一種鋁合金空心件溫脹形成形裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬空心構(gòu)件先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及鋁合金空心件溫脹形的成形裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]實(shí)現(xiàn)汽車輕量化是汽車產(chǎn)品現(xiàn)代化的重要研究內(nèi)容，現(xiàn)今主要通過采用輕質(zhì)合金材料和“以空代實(shí)”、變截面等方法來減輕汽車的重量。輕合金材料如鋁合金由于具有較低的密度，在航空、航天、汽車制造等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。但是，由于室溫下鋁合金的塑性較低，成形性能較差，大大地限制了輕合金復(fù)雜形狀零件的成形，進(jìn)而影響了鋁合金在實(shí)際工業(yè)中的生產(chǎn)與應(yīng)用。近年來，采用溫成形方法進(jìn)行輕合金空心管件的溫脹形已成為研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
[0003]由于現(xiàn)有的液壓脹形技術(shù)無法滿足加熱的要求，故制備鋁合金空心件主要是在室溫下直接進(jìn)行脹形，即冷成形過程，而采用傳統(tǒng)的方法，就會存在以下缺點(diǎn):
[0004](I)由于鋁合金的塑性成形性能很差，故在室溫下直接進(jìn)行液壓脹形，所能成形的空心件的形狀十分有限，這就導(dǎo)致鋁合金脹形空心件的結(jié)構(gòu)單一，無法滿足市場的需求；
[0005](2)鋁合金在冷脹形過程中，由于成形性能不佳，材料流動不合理，某些區(qū)域減薄會十分嚴(yán)重，這就導(dǎo)致成形件的質(zhì)量和使用性能大大降低，限制了鋁合金空心件的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]現(xiàn)有的鋁合金液壓脹形技術(shù)，由于無法滿足管材加熱的要求，故無法滿足復(fù)雜鋁合金空心件的成形。本發(fā)明針對現(xiàn)有制備方法的弊端，提出了新的成形裝置及方法。采用溫脹形的方法制備壁厚均勻、性能優(yōu)良的鋁合金空心件，有效地解決了實(shí)際應(yīng)用中的鋁合金管材液壓脹形困難、成形質(zhì)量不高的問題。
[0007]—種鋁合金空心件溫脹形成形裝置，包括增壓沖頭(2)、進(jìn)給沖頭(8)、成型模具
(5)、加熱絲(10)、彈性元件(3)，增壓沖頭(2)—端為增壓頭(4)，增壓頭(4)連接增壓軸(11)的一端，增壓軸(11)穿過所述進(jìn)給沖頭(8)中部的通孔，增壓軸(11)另一端通過螺栓、螺母
(I)與進(jìn)給沖頭(8)外部連接形成復(fù)合沖頭；成型模具(5)內(nèi)部設(shè)置加熱絲(10);進(jìn)給沖頭
[8]外徑與管坯(6)的直徑相等，進(jìn)給沖頭(8)堵在管坯(6)的兩端，起到密封管坯(6)的作用;管坯(6)內(nèi)部填充有低熔點(diǎn)合金棒材(9)，增壓沖頭(2)插入低熔點(diǎn)合金棒材(9)之間，利用加熱絲(10)對管坯(6)加熱溫脹形所需的溫度，此時(shí)低熔點(diǎn)合金棒材(9)全部融化為液體;根據(jù)低熔點(diǎn)合金的體積，結(jié)合管坯直徑算出復(fù)合沖頭的進(jìn)給量，進(jìn)給復(fù)合沖頭，進(jìn)給沖頭(8)補(bǔ)料，增壓沖頭(2)擠壓低熔點(diǎn)合金，對管坯內(nèi)部提供脹形壓力。
[0008]所述的鋁合金空心件溫脹形成形裝置，連接增壓軸(11)和進(jìn)給沖頭(8)的螺栓中部套有彈性元件(3)以傳遞進(jìn)給沖頭(8)的壓力到增壓沖頭(2)
[0009]根據(jù)所述的鋁合金空心件溫脹形成形裝置進(jìn)行鋁合金空心件溫脹形的方法，通過下列步驟加以實(shí)現(xiàn):
[0010]第一步，將鋁合金管坯放入成型模具(5)中，用低熔點(diǎn)合金棒材(9)裝入管坯，上下模合模；
[0011 ]第二步，用由增壓沖頭和進(jìn)給沖頭組合的復(fù)合沖頭對管坯的左右兩端進(jìn)行密封處理，其中進(jìn)給沖頭的外徑和管坯的外徑相同；
[0012]第三步，利用模具中的加熱絲對管坯加熱到溫脹形所需的溫度，此時(shí)低熔點(diǎn)合金全部融化為液體；
[0013]第四步，利用復(fù)合沖頭對鋁合金管坯進(jìn)行脹形，得到形狀復(fù)雜的零件；
[0014]第五步，卸壓、開啟模具，取出成形的零件；
