一种板材半固态气压触变成形方法与流程

本发明涉及金属板材成形的工艺方法，尤其涉及利用金属板材半固态特性的气压触变成形方法。

背景技术：

金属板材的成形和加工在航空、航天、汽车、船舶及民用工业中占有相当重的比例。因此，提高金属板材的成形技术和制造水平是一个具有普遍意义的大课题，其核心集中体现在如何简化设计、提高质量、缩短周期和降低成本上。

目前板材成形的工艺方法主要是塑性加工方法，通过板材在常温或者高温下的固态塑性变形获得所需零件形状，如液体、固体或者气体内高压成形、电磁成形、超塑性成形等等。这些成形工艺方法针对板材的成形具有局限性，即板材的屈服强度不宜过高，否则这些固态塑性变形工艺难以实施或者造成材料无法充满型腔的现象，为克服上述情况采用的方法主要有：板材的厚度不超过5mm、板材进行前期退火处理来降低变形抗力、增加内高压成形设备吨位等等，但效果有限。

半固态金属加工技术是利用半固态金属相当低的剪切应力以及很好的流动性的特点，将这种既非完全液态，又非固态的金属加工成形的一种新型加工方法。半固态金属加工技术的成形工艺路线通常有两条：一条是经搅拌获得的半固态金属浆料，在保持其半固态温度的条件下直接进行半固态加工，通常被称为流变铸造；另一条是将半固态浆料冷却凝固成坯料后，根据产品尺寸下料，再重新加热到半固态温度，然后进行成形加工，这称为触变成形。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：现有板材加工方法存在板材的屈服强度及厚度不宜过高，无法应用于塑性较差的材料，且不适于形成复杂形状的零件，成形设备吨位大的问题，因而提供一种板材半固态气压触变成形方法。

一种板材半固态气压触变成形方法是按以下步骤进行：

步骤一、将板材置于上模具与下模具之间的型腔中并闭合模具，关闭成形模具的气体注入口及气体输出口的阀门，使成形模具的型腔内处于密封状态；

步骤二、利用置于上模具型腔内的电感加热线圈对板材进行加热至半固态温度，并利用下模具中的加热线圈对下模具进行加热，保持板材一直处于半固态温度下，且板材内部的固相体积百分含量为75％～90％；

步骤三、通过气体注入口持续向板材与上模具之间的型腔中注入90mpa～150mpa的气体，直至板材下表面贴合至下模具的型腔壁上；

步骤四、停止对板材和下模具的加热，同时打开气体输出口的阀门，使气体排出；

步骤五、打开成形模具，从型腔中取出成形后的板材零件，即完成板材半固态气压触变成形方法。

本发明的有益效果是：

1、因半固态材料的低屈服强度，因而本方法可以实现较厚的板材(5mm～10mm)以及某些难变形板材的成形，如钛合金板材或镁合金板材；

2、因半固态材料的固液共存状态，使材料具有较强的流动性以及充填性，因而该工艺方法可以实现形状复杂板材零件的成形；

3、成形过程中，材料的变形抗力降低，因而所需吨位较低，设备投资较低。

4、成形后的板材能很好的贴合模具，避免了常规固态变形形成的回弹现象，成品率达到90％以上。

附图说明

图1为板材半固态气压触变成形前的结构示意图；

图2为板材半固态气压触变成形后的结构示意图；

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种板材半固态气压触变成形方法是按以下步骤进行：

步骤一、将板材置于上模具2与下模具7之间的型腔中并闭合模具，关闭成形模具的气体注入口1及气体输出口4的阀门，使成形模具的型腔内处于密封状态；

步骤二、利用置于上模具2型腔内的电感加热线圈3对板材5进行加热至半固态温度，并利用下模具7中的加热线圈6对下模具7进行加热，保持板材5一直处于半固态温度下，且板材5内部的固相体积百分含量为75％～90％；

步骤三、通过气体注入口1持续向板材5与上模具2之间的型腔中注入90mpa～150mpa的气体，直至板材下表面贴合至下模具7的型腔壁上；

步骤四、停止对板材和下模具的加热，同时打开气体输出口4的阀门，使气体排出；

步骤五、打开成形模具，从型腔中取出成形后的板材零件8，即完成板材半固态气压触变成形方法。

本具体实施方式结合金属合金材料的半固态特性，进而提出了一种板材半固态气压触变成形工艺。即首先将挤压板材放置于模具中，板材通过内部或者外部加热的方式将板材加热到半固态温度，此时的板材由于再结晶形成了半固态球形微观组织结构；接着向板材内部充入高压气体，此时板材在气体的压力作用下贴合至下模模具型腔壁上从而获得所需形状的板材零件。金属材料在半固态温度下，其内部组织处于固液共存状态，其屈服强度很低、流动性优异。此时通过气体的压力作用将模腔内处于半固态温度下的板材进行胀形，此时的板材形状即可随着下模模具型腔的形状而改变，因而可以成形形状复杂的板材零件，同时也可以利用较低吨位设备完成板材成形。

