CN118081310A - 一种钛铝复合环件成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钛铝复合环件成形装置及方法，该成形装置，包括台座、支撑柱、顶板，台座的顶面转动设置有转台，台座的底面设置有旋转驱动装置，转台的顶面上固定设置有位于限位槽上方的支撑模，支撑模的上方设置有可开合的控形模，控形模的上方设置有可开合的扩口模；顶板的底面上固定设置有密封驱动装置，密封驱动装置的底部动力输出端固定连接有密封环，密封环与气密检测装置连接；台座的内部固定设置有焊接定位驱动装置，焊接定位驱动装置的顶部动力输出端转动连接有电磁脉冲焊接装置；台座和顶板之间还设置有切割机。本发明可实现钛管胀形、钛/铝焊接、焊接质量检测、废料切除一体化成形，提高了钛铝复合环件的成形效率和质量。

Description

一种钛铝复合环件成形装置及方法

技术领域

本发明涉及金属管材成形加工技术领域，具体为一种钛铝复合环件成形装置及方法。

背景技术

近年来，低成本、轻量化、绿色环保成为航空航天、交通运输和电子产品等行业的主要发展趋势。如Ti/Al 异种金属复合结构已越来越成熟地应用于汽车和航空航天工业，如飞机机翼蜂窝夹层、高铁列车车厢以及座位弹射导轨等结构。但是，由于异种金属之间的焊接性较差，传统的熔化焊会产生严重的偏析并形成脆性金属间化合物，难以获得力学性能优良的连接。

为了实现异种金属的高效率、高质量连接，磁脉冲焊接工艺具有广阔的应用前景，即利用电容器组放电产生巨大的冲击能量来实现界面接合。在一定程度上，磁脉冲连接属于压力焊接，主要是将高强度的能量传递至驱动板材使其获得极高的瞬时速度，与待连接板材发生冲击从而实现两种板材的连接，目前主要分为管件和板件磁脉冲焊接。相比与传统焊接工艺，磁脉冲焊接工艺属于固态焊接，一次成形，不需要加热和冷却，能有效减少或抑制脆性金属间化合物的产生，减少常见的冶金缺陷。

钛铝复合环形件由外层的钛层和内层的铝层组成，兼具高强度与低成本等优势，可应用于智能手机边框、智能手表边框等，一般要求钛铝复合环形件沿周向无漏焊。设计一种钛铝复合环形件成形装置，并实现焊接质量在线全检是市场的迫切需求。

发明内容

本发明提出的一种钛铝复合环件成形装置及方法，实现钛管胀形、钛/铝焊接、焊接质量检测、废料切除一体化成形，提高钛铝复合环件的成形效率和质量。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：

一种钛铝复合环件成形装置，包括台座、固定设置于台座顶面上的支撑柱、固定设置于支撑柱顶端上的顶板，所述台座的顶面转动设置有转台，台座的底面设置有驱动转台转动的旋转驱动装置，转台的轴心处开设有通孔，通孔的顶端设置有位于转台顶面内的限位槽，转台的顶面上固定设置有位于限位槽上方的支撑模，支撑模的上方设置有可开合的控形模，控形模的上方设置有可开合的扩口模；

成形时，经扩口预处理的钛管放置于支撑模、控形模和扩口模的内部，钛管的扩口端部与扩口模的内壁贴合，圆柱空心的铝管同轴的放置于钛管内部，铝管下端部放置于限位槽内；

所述顶板的底面上固定设置有密封驱动装置，密封驱动装置的底部动力输出端固定连接有密封环，密封环可活动嵌设于钛管和铝管的顶部之间，密封环与气密检测装置连接；

台座的内部固定设置有焊接定位驱动装置，焊接定位驱动装置的顶部动力输出端转动连接有位于铝管内的电磁脉冲焊接装置，焊接定位驱动装置可驱动电磁脉冲焊接装置发生偏转而使电磁脉冲焊接装置的焊接位置顶部端靠近铝管位于控形模顶端部位的内壁一侧、电磁脉冲焊接装置的焊接位置底部端靠近铝管位于控形模底端部位的内壁另一侧；

所述台座和顶板之间还设置有垂向定位机构，垂向定位机构的动力输出端固定连接有切割进给机构，所述切割进给机构的动力输出端固定安装有切割机。

进一步的，所述控形模和扩口模均为两半式组合模，转台的顶面两侧分别设置有驱动控形模的两个半模相互开合的第一开合驱动装置、驱动扩口模的两个半模相互开合的第二开合驱动装置。

