[发明专利]一种采用柔性夹持的电流辅助热成形设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用柔性夹持的电流辅助热成形设备及方法，适用于金属基复合材料、钛合金、镁合金、铝锂合金等难变形材料的精密热成形，属于材料加工领域。

背景技术

金属基复合材料、钛合金、镁合金、铝锂合金等因具有较高强度且密度较低的优点，在高科技领域特别是航天航空方面得到了很多的应用，但由于这些材料在常温条件下塑形较差，属于常温难变形材料，刚性的电极压紧装置，容易出现打火放电现象，影响成形质量和效率；采用传统的加工工艺难以实现材料的成形，通常需要将这类材料加热到一定的热成形温度完成变形过程，传统板料加热方式温度不稳定、加热时间长和能量损耗大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为克服现有技术的不足，提供一种采用柔性夹持的电流辅助热成形设备及方法，解决脉冲电流辅助成形中放电打火等问题，提高金属基复合材料、钛合金、镁合金、铝锂合金等难变形材料的成形效率，提高成形过程自动化水平，降低成本、节省能源消耗。

本发明的技术解决方案是：

一种采用柔性夹持的电流辅助热成形设备，包括液压系统、气体压力控制系统、上平台、上模、柔性夹持系统、钢铜复合电极板、下模及下平台，上平台和下平台之间装有上模和下模，安装于上平台上的液压系统控制上模向下模运动，下模两端安装有钢铜复合电极板，板材坯料放置于钢铜复合电极板上，板材坯料两端上设置有柔性夹持系统，柔性夹持系统包括一端开口的半封闭结构及柔性管件，气体压力控制系统给柔性管件提供气体压力，使管件从开口一端胀出，进而压紧板材坯料。

钢铜复合电极板与脉冲电源相连，使得板材坯料、钢铜复合电极板和电源之间构成闭合回路。

柔性夹持系统与板材坯料之间设置有隔热层。

一种采用柔性夹持的电流辅助热成形方法，具体步骤为：

步骤一：将金属板材放置于设备中，气体压力控制系统驱动和调节柔性夹持系统提供压紧力；

步骤二：通入高强脉冲电流，脉冲电流通过导线、钢铜复合电极板、金属板材，形成闭合回路，脉冲电流对板材产生焦耳热、电致塑性、微缺陷修复，促进金属内部位错的运动；

步骤三：待工艺参数达到设定值后，电路控制系统自动关闭脉冲电源，同时，气体压力控制系统驱动柔性夹持系统去除压紧力；

步骤四：柔性夹持系统去除压紧力的同时，液压系统自动启动并提供零件的压制成形力，进行目标零件的压制成形；

步骤五：零件压制完成后，下模设计的自动顶出装置将零件顶出。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明在模具常温状态下即可实现板材的成形，无模具加热过程中模具的热损耗和加热模具到指定温度所需的能量，能够提高金属基复合材料、钛合金、镁合金、铝锂合金等难变形材料板材的成形效率，节省能源消耗，达到了很好的节能的效果。

(2)本发明采用柔性电极夹持系统，通过气体压力控制系统驱动柔性夹持系统提供压紧力，保证电极板和板料之间的良好紧密柔性接触，避免大尺寸坯料通电时容易产生虚接造成放电打火。

(3)本发明采用钢铜复合电极，能够有效降低电极与坯料间的热传输，提高坯料的温度场分布。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明柔性夹持系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明装置主要包括大功率电源，液压系统，成形模具，上、下模具固定板，柔性电极夹持系统，电极支块，绝缘装置，压缩气源，气体压力控制系统。模具由上下模具构成，上、下模具分别固定在上、下固定板上，待成形的板料在上、下模具之间，板料的两端放置在电极上，电极位于板料下方，板料的上方为隔热层和柔性夹持系统，柔性夹持系统通入气体膨胀后，压持电极对板料实现柔性夹持。电极的一端放置板料，另一端通过导电线路与大功率电源相连，使得板料，电极和电源之间构成一个电流的闭合回路。在电极的下方与电极支块之间要有绝缘层，保证电流仅通过金属板材坯料，提高能量输入效率。模具上下运动的动力由液压系统提供。板料的电阻要远远大于通电线路的电阻，这样大量的焦耳热将产生，作用在待成形板料上，将板料加热到指定温度，对于电阻率越大的材料，待成形板料的电阻越大，越有利于板料的自阻加热。装置的具体结构如图1所示。