[发明专利]一种异形构件超低压充液成形系统及方法

说明书

本发明公开了一种异形构件超低压充液成形系统，包括控制系统、增压器、驱动装置、预成形单元和终成形单元。本发明还提供一种基于上述异形构件超低压充液成形系统的异形构件超低压充液成形方法，包括以下步骤：S1：采用板坯制成沿纵向带有搭接部的等直径筒形卷坯；S2：将所述等直径筒形卷坯胀形为变直径筒形预制卷坯；S3：对所述变直径筒形预制卷坯上残留的所述搭接部沿轴线方向进行切割和焊接，得到变直径预制管坯；S4：将所述变直径预制管坯充液压形，使所述变直径预制管坯发生压缩变形，从而成形出异形构件。本发明的异形构件超低压充液成形系统及方法提高了异形构件的性能、成形精度以及成形效率。

技术领域

本发明涉及金属成形制造技术领域，特别是涉及一种异形构件超低压充液成形系统及方法。

背景技术

随着汽车、航空和航天等高技术产业的不断发展，对结构的轻量化、整体化、高性能和高可靠性提出了更加苛刻的要求。既要保证结构的整体可靠性，同时还要保证在满足强度要求基础上具有尽可能轻的质量，在满足结构要求的前提下获得高精的形状尺寸和优良性能。异形薄壁金属管类构件作为一类典型结构，往往具有管件形状复杂、径厚比大、截面差大和材料强度高等特征，在新一代汽车、航空航天领域具有大量的应用需求，尤其是对于整体结构高强钢、钛合金和高温合金等高强度材料的异形薄壁管类构件，具有良好的力学性能和耐腐蚀性能，是理想的空心整体结构，具有很好的应用前景。工业生产中在异形薄壁构件成形方法主要有“分块+焊接”和内高压成形两种形式。

“分块+焊接”方法采用拉伸或落压方式成形蒙皮，然后组装拼焊而成。存在的问题主要有：空间装配难度大，焊后热变形严重，需经过长时间的高温蠕变整形才能达到使用精度；焊缝纵横交错降低了服役可靠性；工序链条长，工艺可控性差，产品质量一致性不佳。

内高压成形方法以管材作坯料，通过管材内部施加高压液体和轴向补料把管材压入到模具型腔使其成形为所需形状的工件。采用柔性液体作为软模实现异形截面中空构件的整体成形，液体压力易于控制，又是在室温下实施，工艺性好。内压是管坯发生变形的主驱动力，因此内高压成形所需的压力很高。例如，对于普通低碳钢材料，成形约5mm的圆角整形压力高达200MPa。该压力对密封、液压元器件、模具强度、压机吨位等均提出了很高的要求。制约该技术在高强材料和大截面尺寸和大截面差产品上的进一步应用。高强材料所需成形压力超过400MPa，超出工程设备最高压力极限；成形的最大直径＜200mm，截面差＜50％，过大的尺寸会带来设备吨位的急剧增加，截面差过大会带来成形件的壁厚减薄严重；此外，容易发生圆角区过渡减薄导致壁厚不均甚至开裂。

为解决压力高的问题美国Vari-form首先提出了低压顺序成形，在模具闭合中同时升高内压，使管坯发生部分变形，以降低整形阶段的变形量。相应的所需的整形压力降低了30-50％。但是实践中发现该技术的工艺性较差。首先是合模中膨胀变形不易控制，过大会形成死皱，过小其整形压力仍然很高。其次，模具合模对管腔内液体产生了压缩效应，导致内部压力波动，干扰了液压元器件对压力的精确控制，这对设备的反馈、响应都提出了极高要求。

哈尔滨工业苑世剑提出了内凹预成形技术，先将管坯压成内凹形状，该形状在内压作用下，会产生一个放大数倍的水平推力，将内凹段坯料推到圆角部位，十分巧妙地降低了成形压力。但内凹预成形技术主要被运用在成形初期阶段，因为当内凹展平后，水平推力就不存在了，仍然需通过升高压力使未贴模的区域贴靠模具。

德国学者提出热气胀成形技术，通过升温降低材料的流动应力进而达到降低成形压力的目的。但带来的问题是高温下摩擦系数进一步增大、硬化指数进一步降低，成形件的壁厚均匀性不好。高温成形还存在组织性能控制和表面质量等问题。此外，高温环境下，压力的发生、控制、密封等都不便于实施。

综上所述，当前技术发展对异形薄壁构件提出了更高的需求。国内外现有技术，对于异形薄壁构件基于“膨胀变形思路”提出了多种改善办法，均不能满足大径厚比、大截面差、高精度异形薄壁构件整体成形需求。

发明内容