一種鎂合金管熱彎方法及其設備的製作方法

2023-05-14 21:41:11 3

專利名稱：一種鎂合金管熱彎方法及其設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種適用於鎂合金管的彎曲方法及其設備，可應用於鎂合金管材的彎曲成形加工，屬於管材加工技術領域。
背景技術：
鎂合金在常溫下的成形性能較差，其塑性成形加工一般均是在熱態條件下完成的。鎂合金管材的彎曲成形是典型的塑性成形，因此鎂合金管材的彎曲成形多採用熱彎工藝。目前，常用的管材熱彎方法有火焰加熱彎管、中頻感應局部加熱彎管和爐內加熱彎管。火焰加熱熱效率不高，僅適用於彎制大直徑薄壁管件，鎂合金性質活潑、易燃，不能用火焰加熱。中頻感應局部加熱多用於外徑85mm以上大直徑的碳鋼和不鏽鋼管材的熱彎，它是將中頻感應圈套在管坯上，依靠中頻感應電流，將管坯局部瞬時加熱到所需高溫(800～1200℃)，隨即對加熱部分進行彎曲(拉彎或推彎)，鎂及其合金是弱磁性材料，中頻感應局部加熱熱效率低，所以是不適合的。將管材放置在爐內預加熱的方法由於受加熱效率低、彎曲成形時溫度不易控制、彎曲件尺寸限制等許多因素的制約，也不適用於鎂合金管材的熱彎。最新的鎂合金管材彎曲研究的報導是美國通用汽車公司研究中心的研究人員在數控彎管機上利用模具熱傳導進行鎂合金管材的熱彎成形(Alan A.Luo，Anil K.Sachdev「Development of a ModerateTemperature Bending Process for Magnesium Alloy Extrusions」，Material Science ForumVols.488-489(June 2005)第477-482頁)，它是將模具加熱至所需溫度，管材不預先加熱，通過管壁與模具接觸使熱量傳導給管坯從而達到所需溫度，經保溫後再進行彎曲。該方法的模具結構複雜，數控設備投資大、成本高，製件質量對工藝參數敏感，要求有充分的前期準備和試製工作。尤其是對於彎制薄壁管制件的情況，如果工藝參數選擇不當，很容易出現管壁起皺現象導致零件甚至是模具的報廢。

發明內容
為了克服現有鎂合金管材彎曲方法的不足，本發明提供一種電阻加熱彎曲的熱彎成形方法，同時提供一套管材電阻加熱彎曲設備。該熱彎方法可以滿足鎂合金管材熱彎時局部快速升溫的要求，在短時間內即可將鎂合金管坯局部加熱至所需的彎曲成形溫度，加熱效率高，彎曲成形溫度易於控制，適用於鎂合金管材的熱彎成形加工。
一種鎂合金管熱彎方法，該熱彎方法包括以下步驟
(1)在管坯內裝填填充物鎂合金管坯在彎曲成形前管內要填充幹砂或相應規格的低熔點金屬芯棒；(2)劃線確定管坯加熱的長度和位置；(3)在待彎曲段管坯表面塗抹潤滑劑，潤滑劑可用動物油脂酸鈉；(4)管坯裝卡配合加壓通電機構和彎曲模具，將待彎管坯裝卡固定在管材彎曲固定臺架上；(5)對彎曲模具進行預熱，預熱溫度120～150℃；(6)通過腳踏機構加壓使電極與管坯緊密接觸，然後對管坯彎曲段通電進行加熱；(7)採用二次加熱工藝將管坯加熱至所需溫度(225℃)；(8)管坯加熱至所需溫度後，切斷電源停止加熱，撤消電極壓力，在彎曲成形模具上一次性完成管坯的彎曲成形加工。
