专利名称：一种金属构件振动蠕变成形的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属构件振动蠕变成形的方法和装置，特别涉及一种减小金属坯料利用蠕变等微小的不可恢复变形加工的金属构件振动蠕变成形的方法和装置。
背景技术：
金属构件蠕变成形是利用金属的蠕变(或应力松驰)变形特性进行材料加工的一种方法。蠕变成形构件初期的部分弹性变形会因发生蠕变而转化为不可恢复变形，剩余弹性部分会在卸载后使构件发生回弹。蠕变成形按加载贴模方式可分为两类，一类是利用模具与气压联合作用加载贴模(以下简称气压加载)，另一类是模具与待成形金属坯料接触加载贴模(以下简称模具加载)。气压加载贴模蠕变成形的一般过程为①根据所需构件的几何尺寸、曲率特性与回弹量准备好模具，②将预先准备好的金属坯料放于模具上，③ 将坯料和模具密封在一个塑料袋中，④对塑料袋抽真空，坯料承受塑料袋外的大气压力而加载，使坯料贴模，或将密封的塑料袋连同密封于袋中的模具、坯料一起放于即能提供可控压力，又能提供可控温度的热压罐中，对密封的塑料袋抽真空(可在进罐之前抽真空，也可在进罐之后抽真空)使坯料加载，实现贴模，⑤按预先设计好的温度-时间曲线对模具与坯料加热。⑥加热过程完成后卸载，取出构件，构件经回弹后达到所需几何尺寸与曲率特性。 模具加载贴模蠕变成形的一般过程为①根据所需构件的几何尺寸与曲率特性设计、制造模具(一般情况下需要上、下模)，②将预先准备好的金属坯料放于上、下模形成的模腔中， ③在驱动机构的作用下使上、下模与金属坯料紧密接触并保持压力，④按预先设计好的温度-时间曲线对模具与坯料一齐加热。⑤加热过程完成后卸载，取出构件，构件经回弹后达到所需几何尺寸与曲率特性。与一般塑性变形加工构件相比，构件蠕变成形技术具有成形应力低、成形后构件残余应力小等优点。然而，以往的研究发现，蠕变成形过程中，由于受材料蠕变特性的限制，蠕变成形卸载后均会或多或少地发生回弹，通常回弹率可达到总弹性应变的60%以上。如果能够使蠕变成形的回弹率控制在一个比较小的范围内，将会大幅度提高成形精度、减少试模次数，提高成形效率，节约成本。
发明内容
为了解决现有通过蠕变成形制作曲面构件时，构件回弹率过高而导致成型精度较差、试制模具次数多、成形效率底下且成本较高的技术问题，本发明提供一种在构件蠕变成形的过程中可有效减小成形后构件的回弹率的成形方法及装置。为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，一种金属构件振动蠕变成形的方法，包括以下步骤(1)将需加工的构件放在设有激振器的振动平台上的模具中，并对构件进行蠕变加热处理，加热的持续时间为1-100小时，温度为80°C 350°C ；(2)在构件加热过程中通过激振器对振动平台进行振动。所述的一种金属构件振动蠕变成形的方法，所述的步骤(2)中，在加热过程中需振动1-100次，每次振动持续时间为10 600分钟，每次振动之间的间歇时间为30 120分钟。所述的一种金属构件振动蠕变成形的方法，在进行所述的步骤O)的每次振动之前，首先需测试振动平台的固有频率f，获得固有频率f后，通过调节激振器，在0. 6 0. 8 倍固有频率f的激振频率范围内，获得10 50m/s2的加速度，再以此时激振器状态作为本次施加振动加载的依据。与所述方法配套的金属构件振动蠕变成形装置，包括蠕变模具、锁紧机构、振动平台、至少一个激振器、加速度探头和频率-加速度同步测试仪，所述的蠕变模具通过锁紧机构固定于振动平台上，所述的激振器和加速度探头固定于振动平台上，激振器和加速度探头分别电连接至频率-加速度同步测试仪。所述的一种金属构件振动蠕变成形装置，所述的蠕变模具包括上模、下模和加热装置，所述的上模和下模自上而下依次层叠并通过锁紧机构固定于振动平台上，所述的加热装置固定于振动平台上并罩住上模和下模。所述的一种金属构件振动蠕变成形装置，所述的蠕变模具包括模具、塑料袋、真空泵和加热装置，所述的模具通过锁紧机构固定于振动平台上，所述的塑料袋密封罩于模具上，所述的真空泵通过管道连通至塑料袋内，所述的加热装置固定于振动平台上并罩住塑料袋和模具。所述的一种金属构件振动蠕变成形装置，所述的蠕变模具包括模具、塑料袋、真空泵和热压罐，所述的模具通过锁紧机构固定于振动平台上，所述的塑料袋密封罩于模具上， 所述的真空泵通过管道连通至塑料袋内，所述的振动平台整体置于热压罐内。所述的一种金属构件振动蠕变成形装置，还包括多个冷却装置，所述的冷却装置固定于振动平台上并分别罩于激振器和加速度探头上。本发明的技术效果在于，通过在构件成型时引入振动的成形方法，与一般蠕变成形相比，构件回弹率大幅度降低。同时成形后构件不需要作消减残余应力处理，尺寸稳定性好，成形效率大幅度提高。下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明实施例1的结构示意图；图2为本发明实施例2的结构示意图；图3为本发明实施例3的结构示意图；图4为本发明所述构件回弹定义与测量示意图；其中1为上模，2为下模，3为待成形构件，4为模具，5为锁紧机构，6为振动平台， 7为塑料袋，8为真空泵，9为加热装置，10为热压罐，11为激振器，12为加速度探头，13为频率-加速度同步测试仪，14为冷却装置。
