專(zhuān)利名稱(chēng)：一種金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形的方法和裝置，特別涉及一種減小金屬坯料利用蠕變等微小的不可恢復(fù)變形加工的金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形的方法和裝置。
背景技術(shù)：
金屬構(gòu)件蠕變成形是利用金屬的蠕變(或應(yīng)力松馳)變形特性進(jìn)行材料加工的一種方法。蠕變成形構(gòu)件初期的部分彈性變形會(huì)因發(fā)生蠕變而轉(zhuǎn)化為不可恢復(fù)變形，剩余彈性部分會(huì)在卸載后使構(gòu)件發(fā)生回彈。蠕變成形按加載貼模方式可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是利用模具與氣壓聯(lián)合作用加載貼模(以下簡(jiǎn)稱(chēng)氣壓加載)，另一類(lèi)是模具與待成形金屬坯料接觸加載貼模(以下簡(jiǎn)稱(chēng)模具加載)。氣壓加載貼模蠕變成形的一般過(guò)程為①根據(jù)所需構(gòu)件的幾何尺寸、曲率特性與回彈量準(zhǔn)備好模具，②將預(yù)先準(zhǔn)備好的金屬坯料放于模具上，③ 將坯料和模具密封在一個(gè)塑料袋中，④對(duì)塑料袋抽真空，坯料承受塑料袋外的大氣壓力而加載，使坯料貼模，或?qū)⒚芊獾乃芰洗B同密封于袋中的模具、坯料一起放于即能提供可控壓力，又能提供可控溫度的熱壓罐中，對(duì)密封的塑料袋抽真空(可在進(jìn)罐之前抽真空，也可在進(jìn)罐之后抽真空)使坯料加載，實(shí)現(xiàn)貼模，⑤按預(yù)先設(shè)計(jì)好的溫度-時(shí)間曲線(xiàn)對(duì)模具與坯料加熱。⑥加熱過(guò)程完成后卸載，取出構(gòu)件，構(gòu)件經(jīng)回彈后達(dá)到所需幾何尺寸與曲率特性。 模具加載貼模蠕變成形的一般過(guò)程為①根據(jù)所需構(gòu)件的幾何尺寸與曲率特性設(shè)計(jì)、制造模具(一般情況下需要上、下模)，②將預(yù)先準(zhǔn)備好的金屬坯料放于上、下模形成的模腔中， ③在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下使上、下模與金屬坯料緊密接觸并保持壓力，④按預(yù)先設(shè)計(jì)好的溫度-時(shí)間曲線(xiàn)對(duì)模具與坯料一齊加熱。⑤加熱過(guò)程完成后卸載，取出構(gòu)件，構(gòu)件經(jīng)回彈后達(dá)到所需幾何尺寸與曲率特性。與一般塑性變形加工構(gòu)件相比，構(gòu)件蠕變成形技術(shù)具有成形應(yīng)力低、成形后構(gòu)件殘余應(yīng)力小等優(yōu)點(diǎn)。然而，以往的研究發(fā)現(xiàn)，蠕變成形過(guò)程中，由于受材料蠕變特性的限制，蠕變成形卸載后均會(huì)或多或少地發(fā)生回彈，通?；貜椔士蛇_(dá)到總彈性應(yīng)變的60%以上。如果能夠使蠕變成形的回彈率控制在一個(gè)比較小的范圍內(nèi)，將會(huì)大幅度提高成形精度、減少試模次數(shù)，提高成形效率，節(jié)約成本。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有通過(guò)蠕變成形制作曲面構(gòu)件時(shí)，構(gòu)件回彈率過(guò)高而導(dǎo)致成型精度較差、試制模具次數(shù)多、成形效率底下且成本較高的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種在構(gòu)件蠕變成形的過(guò)程中可有效減小成形后構(gòu)件的回彈率的成形方法及裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形的方法，包括以下步驟(1)將需加工的構(gòu)件放在設(shè)有激振器的振動(dòng)平臺(tái)上的模具中，并對(duì)構(gòu)件進(jìn)行蠕變加熱處理，加熱的持續(xù)時(shí)間為1-100小時(shí)，溫度為80°C 350°C ；(2)在構(gòu)件加熱過(guò)程中通過(guò)激振器對(duì)振動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)。