CN103386437B - 用于超塑成型的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于超塑成型的设备和方法。其中，用于超塑成型的设备包括：成型装置，用于成型；以及检测装置，检测装置与成型装置连接，用于对成型过程中孔洞的形成速率进行实时检测，其中，检测装置包括声波探测仪。本发明的用于超塑成型的设备不仅可以完成成型工艺，而且还可以对成型过程中孔洞的形成速率进行实时检测并对成型时的背压进行实时调节，从而使现有技术中的例如孔洞问题得到了有效解决。另外，本发明的用于超塑成型的设备具有成型速度快、产量高、结构简单、操作方便、适用范围广泛、产品多样化、成本低廉等优点。

Description

用于超塑成型的设备和方法

技术领域

本发明涉及制造技术领域，具体而言，涉及一种用于超塑成型的设备和方法。

背景技术

早在60年代开始,超塑技术在英美等西方国家已经开始流行,并获得大量学者关注和研究。利用超塑合金在特定金属组织结构、成形温度、变形速率下所获得的特强塑性(延伸率δ＞100%)可以成形不同构造的复杂零件，但现有的超塑成形技术有个重大缺点，就是会在超塑成形过程中产生孔洞，孔洞的产生会产生两种结果:第一种是会导致成形后的成形件的物理性能如抗拉强度,屈服强度等降低；第二种可能是会引致成形件因孔洞互相连接而导致工件过早破裂等。另外，成型速度慢，产量低。现有的主要解决方法就是用调整背压，但是调节往往靠经验估算进行调节，难以准确知道应该施加的背压是多少，人为误差较大，有经验的人或许可以调节，没有的话就是主观猜测，效果不好，或者浪费能源和时间。

因此，目前的超塑成型技术有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种用于超塑成型的设备。

本发明的另一目的在于提供一种用于超塑成型的方法。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种用于超塑成型的设备。所述用于超塑成型的设备包括：成型装置，用于成型；检测装置，所述检测装置与所述成型装置连接，用于对成型过程中孔洞的形成速率进行实时检测，其中，所述检测装置包括声波探测仪。

本发明的用于超塑成型的设备，不仅可以完成成型工艺，而且还可以对成型过程中孔洞的形成速率进行实时而准确地检测，以此为依据可以对成型时的背压进行准确地调节，使现有技术中的例如孔洞问题得到了有效解决。另外，根据本发明实施例的用于超塑成型的设备具有成型速度快、产量高、结构简单、操作方便、适用范围广泛、产品多样化、成本低廉等优点。

可选的，上述用于超塑成型的设备还可以具有下列附加技术特征：

可选的，所述设备进一步包括控制装置，所述控制装置与所述成型装置和所述检测装置连接，所述检测装置将检测所述孔洞的信号传送至所述控制装置，以使所述控制装置对所述成型装置在成型时的背压进行相应调节。由此，在使用时，调节背压可以手动，也可以自动，通过采用控制装置可以实现自动调节背压，准确性更高，从而能够有效抑制孔洞的产生。

可选的，所述声波探测仪为超声波探测仪。由此，可以实时检测成型时孔洞的数量和形成速率，进一步可以准确地用于调整成型的背压。

可选的，所述模具包括：下模，所述下模一端的端面上向内凹设有预定形状的凹槽；上模，所述上模设有与所述凹槽相配合的模块，以使所述下模和所述上模闭合时所述凹槽和所述模块形成封闭容纳腔；以及加热棒，所述加热棒与所述下模连接，用于加热所述下模。由此，在利用模具可以有效地完成成型，并且加热帮可以确保模具保持最佳的成型温度，从而生产出多种类型或构造的产品，可以满足不同的需求和增加产品卖点，因而根据本发明实施例的用于超塑成型的设备具有广阔的应用空间和巨大的市场推广价值。

