专利名称：一种镁合金管热弯方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于镁合金管的弯曲方法及其设备，可应用于镁合金管材的弯曲成形加工，属于管材加工技术领域。
背景技术：
镁合金在常温下的成形性能较差，其塑性成形加工一般均是在热态条件下完成的。镁合金管材的弯曲成形是典型的塑性成形，因此镁合金管材的弯曲成形多采用热弯工艺。目前，常用的管材热弯方法有火焰加热弯管、中频感应局部加热弯管和炉内加热弯管。火焰加热热效率不高，仅适用于弯制大直径薄壁管件，镁合金性质活泼、易燃，不能用火焰加热。中频感应局部加热多用于外径85mm以上大直径的碳钢和不锈钢管材的热弯，它是将中频感应圈套在管坯上，依靠中频感应电流，将管坯局部瞬时加热到所需高温(800～1200℃)，随即对加热部分进行弯曲(拉弯或推弯)，镁及其合金是弱磁性材料，中频感应局部加热热效率低，所以是不适合的。将管材放置在炉内预加热的方法由于受加热效率低、弯曲成形时温度不易控制、弯曲件尺寸限制等许多因素的制约，也不适用于镁合金管材的热弯。最新的镁合金管材弯曲研究的报道是美国通用汽车公司研究中心的研究人员在数控弯管机上利用模具热传导进行镁合金管材的热弯成形(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页)，它是将模具加热至所需温度，管材不预先加热，通过管壁与模具接触使热量传导给管坯从而达到所需温度，经保温后再进行弯曲。该方法的模具结构复杂，数控设备投资大、成本高，制件质量对工艺参数敏感，要求有充分的前期准备和试制工作。尤其是对于弯制薄壁管制件的情况，如果工艺参数选择不当，很容易出现管壁起皱现象导致零件甚至是模具的报废。
发明内容
为了克服现有镁合金管材弯曲方法的不足，本发明提供一种电阻加热弯曲的热弯成形方法，同时提供一套管材电阻加热弯曲设备。该热弯方法可以满足镁合金管材热弯时局部快速升温的要求，在短时间内即可将镁合金管坯局部加热至所需的弯曲成形温度，加热效率高，弯曲成形温度易于控制，适用于镁合金管材的热弯成形加工。
一种镁合金管热弯方法，该热弯方法包括以下步骤
(1)在管坯内装填填充物镁合金管坯在弯曲成形前管内要填充干砂或相应规格的低熔点金属芯棒；(2)划线确定管坯加热的长度和位置；(3)在待弯曲段管坯表面涂抹润滑剂，润滑剂可用动物油脂酸钠；(4)管坯装卡配合加压通电机构和弯曲模具，将待弯管坯装卡固定在管材弯曲固定台架上；(5)对弯曲模具进行预热，预热温度120～150℃；(6)通过脚踏机构加压使电极与管坯紧密接触，然后对管坯弯曲段通电进行加热；(7)采用二次加热工艺将管坯加热至所需温度(225℃)；(8)管坯加热至所需温度后，切断电源停止加热，撤消电极压力，在弯曲成形模具上一次性完成管坯的弯曲成形加工。
本发明中的镁合金管材电阻加热弯曲设备由以下几个部分组成(1)电阻加热电源，它的正负极输出与加压通电机构中的上下导电臂相联；(2)加压通电机构，它由上下导电臂、上下导电杆、上下电极和上下绝缘极组成，在导电臂和导电杆中设计有冷却水通路，并在导电臂和导电杆上分别设计有进出水口，用冷却水管将这些进出水口与冷却水循环装置相联；(3)循环冷却系统，它由加压通电机构中的冷却水通路、冷却水管和冷却水循环装置组成，冷却水循环装置可采用成熟的市售专用产品。
(4)弯曲模具，它固定在管材弯曲固定台架上，由轧轮、轧轮轴、转臂、滚轮和滚轮轴组成，被加热的管坯位于滚轮和轧轮之间，轧轮固定不转动，弯曲时转臂在弯曲力矩作用下带动滚轮顺时针沿轧轮轴转动，从而完成管坯的弯曲成形加工。
本发明采用两个电极在镁合金管材的被弯曲段管坯中短时间内通过较大的电流，利用该段管体本身产生的电阻热进行加热，达到所需温度后断开电源，立即进行一次性弯曲，完成管材的弯曲成形。在镁合金管坯的电阻加热过程中需采用二次加热工艺，即首先加热一定时间，达到一定温度后短时暂停加热，再次加热至所需温度后停止。二次加热工艺可以有效地降低镁合金管坯在弯曲成形温度区间内的冷却速度，为管材弯曲成形提供良好的弯曲成形性能和充裕的弯曲加工时间。
