[发明专利]一种金属构件振动蠕变成形的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属构件振动蠕变成形的方法和装置，特别涉及一种减小金属坯料利用蠕变等微小的不可恢复变形加工的金属构件振动蠕变成形的方法和装置。

背景技术

金属构件蠕变成形是利用金属的蠕变(或应力松驰)变形特性进行材料加工的一种方法。蠕变成形构件初期的部分弹性变形会因发生蠕变而转化为不可恢复变形，剩余弹性部分会在卸载后使构件发生回弹。蠕变成形按加载贴模方式可分为两类，一类是利用模具与气压联合作用加载贴模(以下简称气压加载)，另一类是模具与待成形金属坯料接触加载贴模(以下简称模具加载)。气压加载贴模蠕变成形的一般过程为：①根据所需构件的几何尺寸、曲率特性与回弹量准备好模具，②将预先准备好的金属坯料放于模具上，③将坯料和模具密封在一个塑料袋中，④对塑料袋抽真空，坯料承受塑料袋外的大气压力而加载，使坯料贴模，或将密封的塑料袋连同密封于袋中的模具、坯料一起放于即能提供可控压力，又能提供可控温度的热压罐中，对密封的塑料袋抽真空(可在进罐之前抽真空，也可在进罐之后抽真空)使坯料加载，实现贴模，⑤按预先设计好的温度-时间曲线对模具与坯料加热。⑥加热过程完成后卸载，取出构件，构件经回弹后达到所需几何尺寸与曲率特性。模具加载贴模蠕变成形的一般过程为：①根据所需构件的几何尺寸与曲率特性设计、制造模具(一般情况下需要上、下模)，②将预先准备好的金属坯料放于上、下模形成的模腔中，③在驱动机构的作用下使上、下模与金属坯料紧密接触并保持压力，④按预先设计好的温度-时间曲线对模具与坯料一齐加热。⑤加热过程完成后卸载，取出构件，构件经回弹后达到所需几何尺寸与曲率特性。与一般塑性变形加工构件相比，构件蠕变成形技术具有成形应力低、成形后构件残余应力小等优点。然而，以往的研究发现，蠕变成形过程中，由于受材料蠕变特性的限制，蠕变成形卸载后均会或多或少地发生回弹，通常回弹率可达到总弹性应变的60％以上。如果能够使蠕变成形的回弹率控制在一个比较小的范围内，将会大幅度提高成形精度、减少试模次数，提高成形效率，节约成本。

发明内容

为了解决现有通过蠕变成形制作曲面构件时，构件回弹率过高而导致成型精度较差、试制模具次数多、成形效率底下且成本较高的技术问题，本发明提供一种在构件蠕变成形的过程中可有效减小成形后构件的回弹率的成形方法及装置。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，一种金属构件振动蠕变成形的方法，包括以下步骤：

(1)将需加工的构件放在设有激振器的振动平台上的模具中，并对构件进行蠕变加热处理，加热的持续时间为1-100小时，温度为80℃～350℃；

(2)在构件加热过程中通过激振器对振动平台进行振动。

所述的一种金属构件振动蠕变成形的方法，所述的步骤(2)中，在加热过程中需振动1-100次，每次振动持续时间为10～600分钟，每次振动之间的间歇时间为30～120分钟。

所述的一种金属构件振动蠕变成形的方法，在进行所述的步骤(2)的每次振动之前，首先需测试振动平台的固有频率f，获得固有频率f后，通过调节激振器，在0.6～0.8倍固有频率f的激振频率范围内，获得10～50m/s²的加速度，再以此时激振器状态作为本次施加振动加载的依据。

与所述方法配套的金属构件振动蠕变成形装置，包括蠕变模具、锁紧机构、振动平台、至少一个激振器、加速度探头和频率-加速度同步测试仪，所述的蠕变模具通过锁紧机构固定于振动平台上，所述的激振器和加速度探头固定于振动平台上，激振器和加速度探头分别电连接至频率-加速度同步测试仪。

所述的一种金属构件振动蠕变成形装置，所述的蠕变模具包括上模、下模和加热装置，所述的上模和下模自上而下依次层叠并通过锁紧机构固定于振动平台上，所述的加热装置固定于振动平台上并罩住上模和下模。

所述的一种金属构件振动蠕变成形装置，所述的蠕变模具包括模具、塑料袋、真空泵和加热装置，所述的模具通过锁紧机构固定于振动平台上，所述的塑料袋密封罩于模具上，所述的真空泵通过管道连通至塑料袋内，所述的加热装置固定于振动平台上并罩住塑料袋和模具。

所述的一种金属构件振动蠕变成形装置，所述的蠕变模具包括模具、塑料袋、真空泵和热压罐，所述的模具通过锁紧机构固定于振动平台上，所述的塑料袋密封罩于模具上，所述的真空泵通过管道连通至塑料袋内，所述的振动平台整体置于热压罐内。

所述的一种金属构件振动蠕变成形装置，还包括多个冷却装置，所述的冷却装置固定于振动平台上并分别罩于激振器和加速度探头上。