輕合金管狀構(gòu)件固體顆粒介質(zhì)熱脹成形方法
【專利摘要】一種輕合金管狀構(gòu)件固體顆粒介質(zhì)熱脹成形方法，其主要是將模具裝置和耐熱固體顆粒介質(zhì)預(yù)熱；將模具閉合，并將下壓蓋和下壓頭移動(dòng)至設(shè)定位置，下壓蓋和下壓頭移動(dòng)位置根據(jù)管坯長(zhǎng)度和耐熱固體顆粒介質(zhì)填裝體積分別設(shè)定，將管坯裝入上述已加熱模具的空腔內(nèi)，并將上述已加熱的耐熱固體顆粒介質(zhì)填裝至管坯、下壓蓋和下壓頭形成的空腔內(nèi)，將上壓蓋和上壓頭先后閉合，繼續(xù)加熱并達(dá)到工藝設(shè)定溫度，上下壓頭和壓蓋分別按照設(shè)定的路線加載，使管坯發(fā)生變形，即得到設(shè)計(jì)的輕合金管狀構(gòu)件。本發(fā)明工藝控制簡(jiǎn)便，投入成本低廉，綠色環(huán)保無污染，能夠一次成形出形狀復(fù)雜的輕合金空心變截面管狀構(gòu)件，進(jìn)一步提高管材的成形極限。
【專利說明】輕合金管狀構(gòu)件固體顆粒介質(zhì)熱脹成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉一種輕合金管狀構(gòu)件的成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，在航空、航天和軍工等高【技術(shù)領(lǐng)域】不斷要求零構(gòu)件的高性能、輕量化、高可靠性與功能高效化。管狀構(gòu)件所具有的整體化、薄殼和空心變截面等輕體結(jié)構(gòu)特征正適應(yīng)了發(fā)展的需求。同時(shí)，關(guān)鍵構(gòu)件往往應(yīng)用于極端苛刻的環(huán)境，由于輕合金材料表現(xiàn)的密度低、高強(qiáng)度、高硬度、耐熱、耐磨、耐蝕等優(yōu)質(zhì)性能，現(xiàn)已成為關(guān)鍵構(gòu)件的首選材料。輕合金材料主要包括鋁合金、鎂合金、鈦合金和特殊復(fù)合材料等。而這種材料大多室溫變形能力較差，延伸率一般都小于10%?15%，常溫條件下用傳統(tǒng)的成形工藝難以成形復(fù)雜截面形狀的零件，這極大地制約了其廣泛應(yīng)用。但是，鋁合金、鎂合金材料在中等溫度區(qū)間200°C?400°C范圍內(nèi)的成形性能可以得到顯著的提高，鈦合金材料在750°C?850°C的高溫條件下塑性變形能力顯著增強(qiáng)，因此，亟需發(fā)展輕合金管狀構(gòu)件高性能精確熱成形制造新原理新技術(shù)才能夠解決這一問題。目前，輕質(zhì)合金管狀構(gòu)件熱成形的工藝方法主要是采用液體、氣體作為傳力介質(zhì)的內(nèi)高壓成形技術(shù)，該工藝需要配備提供高溫高壓液體、氣體的專用增壓、傳輸和控制系統(tǒng)。由于增壓和傳輸系統(tǒng)中高壓閥、密封、管路、以及傳壓介質(zhì)本身耐熱性能的限制，使其難以應(yīng)用于較高的成形溫度區(qū)間。同時(shí)，昂貴的外部專用增壓設(shè)備和控制系統(tǒng)也限制了該工藝的廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種方法簡(jiǎn)單、節(jié)能環(huán)保、一次成形的輕合金管狀構(gòu)件固體顆粒介質(zhì)熱脹成形方法。本發(fā)明主要是采用耐熱固體顆粒介質(zhì)代替液體或氣體的作用，在高溫下通過壓力設(shè)備直接給耐熱固體顆粒介質(zhì)加載，管坯在介質(zhì)壓力的作用下變形貼膜，從而得到所需管狀構(gòu)件形狀。
[0004]本發(fā)明的輕合金管件固體顆粒介質(zhì)熱脹成形方法如下:
[0005]1、首先將模具裝置閉合預(yù)熱至輕合金管材成形的工藝設(shè)定溫度，加熱裝置采用電阻加熱和閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)，加熱溫度為200°C?850°C。將耐熱固體顆粒介質(zhì)預(yù)熱至工藝設(shè)定溫度，采用加熱爐外部加熱，加熱溫度為200°C?850°C ；
