一種金屬板材溫熱成形方法
2023-04-24 16:21:51
專利名稱：一種金屬板材溫熱成形方法
技術領域：
本發明涉及機械領域的金屬板材成形技術，特別涉及一種金屬板材在溫熱環境下的拉深成形方法，尤其適合於常溫下難變形的輕質合金或高強合金板材的成形。
背景技術：
許多金屬板材由於在常溫下難於成形，例如鎂合金、鋁合金、鈦合金等金屬，這些 金屬由於在室溫下塑性低，成形性能差。但實驗證明，在一定加工溫度下，可以大大改善其成形性能。因此能使室溫難變形材料的成形性能有效提高的溫熱成形得到廣泛應用。目前，板材溫熱成形一般有等溫成形和非等溫成形，大量的實驗證明，非等溫成形更有利於提高板材的成形極限。專利200520088992. 4公開了一種鎂合金板材溫熱液壓成形模具工裝，該模具可以實現溫熱液壓拉深複合成形工藝，一道次成形可以實現較大變形量；也可以實現溫熱液壓脹形複合成形工藝，但是，該工藝中液體密封比較困難，並且對於高溫成形中，成形溫度受到液體極限溫度的限制，不適合溫度高於400°C的板材成形。申請號為200610117578. 0與200610155912. I的專利申請說明書中分別公開了兩種不同的鎂合金非等溫拉深模具，結構比較複雜，二者對凸模冷卻並精確控溫及其它的相關措施能較好提高鎂合金板材的成形性能；它們拉深成形中均採用剛性模具，使板材進一步拉深受到抑制。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，根據難變形金屬溫熱成形的特點，提供一種能有效提高板材成形性能、模具結構簡單、零件成形質量好的金屬板材溫熱成形方法。本發明是通過以下技術方案實現的
將金屬板料置於凹模的型腔之上，在金屬板料上設置壓邊圈，壓邊圈與凹模型腔相對部位製成筒狀結構作為加料筒；在壓邊圈和凹模內部設置加熱元件(例如加熱棒)對板料進行加熱，同時壓邊圈和凹模內部安裝溫度傳感器，對金屬板料法蘭部位進行溫度控制；從壓邊圈的加料筒加入固體顆粒介質，在固體顆粒介質之上設置壓頭；金屬板料是預先加熱到指定溫度或與壓邊圈和凹模一起加熱到指定溫度的；冷態的壓頭及顆粒吸收熱量形成板料中心部位與法蘭部位的溫差，當金屬板料法蘭部位和中心位置溫差穩定時，在壓邊圈上施加壓邊力，同時壓頭下行壓縮固體顆粒介質對金屬板料施加壓力予以成形。所述的壓頭具有內置式冷卻循環系統，冷卻系統由冷卻液和設於壓頭頂部的導流管組成；
通過冷卻循環系統，控制金屬板料中心部位溫度，使金屬板料中心部位與法蘭部位形成溫差，實現金屬板料差溫成形；
所述固體顆粒介質為金屬或非金屬球，該顆粒介質具有較高強度和良好的流動性及耐高溫性能，適合鎂合金、鋁合金、鈦合金等金屬板材的熱成形；
固體顆粒介質的溫度通過冷卻循環系統進行控制；所述固體顆粒介質的溫度低於金屬板料的溫度。本發明的優點是克服了液壓成形中密封困難、汙染嚴重和熱成形中受溫度的限制的不足。本發明具有能夠有效提高金屬板材成形性能、模具結構簡單、零件成形質量好的特點。本發明將固體顆粒介質成形工藝與熱成形結合，具有能夠有效提高板材成形性能、模具結構簡單、零件成形質量好、無汙染的特點，為成形鎂合金、鋁合金、鈦合金、高強合金等零件提供了新途徑。並且，本發明的方法和液壓成形相比較無需密封，沒有汙染，固體顆粒介質可以循環使用，完全符合低碳環保的要 求。
圖I為本發明的金屬板材溫熱成形方法中的模具結構示意圖。
具體實施例方式為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下