所述的一種金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形的方法，所述的步驟(2)中，在加熱過(guò)程中需振動(dòng)1-100次，每次振動(dòng)持續(xù)時(shí)間為10 600分鐘，每次振動(dòng)之間的間歇時(shí)間為30 120分鐘。所述的一種金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形的方法，在進(jìn)行所述的步驟O)的每次振動(dòng)之前，首先需測(cè)試振動(dòng)平臺(tái)的固有頻率f，獲得固有頻率f后，通過(guò)調(diào)節(jié)激振器，在0. 6 0. 8 倍固有頻率f的激振頻率范圍內(nèi)，獲得10 50m/s2的加速度，再以此時(shí)激振器狀態(tài)作為本次施加振動(dòng)加載的依據(jù)。與所述方法配套的金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形裝置，包括蠕變模具、鎖緊機(jī)構(gòu)、振動(dòng)平臺(tái)、至少一個(gè)激振器、加速度探頭和頻率-加速度同步測(cè)試儀，所述的蠕變模具通過(guò)鎖緊機(jī)構(gòu)固定于振動(dòng)平臺(tái)上，所述的激振器和加速度探頭固定于振動(dòng)平臺(tái)上，激振器和加速度探頭分別電連接至頻率-加速度同步測(cè)試儀。所述的一種金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形裝置，所述的蠕變模具包括上模、下模和加熱裝置，所述的上模和下模自上而下依次層疊并通過(guò)鎖緊機(jī)構(gòu)固定于振動(dòng)平臺(tái)上，所述的加熱裝置固定于振動(dòng)平臺(tái)上并罩住上模和下模。所述的一種金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形裝置，所述的蠕變模具包括模具、塑料袋、真空泵和加熱裝置，所述的模具通過(guò)鎖緊機(jī)構(gòu)固定于振動(dòng)平臺(tái)上，所述的塑料袋密封罩于模具上，所述的真空泵通過(guò)管道連通至塑料袋內(nèi)，所述的加熱裝置固定于振動(dòng)平臺(tái)上并罩住塑料袋和模具。所述的一種金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形裝置，所述的蠕變模具包括模具、塑料袋、真空泵和熱壓罐，所述的模具通過(guò)鎖緊機(jī)構(gòu)固定于振動(dòng)平臺(tái)上，所述的塑料袋密封罩于模具上， 所述的真空泵通過(guò)管道連通至塑料袋內(nèi)，所述的振動(dòng)平臺(tái)整體置于熱壓罐內(nèi)。所述的一種金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形裝置，還包括多個(gè)冷卻裝置，所述的冷卻裝置固定于振動(dòng)平臺(tái)上并分別罩于激振器和加速度探頭上。本發(fā)明的技術(shù)效果在于，通過(guò)在構(gòu)件成型時(shí)引入振動(dòng)的成形方法，與一般蠕變成形相比，構(gòu)件回彈率大幅度降低。同時(shí)成形后構(gòu)件不需要作消減殘余應(yīng)力處理，尺寸穩(wěn)定性好，成形效率大幅度提高。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明所述構(gòu)件回彈定義與測(cè)量示意圖；其中1為上模，2為下模，3為待成形構(gòu)件，4為模具，5為鎖緊機(jī)構(gòu)，6為振動(dòng)平臺(tái)， 7為塑料袋，8為真空泵，9為加熱裝置，10為熱壓罐，11為激振器，12為加速度探頭，13為頻率-加速度同步測(cè)試儀，14為冷卻裝置。