[0006]2、將模具閉合，并將下壓蓋和下壓頭移動(dòng)至設(shè)定位置，下壓蓋和下壓頭移動(dòng)位置根據(jù)管坯長(zhǎng)度和耐熱固體顆粒介質(zhì)填裝體積分別設(shè)定；
[0007]3、將管坯裝入上述已加熱模具的空腔內(nèi)，并將上述已加熱的耐熱固體顆粒介質(zhì)填裝至管坯、下壓蓋和下壓頭形成的空腔內(nèi)，將上壓蓋和上壓頭先后閉合，繼續(xù)加熱并達(dá)到工藝設(shè)定溫度，保溫時(shí)間根據(jù)管坯材質(zhì)設(shè)定；
[0008]4、根據(jù)所加工的輕合金管狀構(gòu)件的材料、形狀、壁厚等參數(shù)，設(shè)定加載路線，上下壓頭和壓蓋分別按照設(shè)定的路線加載，加載方式可以按照位移或壓力設(shè)定和控制，使管坯發(fā)生變形，即得到設(shè)計(jì)的輕合金管狀構(gòu)件。[0009]所述耐熱固體顆粒介質(zhì)可根據(jù)所成形管材材質(zhì)和幾何尺寸選定顆粒種類和粒徑，粒徑尺寸一般可在0.05?2.0mm范圍內(nèi)選取，耐熱固體顆粒介質(zhì)為鋼珠微?；蛱沾深w粒，該耐熱固體顆粒介質(zhì)通過壓頭直接加載而建立內(nèi)壓，無需密封裝置。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0011]1、工藝控制簡(jiǎn)便，投入成本低廉，產(chǎn)品設(shè)計(jì)靈活，有望為大口徑、薄壁輕質(zhì)合金異形截面管狀構(gòu)件成形提供高效、精確、便捷的新技術(shù)手段。
[0012]2、耐熱固體顆粒介質(zhì)在高溫200°C?850°C溫度的添加下能保持較好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性，具有良好的填充能力和流動(dòng)性能，且化學(xué)穩(wěn)定性好，對(duì)工件無腐蝕，可以循環(huán)利用，綠色環(huán)保無污染，可以克服一般介質(zhì)(液體、氣體介質(zhì))在高溫條件下密封和加載難題。
[0013]3、可以促進(jìn)管材流動(dòng)變形，能夠一次成形出形狀復(fù)雜的輕合金空心變截面管狀構(gòu)件，進(jìn)一步提聞管材的成形極限。
[0014]4、本發(fā)明成形的輕合金管狀構(gòu)件是結(jié)構(gòu)輕量化和加工技術(shù)柔性化的完美結(jié)合，適用于航空、航天和軍工等高【技術(shù)領(lǐng)域】在極端條件下使用的輕合金異型管件、連接頭、空心軸等復(fù)雜管材構(gòu)件的成形。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明管材固體顆粒介質(zhì)熱脹成形及模具結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)的剖視圖。
[0016]圖2為本發(fā)明管材固體顆粒介質(zhì)熱脹成形及模具結(jié)構(gòu)終了狀態(tài)的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0017]實(shí)施例1:
[0018]首先將模具裝置中的上壓頭1、上壓蓋2、上模4、下模7、下壓蓋8、下壓頭9等閉合預(yù)熱至AA5052鋁合金管材6成形的工藝設(shè)定溫度270°C，加熱裝置3采用電阻加熱和閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)，同時(shí)將鋼珠微粒介質(zhì)5采用加熱爐外部加熱，預(yù)熱至工藝設(shè)定溫度270°C ；將模具閉合，并將下壓蓋和下壓頭移動(dòng)至設(shè)定位置，下壓蓋和下壓頭移動(dòng)位置根據(jù)管坯長(zhǎng)度和耐熱固體顆粒介質(zhì)填裝體積分別設(shè)定。