进一步的，所述支撑模的顶面两侧分别活动插接有承载桩，承载桩活动插接于同一侧的控形模的一个半模和扩口模的一个半模中。

进一步的，所述密封环包括刚性压环、固定设置于刚性压环底部的柔性密封环、固定设置于刚性压环顶部的连接架，所述刚性压环与柔性密封环的内部开设有上下导通的通气孔。

进一步的，所述气密检测装置包括通过气管与通气孔相连接的稳压供气组件、设置于气管上的气压表。

进一步的，所述电磁脉冲焊接装置包括电磁线圈、套设于电磁线圈外侧的集磁器，电磁线圈和集磁器的顶端固定设置有上端板，电磁线圈和集磁器的底端固定设置有下端板。

进一步的，所述焊接定位驱动装置包括左、右两个平行且垂向设置的线性驱动电缸，两个线性驱动电缸的输出杆端部分别与下端板的底面两侧铰接。

还提供了一种钛铝复合环件成形方法，应用于所述的钛铝复合环件成形装置，包括以下步骤：

S1：将经过扩口预处理的钛管放置于支撑模、控形模和扩口模的内部，使钛管的扩口端部与扩口模的内壁贴合，焊接定位驱动装置驱动电磁脉冲焊接装置运动至扩口模下端部，电磁脉冲焊接装置工作，使钛管在磁场力作用下发生胀形而与控形模的内壁贴合；

S2：电磁脉冲焊接装置停止工作，将铝管放置于钛管内部，使铝管的下端部放置于限位槽内，以限制铝管下端部的晃动；

S3：密封驱动装置驱动密封环下行至钛管与铝管的顶部之间，使密封环的底部分别与钛管和铝管的侧壁贴合，并限制铝管上端部的晃动；

S4：电磁脉冲焊接装置工作，焊接定位驱动装置驱动电磁脉冲焊接装置由扩口模的下端部向下运动至支撑模的上端部，电磁脉冲焊接装置在移动过程中对铝管的外壁与钛管的内壁进行电磁脉冲焊接；

S5：电磁脉冲焊接装置停止工作，焊接定位驱动装置驱动电磁脉冲焊接装置由支撑模的上端部向上运动至控形模的中部；

S6：电磁脉冲焊接装置工作，焊接定位驱动装置驱动电磁脉冲焊接装置发生偏转，使电磁脉冲焊接装置的顶部一侧焊接位置靠近铝管位于控形模顶端部位的内壁一侧、电磁脉冲焊接装置的底部一侧焊接位置靠近铝管位于控形模底端部位的内壁相对侧，旋转驱动装置驱动转台转动至少一周，实现控形模的上端部和下端部位置的铝管与钛管之间的进一步焊接；

S7：电磁脉冲焊接装置停止工作，焊接定位驱动装置驱动电磁脉冲焊接装置反向偏转复位；

S8：焊接后的钛管、铝管和密封环之间形成封闭区间，气密检测装置向该封闭区间内充入气体至预设的气压值后停止供气，监测该封闭区间内的气压变化情况，由此评估封闭区间是否完全密闭；若该封闭区间评估结果为完全密闭，则焊接合格，继续进行步骤S9至S13，否则返回至步骤S4重新完成焊接过程，若重新焊接次数到达预设的阈值后，该封闭区间评估结果仍为不密闭，则跳转进行步骤S14至S15；

S9：密封驱动装置驱动密封环上行复位；

S10：打开扩口模，垂向定位机构工作，调整切割机的垂向位置使切割机的切割位置位于控形模的上端部，切割进给机构驱动切割机逐渐靠近并接触焊接后的钛铝复合管件，旋转驱动装置驱动转台转动至少一周，切割机将钛铝复合管件位于控形模的上端部上方的余料切除；

S11：切割进给机构复位，垂向定位机构复位，切割机停止工作；

S12：打开控形模，垂向定位机构工作，调整切割机的垂向位置使切割机的切割位置位于支撑模的上端部，切割进给机构驱动切割机逐渐靠近并接触焊接后的钛铝复合管件，旋转驱动装置驱动转台反向转动至少一周，切割机将钛铝复合管件位于支撑模的上端部上方的部分切除，该切除部分为钛铝复合环形件；

