CN100372622C - 轻合金管材热态内高压成形方法 - Google Patents
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Abstract
轻合金管材热态内高压成形方法，属于管材零部件的成形方法。它解决了现有轻合金管材在常温下成形性差、加工困难的问题。该方法的步骤为：一、将模具(2)加热到150～500℃；二、将管坯(3)放入经步骤一加热的模具(2)中，将模具(2)闭合；三、将冲头(1)与管坯(3)的两端部接触并密封，然后通过管路(6)向管坯(3)内注入150～500℃的热态液体介质(4)；四、当模具(2)、管坯(3)的温度达到150～500℃，施加压力，使管坯(3)发生变形，即得制备出轻合金管材零部件。本发明的特点在于，将轻合金管材加热到适当温度后显著提高其成形性能，能够一次成形出形状复杂的轻合金管状空心变截面零部件，与传统工艺相比，该方法生产的零部件具有质量轻、刚度好和成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及管材零部件的成形方法。
背景技术
能源危机和环境污染是人类面临的二大难题。汽车、飞机等运输工具在能源消耗中占有很大比例，汽车尾气也是主要的空气污染源。减轻汽车、飞机的自重是减少能源消耗和污染排放的措施之一。轻量化主要途径是采用轻质材料和轻体结构。轻质材料包括铝合金、镁合金、钛合金和复合材料等。轻体结构主要形式包括整体结构、薄壳和空心变截面。对于空心变截面零部件，传统的制造工艺一般为先冲压成形两个半片然后再焊接成整体，工艺复杂，质量难以保证。而内高压成形特别适合成形空心变截面零部件。内高压成形时，管坯在内部高压液体和两端轴向载荷的共同作用下发生变形并最终贴合模具成形零件。与传统工艺相比，内高压成形的特点是可以一次整体成形空心变截面构件，具有质量轻，刚度好，零件数量少，可减少组装焊接量和成本低等优点。目前，内高压成形所采用的材料主要是焊接钢管。为了进一步减轻结构重量，可以采用铝合金、镁合金等轻质合金。但是，铝合金的主要缺点是常温下成形性差，而镁合金在常温下很难成形，所以在常温下采用内高压成形方法成形过程中因没有施加轴向载荷，当管材胀形量过大会使管壁减薄直至破裂，而且成形后的管壁厚度不均匀，对成形复杂空心变截面零部件而言就更困难。
发明内容
本发明为了解决现有轻合金管材在常温下采用内高压成形方法成形过程中因没有施加轴向载荷，当管材胀形量过大会使管壁减薄直至破裂，而且成形后的管壁厚度不均匀，对成形复杂空心变截面零部件困难的问题，提供了一种轻合金管材热态内高压成形方法，解决上述问题的具体技术方案如下：
本发明的轻合金管材热态内高压成形方法由下列步骤实现：
步骤一、将模具2加热到150～500℃；
步骤二、将管坯3放入经步骤一加热的模具2中，将模具2闭合；
步骤三、将冲头1与管坯3的两端部接触并密封，然后通过管路6向管坯3内注入150～500℃的热态液体介质4；
步骤四、当模具2、管坯3以及热态液体介质4的温度达到150～500℃时，通过控制滑动冲头(1)的轴向位移或轴向推力及与管坯(3)内热态液体介质(4)的压力相匹配，使管坯3发生变形，即得制备出设计的轻合金管材零部件。
本发明的轻合金管材空心变截面零部件热态内高压成形方法的特点在于，将铝合金、镁合金等轻质管材加热到适当温度，可以显著提高其成形性能，同时又充分利用了内高压成形方法柔性高的优点，能够一次成形出形状复杂的轻合金管状空心变截面零部件。与传统工艺相比，该方法生产的零件具有质量轻、刚度好、零件数量少和成本低的优点。适合于汽车排气***异形管件、副车架、仪表盘支架、车身框架、空心轴类件和复杂管件等的成形。
附图说明
图1是管材热态内高压成形及模具初始状态结构的剖视图，图2是管材热态内高压成形及模具终了状态结构的剖视图。
图中1是冲头，2是模具，3是管坯，4是热态液体，5是加热装置，6是管路。
具体实施方式
