节螺栓使得螺栓与电极块之间具有调节空间，与管材接触的电极块在调节空间移动，实现调节电极块与管材之间的接触压力。
5.根据权利要求4所述的基于导电与自润滑复合作用的管材热弯曲方法，其特征在于：当电极块与管材之间的接触压力过小时，拧紧螺栓，则螺栓推动电极块与管材紧密接触；当电极块与管材之间的接触压力过大使得电极块与管材间产生摩擦磨损时，拧松螺栓，使得螺栓与电极块之间具有调节空间，管材将电极块顶至螺栓，实现减小电极块与管材接触压力。
6.根据权利要求1所述的基于导电与自润滑复合作用的管材热弯曲方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，研究不同温度的管材在推送作用下，管材不同区域的偏心距和弯曲半径的变化情况，获得电极块通电的初始参数；
步骤2，对电极块表面进行打磨和抛光清洗处理，在电极块表面制备TiN-Ag涂层，并对TiN-Ag涂层进行平整化处理；
步骤3，设置用于调节安装电极块的调节装置；将表面制备TiN-Ag涂层的电极块通过调节装置安装，电极块之间作为加热通道；将管材依次推送进入加热通道和进入弯曲模内部，通过调节装置调节电极块的位置使得电极块压紧管材外壁；
步骤4，获取电极块通电的加工参数；
步骤5，根据电极块通电的加工参数对电极块通电，电极块导电至管材使得管材加热；推送管材，通过推送管材和弯曲模内壁引导的双重作用下使得加热后的管材发生形变；
步骤6，通过调节装置调节电极块与管材之间的接触压力，实现电极块与管材之间的有效接触：若电极块在管材外壁产生划痕，则减小电极块与管材间的接触压力，若电极块通电的加工参数与加热温度间差距过大，则增大电极块与管材之间的接触压力。
7.根据权利要求6所述的基于导电与自润滑复合作用的管材热弯曲方法，其特征在于：步骤2中，所述TiN-Ag涂层的制备方法为脉冲偏压弧离子镀方法、磁控溅射方法或气相沉积方法。
8.根据权利要求6所述的基于导电与自润滑复合作用的管材热弯曲方法，其特征在于：步骤2中，所述TiN-Ag涂层的厚度范围为5um-10um。
9.根据权利要求6所述的基于导电与自润滑复合作用的管材热弯曲方法，其特征在于：步骤2中，所述TiN-Ag涂层中Ag含量范围为10%-30%。
10.根据权利要求6所述的基于导电与自润滑复合作用的管材热弯曲方法，其特征在于：步骤4中，设置有测温装置；利用测温装置对通电的电极块和加热的管材进行测试，获得管材加热温度与电极块通电加工参数的对应关系数据；该电极块通电加工参数为加热电流；
步骤5中，在管材发生形变过程中，利用测温装置实时检测管材的加热温度，根据管材加热温度与电极块通电加工参数的对应关系数据实时调节电极块通电加工参数。
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