可选的，进一步包括进气孔，所述进气孔设置在所述模块上，并且与所述封闭容纳腔相通，用于向所述封闭容纳腔输入气体。由此，可以进一步采用气胀成型技术制备产品。另外，本发明使气胀成型技术的生产量变大，从而使本发明的设备更适用于工业化、规模化生产。

可选的，进一步包括排气孔，所述排气孔设置在所述下模上，并且与所述封闭容纳腔相通，用于将所述封闭容纳腔内的气体排出，防止成形最后阶段模具及工件之间包住气体，令成形不完全。

可选的，所述模具的模芯的制备材料为45号钢、SKD61钢、H13钢、陶瓷、水泥以及石膏中的至少一种。

可选的，进一步地，所述控制装置包括可编程逻辑控制器或计算机数控系统。

在本发明的另外一个方面，本发明提出了一种用于超塑成型的方法。利用以上实施例所述的用于超塑成型的设备进行成型，包括：成型，利用所述成型装置进行成型；检测，利用所述检测装置对所述成型过程中的孔洞进行实时检测；以及调节，以所述检测装置检测到的所述孔洞的形成速率为依据，对所述成型装置在成型时的背压进行相应调节。调节背压可以手动，也可以自动，例如通过采用上述控制装置可以实现自动调节背压，准确性更高，从而能够有效抑制孔洞的产生。

可选的，所述孔洞的形成速率每上升10%，所述背压上调0.5MPa；所述孔洞的形成速率每下降9.09%，所述背压下调0.5MPa。

本发明的用于超塑成型的设备和方法可以实现下列优点至少之一：

1、根据本发明的实施例的用于超塑成型的设备和方法，提出了一种全新的用于超塑成形和实时探测孔洞形成速率的装置和方法，而且操作简便，成本低；

2、根据本发明的实施例的用于超塑成型的设备和方法，在超塑成形过程中，可以按孔洞形成的速率实时而准确地调整成型的上、下压比例，有效地避免了人为误差，从而可以更有效地抑制孔洞；

3、根据本发明的实施例的用于超塑成型的设备和方法，可以更准确地掌握抑制孔洞所需要的背压,不必为了减少孔洞而增加过多的背压而导致成形速率减慢，从而有效地提高了成型速度，节省了能源和时间；

4、根据本发明的实施例的用于超塑成型的设备和方法，提供了研究背压的施加方法、背压强度、上下压比例、成形速率及其他参数和孔洞形成速率的关系的手法，而不再单单是和孔洞总数的关系；

5、根据本发明的实施例的用于超塑成型的设备和方法，由于有效抑制了孔洞化，令超塑气胀成形工件的物理性能更高，成形废品率更低，大幅提升超塑成形工件量产化的可行性，从而使本发明的设备和方法更适用于工业化、规模化生产。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的用于超塑成型的设备的结构示意图；

图2是根据本发明另外一个实施例的用于超塑成型的设备的模具的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的组件或具有相同或类似功能的组件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明是基于发明人的下列发现而完成的：

超塑成形过程中产生孔洞，现有技术只能在成形完成后以显微镜检测孔洞数量，一直都缺乏在成形过程中实时检测孔洞的手段。现有的主要解决孔洞方法就是调整背压，但是调节往往靠经验估算进行调节，难以准确知道应该施加的背压是多少，人为误差较大，有经验的人或许可以调节，没有的话就是猜测，效果不好，或者浪费能源和时间，孔洞问题难以得到有效解决。本发明的发明人在研究中发现，超塑成形过程中会产生声波，而且当中的孔洞形成有它自己特殊频率的声波，可以和背景及其他成形引致的声波区别起来，发出的声波的频率与成形温度、材料成份、材料厚度、工件形状等有关，在成形过程中通过探测相应频率的声波的密度可以检测孔洞形成的速度，因此通过声波探测仪可以检测孔洞形成的速度，直接探测每个位置在相应时间所接收到的声波信号，可以得知在某一刻、工件某一区域孔洞形成的速率。另外，本发明的发明人惊奇地发现，以孔洞的形成速率为依据对成型装置在成型时的背压进行相应调节，能够有效地防止孔洞的产生。通过本发明的技术方案，能够有效地解决现有技术中的例如产生孔洞等技术问题。以下部分将对本发明技术方案的特征和优点做进一步地描述。