S13：切割进给机构复位，垂向定位机构复位，切割机停止工作，取出位于支撑模内的切割余料，控形模和扩口模依次对合复位；

S14：密封驱动装置驱动密封环上行复位；

S15：依次打开扩口模和控形模，取出焊接后钛铝复合管件，控形模和扩口模依次对合复位。

进一步的，在步骤S6中，焊接定位驱动装置驱动电磁脉冲焊接装置发生偏转，完成控形模的上端部和下端部位置的铝管与钛管之间的进一步焊接后，焊接定位驱动装置驱动电磁脉冲焊接装置反向偏转，使电磁脉冲焊接装置的焊接位置顶部端靠近铝管位于控形模顶端部位的内壁另一侧、电磁脉冲焊接装置的焊接位置底部端靠近铝管位于控形模底端部位的内壁相对侧，旋转驱动装置驱动转台反向转动至少一周，实现控形模的上端部和下端部位置的铝管与钛管之间的进一步焊接。

与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：

1.本发明提供的一种钛铝复合环形件成形装置，可实现钛管胀形、钛/铝焊接、焊接质量检测、废料切除一体化成形，极大提升了钛铝复合环件的成形生产效率；

2.本发明通过采用由电磁线圈、集磁器等组成的电磁脉冲焊接装置，并通过焊接定位驱动装置实现电磁脉冲焊接装置的垂直升降、定位或偏转，采用磁脉冲焊接的方式实现铝管和钛管之间的高效焊接，保证了铝管与钛管的焊接质量和焊接效率。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图之一；

图2为本发明的立体结构示意图之二；

图3为本发明的立体结构示意图之三；

图4为本发明的剖视结构示意图；

图5为图1中A部的放大结构示意图；

图6为图4中B部的放大结构示意图；

图7为电磁脉冲焊接装置处于偏转状态的结构示意图；

图8为图4中C部的放大结构示意图。

图中：1、台座；101、安装架；2、支撑柱；3、顶板；4、转台；5、旋转驱动装置；6、支撑模；7、控形模；8、扩口模；9、密封驱动装置；10、密封环；1001、刚性压环；1002、柔性密封环；1003、连接架；11、气密检测装置；111、气管；112、稳压供气组件；113、气压表；12、焊接定位驱动装置；13、电磁脉冲焊接装置；131、电磁线圈；132、集磁器；133、上端板；134、下端板；14、垂向定位机构；15、切割进给机构；16、切割机；17、第一开合驱动装置；18、第二开合驱动装置；19、承载桩；100、钛管；200、铝管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图8，一种钛铝复合环件成形装置，包括台座1、固定设置于台座1顶面上的支撑柱2、固定设置于支撑柱2顶端上的顶板3，台座1的顶面转动设置有转台4，台座1的底面设置有驱动转台4转动的旋转驱动装置5。转台4为圆盘结构，其底面中心设置有转轴，转轴上套设有止推轴承，止推轴承固定嵌设在台座1的顶面中心，使得转台4可在台座1的顶面水平地转动。台座1的内部固定设置有安装架101，旋转驱动装置5固定安装在安装架101上，旋转驱动装置5的动力输出端固定连接有第一主动齿轮，转台4的转轴底端外侧固定连接有与第一主动齿轮相啮合的第一从动齿轮，第一主动齿轮和第一从动齿轮构成减速齿轮副。通过旋转驱动装置5的驱动和减速齿轮副的传动，可驱动转台4实现正向或反向转动。本实施例中，旋转驱动装置5优选采用伺服电机，可精确控制转台4的转速和转动圈数。

转台4的轴心处开设有通孔，通孔的顶端设置有位于转台4顶面内的限位槽，转台4的顶面上固定设置有位于限位槽上方的支撑模6，支撑模6的上方设置有可开合的控形模7，控形模7的上方设置有可开合的扩口模8。支撑模6为具有轴心通孔的方形板，并通过螺栓固定连接在转台4的顶面上，且其轴心通孔与转台4的通孔同轴且等径设置。支撑模6的垂向厚度根据钛铝复合环件焊接成形后的底部切割余料的长度而定。控形模7为内壁上开设有环状鼓形凹槽的方形板，其内壁上、下两端的最小孔径均与支撑模6的轴心通孔同轴且等经设置，其垂向厚度根据钛铝复合环件成形件的整体高度而定。 扩口模8为顶面具有漏斗状扩口的方形板，其内壁底端孔径也与与支撑模6的轴心通孔同轴且等经设置，其垂向厚度根据钛铝复合环件焊接成形后的顶部切割余料的长度而定。

