CN104624769B - 一种内压成形与热处理一体化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内压成形与热处理一体化装置，密封冲头分为下密封冲头和上密封冲头；合模推板分为右推板和左推板两部分；模具分为左模和右模两部分，模具位于合模推板的右推板和左推板之间；模具的右模与右推板相连接，模具的左模与左推板相连接；模具的左模和右模上均设置有弹性器件；加热器件分别嵌在左模和右模内；下密封冲头和上密封冲头上均开有介质通道；下密封冲头通过单向阀和介质通道开关与液体介质源相连通；加热器件通过导线和电源相连接；导线上设置有电源开关。方法分为十个步骤。本发明设计科学合理、性能稳定、工艺简单、做业效率高且成品精度及个格率高，具有较强的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种一体化装置及方法，尤其涉及一种内压成形与热处理一体化装置及方法，属于工业制造技术领域。
背景技术
工业制造中，成形、成性一体化是同时获得构件最佳使用性能并提高生产效率的最佳技术途径。空心截面构件具有高的抗弯模量和抗扭模量，被认为是实现结构轻量化的最佳结构形式，广泛应用于航空、航天、汽车和自行车等领域。
中空构件热处理时，由于内部没有支撑，组织应力会引起截面形状变化，因此无法同时获得高的形状精度和组织性能；目前空心截面构件生产中仍广泛采用锻压装置进行锻压成形和热处理分开进行的方法，此种装置及方法性能不稳定，工艺复杂、作业效率低下且成品精度低、合格率低，这阻碍了该类构件的大量生产和广泛应用。因此需要一种更加先进科学的装置及技术方法可实现空心截面构件的成形、成性一体化。
发明内容
为了解决上述问题中的不足之处，本发明提供了一种内压成形与热处理一体化装置及方法。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种内压成形与热处理一体化装置，包括密封冲头、合模推板、模具、加热器件，密封冲头分为下密封冲头和上密封冲头；合模推板分为右推板和左推板两部分；模具分为左模和右模两部分，模具位于合模推板的右推板和左推板之间；
模具的右模与右推板相连接，模具的左模与左推板相连接；模具的左模和右模上均设置有弹性器件；加热器件分别嵌在左模和右模内；
下密封冲头和上密封冲头上均开有介质通道；下密封冲头通过单向阀和介质通道开关与液体介质源相连通；上密封冲头通过介质通道、溢流阀和泄压阀与外界相通；加热器件通过导线和电源相连接；导线上设置有电源开关。
加热器件为感应线圈；模具为陶瓷模具。
加热器件为低电阻率铜合金电极，电极与模具间绝缘，合模过程中电极与管坯端部接触并抱紧。模具与管坯接触的型面为绝缘材料。
电源为大功率电源，大功率电源为电流范围0～5000000A，电压范围0～36V的电源。
电源为脉冲电流电源，脉冲频率0～10000Hz，幅值0～100000A，电压范围0～100000V的电源。
内压成形与热处理一体化方法，其具体步骤为：
a、根据欲加工的中空构件的形状采用相应的加热器件、下密封冲头、上密封冲头和模具；
b、选择合适的液体介质，液体介质为可气化介质，气化温度随压力的升高而升高；
c、根据中空构件的成形温度，调整泄压阀的开阀压力；
d、将液体介质源内部压力调至工艺需求值，其要点为介质源内部压力小于泄压阀的开阀压力，一般应为0～20MPa；
c、选择形状合适的初始管坯，将初始管坯放在下密封冲头上，然后下密封冲头和上密封冲头对管坯密封；打开介质通道开关，液体介质在自身内部压力作用下通过单向阀和介质通道充填管坯内腔，至溢流阀有液体介质溢出，然后关闭溢流阀；
f、电源开关闭合，加热器件通电，初始管坯温度逐步升高；与此同时，合模推板的右推板和左推板开始对向运动，推动模具的左模和右模逐渐合模，左模和右模的内型面与初始管坯接触，初始管坯在合模推板的推力和内部压力的共同作用下开始变形，合模推板持续运动，至模具完全闭合，并施加合模力；
g、随着通电持续，管坯温度升至液体介质气化温度，液体介质气化，并导致内部压力升高，当内部压力升至泄压阀开启后，内部压力和初始管坯温度恒定；在该过程中初始管坯在内部压力作用下贴模成形。其要点为电源功率应保证自电源开关闭合至管坯贴模成形应在0～60秒内完成；
h、根据中空构件的热处理温度，调整泄压阀的开阀压力，其要点为，液体介质在该压力下的气化温度等于成形件在快速加热模式下所需的热处理加热温度；
i、当泄压阀在液体介质气化压力作用下打开，并向外界排出蒸汽，继续通电0～60秒，其要点为初始管坯组织达到快速加热的热处理要求，然后断开电源开关，打开溢流阀；
j、关闭介质通道开关，打开模具，取出成形件；成形及热处理结束。
步骤c中的成形温度为成形件的热成形温度或成形件在快速加热模式下所需的热处理加热温度。
初始管坯为等截面管坯或变截面管坯。
