CN109985955B - 一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置及成形方法 - Google Patents

一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置及成形方法 Download PDF

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Abstract

一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置及其成形方法，本发明涉及控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置及其成形方法领域。本发明要解决现有热拉深工艺方法中由于底部减薄严重，坯料变形不均匀的技术问题。装置包括热成形压力机、模具和气体冷却器，其中模具包括模板、固定板、进气管、出气管、凸模和凹模。方法：一、将模具安装在热成形压力机上；二、加热，放入板料，保温，通入冷却气体，进行拉深成形，保压；三、开模，冷却至室温，检验验收。本发明通过上凸模的气道将循环氦气通入凸模中空结构腔里降低上模具温度，减少板材与上凸模接触部分的变形度，增加板材底部圆弧处的厚度，实现成形件的均匀变形。本发明用于制备板材零件。

Description

一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置及成形方法
技术领域
本发明涉及控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置及其成形方法领域。
背景技术
目前传统的等温热成形工艺中，对于薄壁和大表面积为特征的板类构件，一般采取等温热拉深成形，由于在拉深过程中与模具接触部分温度较高引起的变形量增大导致坯料与模具接触的部分过薄，使得变形不均匀且抗拉强度下降，会产生开裂等现象，不利于提高产品的质量和生产效率。同时液体冷却速度不好控制，且在实际生产中受冷却次数的影响较大，容易产生废液，污染环境，并且需要频繁的清理管道内水垢，微生物结垢及沉积物，间接增加维修保养的麻烦和费用。
发明内容
本发明要解决现有热拉深工艺方法中由于底部减薄严重，坯料变形不均匀的技术问题，而提供一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置及其成形方法。
一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置，包括热成形压力机、模具和气体冷却器，其中模具包括模板、固定板、进气管、出气管、凸模和凹模；模板装配在热成形压力机上侧热压板上，凹模装配在热成形压力机下侧热压板上，所述凸模通过固定板与模板密闭固定，所述凸模内部设有空腔，凸模设置在凹模上方，所述凸模与所述凹模的轴线重合，所述模板内部设有进气管和出气管，所述进气管的一端伸入凸模的空腔内，并靠近凸模底部，进气管的另一端与气体冷却器出气口连通，所述出气管的一端伸入凸模的空腔内，出气管的另一端与气体冷却器进气口连通。
进一步的，位于凸模空腔内的出气管深度小于进气管深度。
所述一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置的成形方法，具体按以下步骤进行：
一、将模具安装在热成形压力机上；
二、将热成形压力机加热至热成形温度，放入板料，保温10～60min，然后通过进气管向凸模通入冷却气体，当凸模温度降至底部预成形温度时，进行拉深成形，凸模和凹模闭合后，停止通入冷却气体，保压5～30min，凸模升温至热成形温度；
三、开模，取出成形零件，冷却至室温，对零件进行检验验收，完成一种控制构件壁厚均匀性的等温热拉深成形方法。
进一步的，步骤二中底部预成形温度低于热成形温度90～600℃。
进一步的，步骤二中板料为钛合金，热成形温度为650～750℃，底部预成形温度为250～450℃。
进一步的，步骤二中板料为铝合金，热成形温度为350～450℃，底部预成形温度为150～250℃。
进一步的，步骤二中板料为镁合金，热成形温度为180～240℃，底部预成形温度为50～150℃。
进一步的，步骤二中冷却气体为氦气。
进一步的，步骤二中控制通气速度为20～100m3/h，最大压力为0.1～2.0MPa。
进一步的，步骤二中拉深成形时，控制热成形压力机下行速度为1～20mm/s。
步骤二中冷却气体通过气体冷却器冷却后通入凸模空腔，升温后气体再进入气体冷却器中冷却，达到冷却气体循环的目的。
本发明所述板材拉深的装置中，以热成形机来加热模具从而能够均匀加热整个模具，模具中加入模板以承载进气管与出气管，凸模为中空结构形式，并设有气道，将进气管焊接在模板上，再与凸模进行装配固定，进气管深入凸模底部，以此来冷却凸模，出气管应比进气管短，以方便空气排出。
本发明的有益效果是：
本发明提供的凸模模具带有中空结构的气冷结构设计，设有进气管和排气管，先利用热成形机将模具升温至成形温度然后放入板料保温，待达到保温时间，再通入冷却的氦气对凸模进行降温，当凸模温度降至底部预成形温度后进行热拉深成形，这样的模具可以减少板材与上凸模接触部分的变形度，增加板材底部圆弧处的厚度，缓解由于厚度分布不均匀带来的开裂现象，实现成形件的均匀变形，板材成形件的底部减薄现象大大减少，因此该模具能够有效的控制板材零件的厚度，提高成形件性能，消除变形不均匀，开裂等缺陷。
本发明提供采用冷却氦气对凸模进行冷却的方法，相对于通入冷却液体而言能够更加准确的控制冷却速度，提高清洁性，不需要频繁的清理管道内水垢，微生物结垢及沉积物，降低清洗费用，减少锈蚀性，在实际生产中，水冷方法受使用次数的影响较大，而本发明采用氦气冷却能够保护表面不受氧化，不易产生应力，热拉伸稳定，板料成形精准。
本发明制备的板材零件的厚度偏差为±0.20mm，板材底部减薄现象得以有效控制，成形均匀，有效避免产品开裂的现象。
本发明工装结构简单，操作使用方便，降低批产成本，提高生产效率。
本发明用于制备板材零件。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置的结构示意图；
图2为实施例一制备的钛合金零件照片；
