专利名称：电流自阻加热成形铝基复合材料薄壁零件方法
技术领域：
本发明涉及电流自阻加热成形铝基复合材料薄壁零件方法，属于热加工领域。
背景技术：
颗粒增强铝基复合材料具有高强度、高硬度、低密度等优点，在高技术领域有很多 应用，但是，该材料塑性较差，采用常规的拉伸成形工艺难以成形，必须采用热成形。如果 采用传统的坯料加热，薄壁零件的坏料散热快，温度不均勻，成形质量不稳定；采用模具整 体加热即将模具与坯料一起放入炉体内共同进行加热，可以提高成形质量，但是，一般情况 下，模具的体积要远远大于待成形坯料的体积，也就是说在共同加热的过程中，绝大部分的 热量都施加在了模具上。据估算，通常情况下，超塑性成形所消耗的热量中，仅有不到5%的 热量用在了坯料超塑性变形上，其余都消耗在了模具、压头、导气管等其它部件上，因此在 传统超塑性气胀成形工艺中，热量的有效利用率很低，势必造成极大的能源浪费。而且在传 统工艺的加热过程中，模具与坯料接收热量的方式主要是热辐射与热传导，热量传输速度 较慢，为了使坯料达到均勻、较高超塑性成形温度，加热时间往往要很长，根据工艺的不同 一般可达1至数小时，因此这种加热方式的加热效率也很低，生产效率很低，难以适应批量 生产的要求
发明内容
本发明目的是为了解决对颗粒增强铝基复合材料进行拉伸成形时，如只加热坯 料，则薄壁零件的成形质量差；如连同模具一起加热，则热量利用率低，浪费了大量能源的 问题，提供了一种电流自阻加热成形铝基复合材料薄壁零件方法。本发明方法所使用成形装置包括电源、模具、上电极夹板、下电极夹板和红外测温 仪，
模具包括上模和下模，模具上设置有压边圈，在压边圈外侧设置一对位置上下对应的 上电极夹板和下电极夹板，上电极夹板和下电极夹板所夹的两个电极的分别连接在电源的 两端上，上电极夹板和下电极夹板与模具之间保持绝缘，
电流自阻加热成形铝基复合材料薄壁零件方法包括以下步骤 步骤一、将所述成形装置放置于压力机上，并将待成形坯料的外边缘置于上电极夹板 和下电极夹板之间；
步骤二、压力机通过液压系统加压给上电极夹板，使得上电极夹板和下电极夹板夹紧 待成形坯料的外边缘，并接通电源，上电极夹板和下电极夹板所夹两个电极、电源和待成形 坯料形成通电回路，给待成形坯料加热；
步骤三、通过红外测温仪实时测量待成形坯料的温度，并依据测量到的温度实时调整 电源的输出电流参数，以使待成形坯料的加热速度达到5 20°C /s，电源输出的电流参数 为电压为4V 10V、电流为1000A 20000A ；
步骤四、当待成形坯料的温度达到350°C 450°C时，压力机撤掉对上电极夹板的压力，压力机通过液压系统加压给压边圈加压，使得压边圈将待成形坯料的边缘紧压在下模 上；
步骤五、通过压力机施压，使上模受压下行，上模的压头将待成形坯料压入下模的型腔 中，使待成形坯料发生塑性变形，经弯曲、拉伸、贴模变形阶段使待成形坯料与下模的内表 面贴合，完成待成形坯料的塑性成形过程。本发明的优点由于是利用电流流经坯料所产生的焦耳电阻热直接对坯料本身进 行加热，对坯料本身加热并使其温度保持在热成形温度范围内，然后通过加压装置对坯料 施加一定的压力，使其在模具型腔中发生塑性变形。所以不仅避免了传统超塑性成形工艺 中整体式加热消耗在模具等其它部件上的热量损失，而且使得加热过程非常迅速、坯料内 部温度分布非常均勻，极大地提高了能量的利用率与加热的效率。此外，由于坯料到温后可 以立即进行成形，温度均勻，有利于坯料的塑性变形，改善产品质量。
图1是本发明方法的流程图，图2是本发明方法所用的成形装置的结构示意图，图3是 加热后成形过程的结构原理示意图，图4是碳化硅颗粒增强铝基复合的电热性能曲线。
具体实施方式
具体实施方式
一下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式方法所使用成 形装置包括电源1、模具、上电极夹板5、下电极夹板6和红外测温仪8，
