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      一種低壓熱成形裝置的制作方法

      文檔序號(hào):11908473閱讀:225來源:國知局
      一種低壓熱成形裝置的制作方法

      本發(fā)明涉及機(jī)械制作領(lǐng)域,特別涉及一種低壓熱成形裝置。



      背景技術(shù):

      由于空心截面構(gòu)件高的抗彎模量和抗剪模量,被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化的最佳結(jié)構(gòu)形式。廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車和自行車等行業(yè)。流體內(nèi)壓成形是加工該類構(gòu)件的先進(jìn)成形技術(shù)。流體內(nèi)壓成形的技術(shù)原理是對初始坯料內(nèi)部施加高的介質(zhì)壓力使坯料截面周長增大而成形出不同截面形式的中空構(gòu)件。其變形的本質(zhì)是坯料膨脹變形。但該種變形模式具有局限性,不能用于強(qiáng)度較高或塑性較低材料的成形,其原因表現(xiàn)為以下幾方面:

      其一、對于需相變強(qiáng)化的材料無法在成形過程中實(shí)現(xiàn)熱處理。

      其二、由于內(nèi)壓為唯一的變形驅(qū)動(dòng)力,只有壓力達(dá)到很高時(shí)才可能驅(qū)使管材完全成形,因此必須配備專用的大功率增壓器,同時(shí)受超高壓密封技術(shù)限制,成形高強(qiáng)度或低塑性材料空心構(gòu)件時(shí)難度很大。此外,為提供足夠的合模力,必須采用大噸位設(shè)備。上述問題大大阻礙了該技術(shù)的工程應(yīng)用。

      其三,由于流體內(nèi)壓成形主要通過膨脹變形來制造出所需的異形截面,而膨脹變形模式屬于雙拉應(yīng)力狀態(tài),對于塑性較低的材料,易發(fā)生破裂,因此用于鋁、鎂合金時(shí)該技術(shù)存在很大缺陷。

      其四,對于高強(qiáng)材料其彈性模量一般較低,成形時(shí)彈性恢復(fù)劇烈,室溫流體內(nèi)壓成形的形狀精度很難保證。

      有學(xué)者提出熱態(tài)內(nèi)壓成形,該方法雖然解決了成形極限的問題,但加劇了壁厚不均的問題,而且受熱介質(zhì)增壓器的限制及高壓氣體安全問題的制約,不適于工程應(yīng)用。

      基于上述原因,轉(zhuǎn)為以彎曲為主要變形模式,改變流體內(nèi)壓成形以膨脹為唯一變形模式的弊端,并充分利用高溫下體積膨脹和成形過程中構(gòu)件截面變化引起的內(nèi)壓自升高特性為變形提供驅(qū)動(dòng)力,避免傳統(tǒng)工藝下對增壓器的過度依賴、成形件回彈量大、形狀精度低及壁厚均勻性差的問題,降低工藝難度,拓寬工藝適用范圍,提高成形質(zhì)量是本發(fā)明的原動(dòng)力。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷,提供一種低壓熱成形裝置,其主要解決現(xiàn)有裝置及工藝成形高強(qiáng)度或低塑性空心構(gòu)件時(shí),變形抗力大,成形件壁厚均勻性差和維型精度不高,易發(fā)生破裂,效率低和無法同步進(jìn)行熱處理的問題。

      本發(fā)明提到的一種低壓熱成形裝置,其技術(shù)方案是:包括左電極(2)、左密封沖頭(3)、上模具(15)、右電極(16)、右密封沖頭(17)和下模具(21),所述的上模具(15)與上工作臺(tái)(11)連接,下模具(21)與下工作臺(tái)(1)連接;左密封沖頭(3)通過介質(zhì)填充通道(5)和冷卻介質(zhì)開關(guān)(4)與外部冷卻介質(zhì)源(6)連接,同時(shí)通過單向閥(7)、減壓閥(8)和進(jìn)氣開關(guān)(10)與外部氣體介質(zhì)源(9)連接;右密封沖頭(17)開有泄壓通道(19)并與泄壓閥(18)連接;左電極(2)和右電極(16)通過導(dǎo)線(12)和電源開關(guān)(13)與電源(14)連接;