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1參見(jiàn)圖1，根據(jù)所需構(gòu)件的幾何尺寸與曲率特性準(zhǔn)備好上模1，下模2，將預(yù)先準(zhǔn)備好的待成形構(gòu)件3放于上模1和下模2形成的模腔中，在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下使上模1、下模2 與待成形構(gòu)件3緊密接觸并保持壓力，開(kāi)啟鎖緊機(jī)構(gòu)5，將上模1、下模2和待成形構(gòu)件3固定于振動(dòng)平臺(tái)6上，通過(guò)加熱裝置9進(jìn)行加熱。20M鋁合金待成形坯料寬130mm，長(zhǎng)230mm， 厚5mm，上、下模沿板長(zhǎng)方向曲率半徑R = 1000mm，振動(dòng)平臺(tái)上安裝一個(gè)激振器，成形過(guò)程的加熱制度為185°C /6h。在加熱過(guò)程中，每次振動(dòng)加載的時(shí)間為10分鐘，間歇時(shí)間為30 50 分鐘，卸載前振動(dòng)8次，每次振動(dòng)前測(cè)得的固有頻率(f)分別為4323HZ、4325HZ、4216HZ、 4U9HZ、4356HZ、4321HZ、4323HZ、4567HZ，每次振動(dòng)前，調(diào)節(jié)激振器，使其振動(dòng)頻率為0. 6f, 加速度分別為 10m/s2、15m/s2、20m/s2、25m/s2、30m/s2、35m/s2、40m/s2、45m/s2。卸載后，測(cè)量構(gòu)件回彈率為42%。作為對(duì)比實(shí)施例，除在成形過(guò)程中不施加振動(dòng)外，其它均與實(shí)施例1相同，卸載后，測(cè)量構(gòu)件回彈率為70%。實(shí)施例2參見(jiàn)圖2，根據(jù)所需構(gòu)件的幾何尺寸與曲率特性準(zhǔn)備好模具4，模具4與振動(dòng)平臺(tái)6 通過(guò)鎖緊機(jī)構(gòu)5固定，將預(yù)先準(zhǔn)備好的待成形構(gòu)件3放于模具4上，用塑料袋7密封好模具 4與坯料3，用真空泵8對(duì)塑料袋7抽氣至袋內(nèi)壓力降至3000 以下，在大氣壓作用下實(shí)現(xiàn)待成形構(gòu)件3貼模，通過(guò)加熱裝置9進(jìn)行加熱。7075鋁合金待成形坯料寬65mm，長(zhǎng)130mm， 厚0. 5mm,沿板寬方向模具曲率半徑R = 1000mm,沿板長(zhǎng)方向模具曲率半徑R = 2000mm, 振動(dòng)平臺(tái)上安裝兩個(gè)激振器，袋內(nèi)壓力為1500Pa，成形過(guò)程的加熱制度為80°C /IOOh0在加熱過(guò)程中，每次振動(dòng)加載的時(shí)間為600分鐘，間歇時(shí)間為50 120分鐘，卸載前每個(gè)激振器輪流振動(dòng)4次，總共8次，每次振動(dòng)前測(cè)得的固有頻率(f)分別為19932HZ、19852HZ、 19861HZ、19729HZ、19655HZ、19452HZ、19438HZ、18978HZ,每次振動(dòng)前調(diào)節(jié)激振器，使其振動(dòng)頻率為 0. 8f,加速度分別為 25m/s2、30m/s2、35m/s2、40m/s2、45m/s2、50m/s2、55m/s2、60m/ s2。卸載后，測(cè)量構(gòu)件回彈率，沿板長(zhǎng)方向?yàn)?5%，沿板寬方向?yàn)?8%。作為對(duì)比實(shí)施例， 除在成形過(guò)程中不施加振動(dòng)外，其它均與實(shí)施例2相同，卸載后，測(cè)量構(gòu)件回彈率，沿板長(zhǎng)方向?yàn)?8%，沿板寬方向?yàn)?5%。實(shí)施例3參見(jiàn)圖3，根據(jù)所需構(gòu)件的幾何尺寸與曲率特性準(zhǔn)備好模具4，模具4與振動(dòng)平臺(tái) 6通過(guò)鎖緊機(jī)構(gòu)5固定，將預(yù)先準(zhǔn)備好的待成形構(gòu)件3放于模具4上，用塑料袋7密封好模具4與坯料3，將密封塑料袋7、模具4、坯料3和振動(dòng)平臺(tái)送入熱壓罐10之前或之后，用真空泵8對(duì)塑料袋7抽氣至袋內(nèi)壓力降至3000Pa以下，等熱壓罐10密封后，在罐內(nèi)氣壓作用下實(shí)現(xiàn)待成形構(gòu)件3貼模，通過(guò)熱壓罐10進(jìn)行加熱。