CN103894469B - 轻合金管状构件固体颗粒介质热胀成形方法 - Google Patents

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Abstract

一种轻合金管状构件固体颗粒介质热胀成形方法，其主要是将模具装置和耐热固体颗粒介质预热；将模具闭合，并将下压盖和下压头移动至设定位置，下压盖和下压头移动位置根据管坯长度和耐热固体颗粒介质填装体积分别设定，将管坯装入上述已加热模具的空腔内，并将上述已加热的耐热固体颗粒介质填装至管坯、下压盖和下压头形成的空腔内，将上压盖和上压头先后闭合，继续加热并达到工艺设定温度，上下压头和压盖分别按照设定的路线加载，使管坯发生变形，即得到设计的轻合金管状构件。本发明工艺控制简便，投入成本低廉，绿色环保无污染，能够一次成形出形状复杂的轻合金空心变截面管状构件，进一步提高管材的成形极限。

Description

轻合金管状构件固体颗粒介质热胀成形方法
技术领域
本发明涉一种轻合金管状构件的成形方法。
背景技术
随着科学技术和工业生产的不断发展，在航空、航天和军工等高技术领域不断要求零构件的高性能、轻量化、高可靠性与功能高效化。管状构件所具有的整体化、薄壳和空心变截面等轻体结构特征正适应了发展的需求。同时，关键构件往往应用于极端苛刻的环境，由于轻合金材料表现的密度低、高强度、高硬度、耐热、耐磨、耐蚀等优质性能，现已成为关键构件的首选材料。轻合金材料主要包括铝合金、镁合金、钛合金和特殊复合材料等。而这种材料大多室温变形能力较差，延伸率一般都小于10%～15%，常温条件下用传统的成形工艺难以成形复杂截面形状的零件，这极大地制约了其广泛应用。但是，铝合金、镁合金材料在中等温度区间200℃～400℃范围内的成形性能可以得到显著的提高，钛合金材料在750℃～850℃的高温条件下塑性变形能力显著增强，因此，亟需发展轻合金管状构件高性能精确热成形制造新原理新技术才能够解决这一问题。目前，轻质合金管状构件热成形的工艺方法主要是采用液体、气体作为传力介质的内高压成形技术，该工艺需要配备提供高温高压液体、气体的专用增压、传输和控制系统。由于增压和传输系统中高压阀、密封、管路、以及传压介质本身耐热性能的限制，使其难以应用于较高的成形温度区间。同时，昂贵的外部专用增压设备和控制系统也限制了该工艺的广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方法简单、节能环保、一次成形的轻合金管状构件固体颗粒介质热胀成形方法。本发明主要是采用耐热固体颗粒介质代替液体或气体的作用，在高温下通过压力设备直接给耐热固体颗粒介质加载，管坯在介质压力的作用下变形贴膜，从而得到所需管状构件形状。
本发明的轻合金管件固体颗粒介质热胀成形方法如下：
1、首先将模具装置闭合预热至轻合金管材成形的工艺设定温度，加热装置采用电阻加热和闭环温度控制系统，加热温度为200℃～850℃。将耐热固体颗粒介质预热至工艺设定温度，采用加热炉外部加热，加热温度为200℃～850℃；
2、将模具闭合，并将下压盖和下压头移动至设定位置，下压盖和下压头移动位置根据管坯长度和耐热固体颗粒介质填装体积分别设定；
3、将管坯装入上述已加热模具的空腔内，并将上述已加热的耐热固体颗粒介质填装至管坯、下压盖和下压头形成的空腔内，将上压盖和上压头先后闭合，继续加热并达到工艺设定温度，保温时间根据管坯材质设定；
4、根据所加工的轻合金管状构件的材料、形状、壁厚等参数，设定加载路线，上下压头和压盖分别按照设定的路线加载，加载方式可以按照位移或压力设定和控制，使管坯发生变形，即得到设计的轻合金管状构件。
所述耐热固体颗粒介质可根据所成形管材材质和几何尺寸选定颗粒种类和粒径，粒径尺寸一般可在0.05～2.0mm范围内选取，耐热固体颗粒介质为钢珠微粒或陶瓷颗粒，该耐热固体颗粒介质通过压头直接加载而建立内压，无需密封装置。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、工艺控制简便，投入成本低廉，产品设计灵活，有望为大口径、薄壁轻质合金异形截面管状构件成形提供高效、精确、便捷的新技术手段。