本發明中的鎂合金管材電阻加熱彎曲設備由以下幾個部分組成(1)電阻加熱電源，它的正負極輸出與加壓通電機構中的上下導電臂相聯；(2)加壓通電機構，它由上下導電臂、上下導電桿、上下電極和上下絕緣極組成，在導電臂和導電桿中設計有冷卻水通路，並在導電臂和導電桿上分別設計有進出水口，用冷卻水管將這些進出水口與冷卻水循環裝置相聯；(3)循環冷卻系統，它由加壓通電機構中的冷卻水通路、冷卻水管和冷卻水循環裝置組成，冷卻水循環裝置可採用成熟的市售專用產品。
(4)彎曲模具，它固定在管材彎曲固定臺架上，由軋輪、軋輪軸、轉臂、滾輪和滾輪軸組成，被加熱的管坯位於滾輪和軋輪之間，軋輪固定不轉動，彎曲時轉臂在彎曲力矩作用下帶動滾輪順時針沿軋輪軸轉動，從而完成管坯的彎曲成形加工。
本發明採用兩個電極在鎂合金管材的被彎曲段管坯中短時間內通過較大的電流，利用該段管體本身產生的電阻熱進行加熱，達到所需溫度後斷開電源，立即進行一次性彎曲，完成管材的彎曲成形。在鎂合金管坯的電阻加熱過程中需採用二次加熱工藝，即首先加熱一定時間，達到一定溫度後短時暫停加熱，再次加熱至所需溫度後停止。二次加熱工藝可以有效地降低鎂合金管坯在彎曲成形溫度區間內的冷卻速度，為管材彎曲成形提供良好的彎曲成形性能和充裕的彎曲加工時間。
本發明的有益效果可以在2分鐘內將鎂合金管坯加熱至所需彎曲成形溫度，加熱效率高；電阻加熱彎曲設備操作簡便、適應性好、工作穩定可靠；鎂合金管材彎曲質量好，管材彎曲段外弧側無破裂、內弧側無失穩起皺，橫截面最大橢圓率＜8％，最大壁厚減薄率＜12.5％；平均每5分鐘可以完成一個鎂合金管的彎曲成形加工。在管材加工技術領域有巨大應用價值。


圖1是鎂合金管材電阻加熱彎曲設備的正視圖；其中，1.冷卻水循環裝置，2.冷卻水管，3.電阻加熱電源，4.管坯加壓通電機構，5.彎曲模具，6.待彎管坯，7.管坯彎曲固定臺架，8.電極加壓腳踏板；圖2是圖1中所示管坯加壓通電機構的正視圖，其中，5.彎曲模具，6.待彎管坯，9.上電極，10.進水口，11.上導電桿，12.上導電臂，13.出水口，14.上絕緣極，15.緊固壓板，16.緊固支撐板，17.下電極，18.進水口，19.下導電臂，20.下導電桿，21.出水口，22.下絕緣極；圖3是圖1中所示電阻加熱彎曲設備的側視圖；其中，3.電阻加熱電源，5.彎曲模具，6.待彎管坯，9.上電極，11.上導電桿，12.上導電臂，19.下導電臂，20.下導電桿，22.下絕緣極，23.出水口，24.進水口，25.進水口，26.出水口；圖4是圖1中所示彎曲模具的俯視圖；其中，6.待彎管坯，9.上電極，15.緊固壓板，17.下電極，27.軋輪，28.軋輪軸，29.轉臂，30.滾輪，31.滾輪軸。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明中的鎂合金管熱彎方法及其設備做進一步說明。
圖1是鎂合金管材電阻加熱彎曲設備的正視圖，其中，1.冷卻水循環裝置，2.冷卻水管，3.電阻加熱電源，4.管坯加壓通電機構，5.彎曲模具，6.待彎管坯，7.管坯彎曲固定臺架，8.電極加壓腳踏板；在圖1中，待彎管坯(6)被固定在彎曲臺架上，並置於彎曲模具(5)的軋輪和滾輪之間，通過踩踏加壓腳踏板(8)，帶動機械預壓機構使電極與管坯保持緊密接觸。