      通過左密封沖頭(3)和右密封沖頭(17)對初始管坯(20)端部密封,并移到指定位置;左電極(2)和右電極(16)移至與初始管坯(20)接觸,且左電極(2)設(shè)置在左密封沖頭(3)的右側(cè),而右電極(16)設(shè)置在右密封沖頭(17)的左側(cè);

      所述的初始管坯(20)的橫截面周長等于終成形件截面周長的0.5-1.5倍;

      所述的電源開關(guān)(13)閉合,并快速將密封通電的管坯整體移至下模具(21)的型腔中,其中,移動(dòng)時(shí)間不超過60秒。

      本發(fā)明提到的一種低壓熱成形的方法,包括以下步驟:

      步驟一:模具準(zhǔn)備,首先根據(jù)構(gòu)件形狀設(shè)計(jì)相應(yīng)的左電極(2)、左密封沖頭(3)、上模具(15)、右電極(16)、右密封沖頭(17)和下模具(21),所述的上模具(15)與上工作臺(tái)(11)連接,下模具(21)與下工作臺(tái)(1)連接;左密封沖頭(3)通過介質(zhì)填充通道(5)和冷卻介質(zhì)開關(guān)(4)與外部冷卻介質(zhì)源(6)連接,同時(shí)通過單向閥(7)、減壓閥(8)和進(jìn)氣開關(guān)(10)與外部氣體介質(zhì)源(9)連接;右密封沖頭(17)開有泄壓通道(19)并與泄壓閥(18)連接;左電極(2)和右電極(16)通過導(dǎo)線(12)和電源開關(guān)(13)與電源(14)連接;

      步驟二:初始管坯準(zhǔn)備,選擇尺寸合適的初始管坯,其中,初始管坯的橫截面周長等于終成形件截面周長的0.5-1.5倍,且初始管坯長度大于零件長度;

      步驟三:左密封沖頭(3)和右密封沖頭(17)對管坯端部密封,然后一起移到指定位置;

      步驟四:左電極(2)和右電極(16)移至與初始管坯接觸,其中,左電極設(shè)置在左密封沖頭的右側(cè),而右電極設(shè)置在右密封沖頭的左側(cè);

      步驟五:調(diào)整減壓閥(8),將壓力減至具體工藝需要值,然后打開進(jìn)氣開關(guān)(10)向管坯內(nèi)部通氣體介質(zhì);

      步驟六:電源開關(guān)(13)閉合,將密封通電的管坯整體移至下模具(21)的型腔中,且移動(dòng)時(shí)間不超過60秒;

      步驟七:上模具(15)下行,壓縮管坯使其發(fā)生彎曲變形,管坯截面積隨之減小,內(nèi)部壓力進(jìn)一步升高,促使管坯進(jìn)一步成形,整個(gè)過程中通過泄壓閥(18)控制內(nèi)部氣壓,直至模具閉合;

      步驟八:保壓,持續(xù)至管坯成形;

      步驟九:電源開關(guān)(13)斷開,打開冷卻介質(zhì)開關(guān)(4),向管坯內(nèi)部通冷卻介質(zhì),壓力增至泄壓閥開啟,同時(shí)氣體流量和通氣時(shí)長滿足成形件冷卻工藝要求;

      步驟十:關(guān)閉冷卻介質(zhì)開關(guān)(4),左密封沖頭(3)、右密封沖頭(17)、左電極(2)和右電極(16)后退至不影響成形件取出,打開模具,取出成形件(22)。

      優(yōu)選的,上述的步驟五中,對于高強(qiáng)材料壓力減至0~50MPa,低塑性材料壓力減至0~40MPa。

      優(yōu)選的,上述的電源為脈沖電流電源。

      優(yōu)選的,步驟三中的指定位置為下模具(21)或便于連接電極區(qū)域。

      優(yōu)選的,上述的初始管坯(20)采用高強(qiáng)度材料或低塑性材料。

      優(yōu)選的,上述的冷卻介質(zhì)源(6)為低溫氣體或液體;氣體介質(zhì)為室溫氣體或低溫氣體。

      本發(fā)明的有益效果是:

      其一,充分利用工藝過程中自有的溫度升高和體積變化引起的內(nèi)壓增大作為變形驅(qū)動(dòng)力,無需額外配備增壓器,工藝簡單,成本低;

      其二,采用具有一定壓力的冷卻介質(zhì)直接在模具型腔內(nèi)對構(gòu)件進(jìn)行淬火,有利于保證成形件的幾何精度,并提高工藝效率;

      其三,由于該工藝的變形模式以彎曲變形為主,避免了高溫下硬化指數(shù)降低的不利影響,成形件壁厚均勻性好,工藝適用性強(qiáng);

      其四,通過冷卻介質(zhì)從空心截面構(gòu)件腔體內(nèi)進(jìn)行淬火,由于介質(zhì)與構(gòu)件直接接觸,冷卻速度快且均勻,性能一致好;

      其五,熱成形下彈性變形極低,成形件幾乎無回彈,成形件形狀精度容易保證;

      其六,通過大功率電源直接對管坯加熱,速率快,熱損耗低,克服了傳統(tǒng)熱態(tài)流體內(nèi)壓成形效率低,不能滿足工程應(yīng)用的缺點(diǎn);

      本發(fā)明設(shè)計(jì)合理、工作可靠、效果顯著,具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。

      附圖說明

      圖1為本發(fā)明的模具的結(jié)構(gòu)示意圖;

      圖2為本發(fā)明的模具的A-A結(jié)構(gòu)圖;

      圖3為模具合模及淬火原理示意圖;

      圖4是圖3的B-B結(jié)構(gòu)圖;

      上圖中:下工作臺(tái)1、左電極2、左密封沖頭3、冷卻介質(zhì)開關(guān)4、介質(zhì)填充通道5、冷卻介質(zhì)源6、單向閥7、減壓閥8、氣體介質(zhì)源9、進(jìn)氣開關(guān)10、上工作臺(tái)11、導(dǎo)線12、電源開關(guān)13、電源14、上模具15、右電極16、右密封沖頭17、泄壓閥18、泄壓通道19、初始管坯20、下模具21、成形件22。

      具體實(shí)施方式

      參照附圖1-2,對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:

      本發(fā)明提到的一種低壓熱成形裝置,包括左電極2、左密封沖頭3、上模具15、右電極16、右密封沖頭17和下模具21,其特征是:所述的上模具15與上工作臺(tái)11連接,下模具21與下工作臺(tái)1連接;左密封沖頭3通過介質(zhì)填充通道5和冷卻介質(zhì)開關(guān)4與外部冷卻介質(zhì)源6連接,同時(shí)通過單向閥7、減壓閥8和進(jìn)氣開關(guān)10與外部氣體介質(zhì)源9連接;右密封沖頭17開有泄壓通道19并與泄壓閥18連接;左電極2和右電極16通過導(dǎo)線12和電源開關(guān)13與電源14連接;

      通過左密封沖頭3和右密封沖頭17對初始管坯20端部密封,并移到指定位置;左電極2和右電極16移至與初始管坯20接觸,且左電極2設(shè)置在左密封沖頭3的右側(cè),而右電極16設(shè)置在右密封沖頭17的左側(cè)。

      上述的初始管坯20的橫截面周長等于終成形件截面周長的0.5-1.5倍。

      上述的電源開關(guān)13閉合,并快速將密封通電的管坯整體移至下模具21的型腔中,其中,移動(dòng)時(shí)間不超過60秒。

      上述的上模具15按設(shè)定曲線下行,壓縮管坯使其發(fā)生彎曲變形,管坯截面積隨之減小,內(nèi)部壓力升高,促使管坯成形,整個(gè)過程中通過泄壓閥18控制內(nèi)部氣壓。

      參照附圖3-4,本發(fā)明提到的一種高強(qiáng)度或低塑性材料空心構(gòu)件低壓熱成形的方法,包括以下步驟:

      步驟一:模具準(zhǔn)備,首先根據(jù)構(gòu)件形狀設(shè)計(jì)相應(yīng)的左電極2、左密封沖頭3、上模具15、右電極16、右密封沖頭17和下模具21,上述與現(xiàn)有技術(shù)相同,此不贅述。上模具15與上工作臺(tái)11連接,下模具21與下工作臺(tái)1連接。左密封沖頭3通過介質(zhì)填充通道5和冷卻介質(zhì)開關(guān)4與外部冷卻介質(zhì)源6連接,同時(shí)通過單向閥7、減壓閥8和進(jìn)氣開關(guān)10與外部氣體介質(zhì)源9連接。右密封沖頭17開有泄壓通道19并與泄壓閥18連接。左電極2和右電極16通過導(dǎo)線12和電源開關(guān)13與電源14連接。

      步驟二:初始管坯準(zhǔn)備,選擇尺寸合適的初始管坯,其要點(diǎn)為初始管坯的橫截面周長與終成形件的橫截面周長相近,一般初始管坯的橫截面周長應(yīng)等于終成形件截面周長的0.5-1.5倍。初始管坯長度應(yīng)大于零件長度,保證有足夠的密封區(qū)域和電極接觸區(qū)域。

      步驟三:左密封沖頭3和右密封沖頭17對管坯端部密封,然后一起移到指定位置。密封方式與現(xiàn)有技術(shù)相同,此不贅述。

      步驟四:左電極2和右電極16移至與管坯接觸,其要點(diǎn)為左電極應(yīng)在左密封沖頭的右側(cè),而右電極應(yīng)在右密封沖頭的左側(cè),即保證la小于lb。

      步驟五:調(diào)整減壓閥8,將壓力減至具體工藝需要值,然后打開進(jìn)氣開關(guān)10向管坯內(nèi)部通氣體介質(zhì)。其要點(diǎn)為對于高強(qiáng)材料壓力一般減至0~50MPa,低塑性材料壓力一般減至0~40MPa。

      步驟六:電源開關(guān)13閉合,并快速將密封通電的管坯整體移至下模具21的型腔中,其要點(diǎn)為移動(dòng)時(shí)間不超過60秒。隨著通電的進(jìn)行,管坯溫度不斷升高,材料的流動(dòng)應(yīng)力下降,延伸率提高,同時(shí)管坯內(nèi)部氣體受熱膨脹,氣壓不斷升高。

      步驟七:上模具15按工藝設(shè)定曲線下行,壓縮管坯使其發(fā)生彎曲變形,管坯截面積隨之減小,內(nèi)部壓力進(jìn)一步升高,促使管坯進(jìn)一步成形,整個(gè)過程中通過泄壓閥18控制內(nèi)部氣壓最大值在具體工藝要求范圍內(nèi),直至模具閉合。

      步驟八:保壓一定時(shí)間,其要點(diǎn)為保壓持續(xù)至管坯成形。

      步驟九:電源開關(guān)13斷開,打開冷卻介質(zhì)開關(guān)4,向管坯內(nèi)部通冷卻介質(zhì),并持續(xù)一定時(shí)間,其要點(diǎn)為壓力增至泄壓閥開啟并,同時(shí)氣體流量和通氣時(shí)長滿足成形件冷卻工藝要求。

      步驟十:關(guān)閉冷卻介質(zhì)開關(guān)4,左密封沖頭3、右密封沖頭17、左電極2和右電極16后退至不影響成形件取出,打開模具,取出成形件22。

      其中,本發(fā)明提到的電源為大功率電源,大功率電源為電流范圍0-5000000A,電壓范圍0-36V的電源,電源為脈沖電流電源,脈沖頻率0-10000Hz,幅值0-100000A,電壓范圍0-100000V的電源。

      步驟三中的指定位置為下模具21或便與連接電極區(qū)域;步驟三中的指定位置為下模具21的內(nèi)型腔;步驟三中的指定位置為便于連接電極區(qū)域;

      初始管坯采用的高強(qiáng)度材料或低塑性材料,高強(qiáng)度材料為高強(qiáng)鋼或鈦合金,高強(qiáng)鋼為22MnB5,鈦合金為TC4;低塑性材料為鋁合金或鎂合金,鋁合金為2000系、5000系6000系或7000系鋁合金;

      冷卻介質(zhì)為低溫氣體或液體,氣體介質(zhì)為室溫氣體或低溫氣體,氣體介質(zhì)為低溫氣體。

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