20M鋁合金待成形坯料寬1600mm， 長(zhǎng)3800mm，厚100mm，模具沿板長(zhǎng)方向曲率半徑R = 5000mm，熱壓罐內(nèi)壓力為5MPa，袋內(nèi)壓力為2500 ，振動(dòng)平臺(tái)上安裝一個(gè)激振器，成形過(guò)程的加熱制度為350°C /6h。在加熱過(guò)程中，每次振動(dòng)加載的時(shí)間為10分鐘，間歇時(shí)間為30 50分鐘，卸載前振動(dòng)8次，每次振動(dòng)前測(cè)得的固有頻率(f)分別為:4521HZ、3526HZ、2565HZ、1529HZ、565HZ、221HZ、35HZ、11HZ， 每次振動(dòng)前，調(diào)節(jié)激振器，使其振動(dòng)頻率為0. 6f，加速度分別為10m/s2、15m/s2、20m/s2、25m/ s2、30m/s2、35m/s2、40m/s2、45m/s2。卸載后，測(cè)量構(gòu)件回彈率為40%。作為對(duì)比實(shí)施例，除在成形過(guò)程中不施加振動(dòng)外，其它均與實(shí)施例3相同，卸載后，測(cè)量構(gòu)件回彈率為75%。上述實(shí)施例中，通過(guò)不同方式實(shí)現(xiàn)加載貼模和模具、待成形坯料與振動(dòng)平臺(tái)連成一體后，通過(guò)加熱裝置9或熱壓罐10按預(yù)先設(shè)計(jì)好的溫度-時(shí)間曲線(xiàn)進(jìn)行加熱，在加熱過(guò)程中對(duì)振動(dòng)平臺(tái)6施加振動(dòng)，每個(gè)激振器每次振動(dòng)前，利用安裝在振動(dòng)平臺(tái)6上的激振器 11、加速度探頭12和頻率-加速度同步測(cè)試儀13測(cè)試振動(dòng)平臺(tái)的固有頻率(f)；通過(guò)調(diào)節(jié)激振器11，在0. 6 0. 8f的激振頻率范圍內(nèi)，獲得10 50m/s2的加速度，以此時(shí)激振器狀態(tài)作為本次施加振動(dòng)加載的依據(jù)；每個(gè)激振器每次振動(dòng)加載的時(shí)間為10 30分鐘，間歇時(shí)間為30 120分鐘，在安裝兩個(gè)或以上激振器的情況下，始終保持最多只有一個(gè)激振器對(duì)振動(dòng)平臺(tái)6加載；在安裝激振器11和加速度探頭12的位置設(shè)置冷卻裝置14，以確保激振器和加速度探頭正常工作所需的溫度條件。成形過(guò)程完成后卸載，取出構(gòu)件，構(gòu)件經(jīng)回彈后達(dá)到所需幾何尺寸與曲率特性。 參見(jiàn)圖4，本發(fā)明所述回彈率(SP)的定義與測(cè)量如附圖1所示，SP= [(b-a)/ b] X100%。
權(quán)利要求
1.一種金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將需加工的構(gòu)件放在設(shè)有激振器的振動(dòng)平臺(tái)上的模具中，并對(duì)構(gòu)件進(jìn)行蠕變加熱處理，加熱的持續(xù)時(shí)間為1-100小時(shí)，溫度為80°C 350°C ；(2)在構(gòu)件加熱過(guò)程中通過(guò)激振器對(duì)振動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的一種金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形的方法，其特征在于，所述的步驟(2) 中，在加熱過(guò)程中需振動(dòng)2-100次，每次振動(dòng)持續(xù)時(shí)間為10 600分鐘，每次振動(dòng)之間的間歇時(shí)間為30 120分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利2所述的一種金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形的方法，其特征在于，在進(jìn)行所述的步驟( 的每次振動(dòng)之前，首先需測(cè)試振動(dòng)平臺(tái)的固有頻率f，獲得固有頻率f后，通過(guò)調(diào)節(jié)激振器，在0. 6 0. 8倍固有頻率f的激振頻率范圍內(nèi)，獲得10 50m/s2的加速度，再以此時(shí)激振器狀態(tài)作為本次施加振動(dòng)加載的依據(jù)。
