CN102029382B - 非晶合金异型管的两步法吹塑成型方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非晶合金异型管的两步法吹塑成型方法及装置，属非晶合金塑性成型领域。本发明是将经预成型的变厚度非晶合金板坯加热至过冷液相区后，通入预热压力气体吹塑成型至贴模，完成非晶合金管坯的预成型；将管坯快速冷却，再加热至过冷液相区进行二次吹塑成型，冷却后开模即完成非晶合金异型管的成型。本发明通过对非晶合金变厚度板坯和管坯的两步预吹塑成型，提高对复杂形状非晶合金制件的成型能力，也可用于非晶合金容器及壳盖类零件的吹塑成型。
Description
技术领域
本发明涉及一种非晶合金异型管的成型方法及装置，属于非晶合金塑性成型技术领域。
背景技术
近年来关于块体非晶合金材料(BMGs)的众多研究结果表明：与同成分的晶态合金材料相比，BMGs具有更加优越的机械性能、优异的物理及化学性能。比如：与相应晶态合金材料相比，Zr-BMGs(Zr44Ti11Cu10Ni10Be25)具有：(1)更高的拉伸强度和更低的弹性模量(其比值可达200％)；(2)在疲劳极限相当的情况下，具有更高的耐疲劳应力水平；(3)在一定的应变率和成型温度下，具有良好的塑性成型性能；(4)在过冷液相区(SCLR)表现出的牛顿流体行为，使其具有良好的成型性能，可实现对微细特征的复制；(5)在玻璃化温度以下具有较好的热稳定性，具有较宽的成型温度区间及优异的抗腐蚀性能。因此，在国防装备、航空航天、精密/微型机械、生物医学、电子、化工等领域具有广阔的应用前景。
此外，近年来开发的稀土基、镁基金属塑料，具有低于或近开水温度的玻璃化转变温度、在常温下具有良好的热稳定性、其常温硬度和耐磨性接近于铝、镁合金等特点，因而非常适合用于非晶合金材料在过冷液相区变形行为的研究，同时也为研究非晶合金成形加工所涉及的基本问题提供了理想的模型材料。
与非晶合金材料性能的基础科学研究相比，该领域中的加工成型技术和应用基础研究则相对比较薄弱。目前用挤压、冲压、轧制等方法生产的非晶合金制件以平板类和等截面零件居多，对广泛用于各种封装场合的、具有复杂曲面特征的薄壁壳盖类、容器类、管类非晶合金制件的加工，现有的吸铸、模锻、反挤压等方法存在以下几方面的缺陷：(1)受材料阈温限制、收缩率高、需要极高的冷却速率、易受污染、流动困难；(2)所需成型力大、模具投入成本高、周期长，对复杂型面结构非晶合金制件成形能力差。因此，近年来国内外开始探索采用吹塑成型工艺来加工具有上述特征的非晶合金制件。(引文：大块非晶合金电子产品外壳的加工方法和加工装置，申请号200710011187；一种制备非晶合金管的方法，申请号200710072125；非晶合金热压成型装置，200720170873.)
