本發(fā)明屬于金屬?gòu)?fù)雜構(gòu)件先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種航空鈦合金3D自由彎曲溫?zé)岢尚窝b置及方法。

背景技術(shù)：

鈦合金管材因具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于航空航天等重要工程領(lǐng)域。其主要用途包括：制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件、飛機(jī)的引氣管路、液壓管路、燃油管路、火箭和導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)件、用于各類鈦設(shè)備間物料流通的管道等。

鈦合金管材彎曲成形是一項(xiàng)復(fù)雜的管材成形技術(shù)，管材成形質(zhì)量受到管材本身性能、管壁厚、彎曲工藝、模具設(shè)計(jì)制造水平等諸多因素的影響。目前國(guó)內(nèi)外鈦合金管材彎曲成形工藝主要可以分為中高頻感應(yīng)加熱推彎成形和添加加熱裝置的繞彎成形。但是這兩種管材彎曲方式都需更換模具才能實(shí)現(xiàn)管材不同R值不同角度的彎曲成形，并且彎曲薄壁小彎曲半徑管材時(shí)，容易產(chǎn)生內(nèi)弧起皺和外弧拉裂、減薄等成形缺陷,管材成形質(zhì)量與成形精度很難控制。

金屬?gòu)?fù)雜構(gòu)件3D自由成形裝置使管材在軸向推力的作用下通過彎曲模，通過改變彎曲模與中心軸線之間的偏心距來改變管材的彎曲半徑，最終實(shí)現(xiàn)管材不同彎曲半徑的彎曲。但是現(xiàn)有的3D自由成形裝置主要是針對(duì)金屬管材的冷成形，并沒有針對(duì)金屬管材的局部熱成形裝置。在彎曲鈦合金等變形抗力較大的管材時(shí)，極易產(chǎn)生管材內(nèi)弧起皺和外弧拉裂等缺陷，造成管材成形質(zhì)量較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有的鈦合金管材彎曲成形技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)彎曲半徑的連續(xù)變化、同時(shí)成形后管件容易出現(xiàn)拉裂及起皺等缺陷，無法滿足航空航天對(duì)復(fù)雜高性能、高尺寸精度的航空管件要求的缺陷。提供一種航空鈦合金3D自由彎曲溫?zé)岢尚窝b置及方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種航空鈦合金3D自由彎曲溫?zé)岢尚窝b置，包括球面軸承(2)、彎曲模(3)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(4)、感應(yīng)加熱線圈(5)、絕緣隔熱層(6)、管材夾持機(jī)構(gòu)(7)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)(8)、紅外線測(cè)溫儀(11)，所述高頻感應(yīng)線圈(5)設(shè)置于管材夾持機(jī)構(gòu)(7)前端；所述絕緣隔熱層(6)同軸裝配于感應(yīng)加熱線圈(5)內(nèi)部；在成形時(shí)，紅外線測(cè)溫儀(11)實(shí)時(shí)測(cè)量管坯(1)的表面溫度，并與所設(shè)定的成形溫度進(jìn)行對(duì)比；判斷管坯(1)的表面溫度與設(shè)定溫度的偏差值，若偏差值小于2％，則不對(duì)管材Z軸送進(jìn)速度進(jìn)行調(diào)整；若偏差值大于2％，則控制推進(jìn)機(jī)構(gòu)(8)，以Z軸當(dāng)前速度1％的變化幅度對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)紅外測(cè)溫儀實(shí)時(shí)測(cè)量管材表面的溫度，直至紅外測(cè)溫儀測(cè)得的溫度與設(shè)定溫度一致為止。

所述的裝置，所述彎曲模(3)和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(4)所用的材料應(yīng)選擇具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能的高溫合金。

所述的裝置，所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(4)上設(shè)有油槽(9)和注油孔(10)。

根據(jù)所述裝置進(jìn)行航空鈦合金3D自由彎曲溫?zé)岢尚蔚姆椒?，包括以下步驟：

1)在成形空間彎管之前在加熱爐中將航空鈦合金管加熱至成形溫度；

2)利用所述裝置對(duì)加熱后的鈦合金管進(jìn)行自由彎曲試驗(yàn)，得到偏心距分別為1mm、2mm、3mm、4mm、5mm時(shí)的彎曲半徑R，并且繪制偏心距U與彎曲半徑R的關(guān)系曲線；