如图6所示，成形时，经扩口预处理的钛管100放置于支撑模6、控形模7和扩口模8的内部，钛管100的扩口端部与扩口模8的内壁贴合，使得钛管100与成形模具同轴设置，经电磁脉冲焊接装置13的磁脉冲作用后，钛管100的中部向外膨胀变形而与控形模7的环形鼓状凹槽的内壁贴合；而后，圆柱空心的铝管200同轴的放置于钛管100内部，铝管200下端部放置于限位槽内，使得铝管200与钛管100同轴设置，经电磁脉冲焊接装置13的磁脉冲作用后，铝管200的侧壁向外膨胀并与钛管100的内壁完成焊接，从而形成钛铝复合环件的焊接半成品。

由于焊接成形后的钛铝复合环件的表面为环状鼓形结构，并嵌设在控形模7的环形鼓状凹槽内，为便于实现工件成形后从模具中取出，本实施例中，控形模7和扩口模8均为两半式组合模；同时，为实现两半式组合模的自动、快速的开合操作，转台4的顶面两侧分别设置有驱动控形模7的两个半模相互开合的第一开合驱动装置17、驱动扩口模8的两个半模相互开合的第二开合驱动装置18。第一开合驱动装置17和第二开合驱动装置18均采用具有导杆的气缸，且两两相对设置，同一侧的两个气缸通过安装架固定安装在转台4的顶面上。如此，可保证每次合模后，控形模7和扩口模8可与支撑模6保持同轴设置。优选的，为保证每次合模以及成形过程中，两个半模的位置保持固定，支撑模6的顶面两侧分别活动插接有承载桩19，承载桩19活动插接于同一侧的控形模7的一个半模和扩口模8的一个半模中。控形模7和扩口模8的两个半模均合模后，可将承载桩19依次贯穿扩口模8的半模和控形模7的半模并插接于支撑模6内，从而使同侧的上、下两个半模均固定在支撑模6上；成形完成后，将承载桩19拔除后，才能分别启动第一开合驱动装置17和第二开合驱动装置18，以分别完成控形模7和扩口模8的开模作业。

台座1的内部设置有焊接定位驱动装置12，焊接定位驱动装置12的顶部动力输出端转动连接有位于铝管200内的电磁脉冲焊接装置13。电磁脉冲焊接装置13包括电磁线圈131、套设于电磁线圈131外侧的集磁器132（集磁器132与电磁线圈131轴心线重合），电磁线圈131和集磁器132的顶端固定设置有上端板133，电磁线圈131和集磁器132的底端固定设置有下端板134。焊接定位驱动装置12包括左、右两个平行且垂向设置的线性驱动电缸，两个线性驱动电缸的输出杆端部分别与下端板134的底面两侧铰接。两个线性驱动电缸的输出杆同步伸长或伸缩时，可使电磁脉冲焊接装置13保持轴线垂直，并驱动电磁脉冲焊接装置13垂向升降并定位；两个线性驱动电缸的输出杆非同步伸长或伸缩时，即其中一个线性驱动电缸的输出杆伸长和/或另一个线性驱动电缸的输出杆伸缩时，可驱动电磁脉冲焊接装置13发生偏转而使电磁脉冲焊接装置13（具体为集磁器132）的焊接位置顶部端靠近铝管200位于控形模7顶端部位的内壁一侧、电磁脉冲焊接装置13（具体为集磁器132）的焊接位置底部端靠近铝管200位于控形模7底端部位的内壁另一侧。

电磁线圈131通入脉冲电流（10-20kHz）后，产生磁场，在集磁器132中产生感应电流，磁能量被聚集到集磁器132内部，相应地在邻近的铝管200再次产生感应电流，使高密度的磁通约束于集磁器132外表面与铝管200的内表面间隙内。根据电磁成形原理，铝管200受到巨大的电磁力，产生高速运动和变形，并撞击外侧的钛管100.在撞击力作用下，可在铝管200的外表面和钛管100的内表面之间形成高强度的连接接头，从而可对两个管件进行快速焊接。焊接定位驱动装置12驱动电磁脉冲焊接装置13垂向升降的过程中，可完成铝管200和钛管100的侧壁在轴向上的连续焊接。