由于受块体非晶合金材料制备过程中高冷却速率的限制，无法像塑料挤出/注射吹塑工艺那样，对预挤出/注射的型坯进行吹塑成型，而是直接从板坯进行吹塑成型，这极大地制约了对具有较大深宽比、变形程度不均匀的壳盖类和管类非晶合金制件的成型能力。本发明提出的两步法吹塑成型工艺主要是将经过预成型的变厚度非晶合金板坯先吹塑成型成管状型坯，再将管状型坯吹塑至制件所要求的结构形状，旨在通过两步预成型工序，提高对大变形比、型面结构复杂非晶合金制件的成型能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有工艺和装置受材料阈温限制、收缩率高、需要极高的冷却速率、易受污染、流动困难等缺陷，通过对变厚度非晶合金板坯在过冷液相区的两步法吹塑成型，有效降低所需成型压力和模具投入成本，提高对复杂型面非晶合金制件的成型能力。本发明提供的一种非晶合金异型管的两步法吹塑成型方法及装置，还可用于变形程度较大的容器类及壳盖类非晶合金制件的成型。
本发明的技术方案是，非晶合金异型管的两步法吹塑成型方法步骤如下：
A、将预成型的变厚度非晶合金板坯放入坯料定位板中定位，开启红外加热板的电源开关，将非晶合金板坯加热至过冷液相区，同时通过加热管对预成型管坯凹模进行预热并保温；
B、从加热室侧壁的进气口向加热室通入压力气体，压力气体经红外加热灯管进行预热，压力气体将非晶合金板坯吹塑成型至贴模，完成非晶合金管坯的预成型；
C、从进水口通入冷却水、同时关闭红外加热灯管并向加热室继续通入压力气体，使非晶合金管坯加速冷却；
D、非晶合金管坯冷却后，通过预成型凹模固定板向上撤出预成型管坯凹模；
E、用插入式红外加热灯管将非晶合金管坯加热至过冷液相区，同时二次成型凹模加热管对二次成型凹模左瓣和二次成型凹模右瓣进行预热保温，二次成型凹模左瓣和二次成型凹模右瓣合模后，从加热室侧壁的进气口向加热室通入压力气体，压力气体经红外加热灯管进行预热，压力气体将非晶合金管坯吹塑至贴模，冷却后开模完成非晶合金异型管的成型。
所提供的吹塑成型装置包括：预成型管坯凹模、二次成型凹模左瓣、二次成型凹模右瓣、预成型凹模固定板、加热室、非晶合金板坯、红外加热板、红外加热灯管、加热管A、加热管B、二次成型凹模加热管A、二次成型凹模加热管B、坯料定位板、隔热圈、液压缸A、隔热垫。
加热室侧壁开设有台阶孔作为进气孔，台阶面设置红外加热灯管，加热室的底部开槽，槽内设置红外加热板。坯料定位板设置于加热室上并与加热室通过销钉定位、螺钉联结，坯料定位板上沿径向布置有燕尾槽，坯料定位板中间布置有台阶式定位孔，定位孔周边设有隔热垫圈，坯料定位板上沿径向开设“L”型通道构成冷却水通道的入水口与出水口。
预成型管坯凹模上开设倒“U”形冷却水通道，与入水口与出水口一起构成冷却通道；预成型管坯凹模沿圆周方向分布台阶孔及引线槽，加热管的引线穿过引线槽，加热管设于台阶孔内；预成型管坯凹模中间设有预成型管坯的型腔，型腔底部设置排气孔，排气孔与台阶孔相通；预成型管坯凹模外布置有隔热圈；预成型管坯凹模与预成型凹模固定板通过销钉定位、螺钉联结，并且预成型管坯凹模与预成型凹模固定板间布置有隔热垫。
预成型管坯凹模和二次成型凹模为内外镶套结构，预成型管坯凹模在内，二次成型凹模在外。二次成型凹模由二次成型凹模左瓣、二次成型凹模右瓣组成。所述二次成型凹模左瓣的底面设置有燕尾型键，与坯料定位板上的燕尾槽配合，二次成型凹模左瓣的左端与液压缸相连，使二次成型凹模左瓣可在液压力作用下沿水平方向左、右移动；所述二次成型凹模右瓣的底面设置有燕尾型键，与坯料定位板上的燕尾槽配合，二次成型凹模右瓣的右端与液压缸相连，使二次成型凹模右瓣在液压力作用下可沿水平方向左、右移动；所述二次成型凹模左瓣和二次成型凹模右瓣合模后沿圆周方向分布台阶孔及引线槽，二次成型凹模加热管的引线穿过引线槽，二次成型凹模加热管设于台阶孔内；所述二次成型凹模左瓣和二次成型凹模右瓣内部分布有冷却水道，冷却水道在二次成型凹模左瓣和二次成型凹模右瓣合模后，与坯料定位板共同构成冷却通道；所述二次成型凹模合模后中间形成异型腔，异型腔的底部设置排气孔，排气孔与台阶孔相通。