需要特别说明的是，上述的“通过声波探测仪可以检测孔洞形成的速度，以及以孔洞的形成速率为依据对成型装置在成型时的背压进行相应调节能够有效地防止孔洞的产生”均是本发明的发明人在付出了大量艰苦的劳动后，意外获得的。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种用于超塑成型的设备。根据本发明实施例，如图1所示，具体地，该设备包括成型装置100和检测装置200，检测装置200包括声波探测仪，需要说明的是，该声波探测仪泛指所有可以探测声波的仪器，其中，成型装置100可以对原料进行成型加工，成型装置100的种类和结构不受特别限制，可以借助现有技术中一切可用的成型工具；与成型装置100连接的检测装置200可以对成型过程中孔洞的形成速率进行实时检测；当然，调节背压可以手动，也可以自动，优选通过采用控制装置300，检测装置200将检测孔洞的信号传送至与其连接的控制装置300，控制装置300对成型装置100在成型时的背压进行相应调节，可以实现自动调节背压，准确性更高，从而在成型的同时又可以有效防止孔洞的产生。相关技术人员应该理解的是，检测装置200对孔洞的检测数据不仅仅是孔洞的数量和形成速度，还可以是其它，另外，相关技术人员还可以对检测装置200和控制装置300进行等同变化、修改、替换和变型，这些均落在本发明的保护范围以内。

利用根据本发明实施例的用于超塑成型的设备，不仅可以对成型过程中孔洞的形成速率进行实时检测，而且可以对成型时的背压进行实时调节，从而使现有技术中的例如孔洞问题得到了有效解决。另外，根据本发明实施例的用于超塑成型的设备，成型速度快，产量高，还具有结构简单、操作方便、适用范围广泛、产品多样化、成本低廉等优点。

根据本发明实施例，优选的声波探测仪为超声波探测仪。

如图2所示，根据本发明实施例，上述成型装置100包括模具，模具包括：下模1、上模2以及加热棒5，在下模1一端的端面上向内凹设有预定形状的凹槽4，上模2设有与凹槽4相配合的模块3，下模1和上模2闭合时凹槽4和模块3可以形成封闭容纳腔，原料8可以在封闭容纳腔内完成成型，而加热棒5与下模1连接，可以加热下模1，从而保证模具可以获得合适的成型温度，声波探测仪探头9可以随时检测模具的孔洞形成速度。

如图2所示，根据本发明的实施例，进一步地，在模具上模2的模块3上设置进气孔6，并且进气孔6与封闭容纳腔相通，进气孔6可以向封闭容纳腔输入气体，从而使模具可以高效率地采用气胀成型技术制备产品。

如图2所示，根据本发明的实施例，进一步地，在下模1上设置排气孔7，并且排气孔7与封闭容纳腔相通，排气孔7可以将封闭容纳腔内的气体排出。

根据本发明的实施例，模具的制备材料不受特别限制。例如根据本发明的一些实施例，模具的模芯的制备材料为可以选自45号钢、SKD61钢、H13钢、陶瓷、水泥以及石膏。

参考图1和图2所示，根据本发明的实施例，进一步地，上述用于超塑成型的设备的控制装置还可以包括PLC（可编程逻辑控制器，Programmable Logic Controller，简称PLC）或CNC（计算机数控，Computer Numerical Control，简称CNC）系统，从而可以实现智能化、自动化超塑成型，大大提高了生产效率，并显着节俭了人力、物力及财力。