图3为采用现有工艺制备的钛合金零件照片。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：结合图1说明，本实施方式一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置，包括热成形压力机1、模具和气体冷却器8，其中模具包括模板2、固定板3、进气管4、出气管5、凸模6和凹模7；模板2装配在热成形压力机1上侧热压板上，凹模7装配在热成形压力机1下侧热压板上，所述凸模6通过固定板3与模板2密闭固定，所述凸模6内部设有空腔，凸模6设置在凹模7上方，所述凸模6与所述凹模7的轴线重合，所述模板2内部设有进气管4和出气管5，所述进气管4的一端伸入凸模6的空腔内，并靠近凸模6底部，进气管4的另一端与气体冷却器8出气口连通，所述出气管5的一端伸入凸模6的空腔内，出气管5的另一端与气体冷却器8进气口连通。
本实施方式提供的凸模模具带有中空结构的气冷结构设计，设有进气管和排气管，先利用热成形机将模具升温至成形温度然后放入板料保温，待达到保温时间，再通入冷却的氦气对凸模进行降温，当凸模温度降至底部预成形温度后进行热拉深成形，这样的模具可以减少板材与上凸模接触部分的变形度，增加板材底部圆弧处的厚度，缓解由于厚度分布不均匀带来的开裂现象，实现成形件的均匀变形，板材成形件的底部减薄现象大大减少，因此该模具能够有效的控制板材零件的厚度，提高成形件性能，消除变形不均匀，开裂等缺陷。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：位于凸模6空腔内的出气管深度小于进气管深度。
具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置的成形方法，具体按以下步骤进行：
一、将模具安装在热成形压力机上；
二、将热成形压力机加热至热成形温度，放入板料，保温10～60min，然后通过进气管向凸模通入冷却气体，当凸模温度降至底部预成形温度时，进行拉深成形，凸模和凹模闭合后，停止通入冷却气体，保压5～30min，凸模升温至热成形温度；
三、开模，取出成形零件，冷却至室温，对零件进行检验验收，完成一种控制构件壁厚均匀性的等温热拉深成形方法。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：步骤二中底部预成形温度低于热成形温度90～600℃。本实施方式与具体实施方式三相同。
本实施方式通过冷却氦气对凸模进行降温，以减少板材与上凸模接触部分的变形度，增加板材底部圆弧处的厚度，缓解由于厚度分布不均匀带来的开裂现象，实现成形件的均匀变形。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四不同的是：步骤二中板料为钛合金，热成形温度为650～750℃，底部预成形温度为250～450℃。本实施方式与具体实施方式三或四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五之一不同的是：步骤二中板料为铝合金，热成形温度为350～450℃，底部预成形温度为150～250℃。本实施方式与具体实施方式三至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是：步骤二中板料为镁合金，热成形温度为180～240℃，底部预成形温度为50～150℃。本实施方式与具体实施方式三至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三至七之一不同的是：步骤二中冷却气体为氦气。本实施方式与具体实施方式三至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式三至八之一不同的是：步骤二中控制通气速度为20～100m3/h，最大压力为0.1～2.0MPa。本实施方式与具体实施方式三至八之一相同。
本实施方式控制通气速度为20～100m3/h，能够达到迅速冷却凸模的目的。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式三至九之一不同的是：步骤二中拉深成形时，控制热成形压力机下行速度为1～20mm/s。本实施方式与具体实施方式三至九之一相同。
本实施例控制热成形压力机下行速度为1～20mm/s，以实现成形件的均匀变形，缓解开裂。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置，包括热成形压力机1、模具和气体冷却器8，其中模具包括模板2、固定板3、进气管4、出气管5、凸模6和凹模7；模板2装配在热成形压力机1上侧热压板上，凹模7装配在热成形压力机1下侧热压板上，所述凸模6通过固定板3与模板2密闭固定，所述凸模6内部设有空腔，凸模6设置在凹模7上方，所述凸模6与所述凹模7的轴线重合，所述模板2内部设有进气管4和出气管5，所述进气管4的一端伸入凸模6的空腔内，并靠近凸模6底部，进气管4的另一端与气体冷却器8出气口连通，所述出气管5的一端伸入凸模6的空腔内，出气管5的另一端与气体冷却器8进气口连通。
一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置的成形方法，具体按以下步骤进行：
一、将模具安装在热成形压力机上；
二、将热成形压力机加热至热成形温度700℃，放入钛合金板料，保温50min，然后通过进气管向凸模通入冷却气体氦气，当凸模温度降至底部预成形温度300℃时，控制热成形压力机下行速度为15mm/s，进行拉深成形，凸模和凹模闭合后，停止通入冷却气体，保压20min，凸模升温至热成形温度700℃；
三、开模，取出成形零件，冷却至室温，对零件进行检验验收，完成一种控制构件壁厚均匀性的等温热拉深成形方法。
步骤二中控制通气速度为80m3/h，最大压力为2.0MPa。
图2为实施例一制备的钛合金零件照片；图3为采用现有工艺制备的钛合金零件照片。
利用厚度仪在等距的位置测量实施例制备的钛合金零件的测量数据如表1所示：
表1
Figure GDA0002571146190000051
采用厚度仪在中心点附近等距的位置测量采用现有工艺制备的钛合金零件的测量数据如表2所示：
表2
Figure GDA0002571146190000061
对比可知：
采用传统的热拉深方法制造的成形件，在中心点附近的位置的厚度偏薄，底部中心附近厚度平均为1.98mm，中位数为2.00mm，边缘厚度平均在2.37mm，中位数为2.39mm，两部分厚度相差较大，变形不均匀，底部减薄严重，容易产生开裂现象。
采用本发明提供的钛合金板材热拉深方法及其装置制造的钛合金零件，底部中心附近厚度平均为2.13mm，中位数为2.15mm，边缘厚度平均在2.21mm，中位数为2.2mm，两部分厚度相差不大，由于在拉深成形时，通过冷却氦气对凸模进行降温，减少了板材与上凸模接触部分的变形度，增加了板材底部圆弧处的厚度，缓解了由于厚度分布不均匀带来的开裂现象，实现成形件的均匀变形，底部减薄现象得以改善，有效的控制了底部中心附近的厚度，使得变形更均匀。