[0015]第六步，將所得到的零件放到熱水中浸泡取出，最終得到鋁合金的復(fù)雜空心件。
[0016]所述的方法，第一步中管材內(nèi)部由低熔點(diǎn)合金填滿。
[0017]所述的方法，溫脹形過程中所需的溫度為100_150°C。
[0018]有益效果:
[0019]1、本發(fā)明為鋁合金空心件的溫脹形提供了一種新的成形方法;最終成形件壁厚最大減薄率小于12.5%;
[0020]2、本發(fā)明有效地解決了鋁合金液壓脹形復(fù)雜件成形困難的問題，同時(shí)對于提高了鋁合金成形性能、提高成形質(zhì)量等具有重要指導(dǎo)意義；
[0021]3、本發(fā)明方法簡單可行，生產(chǎn)效率高，在航空、航天、汽車制造等工程領(lǐng)域具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值和明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說明】
[0022]圖1為鋁合金溫脹形原理示意圖；
[0023]I螺母，2增壓沖頭，3彈性元件，4增壓頭，5成型模具，6管坯，7楔形斷面，8進(jìn)給沖頭，9低熔點(diǎn)合金棒材，10加熱絲，11增壓軸。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面通過具體的實(shí)施例子，詳細(xì)說明5182鋁合金、5083鋁合金以及7075鋁合金溫脹形成復(fù)雜空心件的成形工藝。
[0025]實(shí)施例1
[0026]參考圖1，鋁合金空心件溫脹形成形裝置包括增壓沖頭2、進(jìn)給沖頭8、成型模具5、加熱絲10、彈性元件3，增壓沖頭2—端為增壓頭4，增壓頭4連接增壓軸11的一端，增壓軸11穿過所述進(jìn)給沖頭8中部的通孔，增壓軸11另一端通過螺栓、螺母I與進(jìn)給沖頭8外部連接形成復(fù)合沖頭，連接增壓軸11和進(jìn)給沖頭8的螺栓中部套有彈性元件3以傳遞進(jìn)給沖頭8的壓力到增壓沖頭2;成型模具5內(nèi)部設(shè)置加熱絲10;進(jìn)給沖頭8外徑與管坯6的直徑相等，進(jìn)給沖頭8堵在管坯6的兩端，起到密封管坯6的作用;管坯6內(nèi)部填充有低熔點(diǎn)合金棒材9，增壓沖頭2插入低熔點(diǎn)合金棒材9之間，利用加熱絲10對管坯6加熱溫脹形所需的溫度，此時(shí)低熔點(diǎn)合金棒材9全部融化為液體;根據(jù)低熔點(diǎn)合金的體積，結(jié)合管坯直徑算出復(fù)合沖頭的進(jìn)給量，進(jìn)給復(fù)合沖頭，進(jìn)給沖頭(8)補(bǔ)料，由于增壓沖頭2進(jìn)入低熔點(diǎn)合金中的體積變大，擠壓低熔點(diǎn)合金，對管坯內(nèi)部提供脹形壓力。增壓沖頭類似于液壓活塞的作用，將管材內(nèi)部的壓力升高進(jìn)行脹形，是升壓介質(zhì)。
[0027]實(shí)施例2
[0028]第一步，將長300mm、直徑50mm、壁厚2mm的5182鋁合金放入三通成形模具中，用低熔點(diǎn)合金棒材裝入管坯，上下模合模；
[0029]第二步，用由增壓沖頭和進(jìn)給沖頭組合的復(fù)合沖頭對管材的左右兩端進(jìn)行密封處理，其中進(jìn)給沖頭的外徑和管坯的外徑相同；
[0030]第三步，利用模具中的加熱絲對管坯加熱到150°C，低熔點(diǎn)合金全部融化為液體；
[0031]第四步，利用復(fù)合沖頭對鋁合金管坯進(jìn)行脹形，得到鋁合金三通的零件；
[0032]第五步，卸壓、開啟模具，取出成形的零件；
[0033]第六步，將所得到的零件放到100°C的熱水中浸泡取出，最終得到鋁合金的的三通空心件。
[0034]實(shí)施例3
[0035]第一步，將長350mm、直徑60mm、壁厚3mm的5083鋁合金管坯放入盒形件模具中，用低熔點(diǎn)合金棒材填滿管材，上下模合模；
[0036]第二步，用由增壓沖頭和進(jìn)給沖頭組合的復(fù)合沖頭對管材的左右兩端進(jìn)行密封處理，其中進(jìn)給沖頭的外徑和管坯的外徑相同；
[0037]第三步，利用模具中的加熱絲對管坯加熱到120°C，此時(shí)低熔點(diǎn)合金全部融化為液體；
[0038]第四步，利用復(fù)合沖頭對鋁合金管坯進(jìn)行脹形，得到成形零件；
[0039]第五步，卸壓、開啟模具，取出成形的零件；
[0040]第六步，將所得到的零件放到100°C的熱水中浸泡取出，最終得到鋁合金盒形件的空心件。
[0041 ] 實(shí)施例4
[0042]第一步，將長400mm、直徑40mm、壁厚2mm鋁合金管坯放入階梯管件模具中，用低熔點(diǎn)合金棒材填滿管材，上下模合模；
