電流自阻加熱成形鋁基複合材料薄壁零件方法
2023-04-24 09:56:56 1
專利名稱：電流自阻加熱成形鋁基複合材料薄壁零件方法
技術領域：
本發明涉及電流自阻加熱成形鋁基複合材料薄壁零件方法，屬於熱加工領域。
背景技術：
顆粒增強鋁基複合材料具有高強度、高硬度、低密度等優點，在高技術領域有很多 應用，但是，該材料塑性較差，採用常規的拉伸成形工藝難以成形，必須採用熱成形。如果 採用傳統的坯料加熱，薄壁零件的壞料散熱快，溫度不均勻，成形質量不穩定；採用模具整 體加熱即將模具與坯料一起放入爐體內共同進行加熱，可以提高成形質量，但是，一般情況 下，模具的體積要遠遠大於待成形坯料的體積，也就是說在共同加熱的過程中，絕大部分的 熱量都施加在了模具上。據估算，通常情況下，超塑性成形所消耗的熱量中，僅有不到5%的 熱量用在了坯料超塑性變形上，其餘都消耗在了模具、壓頭、導氣管等其它部件上，因此在 傳統超塑性氣脹成形工藝中，熱量的有效利用率很低，勢必造成極大的能源浪費。而且在傳 統工藝的加熱過程中，模具與坯料接收熱量的方式主要是熱輻射與熱傳導，熱量傳輸速度 較慢，為了使坯料達到均勻、較高超塑性成形溫度，加熱時間往往要很長，根據工藝的不同 一般可達1至數小時，因此這種加熱方式的加熱效率也很低，生產效率很低，難以適應批量 生產的要求
發明內容
本發明目的是為了解決對顆粒增強鋁基複合材料進行拉伸成形時，如只加熱坯 料，則薄壁零件的成形質量差；如連同模具一起加熱，則熱量利用率低，浪費了大量能源的 問題，提供了一種電流自阻加熱成形鋁基複合材料薄壁零件方法。本發明方法所使用成形裝置包括電源、模具、上電極夾板、下電極夾板和紅外測溫 儀，
模具包括上模和下模，模具上設置有壓邊圈，在壓邊圈外側設置一對位置上下對應的 上電極夾板和下電極夾板，上電極夾板和下電極夾板所夾的兩個電極的分別連接在電源的 兩端上，上電極夾板和下電極夾板與模具之間保持絕緣，
電流自阻加熱成形鋁基複合材料薄壁零件方法包括以下步驟 步驟一、將所述成形裝置放置於壓力機上，並將待成形坯料的外邊緣置於上電極夾板 和下電極夾板之間；
步驟二、壓力機通過液壓系統加壓給上電極夾板，使得上電極夾板和下電極夾板夾緊 待成形坯料的外邊緣，並接通電源，上電極夾板和下電極夾板所夾兩個電極、電源和待成形 坯料形成通電迴路，給待成形坯料加熱；
步驟三、通過紅外測溫儀實時測量待成形坯料的溫度，並依據測量到的溫度實時調整 電源的輸出電流參數，以使待成形坯料的加熱速度達到5 20°C /s，電源輸出的電流參數 為電壓為4V 10V、電流為1000A 20000A ；
步驟四、當待成形坯料的溫度達到350°C 450°C時，壓力機撤掉對上電極夾板的壓力，壓力機通過液壓系統加壓給壓邊圈加壓，使得壓邊圈將待成形坯料的邊緣緊壓在下模 上；
步驟五、通過壓力機施壓，使上模受壓下行，上模的壓頭將待成形坯料壓入下模的型腔 中，使待成形坯料發生塑性變形，經彎曲、拉伸、貼模變形階段使待成形坯料與下模的內表 面貼合，完成待成形坯料的塑性成形過程。本發明的優點由於是利用電流流經坯料所產生的焦耳電阻熱直接對坯料本身進 行加熱，對坯料本身加熱並使其溫度保持在熱成形溫度範圍內，然後通過加壓裝置對坯料 施加一定的壓力，使其在模具型腔中發生塑性變形。所以不僅避免了傳統超塑性成形工藝 中整體式加熱消耗在模具等其它部件上的熱量損失，而且使得加熱過程非常迅速、坯料內 部溫度分布非常均勻，極大地提高了能量的利用率與加熱的效率。此外，由於坯料到溫後可 以立即進行成形，溫度均勻，有利於坯料的塑性變形，改善產品質量。
圖1是本發明方法的流程圖，圖2是本發明方法所用的成形裝置的結構示意圖，圖3是 加熱後成形過程的結構原理示意圖，圖4是碳化矽顆粒增強鋁基複合的電熱性能曲線。
具體實施方式
具體實施方式
一下面結合圖1至圖4說明本實施方式，本實施方式方法所使用成 形裝置包括電源1、模具、上電極夾板5、下電極夾板6和紅外測溫儀8，