圖2是圖1中所示管坯加壓通電機構的正視圖，其中，5.彎曲模具，6.待彎管坯，9.上電極，10.進水口，11.上導電桿，12.上導電臂，13.出水口，14.上絕緣極，15.緊固壓板，16.緊固支撐板，17.下電極，18.進水口，19.下導電臂，20.下導電桿，21.出水口，22.下絕緣極；在圖2中，導電臂(12、19)與導電桿(11、20)、導電桿(11、20)與上下電極(9、17)之間聯結緊密，使得這兩個部位的接觸電阻儘可能低；上下電極與管坯(6)的夾緊接觸面按照管坯的外徑配合加工成圓弧形，在加熱時通過腳踏式機械預壓機構施加壓力使電極的弧形內表面與管坯外表面之間保持良好的面接觸，保證導電良好，以免接觸電阻增加，造成加熱過程中的功率損失。上下絕緣極(14、22)採用絕緣且耐熱的材料加工而成，其與管坯的夾緊接觸面同樣按照管坯的外徑配合加工成圓弧形，以確保夾持穩固。上下電極(9、17)可沿導電桿(11、20)移動，電極尺寸可以根據管坯的外徑尺寸進行加工，這樣就可以在一定範圍內滿足不同外徑和不同彎曲半徑管件的加熱彎曲成形。
圖3是圖1中所示電阻加熱彎曲設備的側視圖；其中，3.電阻加熱電源，5.彎曲模具，6.待彎管坯，9.上電極，11.上導電桿，12.上導電臂，19.下導電臂，20.下導電桿，22.下絕緣極，23.出水口，24.進水口，25.進水口，26.出水口；在圖3中，電阻加熱電源(3)採用一個具有下降外特性的功率變壓器，可以通過調節變壓器初級繞組匝數的方法得到不同的次級空載電壓，從而實現加熱功率的調節，變壓器次級通水強制冷卻，導電臂(12、19)通過導電迴路與加熱電源變壓器的次級相連。
圖4是圖1中所示彎曲模具的俯視圖；其中，6.待彎管坯，9.上電極，15.緊固壓板，17.下電極，27.軋輪，28.軋輪軸，29.轉臂，30.滾輪，31.滾輪軸；在圖4中，被加熱的管坯(6)位於滾輪(27)和軋輪(30)之間，軋輪是固定不轉動的，彎曲時轉臂(29)在彎曲力矩作用下帶動滾輪順時針沿軋輪軸(28)轉動，從而完成管坯的彎曲成形加工。
由於加熱過程中電流可達到數千安培，故導電迴路全部採用強制水冷以確保管坯的可靠加熱和加熱效率。在圖3中，包括導電臂在內的電源部分迴路導體的冷卻通過上下兩個導電臂上的四個進出水口(23、24、25、26)通水，導電臂內設計有冷卻水通路；在圖2中，導電桿(11、20)中心設計有通孔，提供冷卻水通路，並在兩端設計了進出水口(10、13、18、21)，可以保證導電桿和電極的冷卻。用冷卻水管將各進出水口順序聯接後再與冷卻水循環裝置(圖1中1)聯接。
通過以下步驟，完成鎂合金管材的熱彎成形加工(1)在管坯內裝填填充物鎂合金管坯在彎曲成形前管內填充幹砂或相應規格的低熔點金屬芯棒；(2)劃線確定管坯加熱的長度和位置；(3)在待彎曲段管坯表面塗抹潤滑劑，潤滑劑為動物油脂酸鈉；(4)管坯裝卡配合加壓通電機構和彎曲模具，將待彎管坯裝卡固定在管材彎曲固定臺架上；(5)對彎曲模具進行預熱，預熱溫度140℃。
(6)加壓使電極與管坯緊密接觸，對管坯彎曲段通電進行加熱。採用二次加熱工藝將管坯加熱至225℃；(7)管坯加熱至所需溫度後，切斷電源停止加熱，撤消電極壓力，在彎曲成形模具上一次性完成管坯的彎曲成形加工。