將AA5052鋁合金管坯裝入上述已加熱模具的空腔內(nèi)，并將上述已加熱的耐熱固體顆粒介質(zhì)填裝至管坯、下壓蓋和下壓頭形成的空腔內(nèi)，將上壓蓋和上壓頭先后閉合(如圖1所示)，繼續(xù)加熱并達(dá)到工藝設(shè)定溫度270°C，保溫直至介質(zhì)、管坯和芯模等溫，達(dá)到270°C ;根據(jù)所加工的輕合金管狀構(gòu)件的材料、形狀、壁厚等參數(shù)，設(shè)定加載路線，上下壓頭和壓蓋分別按照設(shè)定的路線加載，加載方式可以按照位移或壓力設(shè)定和控制，使管坯發(fā)生變形，即得到設(shè)計(jì)的輕合金管狀構(gòu)件(如圖2所示)。
[0019]實(shí)施例2:
[0020]首先將模具裝置中的上壓頭、上壓蓋、上模、下模、下壓蓋、下壓頭等閉合預(yù)熱至TC4鈦合金管材成形的工藝設(shè)定溫度850°C，加熱裝置采用中頻加熱和閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)，同時(shí)將耐熱陶瓷顆粒介質(zhì)采用加熱爐外部加熱，預(yù)熱至工藝設(shè)定溫度850°C ;將模具閉合，并將下壓蓋和下壓頭移動(dòng)至設(shè)定位置，下壓蓋和下壓頭移動(dòng)位置根據(jù)管坯長(zhǎng)度和耐熱固體顆粒介質(zhì)填裝體積分別設(shè)定。將TC4鈦合金管坯裝入上述已加熱模具的空腔內(nèi)，并將上述已加熱的耐熱固體顆粒介質(zhì)填裝至管坯、下壓蓋和下壓頭形成的空腔內(nèi)，將上壓蓋和上壓頭先后閉合，繼續(xù)加熱并達(dá)到工藝設(shè)定溫度850°C，保溫直至介質(zhì)、管坯和芯模等溫，達(dá)到8500C ;然后，通過控制壓頭和壓蓋的軸向位移或軸向推力，使管坯產(chǎn)生塑性變形，即得到設(shè)計(jì)的鈦合金管狀構(gòu)件。
【權(quán)利要求】
1.一種輕合金管狀構(gòu)件固體顆粒介質(zhì)熱脹形方法，其特征在于: (1)首先將模具裝置閉合預(yù)熱至輕合金管材成形的工藝設(shè)定溫度，加熱裝置采用電阻加熱和閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)，加熱溫度為200°C~850°C，將耐熱固體顆粒介質(zhì)預(yù)熱至工藝設(shè)定溫度，采用加熱爐外部加熱，加熱溫度為200°C~850°C ； (2)將模具閉合，并將下壓蓋和下壓頭移動(dòng) 至設(shè)定位置，下壓蓋和下壓頭移動(dòng)位置根據(jù)管坯長(zhǎng)度和耐熱固體顆粒介質(zhì)填裝體積分別設(shè)定； (3)將管坯裝入上述已加熱模具的空腔內(nèi)，并將上述已加熱的耐熱固體顆粒介質(zhì)填裝至管坯、下壓蓋和下壓頭形成的空腔內(nèi)，將上壓蓋和上壓頭先后閉合，繼續(xù)加熱并達(dá)到工藝設(shè)定溫度，保溫時(shí)間根據(jù)管坯材質(zhì)設(shè)定； (4)根據(jù)所加工的輕合金管狀構(gòu)件的材料、形狀、壁厚等參數(shù)，設(shè)定加載路線，上下壓頭和壓蓋分別按照設(shè)定的路線加載，加載方式按照位移或壓力設(shè)定和控制，使管坯發(fā)生變形，即得到設(shè)計(jì)的輕合金管狀構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕合金管狀構(gòu)件固體顆粒介質(zhì)熱脹形方法，其特征在于:所述耐熱固體顆粒介質(zhì)根據(jù)所成形管材材質(zhì)和幾何尺寸選定顆粒種類和粒徑，粒徑尺寸在0.05~2.0mm范圍內(nèi)選取。
【文檔編號(hào)】B21D26/00GK103894469SQ201410135402
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】董國(guó)疆, 趙長(zhǎng)財(cái), 曹秒艷 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)