抗磁性材料芯棒间接热传导弯曲装置及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115921624A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211469179.6(22)申请日2022.11.22(71)申请人南京航空航天大学地址210000江苏省南京市秦淮区御道街29号申请人沈阳飞机工业（集团）有限公司(72)发明人郭训忠张任思绪程诚白雪山陶杰张坤(74)专利代理机构上海恩凡知识产权代理有限公司31459专利代理师李强(51)Int.Cl.B21D9/04(2006.01)B21D37/16(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称抗磁性材料芯棒间接热传导弯曲装置及方法(57)摘要本发明公开了抗磁性材料芯棒间接热传导弯曲装置及方法，涉及弯管设备技术领域，包括用于对成形管材进行弯曲的弯曲模、在X轴、Y轴伺服电机的控制下在XY平面上带动弯曲模移动的球面轴承、对成形管材起压紧与导向作用的导向机构、用于推动成形管材在沿着导向机构移动的推进机构，推进机构的输入端连接用于为其提供动力的Z轴电机，本发明使用电磁感应加热芯棒至其居里温度，在通过弯曲过程中，万向球节芯棒与管材内壁接触实现芯棒对管材的热传导加热。难变形材料热成形可减轻冷成形过程中管材的成形难度，通过热应力的作用可降低管材变形抗力，在提高管材的成形极限的同时，有效解决管材内壁增厚与失稳等缺陷，提高成形质量。CN115921624ACN115921624A权利要求书1/2页1.抗磁性材料芯棒间接热传导弯曲装置，包括用于对成形管材(7)进行弯曲的弯曲模(3)、在X轴、Y轴伺服电机的控制下在XY平面上带动弯曲模(3)移动的球面轴承(4)、对成形管材(7)起压紧与导向作用的导向机构(6)、用于推动成形管材(7)在沿着导向机构(6)移动的推进机构(9)，推进机构(9)的输入端连接用于为其提供动力的Z轴电机(10)；其特征在于，所述导向机构(6)外侧设有用于进行加热的感应加热线圈(2)，感应加热线圈(2)的供电端连接变压器(1)，通过变压器(1)控制输入电流，在导向机构(6)前端到弯曲模(3)的圆角处内置万向球节芯棒(5)，其尾端连接杆穿过推进机构(9)使万向球节芯棒(5)固定在的管材塑性变形区；所述导向机构(6)由隔热陶瓷二氧化锆制成，在防止产生感应电流的前提下同时起到保温的作用；所述弯曲模(3)圆角处和导向机构(6)后端设有连通外冷却水的冷却环(11)，起到控制高温区长度的作用；万向球节芯棒(5)收电磁感应线圈(2)加热一段时间，达到其自身居里温度700℃，并在此温度下保持恒温，当弯曲成形开始之后，在推进机构(9)的推动下，管材以速度v沿Z轴进给，弯曲模(3)在球面轴承(4)的带动下产生弯曲偏距U，弯曲过程中，芯棒始终贴合弯管的弯曲外侧，弯曲内侧部分贴合，通过接触部位，芯棒不断热传导至管材内壁实现热成形。2.根据权利要求1所述的抗磁性材料芯棒间接热传导弯曲装置，其特征在于，所述万向球节芯棒(5)由一个球柄与数个芯球组成，不同芯球直接通过连接转轴实现铰接，芯球可以绕连接轴转动，在弯曲过程中起到对管材内壁的支撑作用，通过连接轴可以实现电磁感应加热芯棒后，芯棒整体各个区域温度分布均匀。3.根据权利要求2所述的抗磁性材料芯棒间接热传导弯曲装置，其特征在于，万向球节芯棒(5)的芯球个数与管材(7)塑性成形长度相对应，三维自由弯曲成形装置的塑性变形区为导向机构(6)到弯曲模(3)圆角处，因此对同一套弯曲模具，加热区长度固定，通过对推进机构(9)进给速度的控制，可以实现对加热时间的调控，在外界温度一定的条件下，根据热传导方程可以实现对成形温度的精确调控。4.一种权利要求3所述的抗磁性材料芯棒间接热传导弯曲装置的弯曲方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：第一步：已知芯棒球节段的有效接触长度为L，芯棒受电磁感应加热作用的温度稳定为居里温度T0，芯棒与管材的接触传热面积为A；针对同一种管材其导热系数λ，壁厚δ，比热容c，密度ρ均为定值，可以由此推导出当目标管材成形温度T1时的轴向进给速度v；步骤二：第二步：管材初始温度为室温，目标成形温度为T1，则取轴向长度为dx的管材需要吸收的热量Q0：Q0＝cm(T1‑25)m＝ρV＝ρπδ2dx2Q0＝cm(T1‑25)＝cρπδdx(T1‑25)；步骤三：根据热传导方程可得加热时间t内吸收的热量Q入：A＝πR2dx；2CN115921624A权利要求书2/2页步骤四：联立加热到目标温度所需吸收的热量与加热吸收的热量可得目标推进速度：Q0＝Q入；步骤五：通过该推进速度与加热温度的成形参数理论模型计算得到的推进速度，可实现对管材成形温度的精确调控；其中参数包括：芯棒球节段的有效接触长度L，芯棒稳定温度T0，芯棒与管材的接触传热面积A；针管材导