[发明专利]新型硅橡胶基介质芯调控自由弯曲管件加工质量的方法

说明书

本发明公开了新型硅橡胶基介质芯调控自由弯曲管件加工质量的方法，属于金属基体表面处理与复杂构件先进制造技术领域。选择在磁场环境下加工自由弯曲管件，可以在微观尺度上维持原有晶粒，保证构件表面的综合机械性能。在可调节磁场环境下对金属复杂构件进行加工，利用芯轴在不同磁场加载时间对芯质压缩性的控制，实现不同的支撑效果。通过运用电磁铁和高精度直流励磁源提供特定磁场条件，实现芯轴支撑性能可控。利用不同磁场加载强度和时间下调节磁流变芯材的机械性能，可以很大范围内解决不同服役要求下自由弯曲管件加工成型时管材起皱、回弹等技术难题。

技术领域

属于金属形状加工与复杂构件先进制造技术领域，特别涉及新型硅橡胶基介质芯调控自由弯曲管件加工质量的方法。

背景技术

自由弯曲成形技术是金属弯曲成形领域一项新兴的先进技术,在不更换弯曲模的情况下，通过同时控制管材的轴向推进及控制弯曲模的运动能够实现复杂轴线空心构件的一次精确成形。自由弯曲成形技术制成的金属复杂构件在航空航天、核电、汽车、舰船等诸多领域具有广泛的应用，但是随着这些领域的不断发展，越来越恶劣的服役环境对金属复杂构件的加工质量提出了严峻的挑战。

目前，管坯的壁厚变化和截面畸变直接影响到弯曲构件的强度和使用性能，是管坯弯曲成形质量的重要指标。自由弯曲成形现属于无芯成形范畴，且成形速度较快，管坯成形精度和成形质量对模具几何参数、工艺参数及其变化较为敏感。

弯管在成型过程中易出现起皱与破裂、截面扁平化、回弹、伸长等缺陷。由于弯管内无芯，在弯曲成形时，可以从应力和应变状态得知，管坯弯曲部分的外弧将在切向拉应力下产生壁厚减小现象，在切向压应力的作用下，而内弧壁厚增加，出现起皱现象。同时在弯曲过程中，管子在释放弹性能后仍存在部分的残余应力，会出现管子回弹，因而大大降低管件的质量。当前研究仅仅停留在对于自由弯曲的管坯推进速度、导向机构的倒角半径等关键工艺参数及磨具参数等，对于有芯自由弯曲却鲜有报道。因此，设计一种磁流变介质作为金属复杂构建的芯材，并在磁场环境下加工自由弯曲管件，利用胀形工艺芯材起到支撑管材的作用，减少弯管无芯材支撑导致的起皱等因素从而提高管件加工质量。

对于不同弯曲管件有各自的服役要求，为了解决不同管件加工成型时所需求内径不同，新型硅橡胶基介质芯调控技术可以通过不同磁场强度、加载时间来实现对芯质压缩性的控制。利用芯质弹性模量不同达到不同的支撑效果，对于调控金属复杂构件的加工质量具有重要的意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出新型硅橡胶基介质芯调控自由弯曲管件加工质量的方法，通过利用磁场加载时间实现对芯质压缩性的控制，实现不同的支撑效果，从而达到调控自由弯曲管件加工质量的目的。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供的新型硅橡胶基介质芯调控自由弯曲管件加工质量的方法，包括以下步骤：

步骤1)以金属管材为自由弯曲材料，选取合适壁厚和合适管径的金属材料备用；

步骤2)采用合适的合金材料作为弯曲模，同时作为基体材料。采用金相砂纸打磨基体材料表面，并进行抛光处理，最后采用去离子水、丙酮、无水乙醇以及去离子水依次进行超声清洗并晾干待用；

步骤3)在这项发明中，选择了AS40的加成固化硅橡胶作为基质材料，以制备MRE材料，并且选择MPS-MRF-15羰基铁粉以辅助。利用这些材料制作出一种磁流变介质作为金属复杂构建的芯材，并将芯材与管材结合起来。

步骤4)将制作的芯轴装入如附图1所示的自由弯曲成形系统中，随后将成形形状参数输入到弯管机控制系统中，进行管材自由弯曲过程。在整个成形过程中，轴承与弯曲模处使用磁场发生器获得磁场强度，并利用新型硅橡胶基介质芯固化过程中胀形性质获得不同半径的芯轴，实现不同的支撑效果。在不同半径的芯轴支撑下，与弯曲模平动和转动的共同作用，实现金属管件的自由弯曲。