本发明的有益效果可以在2分钟内将镁合金管坯加热至所需弯曲成形温度，加热效率高；电阻加热弯曲设备操作简便、适应性好、工作稳定可靠；镁合金管材弯曲质量好，管材弯曲段外弧侧无破裂、内弧侧无失稳起皱，横截面最大椭圆率＜8％，最大壁厚减薄率＜12.5％；平均每5分钟可以完成一个镁合金管的弯曲成形加工。在管材加工技术领域有巨大应用价值。
图1是镁合金管材电阻加热弯曲设备的正视图；其中，1.冷却水循环装置，2.冷却水管，3.电阻加热电源，4.管坯加压通电机构，5.弯曲模具，6.待弯管坯，7.管坯弯曲固定台架，8.电极加压脚踏板；图2是图1中所示管坯加压通电机构的正视图，其中，5.弯曲模具，6.待弯管坯，9.上电极，10.进水口，11.上导电杆，12.上导电臂，13.出水口，14.上绝缘极，15.紧固压板，16.紧固支撑板，17.下电极，18.进水口，19.下导电臂，20.下导电杆，21.出水口，22.下绝缘极；图3是图1中所示电阻加热弯曲设备的侧视图；其中，3.电阻加热电源，5.弯曲模具，6.待弯管坯，9.上电极，11.上导电杆，12.上导电臂，19.下导电臂，20.下导电杆，22.下绝缘极，23.出水口，24.进水口，25.进水口，26.出水口；图4是图1中所示弯曲模具的俯视图；其中，6.待弯管坯，9.上电极，15.紧固压板，17.下电极，27.轧轮，28.轧轮轴，29.转臂，30.滚轮，31.滚轮轴。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明中的镁合金管热弯方法及其设备做进一步说明。
图1是镁合金管材电阻加热弯曲设备的正视图，其中，1.冷却水循环装置，2.冷却水管，3.电阻加热电源，4.管坯加压通电机构，5.弯曲模具，6.待弯管坯，7.管坯弯曲固定台架，8.电极加压脚踏板；在图1中，待弯管坯(6)被固定在弯曲台架上，并置于弯曲模具(5)的轧轮和滚轮之间，通过踩踏加压脚踏板(8)，带动机械预压机构使电极与管坯保持紧密接触。
图2是图1中所示管坯加压通电机构的正视图，其中，5.弯曲模具，6.待弯管坯，9.上电极，10.进水口，11.上导电杆，12.上导电臂，13.出水口，14.上绝缘极，15.紧固压板，16.紧固支撑板，17.下电极，18.进水口，19.下导电臂，20.下导电杆，21.出水口，22.下绝缘极；在图2中，导电臂(12、19)与导电杆(11、20)、导电杆(11、20)与上下电极(9、17)之间联结紧密，使得这两个部位的接触电阻尽可能低；上下电极与管坯(6)的夹紧接触面按照管坯的外径配合加工成圆弧形，在加热时通过脚踏式机械预压机构施加压力使电极的弧形内表面与管坯外表面之间保持良好的面接触，保证导电良好，以免接触电阻增加，造成加热过程中的功率损失。上下绝缘极(14、22)采用绝缘且耐热的材料加工而成，其与管坯的夹紧接触面同样按照管坯的外径配合加工成圆弧形，以确保夹持稳固。上下电极(9、17)可沿导电杆(11、20)移动，电极尺寸可以根据管坯的外径尺寸进行加工，这样就可以在一定范围内满足不同外径和不同弯曲半径管件的加热弯曲成形。
图3是图1中所示电阻加热弯曲设备的侧视图；其中，3.电阻加热电源，5.弯曲模具，6.待弯管坯，9.上电极，11.上导电杆，12.上导电臂，19.下导电臂，20.下导电杆，22.下绝缘极，23.出水口，24.进水口，25.进水口，26.出水口；在图3中，电阻加热电源(3)采用一个具有下降外特性的功率变压器，可以通过调节变压器初级绕组匝数的方法得到不同的次级空载电压，从而实现加热功率的调节，变压器次级通水强制冷却，导电臂(12、19)通过导电回路与加热电源变压器的次级相连。
图4是图1中所示弯曲模具的俯视图；其中，6.待弯管坯，9.上电极，15.紧固压板，17.下电极，27.轧轮，28.轧轮轴，29.转臂，30.滚轮，31.滚轮轴；在图4中，被加热的管坯(6)位于滚轮(27)和轧轮(30)之间，轧轮是固定不转动的，弯曲时转臂(29)在弯曲力矩作用下带动滚轮顺时针沿轧轮轴(28)转动，从而完成管坯的弯曲成形加工。
