一种实现中空金属构件高温气压胀形的装置及工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种装置及工艺，尤其涉及一种基于轴向温度及压力实现中空构件高 温气压胀形的装置及工艺，属于工业制造技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着石油资源价格不断上涨，其储存量的日益紧张和不断严重的环境问 题，各国对汽车排放标准的要求越来越高。基于各种因素的影响，现在全球先进的汽车制造 业已经引领汽车制造向着低碳、绿色、节能环保和碰撞安全性等主要方向进行着快速发展。
[0003] 为了缓解能源压力和满足汽车消费者日益提高的质量需求，汽车轻量化成为汽车 制造领域研究的主要方向之一。实现汽车轻量化有两条基本途径：其一是优化更改汽车车 身，底盘结构，缩小零部件尺寸，降低零部件重量；其二是采用轻量化材料，如高强度钢、轻 质合金、复合材料以及夹层板材等材料代替传统的钢铁材料。
[0004] 结构件的轻质、高强度是实现汽车轻量化亟待解决的关键问题之一，随着材料科 学和制造技术的不断发展，一些新型材料开始得到大量应用。然而，这些材料在常温下普遍 存在成形性差，成形应力高，对模具磨损大等问题，传统的模具和工艺无法满足生产要求。 针对轻质材料在常温下成型困难的问题，出现两种高温快速成型技术，即高温金属气压成 形和快速塑性成形。
[0005] 在汽车领域里，高强超高强钢中空件的使用就是汽车轻量化的一种方法，然而高 强、超高强钢以及铝合金、镁合金等金属在常温状态下，成形性差，无法成型截面复杂的中 空构件；或者由于室温下的高强度所需的成型压力极高，因此对模具、压机等设备的要求 高，投入的成本的较高，故需要新的模具和方法来解决这些问题。
[0006] 另外，对于内高压成形技术，迄今为止一直需要解决的一个关键问题就是构件壁 厚减薄率的控制，尽可能实现成形后构件各处壁厚的均匀性。传统意义上的低温内高压成 形以及模具设计由于金属塑性有限以及模具的诸多限制，使得成形后构件无法获得较小的 圆角半径，并且在圆角半径较小的地方壁厚减薄率极高，易在该位置破损。因此需要一种全 新的能实现中空金属构件高温气压胀形的装置及工艺。
【发明内容】
[0007] 为了解决上述问题中的不足之处，本发明提供了一种一种实现中空金属构件高温 气压胀形的装置及工艺。
[0008] 为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种实现中空金属构件高温 气压胀形的装置，包括模具，模具分为上下两部分，每部分均分为内层和外层，外层为下模 主体和上模主体；下模主体和上模主体对应布置；内层为内膜；下模主体固定在下模架上， 下模主体和下模架之间设置有垫板；下模主体的两端各设置有一个主挡板、侧面各设置有 一个侧挡板；主挡板的底板和侧板之间有一 95°?110°的夹角；下模主体或上模主体上 设置有凹形通道，凹形通道内嵌置有感应线圈；凹形通道之间的间距与感应线圈之间的间 距相同，均为1?1〇_。
[0009] 垫板上设由对上模主体和下模主体起固定作用的定位键槽；主挡板和垫板均通过 螺栓固定在下模架或上模架上。
[0010] 下模主体的四个角处各设置有一个导柱，导柱和设置在上模主体四角的导套相匹 配。
[0011] 内膜通过两块上压板被固定压制在上模主体或下模主体的内部；上压板与上模主 体或下模主体采用铆钉结合。
[0012] 感应线圈位于下模主体、上模主体与内膜之间；感应线圈为多个，多个感应线圈共 同组成感应线圈组，下模主体和上模主体中各布置有一个感应线圈组，感应线圈组中的单 个的感应线圈被导水软管连接成一组通路，形成一组冷却水。
[0013] 下模主体和上模主体吻合后形成模具内腔；感应线圈上均设置有一个金属触头。
[0014] 中空金属构件高温气压胀形的工艺，其工艺步骤为：
[0015] a、管坯预处理，包括预热或预弯曲，通过感应加热、电接触加热或加热炉加热至 300?900°C，也可以不用预热，直接将管坯置于模具中进行加热；