本发明的有益效果是：(1)通过压力气体在过冷液相区的辅助吹塑成型，可有效缩短成型周期、减小所需成型力、简化模具结构，降低模具成本；(2)压力气体与模具中冷却水道的双重作用，可加速制件冷却，降低对材料阈温的限制，缓解了要求成型速率快与晶化起始时间短的矛盾，防止材料在成型过程中发生晶化，保证制件质量；(3)通过预成型变厚度非晶合金板坯和预成型非晶合金管坯两步预成型工艺来改善和提高大变形比、复杂型面非晶合金制件的变形程度和成型能力；(4)采用内外镶套式模具结构，通过模具组件沿不同方向的相对移动完成分、合模动作，分步实现预吹塑成型和二次吹塑成型，避免了对工件的二次定位，可有效提高制件的成型精度。
附图说明
图1为本发明所提供的两步法吹塑成型工艺装置结构原理示意图。
图2为二次吹塑成型前开模状态示意图。
图3为二次吹塑成型前合模状态示意图。
图中：1、预成型管坯凹模，2、二次成型凹模左瓣，3、二次成型凹模右瓣，4、预成型凹模固定板，5、加热室，6、非晶合金板坯，7、红外加热板，8、红外加热灯管，9、加热管A，10、加热管B，11、二次成型凹模加热管A，12、二次成型凹模加热管B，13、坯料定位板，14、隔热圈，15、液压缸A，16、液压缸B，17、隔热垫，18、预成型管坯。
具体实施方式
下面结合附图1，以Zr基非晶合金(Zr44Ti11Cu10Ni10Be25)异型管的两步法吹塑成型为例，通过对实施例的描述，详细说明本发明的技术方案。
(1)将预成型管坯凹模1调至合模状态、预热至140℃，并保温；将预成型的变厚度非晶合金板坯6放入坯料定位板13中准确定位后，开启红外加热板7的电源开关，将其加热至460℃；
(2)打开加热室5侧壁红外加热灯管8的电源开关，通入压强为0.2MPa的Ar气，并在10-2s-1的应变率下进行预吹塑成型至完全贴模后，关掉红外灯管8的电源开关、并通冷却水，进行快速冷却；
(3)将预成型管坯凹模1向上撤出实现首次开模；将二次成型凹模左瓣2、二次成型凹模右瓣3预热至140℃，并保温，同时插入红外加热管将预成型非晶合金管坯18加热至460℃，迅速关闭电源并移走红外加热管；
(4)将二次成型凹模左瓣2、二次成型凹模右瓣3快速合模，打开红外加热灯管8开关，用与(2)中相同的成型条件对非晶合金管坯进行二次吹塑成型，快速冷却后开模，并取出制件。
用于上述工艺方案实现的工艺装置，其预成型管坯凹模1和二次成型凹模采用内外镶套结构，预成型管坯凹模1在内，二次成型凹模在外；预成型管坯凹模1和二次成型凹模体中开设有冷却水道，在合模后与坯料定位板13上的出水口与入水口一起构成冷却水通道；预成型管坯凹模1和二次成型凹模上分布有用于设置红外加热灯管的台阶孔及引线槽；预成型管坯凹模1和二次成型凹模的型腔底部布置有排气孔，用于吹塑成型时排除型腔中的空气。
预成型管坯凹模1与凹模固定板4通过一组螺钉联结，凹模固定板4可带动预成型管坯凹模1上、下运动，以实现管坯预成型时的开模和合模夹紧；
二次成型凹模可在液压力作用下沿坯料定位板13上的燕尾型槽在水平方向左、右运动，以实现管坯预成型时的开模和合模夹紧，分别见附图2和3所示。
坯料定位板13与加热室5分别通过销钉和螺钉定位联结，由坯料定位板13上开设的”L”型通道构成冷却水通道的入水口与出水口，在两步法吹塑成型时与对应凹模上的冷却水道一起构成冷却通道。
加热室5侧壁开设有台阶孔作为进气孔，其台阶面用于安放红外加热灯管8以便对吹塑成型气体进行预热，底部开槽用于安放红外加热板7，实现对非晶合金板坯的快速加热。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，很显然本发明的具体实现、尤其是模具型腔的形状结构、所适用的材料范围并不受上述方式限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，均在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种非晶合金异型管的两步法吹塑成型方法，其特征在于，具体步骤为：