4.一種與權(quán)利要求1或2或3所述方法配套的金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形裝置，其特征在于，包括蠕變模具、鎖緊機(jī)構(gòu)、振動(dòng)平臺(tái)、至少一個(gè)激振器、加速度探頭和頻率-加速度同步測(cè)試儀，所述的蠕變模具通過(guò)鎖緊機(jī)構(gòu)固定于振動(dòng)平臺(tái)上，所述的激振器和加速度探頭固定于振動(dòng)平臺(tái)上，激振器和加速度探頭分別電連接至頻率-加速度同步測(cè)試儀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形裝置，其特征在于，所述的蠕變模具包括上模、下模和加熱裝置，所述的上模和下模自上而下依次層疊并通過(guò)鎖緊機(jī)構(gòu)固定于振動(dòng)平臺(tái)上，所述的加熱裝置固定于振動(dòng)平臺(tái)上并罩住上模和下模。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形裝置，其特征在于，所述的蠕變模具包括模具、塑料袋、真空泵和加熱裝置，所述的模具通過(guò)鎖緊機(jī)構(gòu)固定于振動(dòng)平臺(tái)上， 所述的塑料袋密封罩于模具上，所述的真空泵通過(guò)管道連通至塑料袋內(nèi)，所述的加熱裝置固定于振動(dòng)平臺(tái)上并罩住塑料袋和模具。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形裝置，其特征在于，所述的蠕變模具包括模具、塑料袋、真空泵和熱壓罐，所述的模具通過(guò)鎖緊機(jī)構(gòu)固定于振動(dòng)平臺(tái)上，所述的塑料袋密封罩于模具上，所述的真空泵通過(guò)管道連通至塑料袋內(nèi)，所述的振動(dòng)平臺(tái)整體置于熱壓罐內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4中任一所述的一種金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形裝置，其特征在于，還包括多個(gè)冷卻裝置，所述的冷卻裝置固定于振動(dòng)平臺(tái)上并分別罩于激振器和加速度探頭上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬構(gòu)件振動(dòng)蠕變成形的方法和裝置，在構(gòu)件加熱過(guò)程中由激振器對(duì)振動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)，裝置包括蠕變模具、鎖緊機(jī)構(gòu)、振動(dòng)平臺(tái)、至少一個(gè)激振器、加速度探頭和頻率-加速度同步測(cè)試儀，蠕變模具通過(guò)鎖緊機(jī)構(gòu)固定于振動(dòng)平臺(tái)上，激振器和加速度探頭固定于振動(dòng)平臺(tái)上，激振器和加速度探頭分別電連接至頻率-加速度同步測(cè)試儀，本發(fā)明一方面采用蠕變對(duì)構(gòu)件進(jìn)行成形，另一方面利用振動(dòng)產(chǎn)生的微小塑性變形進(jìn)行成形。因此，本發(fā)明可以大幅度降低蠕變成形構(gòu)件的回彈量。
文檔編號(hào)B21D31/00GK102416419SQ20111021160
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者吳陽(yáng), 周筱靜, 唐露華, 康建可, 張勁, 張新明, 李思宇, 李美春, 楊金龍, 賀有為, 趙建華, 鄧運(yùn)來(lái), 陳澤宇 申請(qǐng)人:中南大學(xué)