[发明专利]一种可控气体辅助的轻合金钣金冷模热成形方法

说明书

本发明涉及一种可控气体辅助的轻合金钣金冷模热成形方法。采用的成形模具包括凹模、凸模和压边法兰，成形方法包括成形模具的设计与制造、轻合金固溶处理、轻合金冷模热成形、轻合金零件合模淬火。针对冷模热成形模具与板坯之间存在换热、温度场非均匀的特点，在成形模具上构件冷却气路，利用可控气体辅助的方式，1)在成形过程中，调控板坯温度场，实现流动应力的合理分布，进而控制材料的流动；2)模具淬火过程中，调控变形零件局部的冷却速度，实现可控可调的梯度冷却，进而保证零件的组织与力学性能。本申请为轻合金复杂整体零件热成形提供一种先进的模具制造方法，解决了热成形轻合金面临的开裂、性能与壁厚分布不均的难题。

技术领域

本发明涉及冷模热成形技术领域，特别是涉及一种可控气体辅助的轻合金钣金冷模热成形方法。

背景技术

高性能轻合金(高强铝合金、钛合金)是航空航天、汽车、高铁的重要主体材料。复杂轻合金钣金类整体零件是运载装备实现轻量化与高可靠性的理想结构。然而，轻合金室温塑性差、塑性低，成形后回弹严重，难以成形复杂形状。若采用分块成形再焊接的方式，存在长焊缝，十字交叉焊缝，严重制约零件的可靠性，同时焊接应力带来的形状畸变，无法保证零件的整体精度；多道次成形再焊接，工序复杂，制造成本高。

热成形可以提高轻合金塑性，是成形复杂形状的有效方法。然而传统等温热成形技术(等温模压、超塑性、等温热气胀)难以保证零件的微观组织与力学性能；需要模具与板坯同时加热，设备能耗大，成本极高，且零件尺寸受限。近年来，冷模热成形是同时满足材料塑性、零件精度与性能的控形控性先进钣金类零件成形技术。该技术首先将板坯进行加热热处理，获得最优的微观组织，然后将板料快速转移至成形模具并以较高速度(250mm/s)进行热成形，成形模具无需加热,成形零件后续通过热处理的方式调控微观组织，提高力学性能。冷模热成形的主要优势在于：热成形：1)提高材料塑性，有利于实现复杂零件的整体成形，大幅减少焊缝与生产道次，显著提高可靠性与降低成本；2)高温条件下，材料回弹小，形状精度高；冷模淬火1)保证热处理板坯获得的优良微观组织得以保留，后续通过时效等热处理方式提高强度；2)冷模淬火生产效率高，模具无需加热成本低，可持续批量生产，同时保证零件的形状精度。

目前，采用现有技术的轻合金钣金冷模热成形时，存在以下不足：

1)高温条件下，材料与模具界面摩擦大，压边法兰区材料难以向凹模圆角处流动，易造成凹模圆角处开裂；

2)凸模圆角处材料为胀形类变形，材料温度高，流动应力低，易发生局部减薄；

3)材料发生减薄变形后，凸凹模之间存在间隙，导致淬火效果不理想，难以调控冷却速率，保证模具淬火的微观组织。

因此，发明人提供了一种可控气体辅助的轻合金钣金冷模热成形方法。

发明内容

针对冷模热成形模具与板坯之间存在换热、温度场非均匀的特点，利用可控气体辅助的方式，本发明实施例提供了一种可控气体辅助的轻合金钣金冷模热成形方法，通过在成形模具构建出冷却气路，调控板坯温度场以及调控变形零件局部的冷却速度，保证零件的组织与力学性能，解决了热成形轻合金存在的开裂、性能与壁厚分布不均的技术难题。

本发明的实施例提出了一种可控气体辅助的轻合金钣金冷模热成形方法，采用的成形模具包括凹模、凸模和压边法兰，其特征在于，所述成形方法包括：

进一步地，所述成形模具的设计与制造的步骤中，基于轻合金钣金零件的几何尺寸，确定所述成形模具上的气路个数以及截面尺寸。

进一步地，所述轻合金冷模热成形步骤中，通过机械手将轻合金钣金坯料转移至成形模具，转移时间8-13S，合模压边时，所述压边法兰处冷却气路开启的气压为0.5-3Mpa，所述凹模顶部圆角处冷却气路开启的气压为0.1-3Mpa，所述凸模底部气路开启的气压为0.1-0.5Mpa。