为保证铝管200和钛管100连接处的可靠密封，通过焊接定位驱动装置12将电磁脉冲焊接装置13定位于控形模7的中部，而后通过焊接定位驱动装置12驱动电磁脉冲焊接装置13发生偏转，从而使电磁脉冲焊接装置13的顶部焊接位置靠近铝管200的内壁一侧（位于控形模7顶端的部位）、电磁脉冲焊接装置13的底部焊接位置靠近铝管200的内壁另一侧（位于控形模7底端的部位）。如图7所示，当电磁脉冲焊接装置13由水平状态向左转动后（由于钛铝复合环件的垂向尺寸相对水平径向尺寸较小，因而电磁脉冲焊接装置13的偏转角度较小），电磁脉冲焊接装置13的焊接位置（图中示意的环形虚线）的顶部端靠近钛管100和铝管200的顶部焊接部分的最低端位置，而电磁脉冲焊接装置13的焊接位置的顶部端则靠近钛管100和铝管200的底部焊接部分的最顶端位置，该两处位置为钛管100和铝管200的侧壁之间接合和分离的分界位置，因而通过定向的局部焊接，以增强焊接密封效果。

顶板3的底面上固定设置有密封驱动装置9，密封驱动装置9的底部动力输出端固定连接有密封环10，密封驱动装置9采用具有导杆的气缸，经密封驱动装置9的驱动，密封环10可活动嵌设于钛管100和铝管200的顶部之间，从而与焊接后的铝管200和钛管100的顶部侧壁之间形成封闭区间，通过检测该封闭区间的密封性来判断钛铝复合环件的焊接质量合格与否。

密封环10与气密检测装置11连接。具体的，密封环10包括刚性压环1001、固定设置于刚性压环1001底部的柔性密封环1002、固定设置于刚性压环1001顶部的连接架1003，刚性压环1001与柔性密封环1002的内部开设有上下导通的通气孔。刚性压环1001用以保持柔性密封环1002的环状外形，并可对铝管200的顶端施加压紧力，以防止铝管200在焊接成形过程中出现晃动，同时对柔性密封环1002施加向下的压力，以使柔性密封环1002的底面分别与钛管100和铝管200的顶端侧壁之间密封贴合，连接架1003用于实现刚性压环1001在密封驱动装置9动力输出端上的固定连接。气密检测装置11包括通过气管111与通气孔相连接的稳压供气组件112、设置于气管111上的气压表113。稳压供气组件112的出气端设置有电控阀和稳压阀，通过稳压阀可设置稳定的供气压力，电控阀控制供气的通断。电控阀导通后，稳压供气组件112通过排气管111向封闭区间内充入预设压力的空气，而后电控阀封闭，通过气压表113检测封闭区间内的气压变化。若封闭区间内的气压值保持稳定，说明焊接质量合格；否则焊接不合格。若单次焊接不合格，可重新进行焊接过程，并进行气密性检测，若反复焊接预设的次数（如3次）后，仍然焊接不合格，则焊接件为废品。

台座1和顶板3之间还设置有垂向定位机构14，垂向定位机构14的动力输出端固定连接有切割进给机构15，切割进给机构15的动力输出端固定安装有切割机16。垂向定位机构14采用线性模组装置，包括垂向固定设置于台座1和顶板3之间的导轨、垂向转动安装于台座1和顶板3之间的丝杠、螺纹套接于丝杠外侧的螺母座以及固定安装于安装架101上的垂向定位驱动电机，螺母座的侧面通过滑块滑动套接在导轨上。垂向定位驱动电机采用伺服电机，其输出轴端固定连接有第二主动齿轮，丝杠的底端固定连接有与第二主动齿轮相啮合的第二从动齿轮，第二主动齿轮和第二从动齿轮构成减速齿轮副。切割进给机构15采用带有导向杆的气缸，并水平地固定安装在螺母座的侧面上，切割机16则垂直向下地固定连接在切割进给机构15的动力输出端，切割机16的切割刀片为水平设置。

在铝管200和钛管100完成焊接作业后，将扩口模8的两个半模分离，使焊接件的顶部切割余料部分裸露在外，通过垂向定位机构14调整切割机16的垂向位置，而后切割进给机构15驱动切割机16靠近焊接件并与焊接件的表面接触，并施加一定的切割压力，切割机16对焊接件的侧壁进行切割作业；与此同时，旋转驱动装置5驱动转台4转动至少一周，实现切割机16对焊接件侧壁的环切，切割机16复位。而后，将控形模7的两个半模分离，使钛铝复合环件裸露于外，再次调整切割机16的垂向位置并进给切割，使钛铝复合环件与其底部的切割余料分离，底部的切割余料则留置在支撑模6内，手动将底部切割余料从支撑模6内移出即可。经气密性检测为不合格的焊接件，无需进行切割作业，将各个装置复位后，直接将该废品件从模具中移出即可。