3)針對(duì)所要彎曲的復(fù)雜空間彎管進(jìn)行工藝解析，得到所要彎曲的彎曲半徑R_n的對(duì)應(yīng)偏心距U_n；

4)將U_n送入成形工藝解析模塊中，得到針對(duì)所要彎曲的復(fù)雜空間彎管的成形工藝參數(shù)；

5)將成形工藝參數(shù)及感應(yīng)加熱溫度輸入3D自由彎曲控制模塊中；

6)通過注油孔(10)向油槽(9)中注入高溫潤(rùn)滑脂；

7)啟動(dòng)設(shè)備，管材在推進(jìn)機(jī)構(gòu)(8)的推動(dòng)作用下，依次通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(4)和彎曲模(3)實(shí)現(xiàn)彎曲成形；在成形時(shí)，紅外線測(cè)溫儀(11)實(shí)時(shí)測(cè)量管坯(1)的表面溫度，并與所設(shè)定的成形溫度進(jìn)行對(duì)比；判斷管坯(1)的表面溫度與設(shè)定溫度的偏差值，若偏差值小于2％，則不對(duì)管材Z軸送進(jìn)速度進(jìn)行調(diào)整；若偏差值大于2％，則控制推進(jìn)機(jī)構(gòu)(8)，以Z軸當(dāng)前速度1％的變化幅度對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)紅外測(cè)溫儀實(shí)時(shí)測(cè)量管材表面的溫度，直至紅外測(cè)溫儀測(cè)得的溫度與設(shè)定溫度一致為止。

所述的方法，所述步驟1)中，加熱溫度控制在680-700℃，若溫度太高管材局部由于軸向推力的作用容易出現(xiàn)鐓粗，若溫度太低則難以成形。

所述的方法，所述步驟6)中，所注入的潤(rùn)滑劑工作溫度應(yīng)大于鈦合金管成形溫度。

有益效果：

1、本發(fā)明有效地解決了現(xiàn)有彎管技術(shù)成形變彎曲半徑航空鈦合金管時(shí)需要不斷更換模具，以及彎曲過程中容易出現(xiàn)拉裂、起皺及截面畸變等缺陷的問題，對(duì)于提高鈦合金管成形性能及成形后的管件質(zhì)量等具有重要指導(dǎo)意義；

2、本發(fā)明方法簡(jiǎn)單可行，生產(chǎn)效率高，在航空、航天等工程領(lǐng)域具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值和明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1、航空鈦合金3D自由彎曲溫?zé)岢尚窝b置原理示意圖。

圖2、航空鈦合金3D自由彎曲溫?zé)岢尚尾糠株P(guān)鍵參數(shù)示意圖。

圖中，1-成形后的彎管、2-球面軸承、3-彎曲模、4-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、5-高頻感應(yīng)線圈、6-絕緣隔熱層、7-夾持機(jī)構(gòu)、8-送料機(jī)構(gòu)、9-油槽、10-注油孔、11-紅外線測(cè)溫儀；

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

第一步，將長(zhǎng)250mm、直徑20mm、壁厚1mm的TC4鈦合金管在成形空間彎管之前在加熱爐中加熱至690℃；

第二步，對(duì)加熱后的鈦合金管進(jìn)行自由彎曲試驗(yàn)，得到偏心距分別為1mm、2mm、3mm…時(shí)的彎曲半徑R，并且繪制偏心距U與彎曲半徑R的關(guān)系曲線；

第三步，針對(duì)所要彎曲的復(fù)雜空間彎管進(jìn)行工藝解析，得到所要彎曲的彎曲半徑R₁＝65mm時(shí)的偏心距U₁＝10mm以及R₂＝80mm時(shí)的偏心距U₂＝8mm；