具体实施方式二：本实施方式所述的步骤一中的板材厚度为1mm～10mm。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式所述的步骤二中的板材每增加1mm厚度，板材保温时间增加1min～2min。

即1mm厚度的板材保温1min～2min，2mm厚度的板材保温2min～4min，3mm厚度的板材保温3min～6min，每增加1mm板材厚度，板材保温时间增加1min～2min。每1mm厚度的板材保温的时间为1min或者2min与板材本身的材质与特性有关。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式所述的步骤二中的电感加热线圈3为电磁感应加热线圈。其它与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式所述的步骤二中的加热线圈6对下模具7加热至300℃～400℃。对下模具进行加热利于板材一直保持在半固态温度下，能够更好的贴合到下模具的内壁上。其它与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式所述的步骤一中的板材为铝合金板材、钛合金板材、镁合金板材或钢材。其它与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：本实施方式所述的步骤三中的气体为空气或者惰性气体。其它与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式所述的步骤三中通过气体注入口持续向板材内部注入压力为90mpa～100mpa的气体，直至板材下表面贴合下模具型腔壁上。其它与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式所述的步骤三中通过气体注入口持续向板材内部注入压力为100mpa～150mpa的气体，直至板材下表面贴合下模具型腔壁上。其它与具体实施方式一至八相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

结合图1及图2具体说明本实施例，一种板材半固态气压触变成形方法是按以下步骤进行：

步骤一、将板材置于上模具2和下模具7之间的型腔中并闭合模具，关闭上模具的气体注入口1及气体输出口4的阀门，使成形模具的型腔内处于密封状态；所述的板材为7075铝合金板材；所述的板材厚度为8mm；

步骤二、利用置于上模具2型腔内的电感加热线圈3对7075铝合金板材进行加热至580℃，并利用下模具7中的加热线圈6对下模具7加热至350℃，保持7075铝合金板材一直处于580℃，且7075铝合金板材内部的固相体积百分含量为75％，保温8min；

步骤三、通过气体注入口1持续向板材内部注入压力为100mpa的空气，直至7075铝合金板材贴合至下模具型腔壁上；

步骤四、停止对7075铝合金板材加热和对下模具7的加热，同时打开气体输出口4的阀门，使空气排出；

步骤五、打开成形模具，从型腔中取出成形后的板材零件，即完成板材半固态气压触变成形方法。

本实施例制备的成形后的板材能很好的贴合下模具的内壁上，避免了常规固态变形形成的回弹现象，成品率达到96％。因半固态材料的低屈服强度，因而本实施例可以实现较厚的板材(8mm)成形；因半固态材料的固液共存状态，使材料具有较强的流动性以及充填性，因而该工艺方法可以实现形状复杂板材零件的成形；成形过程中，材料的变形抗力降低，因而所需吨位较低，设备投资较低。

实施例二：

步骤一种板材半固态气压触变成形方法是按以下步骤进行：

步骤一、将板材置于上模具2和下模具7之间的型腔中并闭合模具，关闭上模具的气体注入口1及气体输出口4的阀门，使成形模具的型腔内处于密封状态；所述的板材为mg-gd镁合金板材；所述的板材厚度为5mm；

步骤二、利用置于上模具2型腔内的电感加热线圈3对mg-gd镁合金板材进行加热至590℃，并利用下模具7中的加热线圈6对下模具7进行加热至400℃，保持mg-gd镁合金板材一直处于590℃，且mg-gd镁合金板材内部的固相体积百分含量为80％，保温10min；；

步骤三、通过气体注入口持续向板材内部注入压力为90mpa的气体，直至板材外壁贴合模具型腔；

步骤四、停止对mg-gd镁合金板材加热和对下模具7的加热，同时打开气体输出口4的阀门，使气体排出；

步骤五、打开成形模具，从型腔中取出成形后的板材零件，即完成板材半固态气压触变成形方法。

本实施例制备的成形后的板材能很好的贴合模具，避免了常规固态变形形成的回弹现象，成品率达到93％。因半固态材料的低屈服强度，因而实施例可以实现较厚的板材(5mm)以及难变形板材的成形；因半固态材料的固液共存状态，使材料具有较强的流动性以及充填性，因而该工艺方法可以实现形状复杂板材零件的成形；成形过程中，材料的变形抗力降低，因而所需吨位较低，设备投资较低。