一种钛铝复合环件成形方法，应用于所述的钛铝复合环件成形装置，包括以下步骤：

S1：将经过扩口预处理的钛管100放置于支撑模6、控形模7和扩口模8的内部，使钛管100的扩口端部与扩口模8的内壁贴合，焊接定位驱动装置12驱动电磁脉冲焊接装置13运动至扩口模8下端部，电磁脉冲焊接装置13工作，使钛管100在磁场力作用下发生胀形而与控形模7的内壁贴合；

S2：电磁脉冲焊接装置13停止工作，将铝管200放置于钛管100内部，使铝管200的下端部放置于限位槽内，以限制铝管200下端部的晃动；

S3：密封驱动装置9驱动密封环10下行至钛管100与铝管200的顶部之间，使密封环10的底部分别与钛管100和铝管200的侧壁贴合，并限制铝管200上端部的晃动；

S4：电磁脉冲焊接装置13工作，焊接定位驱动装置12驱动电磁脉冲焊接装置13由扩口模8的下端部向下运动至支撑模6的上端部，电磁脉冲焊接装置13在移动过程中对铝管200的外壁与钛管100的内壁进行电磁脉冲焊接；

S5：电磁脉冲焊接装置13停止工作，焊接定位驱动装置12驱动电磁脉冲焊接装置13由支撑模6的上端部向上运动至控形模7的中部；

S6：电磁脉冲焊接装置13工作，焊接定位驱动装置12驱动电磁脉冲焊接装置13发生偏转，使电磁脉冲焊接装置13的焊接位置顶部端靠近铝管200位于控形模7顶端部位的内壁一侧、电磁脉冲焊接装置13的焊接位置底部端靠近铝管200位于控形模7底端部位的内壁相对侧，旋转驱动装置5驱动转台4转动至少一周，实现控形模7的上端部和下端部位置的铝管200与钛管100之间的进一步焊接；

S7：电磁脉冲焊接装置13停止工作，焊接定位驱动装置12驱动电磁脉冲焊接装置13反向偏转复位；

S8：焊接后的钛管100、铝管200和密封环10之间形成封闭区间，气密检测装置11向该封闭区间内充入气体至预设的气压值后停止供气，监测该封闭区间内的气压变化情况，由此评估封闭区间是否完全密闭；若该封闭区间评估结果为完全密闭，则焊接合格，继续进行步骤S9至S13，否则返回至步骤S4重新完成焊接过程，若重新焊接次数到达预设的阈值后，该封闭区间评估结果仍为不密闭，则跳转进行步骤S14至S15；

S9：密封驱动装置9驱动密封环10上行复位；

S10：打开扩口模8，垂向定位机构14工作，调整切割机16的垂向位置使切割机16的切割位置位于控形模7的上端部，切割进给机构15驱动切割机16逐渐靠近并接触焊接后的钛铝复合管件，旋转驱动装置5驱动转台4转动至少一周，切割机16将钛铝复合管件位于控形模7的上端部上方的余料切除；

S11：切割进给机构15复位，垂向定位机构14复位，切割机16停止工作；

S12：打开控形模7，垂向定位机构14工作，调整切割机16的垂向位置使切割机16的切割位置位于支撑模6的上端部，切割进给机构15驱动切割机16逐渐靠近并接触焊接后的钛铝复合管件，旋转驱动装置5驱动转台4反向转动至少一周，切割机16将钛铝复合管件位于支撑模6的上端部上方的部分切除，该切除部分为钛铝复合环形件；