第四步，將U₁＝10mm、U₂＝8mm代入成形工藝解析公式中，得到針對(duì)所要彎曲的復(fù)雜空間彎管的成形工藝參數(shù)；

第五步，將成形工藝參數(shù)及感應(yīng)加熱溫度690℃輸入3D自由彎曲專用控制軟件中；

第六步，通過注油孔(10)向油槽(9)中注入高溫潤(rùn)滑脂；

第七步，啟動(dòng)設(shè)備，管材在推進(jìn)機(jī)構(gòu)(8)的推動(dòng)作用下，依次通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(4)和彎曲模(3)實(shí)現(xiàn)彎曲成形，成形過程中通過紅外線測(cè)溫儀對(duì)管材表面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并不斷反饋調(diào)節(jié)管材Z向送進(jìn)速度，保持成形過程中管材成形部位溫度穩(wěn)定性；

實(shí)施例2

第一步，將長(zhǎng)150mm、直徑15mm、壁厚1mm的TC4鈦合金管在成形空間彎管之前在加熱爐中加熱至680℃；

第二步，對(duì)加熱后的鈦合金管進(jìn)行自由彎曲試驗(yàn)，得到偏心距分別為1mm、2mm、3mm…時(shí)的彎曲半徑R，并且繪制偏心距U與彎曲半徑R的關(guān)系曲線；

第三步，針對(duì)所要彎曲的復(fù)雜空間彎管進(jìn)行工藝解析，得到所要彎曲的彎曲半徑R₁＝70mm時(shí)的對(duì)應(yīng)偏心距U₁＝6mm、R₂＝80mm時(shí)的對(duì)應(yīng)偏心距U₂＝5mm、R₃＝75mm時(shí)的偏心距U₃＝6.4mm；

第四步，將U₁＝6mm、U₂＝5mm、U₃＝6.4mm代入成形工藝解析公式中，得到針對(duì)所要彎曲的復(fù)雜空間彎管的成形工藝參數(shù)；

第五步，將成形工藝參數(shù)及感應(yīng)加熱溫度680℃輸入3D自由彎曲專用控制軟件中；

第六步，通過注油孔(10)向油槽(9)中注入高溫潤(rùn)滑脂；

第七步，啟動(dòng)設(shè)備，管材在推進(jìn)機(jī)構(gòu)(8)的推動(dòng)作用下，依次通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(4)和彎曲模(3)實(shí)現(xiàn)彎曲成形，成形過程中通過紅外線測(cè)溫儀對(duì)管材表面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并不斷反饋調(diào)節(jié)管材Z向送進(jìn)速度，保持成形過程中管材成形部位溫度穩(wěn)定性；

實(shí)施例3

第一步，將長(zhǎng)300mm、直徑20mm、壁厚2mm的TC4鈦合金管在成形空間彎管之前在加熱爐中加熱至700℃；

第二步，對(duì)加熱后的鈦合金管進(jìn)行自由彎曲試驗(yàn)，得到偏心距分別為1mm、2mm、3mm…時(shí)的彎曲半徑R，并且繪制偏心距U與彎曲半徑R的關(guān)系曲線；

第三步，針對(duì)所要彎曲的復(fù)雜空間彎管進(jìn)行工藝解析，得到所要彎曲的彎曲半徑R₁＝80mm時(shí)的對(duì)應(yīng)偏心距U₁＝8mm、R₂＝90mm時(shí)的對(duì)應(yīng)偏心距U₂＝7mm、R₃＝90mm時(shí)的偏心距U₃＝6mm；

第四步，將U₁＝8mm、U₂＝7mm、U₃＝6mm代入成形工藝解析公式中，得到針對(duì)所要彎曲的復(fù)雜空間彎管的成形工藝參數(shù)；

第五步，將成形工藝參數(shù)及感應(yīng)加熱溫度700℃輸入3D自由彎曲專用控制軟件中；

第六步，通過注油孔(10)向油槽(9)中注入高溫潤(rùn)滑脂；

第七步，啟動(dòng)設(shè)備，管材在推進(jìn)機(jī)構(gòu)(8)的推動(dòng)作用下，依次通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(4)和彎曲模(3)實(shí)現(xiàn)彎曲成形，成形過程中通過紅外線測(cè)溫儀對(duì)管材表面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并不斷反饋調(diào)節(jié)管材Z向送進(jìn)速度，保持成形過程中管材成形部位溫度穩(wěn)定性；

應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。