在本发明的另外一个方面，本发明提出了一种用于超塑成型的方法。参考图1和图2所示，根据本发明的实施例，利用以上实施例所述的用于超塑成型的设备进行成型，该方法的主要步骤为成型、检测以及调节，利用成型装置100进行成型，利用检测装置200对成型过程中的孔洞进行实时检测，以检测装置200检测到的孔洞的形成速率为依据，对成型装置100在成型时的背压进行相应调节，调节背压时可以手动，也可以利用控制装置300实现自动化调节。另外，前面针对用于超塑成型的设备所描述的特征和优点，也当然地适用该方法，不再赘述。

根据本发明的一个实施例，孔洞的形成速率每上升10%则背压上调0.5MPa，孔洞的形成速率每下降9.09%则背压下调0.5MPa。

为了进一步详细阐述本发明的技术方案，下面通过具体的实施例对本发明进行说明，需要说明的是这些实施例仅仅是为了说明目的，而不能以任何方式解释成对本发明的限制。另外，在下列实施例中如果没有特别说明，则所采用的设备和材料均为市售可得的。

实施例1

下面阐述，按照图2设计成形模具、以超声波探测仪为检测装置、以铝合金板材为原料、采用超塑气胀技术制备盒状成形件的成型工艺。

一开始以正压（上压）1.2MPa，负压（下压）0.2MPa进行成形，一边成形一边以超声波探测仪探测孔洞形成的声波，当孔洞形成速度每上升10%时，将背压上升0.5MPa，当孔洞形成速度每下降9.09%（回落到上升10%前水平）时，将背压下降0.5MPa，加快成型速度，重复整个过程直至工件完全贴模为止。

结果：此工艺可以有效地抑制孔洞，盒状成形件的孔洞减少50%以上，抗拉强度,打压强度,屈服强度等物理性能均得到提高，另外，可以更准确地掌握抑制孔洞所需要的背压,不必为了抑制孔洞而增加过多的背压而导致成形速率减慢，从而可以提高成型速度，节省能源和成型时间。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种用于超塑成型的设备，其特征在于，所述设备包括成型装置、检测装置和控制装置；

所述成型装置用于成型；

所述检测装置与所述成型装置连接，用于对成型过程中孔洞的形成速率进行实时检测；

所述控制装置与所述成型装置和所述检测装置连接，所述检测装置将检测所述孔洞的信号传送至所述控制装置，以使所述控制装置对所述成型装置在成型时的背压进行相应调节；

其中，所述检测装置包括超声波探测仪；

所述成型装置包括模具，所述模具包括下模、上模、加热棒、进气孔和排气孔；

所述下模一端的端面上向内凹设有预定形状的凹槽；

所述上模设有与所述凹槽对应的模块，以使所述下模和所述上模闭合时所述凹槽和所述模块形成封闭容纳腔；

所述加热棒与所述下模连接，用于加热所述下模；

所述进气孔设置在所述模块上，并且与所述封闭容纳腔相通，用于向所述封闭容纳腔输入气体；

所述排气孔设置在所述下模上，并且与所述封闭容纳腔相通，用于将所述封闭容纳腔内的气体排出；

所述控制装置包括可编程逻辑控制器或计算机数控系统。

2.根据权利要求1所述的设备，所述模具的模芯的制备材料为45号钢、SKD61钢、H13钢、陶瓷、水泥以及石膏中的至少一种。

3.一种用于超塑成型的方法，其特征在于，利用权利要求1或权利要求2所述用于超塑成型的设备进行成型，包括：

成型，利用所述成型装置进行成型；

检测，利用所述检测装置对所述成型过程中的孔洞进行实时检测；以及

调节，以所述检测装置检测到的所述孔洞的形成速率为依据，对所述成型装置在成型时的背压进行相应调节；

其中，在所述调节过程中，当所述孔洞的形成速率每上升10％，所述背压上调0.5MPa；当所述孔洞的形成速率每下降9.09％，所述背压下调0.5MPa。