A、将经过预成型的变厚度非晶合金板坯(6)放入坯料定位板(13)中定位，开启红外加热板(7)的电源开关，将非晶合金板坯(6)加热至过冷液相区，同时通过加热管A(9)、加热管B(10)对预成型管坯凹模(1)进行预热并保温；
B、从加热室(5)侧壁的进气口向加热室(5)通入压力气体，压力气体经红外加热灯管(8)进行预热，压力气体将非晶合金板坯(6)吹塑成型至贴模，完成非晶合金管坯(18)的预成型；
C、从进水口通入冷却水、同时关闭红外加热灯管(8)并向加热室(5)继续通入压力气体，使非晶合金管坯(18)加速冷却；
D、非晶合金管坯(18)冷却后，通过预成型凹模固定板(4)向上撤出预成型管坯凹模(1)；
E、用插入式红外加热灯管将预成型的非晶合金管坯(18)加热至过冷液相区，同时二次成型凹模加热管B(12)对二次成型凹模左瓣(2)预热保温，二次成型凹模加热管A(11)对二次成型凹模右瓣(3)进行预热保温，二次成型凹模左瓣(2)和二次成型凹模右瓣(3)合模后，从加热室(5)侧壁的进气口向加热室(5)通入压力气体，压力气体经红外加热灯管(8)进行预热，压力气体将非晶合金管坯(18)吹塑至贴模，冷却后开模完成非晶合金异型管的成型。
2.一种实施权利要求1所述的非晶合金异型管的两步法吹塑成型方法的装置，其特征在于：包括预成型管坯凹模(1)、二次成型凹模左瓣(2)、二次成型凹模右瓣(3)、预成型凹模固定板(4)、加热室(5)、非晶合金板坯(6)、红外加热板(7)、红外加热灯管(8)、加热管A(9)、加热管B(10)、二次成型凹模加热管A(11)、二次成型凹模加热管B(12)、坯料定位板(13)、隔热圈(14)、液压缸A(15)、液压缸B(16)、隔热垫(17)；
所述加热室(5)侧壁开设有台阶孔作为进气孔，台阶面设置红外加热灯管(8)，所述加热室(5)的底部开槽，槽内设置红外加热板(7)；所述坯料定位板(13)设置于加热室(5)上并与加热室(5)通过销钉定位、螺钉联结，所述坯料定位板(13)上沿径向布置有燕尾槽，坯料定位板(13)中间布置有台阶式定位孔，定位孔周边设有隔热垫圈，所述坯料定位板(13)上沿径向开设“L”型通道构成冷却水通道的入水口与出水口；所述预成型管坯凹模(1)上开设倒“U”形冷却水通道，与入水口与出水口一起构成冷却通道；所述预成型管坯凹模(1)沿圆周方向分布台阶孔及引线槽，加热管的引线穿过引线槽，所述加热管设于台阶孔内；所述预成型管坯凹模(1)中间设有预成型管坯的型腔，所述型腔的底部设置排气孔，排气孔与台阶孔相通；所述预成型管坯凹模(1)外布置有隔热圈(14)，预成型管坯凹模(1)与预成型凹模固定板(4)通过销钉定位、螺钉联结，并且预成型管坯凹模(1)与预成型凹模固定板(4)间布置有隔热垫(17)；
所述预成型管坯凹模(1)和二次成型凹模为内外镶套结构，预成型管坯凹模(1)在内，二次成型凹模在外；所述二次成型凹模由二次成型凹模左瓣(2)、二次成型凹模右瓣(3)组成；所述二次成型凹模左瓣(2)底面设置有燕尾型键，与坯料定位板(13)上的燕尾槽配合，二次成型凹模左瓣(2)左端与液压缸B(16)相连，使二次成型凹模左瓣(2)在液压力作用下沿水平方向左、右移动；所述二次成型凹模右瓣(3)底面设置有燕尾型键，与坯料定位板(13)上的燕尾槽配合，二次成型凹模右瓣(3)右端与液压缸A(15)相连，使二次成型凹模右瓣(3)在液压力作用下沿水平方向左、右移动；所述二次成型凹模左瓣(2)和二次成型凹模右瓣(3)合模后沿圆周方向分布台阶孔及引线槽，二次成型凹模加热管A(11)、二次成型凹模加热管B(12)的引线穿过引线槽，二次成型凹模加热管A(11)、二次成型凹模加热管B(12)设于台阶孔内；所述二次成型凹模左瓣(2)和二次成型凹模右瓣(3)内部分布有冷却水道，冷却水道在二次成型凹模左瓣(2)和二次成型凹模右瓣(3)合模后，与坯料定位板(13)共同构成冷却通道；所述二次成型凹模合模后中间形成异型腔，所述异型腔的底部设置排气孔，排气孔与台阶孔相通。
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