[发明专利]一种高强度或低塑性材料空心构件低压热成形装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械制作领域，特别涉及一种高强度或低塑性材料空心构件低压热成形装置及方法。

背景技术

    由于空心截面构件高的抗弯模量和抗剪模量，被认为是实现结构轻量化的最佳结构形式。广泛应用于航空、航天、汽车和自行车等行业。流体内压成形是加工该类构件的先进成形技术。流体内压成形的技术原理是对初始坯料内部施加高的介质压力使坯料截面周长增大而成形出不同截面形式的中空构件。其变形的本质是坯料膨胀变形。但该种变形模式具有局限性，不能用于强度较高或塑性较低材料的成形，其原因表现为以下几方面：

其一、对于需相变强化的材料无法在成形过程中实现热处理。

其二、由于内压为唯一的变形驱动力，只有压力达到很高时才可能驱使管材完全成形，因此必须配备专用的大功率增压器，同时受超高压密封技术限制，成形高强度或低塑性材料空心构件时难度很大。此外，为提供足够的合模力，必须采用大吨位设备。上述问题大大阻碍了该技术的工程应用。

其三，由于流体内压成形主要通过膨胀变形来制造出所需的异形截面，而膨胀变形模式属于双拉应力状态，对于塑性较低的材料，易发生破裂，因此用于铝、镁合金时该技术存在很大缺陷。

其四，对于高强材料其弹性模量一般较低，成形时弹性恢复剧烈，室温流体内压成形的形状精度很难保证。

有学者提出热态内压成形，该方法虽然解决了成形极限的问题，但加剧了壁厚不均的问题，而且受热介质增压器的限制及高压气体安全问题的制约，不适于工程应用。

基于上述原因，转为以弯曲为主要变形模式，改变流体内压成形以膨胀为唯一变形模式的弊端，并充分利用高温下体积膨胀和成形过程中构件截面变化引起的内压自升高特性为变形提供驱动力，避免传统工艺下对增压器的过度依赖、成形件回弹量大、形状精度低及壁厚均匀性差的问题，降低工艺难度，拓宽工艺适用范围，提高成形质量是本发明的原动力。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种高强度或低塑性材料空心构件低压热成形装置及方法，其主要解决现有装置及工艺成形高强度或低塑性空心构件时，变形抗力大，成形件壁厚均匀性差和维型精度不高，易发生破裂，效率低和无法同步进行热处理的问题。

一种高强度或低塑性材料空心构件低压热成形装置，包括左电极（2）、左密封冲头（3）、上模具（15）、右电极（16）、右密封冲头（17）和下模具（21），其特征是：所述的上模具（15）与上工作台（11）连接，下模具（21）与下工作台（1）连接；左密封冲头（3）通过介质填充通道（5）和冷却介质开关（4）与外部冷却介质源（6）连接，同时通过单向阀（7）、减压阀（8）和进气开关（10）与外部气体介质源（9）连接；右密封冲头（17）开有泄压通道（19）并与泄压阀（18）连接；左电极（2）和右电极（16）通过导线（12）和电源开关（13）与电源（14）连接；

通过左密封冲头（3）和右密封冲头（17）对初始管坯（20）端部密封，并移到指定位置；左电极（2）和右电极（16）移至与初始管坯（20）接触，且左电极（2）设置在左密封冲头（3）的右侧，而右电极（16）设置在右密封冲头（17）的左侧。

上述的初始管坯（20）的横截面周长等于终成形件截面周长的0.5-1.5倍。

上述的电源开关（13）闭合，并快速将密封通电的管坯整体移至下模具（21）的型腔中，其中，移动时间不超过60秒。

上述的上模具（15）按设定曲线下行，压缩管坯使其发生弯曲变形，管坯截面积随之减小，内部压力升高，促使管坯成形，整个过程中通过泄压阀（18）控制内部气压。

本发明提到的一种高强度或低塑性材料空心构件低压热成形的方法，包括以下步骤：

步骤一：模具准备，首先根据构件形状设计相应的左电极（2）、左密封冲头（3）、上模具（15）、右电极（16）、右密封冲头（17）和下模具（21），所述的上模具（15）与上工作台（11）连接，下模具（21）与下工作台（1）连接；左密封冲头（3）通过介质填充通道（5）和冷却介质开关（4）与外部冷却介质源（6）连接，同时通过单向阀（7）、减压阀（8）和进气开关（10）与外部气体介质源（9）连接；右密封冲头（17）开有泄压通道（19）并与泄压阀（18）连接；左电极（2）和右电极（16）通过导线（12）和电源开关（13）与电源（14）连接；

步骤二：初始管坯准备，选择尺寸合适的初始管坯，其中，初始管坯的横截面周长等于终成形件截面周长的0.5-1.5倍，且初始管坯长度大于零件长度；