由于加热过程中电流可达到数千安培，故导电回路全部采用强制水冷以确保管坯的可靠加热和加热效率。在图3中，包括导电臂在内的电源部分回路导体的冷却通过上下两个导电臂上的四个进出水口(23、24、25、26)通水，导电臂内设计有冷却水通路；在图2中，导电杆(11、20)中心设计有通孔，提供冷却水通路，并在两端设计了进出水口(10、13、18、21)，可以保证导电杆和电极的冷却。用冷却水管将各进出水口顺序联接后再与冷却水循环装置(图1中1)联接。
通过以下步骤，完成镁合金管材的热弯成形加工(1)在管坯内装填填充物镁合金管坯在弯曲成形前管内填充干砂或相应规格的低熔点金属芯棒；(2)划线确定管坯加热的长度和位置；(3)在待弯曲段管坯表面涂抹润滑剂，润滑剂为动物油脂酸钠；(4)管坯装卡配合加压通电机构和弯曲模具，将待弯管坯装卡固定在管材弯曲固定台架上；(5)对弯曲模具进行预热，预热温度140℃。
(6)加压使电极与管坯紧密接触，对管坯弯曲段通电进行加热。采用二次加热工艺将管坯加热至225℃；(7)管坯加热至所需温度后，切断电源停止加热，撤消电极压力，在弯曲成形模具上一次性完成管坯的弯曲成形加工。
利用该方法和设备加热弯曲操作简便、适应性好、工作稳定可靠；镁合金管材弯曲质量好，管材弯曲段外弧侧无破裂、内弧侧无失稳起皱，平均每5分钟就可以完成一个镁合金管的弯曲成形加工。
权利要求
1.一种镁合金管热弯方法，其特征在于，该热弯方法包括以下步骤(1)在管坯内装填填充物；(2)划线确定管坯加热的长度和位置；(3)在待弯曲段管坯表面涂抹润滑剂；(4)管坯装卡配合加压通电机构和弯曲模具，将待弯管坯装卡固定在管材弯曲固定台架上；(5)对弯曲模具进行预热，预热温度120～150℃；(6)通过脚踏机构加压使电极与管坯紧密接触，然后对管坯弯曲段通电进行加热；(7)采用二次加热工艺将管坯加热至所需温度；(8)管坯加热至所需温度后，切断电源停止加热，撤消电极压力，在弯曲成形模具上一次性完成管坯的弯曲成形加工。
2.根据权利要求1所述的一种镁合金管热弯方法，其特征在于，所述填充物为干砂或相应规格的低熔点金属芯棒。
3.根据权利要求1所述的一种镁合金管热弯方法，其特征在于，所述润滑剂为动物油脂酸钠。
4.一种镁合金管热弯设备，其特征在于，该设备包括以下四个部分——电阻加热电源，它的正负极输出与加压通电机构中的上下导电臂相联；——加压通电机构，它由上下导电臂、上下导电杆、上下电极和上下绝缘极组成，在导电臂和导电杆中设计有冷却水通路，并在导电臂和导电杆上分别设计有进出水口，用冷却水管将这些进出水口与冷却水循环装置相联；——循环冷却系统，它由加压通电机构中的冷却水通路、冷却水管和冷却水循环装置组成，冷却水循环装置采用成熟的市售专用产品；——弯曲模具，它固定在管材弯曲固定台架上，由轧轮、轧轮轴、转臂、滚轮和滚轮轴组成，被加热的管坯位于滚轮和轧轮之间，轧轮固定不转动，弯曲时转臂在弯曲力矩作用下带动滚轮顺时针沿轧轮轴转动。
5.根据权利要求4所述的一种镁合金管热弯设备，其特征在于，所述电阻加热电源是具有下降外特性的功率变压器。
6.根据权利要求4所述的一种镁合金管热弯设备，其特征在于，所述加压通电机构中的导电臂与导电杆、导电杆与上下电极之间紧密联结。
7.根据权利要求4所述的一种镁合金管热弯设备，其特征在于，所述加压通电机构中的上下电极可沿导电杆移动。
8.根据权利要求4所述的一种镁合金管热弯设备，其特征在于，其导电回路采用强制水冷。
全文摘要
一种镁合金管热弯方法及其设备，应用于镁合金管材的弯曲成形加工技术领域。在管坯内装填填充物、划线确定管坯加热的长度和位置、涂抹润滑剂、管坯装卡、预热、通过脚踏机构加压使电极与管坯紧密接触、采用二次加热工艺将管坯加热至所需温度、切断电源，在弯曲成形模具上一次性完成管坯的弯曲成形加工。弯曲设备包括(1)电阻加热电源；(2)加压通电机构；(3)循环冷却系统；(4)弯曲模具。本发明加热效率高；电阻加热弯曲设备操作简便、适应性好、工作稳定可靠；镁合金管材弯曲质量好，管材弯曲段外弧侧无破裂、内弧侧无失稳起皱，平均每5分钟可以完成一个镁合金管的弯曲成形加工。在管材加工技术领域有巨大应用价值。
文档编号B21D9/16GK1709607SQ200510085368
公开日2005年12月21日 申请日期2005年7月27日 优先权日2005年7月27日
发明者李双寿, 姚启明, 贾宝利, 李而立, 张秀海 申请人:清华大学