模具包括上模2和下模3，模具上设置有压边圈4，在压边圈4外侧设置一对位置上下 对应的上电极夹板5和下电极夹板6，上电极夹板5和下电极夹板6所夹的两个电极的分别 连接在电源1的两端上，上电极夹板5和下电极夹板6与模具之间保持绝缘， 电流自阻加热成形铝基复合材料薄壁零件方法包括以下步骤 步骤一、将所述成形装置放置于压力机上，并将待成形坯料7的外边缘置于上电极夹 板5和下电极夹板6之间；
步骤二、压力机通过液压系统加压给上电极夹板5，使得上电极夹板5和下电极夹板6 夹紧待成形坯料7的外边缘，并接通电源1，上电极夹板5和下电极夹板6所夹两个电极、电 源1和待成形坯料7形成通电回路，给待成形坯料7加热；
步骤三、通过红外测温仪8实时测量待成形坯料7的温度，并依据测量到的温度实时调 整电源1的输出电流参数，以使待成形坯料7的加热速度达到5 20°C /s，电源1输出的 电流参数为电压为4V 10V、电流为1000A 20000A ；
步骤四、当待成形坯料7的温度达到350°C 450°C时，压力机撤掉对上电极夹板5的 压力，压力机通过液压系统加压给压边圈4加压，使得压边圈4将待成形坯料7的边缘紧压 在下模上；
步骤五、通过压力机施压，使上模2受压下行，上模2的压头将待成形坯料7压入下模 3的型腔中，使待成形坯料7发生塑性变形，经弯曲、拉伸、贴模变形阶段使待成形坯料7与 下模3的内表面贴合，完成待成形坯料7的塑性成形过程。开模取件，校形，切边，得到最终零件。上模2和下模3分别置于待成形坯料7的上下两侧，待成形坯料7的待成形部位置于下模3的空腔上方，待成形坯料7的外边缘伸出模具边缘外、并置于上电极夹板5和下 电极夹板6之间，以便于上电极夹板5和下电极夹板6将待成形坯料7的外边缘夹紧，
本发明方法在打开电源1进行加热时，因上电极夹板5和下电极夹板6与模具之间保 持绝缘，所以占有很大电阻的模具没有参与通电回路，上电极夹板5和下电极夹板6所夹两 个电极、电源1和待成形坯料7形成通电回路，绝缘设计使模具不会分流流经待成形坯料7 的电流，减少能量损失。在所述的回路中待成形坯料7的电阻要远远大于回路其它部分的 电阻，所以电流会在待成形坯料7上产生大量的焦耳热，使其能够在短时间内(几秒至几十 秒)被加热至热成形温度。步骤三所述的电流参数根据待成形坯料7的横截面尺寸和电阻数据进行选择，由 通过红外测温仪8监测待成形坯料7的温度，并调整电源1的输出电流参数，最终达到的目 的是让待成形坯料7的加热速度达到5 20°C /s之间，以保证待成形坯料7快速、高效的 达到成形温度。传统电流辅助成形技术一般应用于拉丝成形方面，由于丝材的直径一般较小，工 艺简单，因此电源的功率一般较小，实现方法也比较简单。应用于板材成形尚属国内空白。 本项目的零件板料尺寸较大，对设备和工艺方法的要求大大增加，国内外报道较少，方案实 施有一定困难。本项目通过采用电源，可以实现铝基复合材料的快速加热，给出一个具体的 实验结果，在此实验中，给出的长方形薄壁零件长度为100mm，零件截面积为96mmXl. 5mm, 电源1输出的电流参数为电压为1. 14V，电流为2500A，实验结果如图4所示，所述薄壁零 件从室温达到450度只需要不到100秒。本发明方法可以高效率、高质量的成形颗粒增强 铝基复合材料薄壁零件。
具体实施方式
二本实施方式与实施方式一的不同之处在于，上电极夹板5和下 电极夹板6与模具之间固定耐高温的云母片、陶瓷或石棉橡胶板实现绝缘，其它与实施方 式一相同。
具体实施方式
三本实施方式与实施方式一的不同之处在于，步骤三所述的电源 1输出的电流参数为电压为6V 8V、电流为5000A 10000A，其它与实施方式一相同。
具体实施方式
四本实施方式与实施方式一的不同之处在于，步骤三所述的电源 1输出的电流参数为电压为7V 8V、电流为8000A 10000A，其它与实施方式一相同。
具体实施方式
五本实施方式与实施方式一的不同之处在于，步骤四所述的待成 形坯料7的温度达到380°C 420°C，其它与实施方式一相同。
具体实施方式
六本实施方式与实施方式一的不同之处在于，步骤四所述的待成 形坯料7的温度达到390°C 400°C，其它与实施方式一相同。