2、耐热固体颗粒介质在高温200℃～850℃温度的添加下能保持较好的化学稳定性和机械性，具有良好的填充能力和流动性能，且化学稳定性好，对工件无腐蚀，可以循环利用，绿色环保无污染，可以克服一般介质(液体、气体介质)在高温条件下密封和加载难题。
3、可以促进管材流动变形，能够一次成形出形状复杂的轻合金空心变截面管状构件，进一步提高管材的成形极限。
4、本发明成形的轻合金管状构件是结构轻量化和加工技术柔性化的完美结合，适用于航空、航天和军工等高技术领域在极端条件下使用的轻合金异型管件、连接头、空心轴等复杂管材构件的成形。
附图说明
图1为本发明管材固体颗粒介质热胀成形及模具结构初始状态的剖视图。
图2为本发明管材固体颗粒介质热胀成形及模具结构终了状态的剖视图。
具体实施方式：
实施例1：
首先将模具装置中的上压头1、上压盖2、上模4、下模7、下压盖8、下压头9等闭合预热至AA5052铝合金管材6成形的工艺设定温度270℃，加热装置3采用电阻加热和闭环温度控制系统，同时将钢珠微粒介质5采用加热炉外部加热，预热至工艺设定温度270℃；将模具闭合，并将下压盖和下压头移动至设定位置，下压盖和下压头移动位置根据管坯长度和耐热固体颗粒介质填装体积分别设定。将AA5052铝合金管坯装入上述已加热模具的空腔内，并将上述已加热的耐热固体颗粒介质填装至管坯、下压盖和下压头形成的空腔内，将上压盖和上压头先后闭合(如图1所示)，继续加热并达到工艺设定温度270℃，保温直至介质、管坯和芯模等温，达到270℃；根据所加工的轻合金管状构件的材料、形状、壁厚等参数，设定加载路线，上下压头和压盖分别按照设定的路线加载，加载方式可以按照位移或压力设定和控制，使管坯发生变形，即得到设计的轻合金管状构件(如图2所示)。
实施例2：
首先将模具装置中的上压头、上压盖、上模、下模、下压盖、下压头等闭合预热至TC4钛合金管材成形的工艺设定温度850℃，加热装置采用中频加热和闭环温度控制系统，同时将耐热陶瓷颗粒介质采用加热炉外部加热，预热至工艺设定温度850℃；将模具闭合，并将下压盖和下压头移动至设定位置，下压盖和下压头移动位置根据管坯长度和耐热固体颗粒介质填装体积分别设定。将TC4钛合金管坯装入上述已加热模具的空腔内，并将上述已加热的耐热固体颗粒介质填装至管坯、下压盖和下压头形成的空腔内，将上压盖和上压头先后闭合，继续加热并达到工艺设定温度850℃，保温直至介质、管坯和芯模等温，达到850℃；然后，通过控制压头和压盖的轴向位移或轴向推力，使管坯产生塑性变形，即得到设计的钛合金管状构件。

Claims (1)

1.一种轻合金管状构件固体颗粒介质热胀形方法，其特征在于：
(1)首先将模具装置闭合预热至轻合金管材成形的工艺设定温度，加热装置采用电阻加热和闭环温度控制系统，加热温度为200℃～850℃，将耐热固体颗粒介质预热至工艺设定温度，采用加热炉外部加热，加热温度为200℃～850℃；所述耐热固体颗粒的粒径尺寸为0.05mm；
(2)将模具闭合，并将下压盖和下压头移动至设定位置，下压盖和下压头移动位置根据管坯长度和耐热固体颗粒介质填装体积分别设定；
(3)将管坯装入上述已加热模具的空腔内，并将上述已加热的耐热固体颗粒介质填装至管坯、下压盖和下压头形成的空腔内，将上压盖和上压头先后闭合，继续加热并达到工艺设定温度，保温时间根据管坯材质设定；
(4)根据所加工的轻合金管状构件的材料、形状、壁厚的参数，设定加载路线，上下压头和压盖分别按照设定的路线加载，加载方式按照位移或压力设定和控制，使管坯发生变形，即得到设计的轻合金管状构件。
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