初始管坯为铝合金管或镁合金管或高强钢管或钛合金管；铝合金管为2000系、5000系6000系或7000系铝合金。
本发明设计科学合理、性能稳定、工艺简单、做业效率高且成品精度及合格率高，具有较强的推广价值。
附图说明
图1为本发明采用感应线圈加热的结构示意图。
图2为本发明采用电极通电加热的结构示意图。
图3为图1中A-A面的剖面图。
图4为图1压制初始管坯完成后的结构示意图。
图5为图4中B-B面的剖面图。
图中：1、右推板；2、加热器件；3、下密封冲头；4、单向阀；5、液体介质源；6、介质通道开关；7、介质通道；8、左推板；9、导线；10、电源开关；11、左模；12、电源；13、弹性器件；14、上密封冲头；15、溢流阀；16、泄压阀；17、初始管坯；18、右模；19、初始管坯成形件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图5所示，本发明包括加热器件2、单向阀4、液体介质源5、介质通道开关6、介质通道7、导线9、电源开关10、电源12、弹性器件13、溢流阀15、泄压阀16、初始管坯17、合模推板和模具。
密封冲头分为下密封冲头3和上密封冲头14。合模推板分为右推板1和左推板8两部分。模具分为左模11和右模18两部分。模具位于合模推板的右推板1和左推板8之间。
模具的右模18与右推板1相连接，模具的左模11与左推板8相连接。模具的左模11和右模18上均设置有弹性器件13；加热器件2嵌在左模11和右模18内。下密封冲头3和上密封冲头14上均开有介质通道7。下密封冲头3通过单向阀4和介质通道开关6与液体介质源5相连通。上密封冲头14通过介质通道7、溢流阀15和泄压阀16与外界相通。加热器件2通过导线9和电源12相连接。导线9上设置有电源开关10。
内压成形与热处理一体化方法，其具体步骤如下：
1、根据欲加工的中空构件的形状采用相应的加热器件2、下密封冲头3、上密封冲头14和模具。
2、选择合适的液体介质，液体介质为可气化介质，气化温度随压力的升高而升高。
3、根据中空构件的成形温度，调整泄压阀16的开阀压力。
4、将液体介质源内部压力调至工艺需求值，其要点为介质源内部压力小于泄压阀16的开阀压力，一般应为0～20MPa。
5、选择形状合适的初始管坯17，将初始管坯17放在下密封冲头3上，然后下密封冲头3和上密封冲头14对管坯密封；打开介质通道开关6，液体介质在自身内部压力作用下通过单向阀4和介质通道7充填管坯内腔，至溢流阀15有液体介质溢出，然后关闭溢流阀15。
6、电源开关10闭合，加热器件2通电，初始管坯17温度逐步升高。与此同时，合模推板的右推板1和左推板8开始对向运动，推动模具的左模11和右模18逐渐合模，左模11和右模18的内型面与初始管坯接触，初始管坯在合模推板的推力和内部压力的共同作用下开始变形，合模推板持续运动，至模具完全闭合，并施加合模力。
7、随着通电持续，管坯温度升至液体介质气化温度，液体介质气化，并导致内部压力升高，当内部压力升至泄压阀16开启后，内部压力和初始管坯温度恒定；在该过程中初始管坯17在内部压力作用下贴模成形。其要点为电源功率应保证自电源开关10闭合至管坯贴模成形应在0～60秒内完成。
8、根据中空构件的热处理温度，调整泄压阀16的开阀压力，其要点为，液体介质在该压力下的气化温度等于成形件19在快速加热模式下所需的热处理加热温度。
9、当泄压阀16在液体介质气化压力作用下打开，并向外界排出蒸汽，继续通电0～60秒，其要点为初始管坯组织达到快速加热的热处理要求，然后断开电源开关10，打开溢流阀15。
10、关闭介质通道开关6，打开模具，取出成形件19；成形及热处理结束。
步骤3中的成形温度为成形件19的最佳热成形温度。
步骤3中的中空构件的成形温度为成形件19在快速加热模式下所需的热处理加热温度。
加热器件2为感应线圈，模具为陶瓷模具，加热器件2为低电阻率铜合金电极，电极与模具间绝缘，合模过程中电极能与管坯端部接触并抱紧。。
模具与管坯接触的型面为绝缘材料。初始管坯为等截面管坯或变截面管坯。
初始管坯为铝合金管或镁合金管。铝合金管为2000系、5000系6000系或7000系铝合金。初始管坯为高强钢管或钛合金管。高强钢为22MnB5。电源为大功率电源。
大功率电源为电流范围0～5000000A，电压范围0～36V的电源。
电源为脉冲电流电源，脉冲频率0～10000Hz，幅值0～100000A，电压范围0～100000V的电源。
本发明利用液体介质气化引起的内压升高的特点驱动管坯成形，同时在一定的内部压力作用下，利用未气化的液体介质对成形件热处理，保证了构件形状精度也同步完成了构件热处理，实现了空心构件的成形、成性一体化。
本发明的有益效果是：
一、利用液体介质气化形成的压力驱动管坯成形，无需额外配备增压器，成本低；