[0016] b、管坯快速置于模具的下模主体中，在压机合模力的作用下合模后保压，保压压 力不低于100吨，并通过压机上两水平缸推动密封顶头将两管坯两端部密封，同时通过内 嵌于模具内部的感应线圈对管坯沿轴向的温度进行补偿加热；
[0017] c、按气体加压途径通入高压气体；同时，与气体加压路径相适应，匹配以合理的水 平缸进给速度，在模具的一侧或两侧轴向补料；在端部补料的同时，利用步骤b中感应加热 控制管坯不同位置的加热温度，以调节金属材料的局部区域流动特征，以保证应变最大处 不出现在圆角顶点等极易破裂位置；
[0018] d、待气体加压完毕，同时结束轴向补料，短时间保压后开模、取出构件并控制其冷 却速度，最终获得所需要的构件形状及性能。
[0019] 本发明不仅能降低成型设备投资、减小成形力，并且能够在高温下成形包括铝合 金、镁合金以及高强钢在内的相关金属材料中空件，尤其适合制备小圆角半径的复杂截面 产品。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的结构示意图。
[0021] 图2为图1的左视图。
[0022] 图3为软性排水管的排列状态结构示意图。
[0023] 图4为图3拆解后下半部分的结构示意图。
[0024] 图5为垫板的结构示意图。
[0025] 图6为感应线圈的安装状态结构示意图。
[0026] 图7a-图7d为本发明气压胀形工艺流程示意图。
[0027] 图8a-图8c为实施例1的实施过程示意图。
[0028] 图9a-图9c为实施例2的实施过程示意图。
[0029] 图中：1、下模架；2、垫板；3、下模主体；4、主挡板；5、模具内腔；6、感应线圈；7、上 模主体；8、上模架；9、内膜；10、金属触头；11、软管接头；12、导柱；13、导套；14、导套压板； 15、侧档板；16、上挡板；17、定位键槽；18、导水软管；19、顶头；20、充气孔。
【具体实施方式】
[0030] 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。
[0031] 如图1-图6所示，本发明包括下模架1、垫板2、主挡板4、模具内腔5、感应线圈6、 上模架8、内膜9、金属触头10、软管接头11、导柱12、导套13、导套压板14、侧档板15、上挡 板16、定位键槽17、导水软管18和模具。
[0032] 模具分为上下两部分，每部分均分为内外两层，外层为下模主体3和上模主体7 ; 下模主体3和上模主体7对应布置；内层为内膜19。内层采用低渗透性、高刚性的材料，用 来保证工件的外形；外层采用陶瓷材料，主要起支撑作用。下模主体3的四个角处各设置有 一个导柱12,导柱和设置在上模主体7四角的导套13相匹配。
[0033] 下模主体3固定在下模架1上，下模主体3和下模架1之间设置有垫板2。下模主 体3的两端各设置有一个主挡板4、侧面各设置有一个侧挡板15。主挡板4和垫板2均通 过螺栓固定在下模架1上。此段的结构形式同样适用于上模主体7与上模主体上的各部件 之间的连接组装关系。
[0034] 主挡板4的底板和侧板之间有一 95°?110°的夹角，此种角度的设计能够限制 模具的上下运动同时又能限制左右移动，侧挡板15是阻止模具主体在前后方向上移动，从 而将模具主体完全固定在模架上面。
[0035] 垫板2上带有定位键槽17,可以对上、下模主体进行固定，保证模具工作的可靠 性。
[0036] 内膜9通过两块上压板16被固定压制在上模主体或下模主体的内部，再将上压板 16与上模主体或下模主体采用铆钉结合，上压板16为60mm*20mm*5mm的高强钢，内膜是通 过固定板的形式被固定，这样易于拆卸和安装，同时对不同的内膜可以通过一样的方式固 定，有利于提商内I旲的互换性。
[0037] 感应线圈6内嵌于下模主体1或上模主体7上预留出的凹形通道内，凹形通道通 道之间的间距即感应线圈之间的间距，均根据加热构件以及效率选择合适的数值，通常为