S13：切割进给机构15复位，垂向定位机构14复位，切割机16停止工作，取出位于支撑模6内的切割余料，控形模7和扩口模8依次对合复位；

S14：密封驱动装置9驱动密封环10上行复位；

S15：依次打开扩口模8和控形模7，取出焊接后钛铝复合管件，控形模7和扩口模8依次对合复位。

为进一步增强控形模7上、下两端焊接位置的焊接效果，在步骤S6中，焊接定位驱动装置12驱动电磁脉冲焊接装置13发生偏转，完成控形模7的上端部和下端部位置的铝管200与钛管100之间的进一步焊接后，焊接定位驱动装置12驱动电磁脉冲焊接装置13反向偏转（后次偏转后的轴线与垂直轴线的夹角不小于前次偏转后的轴线与垂直轴线的夹角），使电磁脉冲焊接装置13的焊接位置顶部端靠近铝管200位于控形模7顶端部位的内壁另一侧、电磁脉冲焊接装置13的焊接位置底部端靠近铝管200位于控形模7底端部位的内壁相对侧，旋转驱动装置5驱动转台4反向转动至少一周，实现控形模7的上端部和下端部位置的铝管200与钛管100之间的进一步焊接。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种钛铝复合环件成形装置，包括台座（1）、固定设置于台座（1）顶面上的支撑柱（2）、固定设置于支撑柱（2）顶端上的顶板（3），其特征在于：所述台座（1）的顶面转动设置有转台（4），台座（1）的底面设置有驱动转台（4）转动的旋转驱动装置（5），转台（4）的轴心处开设有通孔，通孔的顶端设置有位于转台（4）顶面内的限位槽，转台（4）的顶面上固定设置有位于限位槽上方的支撑模（6），支撑模（6）的上方设置有可开合的控形模（7），控形模（7）的上方设置有可开合的扩口模（8）；

成形时，经扩口预处理的钛管（100）放置于支撑模（6）、控形模（7）和扩口模（8）的内部，钛管（100）的扩口端部与扩口模（8）的内壁贴合，圆柱空心的铝管（200）同轴的放置于钛管（100）内部，铝管（200）下端部放置于限位槽内；

所述顶板（3）的底面上固定设置有密封驱动装置（9），密封驱动装置（9）的底部动力输出端固定连接有密封环（10），密封环（10）可活动嵌设于钛管（100）和铝管（200）的顶部之间，密封环（10）与气密检测装置（11）连接；

台座（1）的内部设置有焊接定位驱动装置（12），焊接定位驱动装置（12）的顶部动力输出端转动连接有位于铝管（200）内的电磁脉冲焊接装置（13），焊接定位驱动装置（12）可驱动电磁脉冲焊接装置（13）发生偏转而使电磁脉冲焊接装置（13）的焊接位置顶部端靠近铝管（200）位于控形模（7）顶端部位的内壁一侧、电磁脉冲焊接装置（13）的焊接位置底部端靠近铝管（200）位于控形模（7）底端部位的内壁另一侧；

所述台座（1）和顶板（3）之间还设置有垂向定位机构（14），垂向定位机构（14）的动力输出端固定连接有切割进给机构（15），所述切割进给机构（15）的动力输出端固定安装有切割机（16）。

2.根据权利要求1所述的一种钛铝复合环件成形装置，其特征在于：所述控形模（7）和扩口模（8）均为两半式组合模，转台（4）的顶面两侧分别设置有驱动控形模（7）的两个半模相互开合的第一开合驱动装置（17）、驱动扩口模（8）的两个半模相互开合的第二开合驱动装置（18）。

3.根据权利要求2所述的一种钛铝复合环件成形装置，其特征在于：所述支撑模（6）的顶面两侧分别活动插接有承载桩（19），承载桩（19）活动插接于同一侧的控形模（7）的一个半模和扩口模（8）的一个半模中。

4.根据权利要求2所述的一种钛铝复合环件成形装置，其特征在于：所述密封环（10）包括刚性压环（1001）、固定设置于刚性压环（1001）底部的柔性密封环（1002）、固定设置于刚性压环（1001）顶部的连接架（1003），所述刚性压环（1001）与柔性密封环（1002）的内部开设有上下贯通的通气孔。

5.根据权利要求4所述的一种钛铝复合环件成形装置，其特征在于：所述气密检测装置（11）包括通过气管（111）与通气孔相连接的稳压供气组件（112）、设置于气管（111）上的气压表（113）。

6.根据权利要求2所述的一种钛铝复合环件成形装置，其特征在于：所述电磁脉冲焊接装置（13）包括电磁线圈（131）、套设于电磁线圈（131）外侧的集磁器（132），电磁线圈（131）和集磁器（132）的顶端固定设置有上端板（133），电磁线圈（131）和集磁器（132）的底端固定设置有下端板（134）。

7.根据权利要求6所述的一种钛铝复合环件成形装置，其特征在于：所述焊接定位驱动装置（12）包括左、右两个平行且垂向设置的线性驱动电缸，两个线性驱动电缸的输出杆端部分别与下端板（134）的底面两侧铰接。