二、特定压力下液体介质的气化温度是恒定的，本发明仅需通过设定泄压阀的开阀压力即可精确且恒定的控制工件的成形温度和热处理温度，而无需任何测温装置和温控装置；工艺简单易行且稳定性好。
三、成形完毕后，直接利用内部的液体介质对工件淬火，成形和热处理在一个工序内完成，生产效率高。特别是淬火过程中仍有内压的支撑，热处理引起的变形得到控制，成形件的形状精度及成品率更高。
四、热成形下弹性变形低，成形件几乎无回弹，成形件形状精度容易保证。上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种内压成形与热处理一体化方法，其特征在于：一体化方法所使用的一体化装置包括密封冲头、合模推板、模具、加热器件；所述密封冲头分为下密封冲头(3)和上密封冲头(14)；合模推板分为右推板(1)和左推板(8)两部分；所述模具分为左模(11)和右模(18)两部分，模具位于合模推板的右推板(1)和左推板(8)之间；
所述模具的右模(18)与右推板(1)相连接，模具的左模(11)与左推板(8)相连接；模具的左模(11)和右模(18)上均设置有弹性器件(13)；所述加热器件(2)分别嵌在左模(11)和右模(18)内；
所述下密封冲头(3)和上密封冲头(14)上均开有介质通道(7)；下密封冲头(3)通过单向阀(4)和介质通道开关(6)与液体介质源(5)相连通；上密封冲头(14)通过介质通道(7)、溢流阀(15)和泄压阀(16)与外界相通；加热器件(2)通过导线(9)和电源(12)相连接；导线(9)上设置有电源开关(10)；
所述加热器件(2)为感应线圈；所述模具为陶瓷模具；
所述加热器件(2)为低电阻率铜合金电极，电极与模具间绝缘，合模过程中电极与管坯端部接触并抱紧；
所述模具与管坯接触的型面为绝缘材料；
所述电源为大功率电源，大功率电源为电流范围0～5000000A，电压范围0～36V的电源；
所述一体化方法的具体步骤为：
a、根据欲加工的中空构件的形状采用相应的加热器件(2)、下密封冲头(3)、上密封冲头(14)和模具；
b、选择合适的液体介质，液体介质为可气化介质，气化温度随压力的升高而升高；
c、根据中空构件的成形温度，调整泄压阀(16)的开阀压力；
d、将液体介质源内部压力调至工艺需求值，其要点为介质源内部压力小于泄压阀(16)的开阀压力，应为0～20MPa；
e、选择形状合适的初始管坯(17)，将初始管坯(17)放在下密封冲头(3)上，然后下密封冲头(3)和上密封冲头(14)对管坯密封；打开介质通道开关(6)，液体介质在自身内部压力作用下通过单向阀(4)和介质通道(7)充填管坯内腔，至溢流阀(15)有液体介质溢出，然后关闭溢流阀(15)；
f、电源开关(10)闭合，加热器件(2)通电，初始管坯(17)温度逐步升高；与此同时，合模推板的右推板(1)和左推板(8)开始对向运动，推动模具的左模(11)和右模(18)逐渐合模，左模(11)和右模(18)的内型面与初始管坯接触，初始管坯在合模推板的推力和内部压力的共同作用下开始变形，合模推板持续运动，至模具完全闭合，并施加合模力；
g、随着通电持续，管坯温度升至液体介质气化温度，液体介质气化，并导致内部压力升高，当内部压力升至泄压阀(16)开启后，内部压力和初始管坯温度恒定；在该过程中初始管坯(17)在内部压力作用下贴模成形；其要点为电源功率应保证自电源开关(10)闭合至管坯贴模成形应在0～60秒内完成；
h、根据中空构件的热处理温度，调整泄压阀(16)的开阀压力，其要点为，液体介质在该压力下的气化温度等于成形件(19)在快速加热模式下所需的热处理加热温度；
i、当泄压阀(16)在液体介质气化压力作用下打开，并向外界排出蒸汽，继续通电0～60秒，其要点为初始管坯组织达到快速加热的热处理要求，然后断开电源开关(10)，打开溢流阀(15)；
j、关闭介质通道开关(6)，打开模具，取出成形件(19)；成形及热处理结束。
2.根据权利要求1所述的内压成形与热处理一体化方法，其特征在于：所述步骤c中的成形温度为成形件(19)的热成形温度或成形件(19)在快速加热模式下所需的热处理加热温度。
3.根据权利要求1所述的内压成形与热处理一体化方法，其特征在于：所述初始管坯为等截面管坯或变截面管坯。
4.根据权利要求1所述的内压成形与热处理一体化方法，其特征在于：所述初始管坯为铝合金管或镁合金管或高强钢管或钛合金管。
5.根据权利要求4所述的内压成形与热处理一体化方法，其特征在于：所述铝合金管为2000系、5000系6000系或7000系铝合金。
6.根据权利要求1所述的内压成形与热处理一体化方法，其特征在于：所述电源替换为脉冲电流电源，脉冲频率0～10000Hz，幅值0～100000A，电压范围0～100000V的电源。
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