參照附圖1，壓邊圈2將鎂合金板料5壓置於凹模4之上。在壓邊圈2和凹模4內部均布加熱棒3，同時壓邊圈2和凹模4內部安裝溫度傳感器，對鎂合金板料法蘭部位進行加熱和進行溫度控制。壓邊圈上部筒狀結構兼有固體顆粒介質料筒作用。固體顆粒介質6填充於壓頭I與鎂合金板料5之間，傳遞成形壓力，壓頭I具有內置式冷卻循環系統7。冷卻系統由冷卻液和設於壓頭頂部的導流管組成。通過測量循環液體的溫度對壓頭和顆粒介質溫度實施控制，使鎂合金板料中心部位與法蘭部位形成溫差。工作時，鎂合金板料加熱至指定溫度，鎂合金板料法蘭部位和中心位置溫差穩定，壓邊圈2上施加適當壓邊力，壓頭下行壓縮顆粒介質對板料施加壓力予以成形，可以成形複雜形狀的工件，其成形形狀由凹模決定，對凸模無特殊要求。由於固體顆粒介質具有非線性傳力特性，壓力隨著傳力距離呈規律性衰減，故軟凸模成形可以通過調整顆粒裝入量和改變壓頭端部形狀促使板材表面壓力的非均勻分布，提高局部成形性能。並且，該方法和液壓成形相比較無需密封，沒有汙染，顆粒介質可以循環使用，低碳環保。採用軟凸模進行差溫成形時，可以採用板料、壓邊圈和凹模一起加熱；也可以模具先預熱，板料在加熱爐中加熱至制定溫度後取出，放至預熱好的模具中。板料溫度通過內置溫度傳感器進行控制。然後加入一定溫度(顆粒溫度低於板料溫度，具體溫度可根據金屬成形需要確定)的固體顆粒介質後，壓頭(壓頭溫度可根據金屬成形需要確定)下行開始進行拉深成形，由於固體顆粒介質溫度低於板料溫度，和板料接觸後迅速吸收熱量在板料中心部位形成低溫區，提高板料拉深過程中的中心和側壁部位的變形抗力，從而提高板料拉深性能；同時通過控制壓頭內置式冷卻循環系統7的液體溫度來控制中心部位溫度，維持穩定溫差。
權利要求
1.一種金屬板材溫熱成形方法，其特徵是將金屬板料置於凹模的型腔之上，在金屬板料上設置壓邊圈，壓邊圈的與凹模型腔相對部位製成筒狀結構作為加料筒；在壓邊圈和凹模內部設置加熱元件對板料進行加熱，同時壓邊圈和凹模內部安裝溫度傳感器，對金屬板料法蘭部位進行溫度控制；從壓邊圈的加料筒加入固體顆粒介質，在固體顆粒介質之上設置壓頭；金屬板料是預先加熱到指定溫度或與壓邊圈和凹模一起加熱到指定溫度的；冷態的壓頭及顆粒吸收熱量形成板料中心部位與法蘭部位的溫差，當金屬板料法蘭部位和中心位置溫差穩定時，在壓邊圈上施加壓邊力，同時壓頭下行壓縮固體顆粒介質對金屬板料施加壓力予以成形。
2.根據權利要求I所述的金屬板材溫熱成形方法，其特徵是所述的壓頭具有內置式冷卻循環系統。
3.根據權利要求2所述的金屬板材溫熱成形方法，其特徵是通過冷卻循環系統，控制金屬板料中心部位溫度，使金屬板料中心部位與法蘭部位形成溫差，實現金屬板料差溫成形。
4.根據權利要求2所述的金屬板材溫熱成形方法，其特徵是固體顆粒介質的溫度通過冷卻循環系統進行控制。
5.根據權利要求4所述的金屬板材溫熱成形方法，其特徵是所述固體顆粒介質的溫度低於金屬板料的溫度。
全文摘要
本發明涉及一種金屬板材溫熱成形方法，其特徵是將金屬板料置於凹模上，在金屬板料上設置壓邊圈，壓邊圈的與凹模型腔相對部位製成筒狀結構作為加料筒；在壓邊圈和凹模內部設置加熱元件(例如加熱棒)對板料進行加熱，同時壓邊圈和凹模內部安裝溫度傳感器；從壓邊圈的加料筒加入固體顆粒介質，在固體顆粒介質之上設置壓頭；當金屬板料法蘭部位和中心位置溫差穩定時，在壓邊圈上施加壓邊力，同時壓頭下行壓縮固體顆粒介質對金屬板料施加壓力予以成形。其優點是能夠有效提高金屬板材成形性能、模具結構簡單、零件成形質量好。本發明的方法和液壓成形相比無需密封，沒有汙染，固體顆粒介質可循環使用，符合低碳環保要求。
文檔編號B21D37/16GK102728693SQ20121018144
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月5日 優先權日2012年6月5日
發明者曹秒豔, 董國疆, 趙長財 申請人:燕山大學