具体实施方式
七本实施方式与实施方式一的不同之处在于，步骤四所述的待成 形坯料7的温度达到400°C，其它与实施方式一相同。
权利要求
电流自阻加热成形铝基复合材料薄壁零件方法，其特征在于，该方法所使用成形装置包括电源(1)、模具、上电极夹板(5)、下电极夹板(6)和红外测温仪(8)，模具包括上模(2)和下模(3)，模具上设置有压边圈(4)，在压边圈(4)外侧设置一对位置上下对应的上电极夹板(5)和下电极夹板(6)，上电极夹板(5)和下电极夹板(6)所夹的两个电极的分别连接在电源(1)的两端上，上电极夹板(5)和下电极夹板(6)与模具之间保持绝缘，电流自阻加热成形铝基复合材料薄壁零件方法包括以下步骤步骤一、将所述成形装置放置于压力机上，并将待成形坯料(7)的外边缘置于上电极夹板(5)和下电极夹板(6)之间；步骤二、压力机通过液压系统加压给上电极夹板(5)，使得上电极夹板(5)和下电极夹板(6)夹紧待成形坯料(7)的外边缘，并接通电源(1)，上电极夹板(5)和下电极夹板(6)所夹两个电极、电源(1)和待成形坯料(7)形成通电回路，给待成形坯料(7)加热；步骤三、通过红外测温仪(8)实时测量待成形坯料(7)的温度，并依据测量到的温度实时调整电源(1)的输出电流参数，以使待成形坯料(7)的加热速度达到5～20℃/s，电源(1)输出的电流参数为电压为4V～10V、电流为1000 A～20000A； 步骤四、当待成形坯料(7)的温度达到350℃～450℃时，压力机撤掉对上电极夹板(5)的压力，压力机通过液压系统加压给压边圈(4)加压，使得压边圈(4)将待成形坯料(7)的边缘紧压在下模上；步骤五、通过压力机施压，使上模(2)受压下行，上模(2)的压头将待成形坯料(7)压入下模(3)的型腔中，使待成形坯料(7)发生塑性变形，经弯曲、拉伸、贴模变形阶段使待成形坯料(7)与下模(3)的内表面贴合，完成待成形坯料(7)的塑性成形过程。
2.根据权利要求1所述的电流自阻加热成形铝基复合材料薄壁零件方法，其特征在 于，上电极夹板(5)和下电极夹板(6)与模具之间固定耐高温的云母片、陶瓷或石棉橡胶板 实现绝缘。
3.根据权利要求1所述的电流自阻加热成形铝基复合材料薄壁零件方法，其特征在 于，步骤三所述的电源(1)输出的电流参数为电压为6V 8V、电流为5000A 10000A。
4.根据权利要求1所述的电流自阻加热成形铝基复合材料薄壁零件方法，其特征在 于，步骤三所述的电源(1)输出的电流参数为电压为7V 8V、电流为8000A 10000A。
5.根据权利要求1所述的电流自阻加热成形铝基复合材料薄壁零件方法，其特征在 于，步骤四所述的待成形坯料(7)的温度达到380°C 420°C。
6.根据权利要求1所述的电流自阻加热成形铝基复合材料薄壁零件方法，其特征在 于，步骤四所述的待成形坯料(7)的温度达到390°C 400°C。
7.根据权利要求1所述的电流自阻加热成形铝基复合材料薄壁零件方法，其特征在 于，步骤四所述的待成形坯料(7)的温度达到400°C。
全文摘要
电流自阻加热成形铝基复合材料薄壁零件方法，属于热加工领域，本发明为解决对颗粒增强铝基复合材料进行拉伸成形时，如只加热坯料，则薄壁零件的成形质量差；如连同模具一起加热，则热量利用率低，浪费了大量能源的问题。本发明方法包括一、将成形装置放置于压力机上；二、加压给上电极夹板，夹紧待成形坯料，并接通电源，给待成形坯料加热；三、通过红外测温仪实时测量温度，并实时调整电源的输出电流参数，以使待成形坯料的加热速度达到5～20℃/s；四、当待成形坯料的温度达到350℃～450℃时，压力机撤掉对上电极夹板的压力，加压给压边圈，使得压边圈将待成形坯料紧压在下模上；五、使上模受压下行，待成形坯料受压成形。
文档编号C22F1/04GK101845606SQ201010205200
公开日2010年9月29日 申请日期2010年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者张凯锋, 王国峰 申请人:哈尔滨工业大学