[发明专利]一种加工复杂变截面小尺寸管的成型方法

说明书

技术领域

本发明属于复杂变截面小尺寸管（φ10mm及以上）的成型技术领域，具体涉及一种加工复杂变截面小尺寸管的成型装置及成型方法。

背景技术

复杂变截面小尺寸管材（φ10mm及以上）在航空航天、建筑、电力等各行业均有广泛应用，其生产方法主要采用：1、预制空心管材，胀形成复杂变截面小尺寸管。铸造成棒坯后，轧制或挤压成空心管材，然后通过胀形工艺，实现复杂变截面小尺寸管加工。但这种方法工序多、金属利用率低；也可以采用先铸造成空心管坯，施加较小的变形量制成管材，然后通过胀形工艺加工成复杂变截面小尺寸管。该方法金属利用率大为提高，但后续胀形模具结构相对复杂，需要根据不同产品品种设计专门装夹装置，而且各工艺类的模具零件要求精度高，精度不易保证。

2、采用金属板料实现复杂小尺寸管的焊接加工。此方法属于焊管的加工方法。首先采用轧制的方法生产金属板料，然后采用冲压机，实现板料的弯曲或拉伸变形，然后采用逐渐多道次辊弯的方法实现复杂小尺寸管的预弯制，进而在整形机上整形，最后可以采用闪光对焊的方法实现复杂小尺寸管的成形。该方法较上述方法更要复杂，工序繁多，生产成本高。

3、预制空心管材，采用内高压成型的方式加工复杂变截面小尺寸管。此方法属于特种塑性成形工艺，该方法需要利用液体作为成形介质，通过控制内压力和材料流动来达到成形中空零件目的的材料成形工艺。该方法不仅需要较好的密封性，而且内腔压力高，一旦出现小孔泄露，就会存在安全隐患。并且该方法后续需要采用特殊方法清理成形介质，后续处理工序繁琐。

上述三种方法均可生产复杂变截面小尺寸管，由于其应变速率低，因此其生产效率低；工序较多且复杂，所以精度不易保证，且劳动强度大，大量试验表明产品的综合性能也不易得到保证。

目前，对于金属成型的另一种方式：采用高能率的电磁方法进行成型，其具有生产效率高、工装简单，能更好地发挥坯料的塑性、获得较好综合性能的产品，而且能源采用绿色环保的电能，因此对环境的污染小。

尽管电磁成形工艺已经很好地应用于管材的缩颈及胀形中，但是，由于传统电磁胀形磁圈的形状特点及布置的结构特点，使得产生的磁场力沿周向分布是均匀的，而对于变截面管的成形是需要沿轴向呈梯度分布的磁场力，因此这种传统的具有均匀磁场力分布的电磁胀形方法很难较好地成形这类变截面管，使得产品在变截面处成形精度受到影响，而且也很难保证管坯的变截面及过度处的成形质量。

而为了使磁场力呈梯度分布，则需要控制传统线圈的疏密程度。由于变截面小尺寸管的内径较小，而传统线圈具有一定的截面尺寸，一方面传统的线圈绕制方法很难实现疏密度的控制，且由于变截面小尺寸管的内径很小，也无法实现设计线圈的安装，因而导致电磁成型工艺始终无法应用于变截面小尺寸管的成形工作中。

发明内容

为了解决上述问题，实现变截面小尺寸管的精确成形，本发明提供一种基于可控疏密度的磁圈替代传统的线圈的一种操作简便，产品精度高的复杂变截面小尺寸管的成型装置及成型方法。

本发明变截面小尺寸管的成型装置，包括非磁性的模具本体和磁圈，模具本体内设置有模型槽，其特征在于：所述磁圈为一金属管，金属管相应于模型槽设置有通过螺旋加工的方式加工出的螺旋圈部。

作为本发明变截面小尺寸管的成型装置的一种优选方案，所述模具体由相对应的两半模构成，两半模之间设置有定位销，两半模外设置有锁紧套圈。

作为本发明变截面小尺寸管的成型装置的另一种优选方案，所述模具体内两端设置有磁圈金属管的定位槽。

本发明变截面小尺寸管的成型方法，其特征在于：步骤一，根据管坯变形到目标变截面管的最大变形量、管坯的电导率，以及磁圈材料的磁导率，确定构成磁圈金属管的壁厚和外径尺寸。

步骤二，根据磁场力的梯度变化规律和变形的梯度变化规律，确定磁圈上螺旋圈部的疏密度，然后用螺旋加工的方法加工出轴向上不同疏密程度的呈螺旋状的螺旋圈部。

步骤三，将空心管坯放置在模具体的模型槽内，再将所述磁圈上的螺旋圈部放置于空心管坯内。

步骤四，将磁圈两端接入电磁成型机，启动电源，电磁成型机对高压电容器充电，电容器充满电后，进行瞬间放电，在强大的电磁力作用下，完成复杂变截面小尺寸管的成形。

作为本发明变截面小尺寸管成型方法的一种优选方案，所述螺旋圈部根据目标变截面管的变形量变化，设置为变截面结构。