模具包括上模2和下模3，模具上設置有壓邊圈4，在壓邊圈4外側設置一對位置上下 對應的上電極夾板5和下電極夾板6，上電極夾板5和下電極夾板6所夾的兩個電極的分別 連接在電源1的兩端上，上電極夾板5和下電極夾板6與模具之間保持絕緣， 電流自阻加熱成形鋁基複合材料薄壁零件方法包括以下步驟 步驟一、將所述成形裝置放置於壓力機上，並將待成形坯料7的外邊緣置於上電極夾 板5和下電極夾板6之間；
步驟二、壓力機通過液壓系統加壓給上電極夾板5，使得上電極夾板5和下電極夾板6 夾緊待成形坯料7的外邊緣，並接通電源1，上電極夾板5和下電極夾板6所夾兩個電極、電 源1和待成形坯料7形成通電迴路，給待成形坯料7加熱；
步驟三、通過紅外測溫儀8實時測量待成形坯料7的溫度，並依據測量到的溫度實時調 整電源1的輸出電流參數，以使待成形坯料7的加熱速度達到5 20°C /s，電源1輸出的 電流參數為電壓為4V 10V、電流為1000A 20000A ；
步驟四、當待成形坯料7的溫度達到350°C 450°C時，壓力機撤掉對上電極夾板5的 壓力，壓力機通過液壓系統加壓給壓邊圈4加壓，使得壓邊圈4將待成形坯料7的邊緣緊壓 在下模上；
步驟五、通過壓力機施壓，使上模2受壓下行，上模2的壓頭將待成形坯料7壓入下模 3的型腔中，使待成形坯料7發生塑性變形，經彎曲、拉伸、貼模變形階段使待成形坯料7與 下模3的內表面貼合，完成待成形坯料7的塑性成形過程。開模取件，校形，切邊，得到最終零件。上模2和下模3分別置於待成形坯料7的上下兩側，待成形坯料7的待成形部位置於下模3的空腔上方，待成形坯料7的外邊緣伸出模具邊緣外、並置於上電極夾板5和下 電極夾板6之間，以便於上電極夾板5和下電極夾板6將待成形坯料7的外邊緣夾緊，
本發明方法在打開電源1進行加熱時，因上電極夾板5和下電極夾板6與模具之間保 持絕緣，所以佔有很大電阻的模具沒有參與通電迴路，上電極夾板5和下電極夾板6所夾兩 個電極、電源1和待成形坯料7形成通電迴路，絕緣設計使模具不會分流流經待成形坯料7 的電流，減少能量損失。在所述的迴路中待成形坯料7的電阻要遠遠大於迴路其它部分的 電阻，所以電流會在待成形坯料7上產生大量的焦耳熱，使其能夠在短時間內(幾秒至幾十 秒)被加熱至熱成形溫度。步驟三所述的電流參數根據待成形坯料7的橫截面尺寸和電阻數據進行選擇，由 通過紅外測溫儀8監測待成形坯料7的溫度，並調整電源1的輸出電流參數，最終達到的目 的是讓待成形坯料7的加熱速度達到5 20°C /s之間，以保證待成形坯料7快速、高效的 達到成形溫度。傳統電流輔助成形技術一般應用於拉絲成形方面，由於絲材的直徑一般較小，工 藝簡單，因此電源的功率一般較小，實現方法也比較簡單。應用於板材成形尚屬國內空白。 本項目的零件板料尺寸較大，對設備和工藝方法的要求大大增加，國內外報導較少，方案實 施有一定困難。本項目通過採用電源，可以實現鋁基複合材料的快速加熱，給出一個具體的 實驗結果，在此實驗中，給出的長方形薄壁零件長度為100mm，零件截面積為96mmXl. 5mm, 電源1輸出的電流參數為電壓為1. 14V，電流為2500A，實驗結果如圖4所示，所述薄壁零 件從室溫達到450度只需要不到100秒。本發明方法可以高效率、高質量的成形顆粒增強 鋁基複合材料薄壁零件。
具體實施方式
二本實施方式與實施方式一的不同之處在於，上電極夾板5和下 電極夾板6與模具之間固定耐高溫的雲母片、陶瓷或石棉橡膠板實現絕緣，其它與實施方 式一相同。
具體實施方式
三本實施方式與實施方式一的不同之處在於，步驟三所述的電源 1輸出的電流參數為電壓為6V 8V、電流為5000A 10000A，其它與實施方式一相同。
具體實施方式
四本實施方式與實施方式一的不同之處在於，步驟三所述的電源 1輸出的電流參數為電壓為7V 8V、電流為8000A 10000A，其它與實施方式一相同。
具體實施方式
五本實施方式與實施方式一的不同之處在於，步驟四所述的待成 形坯料7的溫度達到380°C 420°C，其它與實施方式一相同。
具體實施方式
六本實施方式與實施方式一的不同之處在於，步驟四所述的待成 形坯料7的溫度達到390°C 400°C，其它與實施方式一相同。