具体实施方式一：
步骤一、首先将模具2加热到150～500℃；模具2的温度可通过模具2上设置的加热装置5(加热装置5采用热电阻或热油循环方式)以及注入的热态液体介质4(热态液体介质4采用热油)的温度进行控制；
步骤二、将常温下或经过预热的铝合金或镁合金管坯3放入经步骤一加热的模具2中，将模具2闭合；
步骤三、将经步骤二闭合后的模具2中部的滑动冲头1与管坯3的两端部接触并采用高压密封后，通过管路6向管坯3内注入温度为150～500℃和压力为0～250Mpa的热态液体介质4(见图1)；
步骤四、当经步骤三的模具2、管坯3以及热态液体介质4的温度为150～500℃范围时，通过控制滑动冲头1的轴向位移或轴向推力以及管坯3内的热态液体介质4的压力之间相匹配，热态液体介质4的压力为0～250Mpa，使管坯3产生变形，最终制备出图2所示的轻合金管材零部件。
铝合金和镁合金在加热到一定温度后其形变性能将显著提高。对于铝合金锥形零件拉深，室温拉深高度为35mm，当温度增加到250℃时，拉深高度达到60mm。镁合金管材在250℃时的拉深比达到3.0，超过了钢板在常温下的拉深成形极限(拉深比2.2)。
在轻合金管材零部件成形的过程中，控制滑动冲头1的轴向位移或轴向推力以及管坯3内热态液体介质4的压力两者之间的匹配关系，同时，要控制管坯3的温度以及模具2和管坯3接触区的温度。管坯3的加热可以通过内部的热态液体介质4和模具2的温度进行控制。
本发明的方法可按模具的设计，制备出不同形状的轻合金管材零部件。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤一的模具2加热到150℃，步骤四中模具2、管坯3以及热态液体介质4的温度为500℃。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤一的模具2加热到300℃，步骤四中管坯3以及热态液体介质4的温度为300℃，热态液体介质4的压力为150Mpa。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤一的模具2加热500℃，步骤四中管坯3以及热态液体介质4的温度为150℃，热态液体介质4的压力为250Mpa。其它步骤与具体实施方式一相同。
Claims (5)
1.轻合金管材热态内高压成形方法，其特征在于该方法由下列步骤实现：
步骤一、将模具(2)加热到150～500℃；
步骤二、将管坯(3)放入经步骤一加热的模具(2)中，将模具(2)闭合；
步骤三、将冲头(1)与管坯(3)的两端部接触并密封，然后通过管路(6)向管坯(3)内注入150～500℃的热态液体介质(4)；
步骤四、当模具(2)、管坯(3)及热态液体介质(4)的温度达到150～500℃时，通过控制冲头(1)的轴向位移与管坯(3)内热态液体介质(4)的压力的匹配关系，同时控制管坯(3)的温度以及管坯(3)和模具(2)接触区的温度，使管坯(3)发生变形，即可制备出设计的轻合金管材零部件。
2.根据权利要求1所述的轻合金管材热态内高压成形方法，其特征在于步骤四中的热态液体介质(4)的压力为0～250Mpa。
3.根据权利要求1或2所述的轻合金管材热态内高压成形方法，其特征在于步骤一的模具(2)加热到150℃，步骤四中模具(2)、管坯(3)以及热态液体介质(4)的温度为500℃。
4.根据权利要求1或2所述的轻合金管材热态内高压成形方法，其特征在于步骤一的模具(2)加热到300℃，步骤四中管坯(3)以及热态液体介质(4)的温度为300℃，热态液体介质(4)的压力为150Mpa。
5.根据权利要求1或2所述的轻合金管材热态内高压成形方法，其特征在于步骤一的模具(2)加热到500℃，步骤四中管坯(3)以及热态液体介质(4)的温度为150℃，热态液体介质(4)的压力为250Mpa。
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