[0043]第二步，用由增壓沖頭和進(jìn)給沖頭組合的復(fù)合沖頭對管材的左右兩端進(jìn)行密封處理，其中進(jìn)給沖頭的外徑和管坯的外徑相同；
[0044]第三步，利用模具中的加熱絲對管坯加熱到100°C，此時(shí)低熔點(diǎn)合金全部融化為液體；
[0045]第四步，利用復(fù)合沖頭對鋁合金管坯進(jìn)行脹形，得到階梯形狀的零件；
[0046]第五步，卸壓、開啟模具，取出成形的零件；
[0047]第六步，將所得到的零件放到100°C的熱水中浸泡取出，最終得到鋁合金的階梯形空心件。
[0048]應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鋁合金空心件溫脹形成形裝置，其特征在于，包括增壓沖頭(2)、進(jìn)給沖頭(8)、成型模具(5)、加熱絲(10)、彈性元件(3)，增壓沖頭(2)—端為增壓頭(4)，增壓頭(4)連接增壓軸(11)的一端，增壓軸(11)穿過所述進(jìn)給沖頭(8)中部的通孔，增壓軸(11)另一端通過螺栓、螺母(I)與進(jìn)給沖頭(8)外部連接形成復(fù)合沖頭;成型模具(5)內(nèi)部設(shè)置加熱絲(10);進(jìn)給沖頭(8)外徑與管坯(6)的直徑相等，進(jìn)給沖頭(8)堵在管坯(6)的兩端，起到密封管坯(6)的作用；管坯(6)內(nèi)部填充有低熔點(diǎn)合金棒材(9)，增壓沖頭(2)插入低熔點(diǎn)合金棒材(9)之間，利用加熱絲(10)對管坯(6)加熱溫脹形所需的溫度，此時(shí)低熔點(diǎn)合金棒材(9)全部融化為液體;根據(jù)低熔點(diǎn)合金的體積，結(jié)合管坯直徑算出復(fù)合沖頭的進(jìn)給量，進(jìn)給復(fù)合沖頭，進(jìn)給沖頭(8)補(bǔ)料，增壓沖頭(2)擠壓低熔點(diǎn)合金，對管坯內(nèi)部提供脹形壓力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金空心件溫脹形成形裝置，其特征在于，連接增壓軸(II)和進(jìn)給沖頭(8)的螺栓中部套有彈性元件(3)以傳遞進(jìn)給沖頭(8)的壓力到增壓沖頭(2)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁合金空心件溫脹形成形裝置進(jìn)行鋁合金空心件溫脹形的方法，其特征在于，通過下列步驟加以實(shí)現(xiàn): 第一步，將鋁合金管坯放入成型模具(5)中，用低熔點(diǎn)合金棒材(9)裝入管坯，上下模合模； 第二步，用由增壓沖頭和進(jìn)給沖頭組合的復(fù)合沖頭對管坯的左右兩端進(jìn)行密封處理，其中進(jìn)給沖頭的外徑和管坯的外徑相同； 第三步，利用模具中的加熱絲對管坯加熱到溫脹形所需的溫度，此時(shí)低熔點(diǎn)合金全部融化為液體； 第四步，利用復(fù)合沖頭對鋁合金管坯進(jìn)行脹形，得到形狀復(fù)雜的零件； 第五步，卸壓、開啟模具，取出成形的零件； 第六步，將所得到的零件放到熱水中浸泡取出，最終得到鋁合金的復(fù)雜空心件。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:第一步中管材內(nèi)部由低熔點(diǎn)合金填滿。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述方法，其特征在于:溫脹形過程中所需的溫度為100-150°C。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋁合金空心件溫脹形成形裝置及方法，鋁合金空心件溫脹形成形裝置包括增壓沖頭(2)、進(jìn)給沖頭(8)、成型模具(5)、加熱絲(10)、彈性元件(3)，增壓沖頭(2)一端為增壓頭(4)，成型模具(5)內(nèi)部設(shè)置加熱絲(10)；進(jìn)給沖頭(8)外徑與管坯(6)的直徑相等，進(jìn)給沖頭(8)堵在管坯(6)的兩端，起到密封管坯(6)的作用；然后利用模具中的加熱絲對管坯進(jìn)行加熱到成形溫度，此時(shí)低熔點(diǎn)合金融化成液體，在兩端復(fù)合沖頭的同時(shí)作用下，實(shí)現(xiàn)鋁合金管材的溫脹形，最終得到空間形狀復(fù)雜、性能良好的鋁合金空心件。
【IPC分類】B21D26/033
【公開號】CN105537363
【申請?zhí)枴緾N201510930791
【發(fā)明人】郭訓(xùn)忠, 潘蕾, 陶杰, 馬福業(yè), 王劉安, 郭群
【申請人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月15日