具體實施方式
七本實施方式與實施方式一的不同之處在於，步驟四所述的待成 形坯料7的溫度達到400°C，其它與實施方式一相同。
權利要求
電流自阻加熱成形鋁基複合材料薄壁零件方法，其特徵在於，該方法所使用成形裝置包括電源(1)、模具、上電極夾板(5)、下電極夾板(6)和紅外測溫儀(8)，模具包括上模(2)和下模(3)，模具上設置有壓邊圈(4)，在壓邊圈(4)外側設置一對位置上下對應的上電極夾板(5)和下電極夾板(6)，上電極夾板(5)和下電極夾板(6)所夾的兩個電極的分別連接在電源(1)的兩端上，上電極夾板(5)和下電極夾板(6)與模具之間保持絕緣，電流自阻加熱成形鋁基複合材料薄壁零件方法包括以下步驟步驟一、將所述成形裝置放置於壓力機上，並將待成形坯料(7)的外邊緣置於上電極夾板(5)和下電極夾板(6)之間；步驟二、壓力機通過液壓系統加壓給上電極夾板(5)，使得上電極夾板(5)和下電極夾板(6)夾緊待成形坯料(7)的外邊緣，並接通電源(1)，上電極夾板(5)和下電極夾板(6)所夾兩個電極、電源(1)和待成形坯料(7)形成通電迴路，給待成形坯料(7)加熱；步驟三、通過紅外測溫儀(8)實時測量待成形坯料(7)的溫度，並依據測量到的溫度實時調整電源(1)的輸出電流參數，以使待成形坯料(7)的加熱速度達到5～20℃/s，電源(1)輸出的電流參數為電壓為4V～10V、電流為1000 A～20000A； 步驟四、當待成形坯料(7)的溫度達到350℃～450℃時，壓力機撤掉對上電極夾板(5)的壓力，壓力機通過液壓系統加壓給壓邊圈(4)加壓，使得壓邊圈(4)將待成形坯料(7)的邊緣緊壓在下模上；步驟五、通過壓力機施壓，使上模(2)受壓下行，上模(2)的壓頭將待成形坯料(7)壓入下模(3)的型腔中，使待成形坯料(7)發生塑性變形，經彎曲、拉伸、貼模變形階段使待成形坯料(7)與下模(3)的內表面貼合，完成待成形坯料(7)的塑性成形過程。
2.根據權利要求1所述的電流自阻加熱成形鋁基複合材料薄壁零件方法，其特徵在 於，上電極夾板(5)和下電極夾板(6)與模具之間固定耐高溫的雲母片、陶瓷或石棉橡膠板 實現絕緣。
3.根據權利要求1所述的電流自阻加熱成形鋁基複合材料薄壁零件方法，其特徵在 於，步驟三所述的電源(1)輸出的電流參數為電壓為6V 8V、電流為5000A 10000A。
4.根據權利要求1所述的電流自阻加熱成形鋁基複合材料薄壁零件方法，其特徵在 於，步驟三所述的電源(1)輸出的電流參數為電壓為7V 8V、電流為8000A 10000A。
5.根據權利要求1所述的電流自阻加熱成形鋁基複合材料薄壁零件方法，其特徵在 於，步驟四所述的待成形坯料(7)的溫度達到380°C 420°C。
6.根據權利要求1所述的電流自阻加熱成形鋁基複合材料薄壁零件方法，其特徵在 於，步驟四所述的待成形坯料(7)的溫度達到390°C 400°C。
7.根據權利要求1所述的電流自阻加熱成形鋁基複合材料薄壁零件方法，其特徵在 於，步驟四所述的待成形坯料(7)的溫度達到400°C。
全文摘要
電流自阻加熱成形鋁基複合材料薄壁零件方法，屬於熱加工領域，本發明為解決對顆粒增強鋁基複合材料進行拉伸成形時，如只加熱坯料，則薄壁零件的成形質量差；如連同模具一起加熱，則熱量利用率低，浪費了大量能源的問題。本發明方法包括一、將成形裝置放置於壓力機上；二、加壓給上電極夾板，夾緊待成形坯料，並接通電源，給待成形坯料加熱；三、通過紅外測溫儀實時測量溫度，並實時調整電源的輸出電流參數，以使待成形坯料的加熱速度達到5～20℃/s；四、當待成形坯料的溫度達到350℃～450℃時，壓力機撤掉對上電極夾板的壓力，加壓給壓邊圈，使得壓邊圈將待成形坯料緊壓在下模上；五、使上模受壓下行，待成形坯料受壓成形。
文檔編號C22F1/04GK101845606SQ201010205200
公開日2010年9月29日 申請日期2010年6月22日 優先權日2010年6月22日
發明者張凱鋒, 王國峰 申請人:哈爾濱工業大學