[发明专利]热态金属板材快速气压胀形方法

说明书

热态金属板材快速气压胀形方法，它涉及金属板材零件成形技术，以解决现有的热态金属板材成形技术无法保证坯料在合理的温度条件和压力条件下变形，从而无法实现复杂金属钣金零件特别是薄壁零件的精密、快速成形的问题，方法主要步骤为：步骤一、将待成形金属板坯放置到成形用模具上；步骤二、向金属板坯与密封模具、金属板坯与成形模具构成的上下密闭空腔中同时充入压力近似相等的高压气体；步骤三、将金属板坯加热到预先设定的成形温度条件；步骤四、快速释放金属板坯与成形模具所构成的空腔中的高压气体使金属板坯胀形；步骤五、卸除金属板坯与密封模具所形成空腔中的气体，开启模具，得到成形后的钣金零件。本发明用于金属钣金零件制造。

技术领域

本发明涉及金属板材零件成形技术，具体涉及一种可实现金属板材在热态下快速气压胀形的方法。

背景技术

金属钣金构件的制造，主要是依靠金属材料的塑性变形能力，利用外部施加的载荷使坯料发生塑性变形来实现。对于不同的金属材料，需采用不同的成形工艺及成形条件。

由于铝合金、镁合金及钛合金等材料密度小、比强度高，相同质量的零件可以提供更高的承载能力，所以此类材料被称为轻质材料。此类材料的一个共性缺点是室温下塑性较差，在室温下难以制造复杂的零件。目前，主要采用热态成形方法来成形此类材料，即将待成形的坯料加热到合适的温度后再进行成形。根据成形时材料变形速度的不同，可以将热态成形分为低速和快速两类，如超塑成形即为典型的低速成形，而高压气胀则为典型的快速成形。超塑成形，是利用较低的气体压力(一般低于10大气压，即1.0MPa)使处于高温的坯料以很慢的速度变形，应变速率通常低于10^-2/s。因高温环境下人员无法操作，或因高温下零件粘在模具上，在成形后需要等模具和零件冷却到较低温度才能取出零件。因此，超塑成形单个零件往往需要数个小时甚至更长时间。这一缺点极大限制了超塑成形在大批量生产中的应用。高压气胀，是通过提高气体压力(如达到10MPa甚至更高)，使坯料在较短时间内完成变形。由于高压气胀的整个过程非常快，单个零件成形周期只有数十秒甚至更短，因此成为上述轻质金属材料大批量生产的先进技术。高压气胀成形时，目前主要通过模具上局部设置的充气孔向模腔内快速充气以使板坯发生变形。由于胀形时板坯和模具都处于较高的温度，而充入的气体处于常温且高压的状态，在充气过程中因空气流动和压力降低将使坯料上局部区域的温度产生明显下降而形成非均匀的温度场。对于形状简单的零件如轴对称的圆筒形零件，充气孔往往正对着板坯的中心位置，所以可以基本保证零件按对称的方式发生变形。但是对于复杂的板材零件，如果充气孔位置设置不合理，将在板坯上形成不合理的温度场分布。另一方面，由于在快速充气时气体是由局部的充气口充入到板坯与模具型腔构成的密闭空间，在充气的较短时间内气体压力也可能存在一定程度的不均匀。金属板坯的变形是由板坯上的温度分布和板坯上所作用的气体压力共同决定的，当这种温度分布和压力分布不合理时，将难以获得需要的最终零件。

为了实现壁厚较薄、形状复杂的薄壁金属钣金零件的精密、快速成形，需要开发一种能够保证坯料在合理的温度条件以及合理的气压条件下变形的成形技术。

发明内容

本发明是为解决现有的热态金属板材成形技术无法保证坯料在合理的温度条件和压力条件下变形，从而无法实现复杂金属钣金零件特别是薄壁零件的精密、快速成形的问题，进而提出一种热态金属板材快速气压胀形方法。

热态金属板材快速气压胀形方法，是按照以下步骤实施的：

步骤一、将待成形金属板坯放置到成形模具上，闭合密封模具以在金属板坯的上下表面形成密闭的空腔；

步骤二、向金属板坯与密封模具、金属板坯与成形模具构成的上下密闭空腔中同时充入压力相等的高压气体；

步骤三、将金属板坯加热到预先设定的成形温度条件；

步骤四、快速释放金属板坯与成形模具所构成的密闭空腔中的高压气体，使金属板坯在另一侧高压气体的作用下发生快速胀形而贴合到成形模具的模腔；