利用該方法和設備加熱彎曲操作簡便、適應性好、工作穩定可靠；鎂合金管材彎曲質量好，管材彎曲段外弧側無破裂、內弧側無失穩起皺，平均每5分鐘就可以完成一個鎂合金管的彎曲成形加工。
權利要求
1.一種鎂合金管熱彎方法，其特徵在於，該熱彎方法包括以下步驟(1)在管坯內裝填填充物；(2)劃線確定管坯加熱的長度和位置；(3)在待彎曲段管坯表面塗抹潤滑劑；(4)管坯裝卡配合加壓通電機構和彎曲模具，將待彎管坯裝卡固定在管材彎曲固定臺架上；(5)對彎曲模具進行預熱，預熱溫度120～150℃；(6)通過腳踏機構加壓使電極與管坯緊密接觸，然後對管坯彎曲段通電進行加熱；(7)採用二次加熱工藝將管坯加熱至所需溫度；(8)管坯加熱至所需溫度後，切斷電源停止加熱，撤消電極壓力，在彎曲成形模具上一次性完成管坯的彎曲成形加工。
2.根據權利要求1所述的一種鎂合金管熱彎方法，其特徵在於，所述填充物為幹砂或相應規格的低熔點金屬芯棒。
3.根據權利要求1所述的一種鎂合金管熱彎方法，其特徵在於，所述潤滑劑為動物油脂酸鈉。
4.一種鎂合金管熱彎設備，其特徵在於，該設備包括以下四個部分——電阻加熱電源，它的正負極輸出與加壓通電機構中的上下導電臂相聯；——加壓通電機構，它由上下導電臂、上下導電桿、上下電極和上下絕緣極組成，在導電臂和導電桿中設計有冷卻水通路，並在導電臂和導電桿上分別設計有進出水口，用冷卻水管將這些進出水口與冷卻水循環裝置相聯；——循環冷卻系統，它由加壓通電機構中的冷卻水通路、冷卻水管和冷卻水循環裝置組成，冷卻水循環裝置採用成熟的市售專用產品；——彎曲模具，它固定在管材彎曲固定臺架上，由軋輪、軋輪軸、轉臂、滾輪和滾輪軸組成，被加熱的管坯位於滾輪和軋輪之間，軋輪固定不轉動，彎曲時轉臂在彎曲力矩作用下帶動滾輪順時針沿軋輪軸轉動。
5.根據權利要求4所述的一種鎂合金管熱彎設備，其特徵在於，所述電阻加熱電源是具有下降外特性的功率變壓器。
6.根據權利要求4所述的一種鎂合金管熱彎設備，其特徵在於，所述加壓通電機構中的導電臂與導電桿、導電桿與上下電極之間緊密聯結。
7.根據權利要求4所述的一種鎂合金管熱彎設備，其特徵在於，所述加壓通電機構中的上下電極可沿導電桿移動。
8.根據權利要求4所述的一種鎂合金管熱彎設備，其特徵在於，其導電迴路採用強制水冷。
全文摘要
一種鎂合金管熱彎方法及其設備，應用於鎂合金管材的彎曲成形加工技術領域。在管坯內裝填填充物、劃線確定管坯加熱的長度和位置、塗抹潤滑劑、管坯裝卡、預熱、通過腳踏機構加壓使電極與管坯緊密接觸、採用二次加熱工藝將管坯加熱至所需溫度、切斷電源，在彎曲成形模具上一次性完成管坯的彎曲成形加工。彎曲設備包括(1)電阻加熱電源；(2)加壓通電機構；(3)循環冷卻系統；(4)彎曲模具。本發明加熱效率高；電阻加熱彎曲設備操作簡便、適應性好、工作穩定可靠；鎂合金管材彎曲質量好，管材彎曲段外弧側無破裂、內弧側無失穩起皺，平均每5分鐘可以完成一個鎂合金管的彎曲成形加工。在管材加工技術領域有巨大應用價值。
文檔編號B21D9/16GK1709607SQ200510085368
公開日2005年12月21日 申請日期2005年7月27日 優先權日2005年7月27日
發明者李雙壽, 姚啟明, 賈寶利, 李而立, 張秀海 申請人:清華大學