CN102728693A - 一种金属板材温热成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属板材温热成形方法，其特征是：将金属板料置于凹模上，在金属板料上设置压边圈，压边圈的与凹模型腔相对部位制成筒状结构作为加料筒；在压边圈和凹模内部设置加热元件（例如加热棒）对板料进行加热，同时压边圈和凹模内部安装温度传感器；从压边圈的加料筒加入固体颗粒介质，在固体颗粒介质之上设置压头；当金属板料法兰部位和中心位置温差稳定时，在压边圈上施加压边力，同时压头下行压缩固体颗粒介质对金属板料施加压力予以成形。其优点是：能够有效提高金属板材成形性能、模具结构简单、零件成形质量好。本发明的方法和液压成形相比无需密封，没有污染，固体颗粒介质可循环使用，符合低碳环保要求。
Description
技术领域
本发明涉及机械领域的金属板材成形技术，特别涉及一种金属板材在温热环境下的拉深成形方法，尤其适合于常温下难变形的轻质合金或高强合金板材的成形。
背景技术
许多金属板材由于在常温下难于成形，例如镁合金、铝合金、钛合金等金属，这些金属由于在室温下塑性低，成形性能差。但实验证明，在一定加工温度下，可以大大改善其成形性能。因此能使室温难变形材料的成形性能有效提高的温热成形得到广泛应用。
目前，板材温热成形一般有等温成形和非等温成形，大量的实验证明，非等温成形更有利于提高板材的成形极限。专利200520088992.4公开了一种镁合金板材温热液压成形模具工装，该模具可以实现温热液压拉深复合成形工艺，一道次成形可以实现较大变形量；也可以实现温热液压胀形复合成形工艺，但是，该工艺中液体密封比较困难，并且对于高温成形中，成形温度受到液体极限温度的限制，不适合温度高于400℃的板材成形。申请号为200610117578.0与200610155912.1的专利申请说明书中分别公开了两种不同的镁合金非等温拉深模具，结构比较复杂，二者对凸模冷却并精确控温及其它的相关措施能较好提高镁合金板材的成形性能；它们拉深成形中均采用刚性模具，使板材进一步拉深受到抑制。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，根据难变形金属温热成形的特点，提供一种能有效提高板材成形性能、模具结构简单、零件成形质量好的金属板材温热成形方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
将金属板料置于凹模的型腔之上，在金属板料上设置压边圈，压边圈与凹模型腔相对部位制成筒状结构作为加料筒；在压边圈和凹模内部设置加热元件（例如加热棒）对板料进行加热，同时压边圈和凹模内部安装温度传感器，对金属板料法兰部位进行温度控制；从压边圈的加料筒加入固体颗粒介质，在固体颗粒介质之上设置压头；金属板料是预先加热到指定温度或与压边圈和凹模一起加热到指定温度的；冷态的压头及颗粒吸收热量形成板料中心部位与法兰部位的温差，当金属板料法兰部位和中心位置温差稳定时，在压边圈上施加压边力，同时压头下行压缩固体颗粒介质对金属板料施加压力予以成形。
所述的压头具有内置式冷却循环系统，冷却系统由冷却液和设于压头顶部的导流管组成；
通过冷却循环系统，控制金属板料中心部位温度，使金属板料中心部位与法兰部位形成温差，实现金属板料差温成形；
所述固体颗粒介质为金属或非金属球，该颗粒介质具有较高强度和良好的流动性及耐高温性能，适合镁合金、铝合金、钛合金等金属板材的热成形；
固体颗粒介质的温度通过冷却循环系统进行控制；
所述固体颗粒介质的温度低于金属板料的温度。
本发明的优点是：克服了液压成形中密封困难、污染严重和热成形中受温度的限制的不足。本发明具有能够有效提高金属板材成形性能、模具结构简单、零件成形质量好的特点。本发明将固体颗粒介质成形工艺与热成形结合，具有能够有效提高板材成形性能、模具结构简单、零件成形质量好、无污染的特点，为成形镁合金、铝合金、钛合金、高强合金等零件提供了新途径。并且，本发明的方法和液压成形相比较无需密封，没有污染，固体颗粒介质可以循环使用，完全符合低碳环保的要求。
附图说明
图1为本发明的金属板材温热成形方法中的模具结构示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
参照附图1，压边圈2将镁合金板料5压置于凹模4之上。在压边圈2和凹模4内部均布加热棒3，同时压边圈2和凹模4内部安装温度传感器，对镁合金板料法兰部位进行加热和进行温度控制。压边圈上部筒状结构兼有固体颗粒介质料筒作用。固体颗粒介质6填充于压头1与镁合金板料5之间，传递成形压力，压头1具有内置式冷却循环系统7。冷却系统由冷却液和设于压头顶部的导流管组成。通过测量循环液体的温度对压头和颗粒介质温度实施控制，使镁合金板料中心部位与法兰部位形成温差。
工作时，镁合金板料加热至指定温度，镁合金板料法兰部位和中心位置温差稳定，压边圈2上施加适当压边力，压头下行压缩颗粒介质对板料施加压力予以成形，可以成形复杂形状的工件，其成形形状由凹模决定，对凸模无特殊要求。由于固体颗粒介质具有非线性传力特性，压力随着传力距离呈规律性衰减，故软凸模成形可以通过调整颗粒装入量和改变压头端部形状促使板材表面压力的非均匀分布，提高局部成形性能。并且，该方法和液压成形相比较无需密封，没有污染，颗粒介质可以循环使用，低碳环保。
采用软凸模进行差温成形时，可以采用板料、压边圈和凹模一起加热；也可以模具先预热，板料在加热炉中加热至制定温度后取出，放至预热好的模具中。板料温度通过内置温度传感器进行控制。然后加入一定温度（颗粒温度低于板料温度，具体温度可根据金属成形需要确定）的固体颗粒介质后，压头（压头温度可根据金属成形需要确定）下行开始进行拉深成形，由于固体颗粒介质温度低于板料温度，和板料接触后迅速吸收热量在板料中心部位形成低温区，提高板料拉深过程中的中心和侧壁部位的变形抗力，从而提高板料拉深性能；同时通过控制压头内置式冷却循环系统7的液体温度来控制中心部位温度，维持稳定温差。
Claims (5)
1.一种金属板材温热成形方法，其特征是：将金属板料置于凹模的型腔之上，在金属板料上设置压边圈，压边圈的与凹模型腔相对部位制成筒状结构作为加料筒；在压边圈和凹模内部设置加热元件对板料进行加热，同时压边圈和凹模内部安装温度传感器，对金属板料法兰部位进行温度控制；从压边圈的加料筒加入固体颗粒介质，在固体颗粒介质之上设置压头；金属板料是预先加热到指定温度或与压边圈和凹模一起加热到指定温度的；冷态的压头及颗粒吸收热量形成板料中心部位与法兰部位的温差，当金属板料法兰部位和中心位置温差稳定时，在压边圈上施加压边力，同时压头下行压缩固体颗粒介质对金属板料施加压力予以成形。
2.根据权利要求1所述的金属板材温热成形方法，其特征是：所述的压头具有内置式冷却循环系统。
3.根据权利要求2所述的金属板材温热成形方法，其特征是：通过冷却循环系统，控制金属板料中心部位温度，使金属板料中心部位与法兰部位形成温差，实现金属板料差温成形。
4.根据权利要求2所述的金属板材温热成形方法，其特征是：固体颗粒介质的温度通过冷却循环系统进行控制。
5.根据权利要求4所述的金属板材温热成形方法，其特征是：所述固体颗粒介质的温度低于金属板料的温度。
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