8.一种钛铝复合环件成形方法，应用于权利要求1-7任意一项所述的钛铝复合环件成形装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将经过扩口预处理的钛管放置于支撑模、控形模和扩口模的内部，使钛管的扩口端部与扩口模的内壁贴合，焊接定位驱动装置驱动电磁脉冲焊接装置运动至扩口模下端部，电磁脉冲焊接装置工作，使钛管在磁场力作用下发生胀形而与控形模的内壁贴合；

S2：电磁脉冲焊接装置停止工作，将铝管放置于钛管内部，使铝管的下端部放置于限位槽内，以限制铝管下端部的晃动；

S3：密封驱动装置驱动密封环下行至钛管与铝管的顶部之间，使密封环的底部分别与钛管和铝管的侧壁贴合，并限制铝管上端部的晃动；

S4：电磁脉冲焊接装置工作，焊接定位驱动装置驱动电磁脉冲焊接装置由扩口模的下端部向下运动至支撑模的上端部，电磁脉冲焊接装置在移动过程中对铝管的外壁与钛管的内壁进行电磁脉冲焊接；

S5：电磁脉冲焊接装置停止工作，焊接定位驱动装置驱动电磁脉冲焊接装置由支撑模的上端部向上运动至控形模的中部；

S6：电磁脉冲焊接装置工作，焊接定位驱动装置驱动电磁脉冲焊接装置发生偏转，使电磁脉冲焊接装置的焊接位置顶部端靠近铝管位于控形模顶端部位的内壁一侧、电磁脉冲焊接装置的焊接位置底部端靠近铝管位于控形模底端部位的内壁相对侧，旋转驱动装置驱动转台转动至少一周，实现控形模的上端部和下端部位置的铝管与钛管之间的进一步焊接；

S7：电磁脉冲焊接装置停止工作，焊接定位驱动装置驱动电磁脉冲焊接装置反向偏转复位；

S8：焊接后的钛管、铝管和密封环之间形成封闭区间，气密检测装置向该封闭区间内充入气体至预设的气压值后停止供气，监测该封闭区间内的气压变化情况，由此评估封闭区间是否完全密闭；若该封闭区间评估结果为完全密闭，则焊接合格，继续进行步骤S9至S13，否则返回至步骤S4重新完成焊接过程，若重新焊接次数到达预设的阈值后，该封闭区间评估结果仍为不密闭，则跳转进行步骤S14至S15；

S9：密封驱动装置驱动密封环上行复位；

S10：打开扩口模，垂向定位机构工作，调整切割机的垂向位置使切割机的切割位置位于控形模的上端部，切割进给机构驱动切割机逐渐靠近并接触焊接后的钛铝复合管件，旋转驱动装置驱动转台转动至少一周，切割机将钛铝复合管件位于控形模的上端部上方的余料切除；

S11：切割进给机构复位，垂向定位机构复位，切割机停止工作；

S12：打开控形模，垂向定位机构工作，调整切割机的垂向位置使切割机的切割位置位于支撑模的上端部，切割进给机构驱动切割机逐渐靠近并接触焊接后的钛铝复合管件，旋转驱动装置驱动转台反向转动至少一周，切割机将钛铝复合管件位于支撑模的上端部上方的部分切除，该切除部分为钛铝复合环形件；

S13：切割进给机构复位，垂向定位机构复位，切割机停止工作，取出位于支撑模内的切割余料，控形模和扩口模依次对合复位；

S14：密封驱动装置驱动密封环上行复位；

S15：依次打开扩口模和控形模，取出焊接后钛铝复合管件，控形模和扩口模依次对合复位。

9.根据权利要求8所述的一种钛铝复合环件成形方法，其特征在于：在步骤S6中，焊接定位驱动装置驱动电磁脉冲焊接装置发生偏转，完成控形模的上端部和下端部位置的铝管与钛管之间的进一步焊接后，焊接定位驱动装置驱动电磁脉冲焊接装置反向偏转，使电磁脉冲焊接装置的焊接位置顶部端靠近铝管位于控形模顶端部位的内壁另一侧、电磁脉冲焊接装置的焊接位置底部端靠近铝管位于控形模底端部位的内壁相对侧，旋转驱动装置驱动转台反向转动至少一周，实现控形模的上端部和下端部位置的铝管与钛管之间的进一步焊接。