Claims (7)

1.一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置，其特征在于该装置包括热成形压力机(1)、模具和气体冷却器(8)，其中模具包括模板(2)、固定板(3)、进气管(4)、出气管(5)、凸模(6)和凹模(7)；模板(2)装配在热成形压力机(1)上侧热压板上，凹模(7)装配在热成形压力机(1)下侧热压板上，所述凸模(6)通过固定板(3)与模板(2)密闭固定，所述凸模(6)内部设有空腔，凸模(6)设置在凹模(7)上方，所述凸模(6)与所述凹模(7)的轴线重合，所述模板(2)内部设有进气管(4)和出气管(5)，所述进气管(4)的一端伸入凸模(6)的空腔内，并靠近凸模(6)底部，进气管(4)的另一端与气体冷却器(8)出气口连通，所述出气管(5)的一端伸入凸模(6)的空腔内，出气管(5)的另一端与气体冷却器(8)进气口连通；
所述的一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置的成形方法，具体按以下步骤进行：
一、将模具安装在热成形压力机上；
二、将热成形压力机加热至热成形温度，放入板料，保温10～60min，然后通过进气管向凸模通入冷却气体，当凸模温度降至底部预成形温度时，进行拉深成形，凸模和凹模闭合后，停止通入冷却气体，保压5～30min，凸模升温至热成形温度；
三、开模，取出成形零件，冷却至室温，对零件进行检验验收，完成一种控制构件壁厚均匀性的等温热拉深成形方法；
步骤二中控制通气速度为20～100m3/h，最大压力为0.1～2.0MPa；
步骤二中拉深成形时，控制热成形压力机下行速度为1～20mm/s。
2.根据权利要求1所述的一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置，其特征在于位于凸模(6)空腔内的出气管深度小于进气管深度。
3.根据权利要求1所述的一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置，其特征在于步骤二中底部预成形温度低于热成形温度90～600℃。
4.根据权利要求1所述的一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置，其特征在于步骤二中板料为钛合金，热成形温度为650～750℃，底部预成形温度为250～450℃。
5.根据权利要求1所述的一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置，其特征在于步骤二中板料为铝合金，热成形温度为350～450℃，底部预成形温度为150～250℃。
6.根据权利要求1所述的一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置，其特征在于步骤二中板料为镁合金，热成形温度为180～240℃，底部预成形温度为50～150℃。
7.根据权利要求1所述的一种控制构件壁厚均匀性等温热拉深成形装置，其特征在于步骤二中冷却气体为氦气。
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