具体实施例方式实施例1参见图1，根据所需构件的几何尺寸与曲率特性准备好上模1，下模2，将预先准备好的待成形构件3放于上模1和下模2形成的模腔中，在驱动机构的作用下使上模1、下模2 与待成形构件3紧密接触并保持压力，开启锁紧机构5，将上模1、下模2和待成形构件3固定于振动平台6上，通过加热装置9进行加热。20M铝合金待成形坯料宽130mm，长230mm， 厚5mm，上、下模沿板长方向曲率半径R = 1000mm，振动平台上安装一个激振器，成形过程的加热制度为185°C /6h。在加热过程中，每次振动加载的时间为10分钟，间歇时间为30 50 分钟，卸载前振动8次，每次振动前测得的固有频率(f)分别为4323HZ、4325HZ、4216HZ、 4U9HZ、4356HZ、4321HZ、4323HZ、4567HZ，每次振动前，调节激振器，使其振动频率为0. 6f, 加速度分别为 10m/s2、15m/s2、20m/s2、25m/s2、30m/s2、35m/s2、40m/s2、45m/s2。卸载后，测量构件回弹率为42%。作为对比实施例，除在成形过程中不施加振动外，其它均与实施例1相同，卸载后，测量构件回弹率为70%。实施例2参见图2，根据所需构件的几何尺寸与曲率特性准备好模具4，模具4与振动平台6 通过锁紧机构5固定，将预先准备好的待成形构件3放于模具4上，用塑料袋7密封好模具 4与坯料3，用真空泵8对塑料袋7抽气至袋内压力降至3000 以下，在大气压作用下实现待成形构件3贴模，通过加热装置9进行加热。7075铝合金待成形坯料宽65mm，长130mm， 厚0. 5mm,沿板宽方向模具曲率半径R = 1000mm,沿板长方向模具曲率半径R = 2000mm, 振动平台上安装两个激振器，袋内压力为1500Pa，成形过程的加热制度为80°C /IOOh0在加热过程中，每次振动加载的时间为600分钟，间歇时间为50 120分钟，卸载前每个激振器轮流振动4次，总共8次，每次振动前测得的固有频率(f)分别为19932HZ、19852HZ、 19861HZ、19729HZ、19655HZ、19452HZ、19438HZ、18978HZ,每次振动前调节激振器，使其振动频率为 0. 8f,加速度分别为 25m/s2、30m/s2、35m/s2、40m/s2、45m/s2、50m/s2、55m/s2、60m/ s2。卸载后，测量构件回弹率，沿板长方向为45%，沿板宽方向为48%。作为对比实施例， 除在成形过程中不施加振动外，其它均与实施例2相同，卸载后，测量构件回弹率，沿板长方向为68%，沿板宽方向为75%。实施例3参见图3，根据所需构件的几何尺寸与曲率特性准备好模具4，模具4与振动平台 6通过锁紧机构5固定，将预先准备好的待成形构件3放于模具4上，用塑料袋7密封好模具4与坯料3，将密封塑料袋7、模具4、坯料3和振动平台送入热压罐10之前或之后，用真空泵8对塑料袋7抽气至袋内压力降至3000Pa以下，等热压罐10密封后，在罐内气压作用下实现待成形构件3贴模，通过热压罐10进行加热。20M铝合金待成形坯料宽1600mm， 长3800mm，厚100mm，模具沿板长方向曲率半径R = 5000mm，热压罐内压力为5MPa，袋内压力为2500 ，振动平台上安装一个激振器，成形过程的加热制度为350°C /6h。在加热过程中，每次振动加载的时间为10分钟，间歇时间为30 50分钟，卸载前振动8次，每次振动前测得的固有频率(f)分别为:4521HZ、3526HZ、2565HZ、1529HZ、565HZ、221HZ、35HZ、11HZ， 每次振动前，调节激振器，使其振动频率为0. 6f，加速度分别为10m/s2、15m/s2、20m/s2、25m/ s2、30m/s2、35m/s2、40m/s2、45m/s2。卸载后，测量构件回弹率为40%。作为对比实施例，除在成形过程中不施加振动外，其它均与实施例3相同，卸载后，测量构件回弹率为75%。上述实施例中，通过不同方式实现加载贴模和模具、待成形坯料与振动平台连成一体后，通过加热装置9或热压罐10按预先设计好的温度-时间曲线进行加热，在加热过程中对振动平台6施加振动，每个激振器每次振动前，利用安装在振动平台6上的激振器 11、加速度探头12和频率-加速度同步测试仪13测试振动平台的固有频率(f)；通过调节激振器11，在0. 6 0. 8f的激振频率范围内，获得10 50m/s2的加速度，以此时激振器状态作为本次施加振动加载的依据；每个激振器每次振动加载的时间为10 30分钟，间歇时间为30 120分钟，在安装两个或以上激振器的情况下，始终保持最多只有一个激振器对振动平台6加载；在安装激振器11和加速度探头12的位置设置冷却装置14，以确保激振器和加速度探头正常工作所需的温度条件。成形过程完成后卸载，取出构件，构件经回弹后达到所需几何尺寸与曲率特性。 参见图4，本发明所述回弹率(SP)的定义与测量如附图1所示，SP= [(b-a)/ b] X100%。
权利要求
1.一种金属构件振动蠕变成形的方法，其特征在于，包括以下步骤(1)将需加工的构件放在设有激振器的振动平台上的模具中，并对构件进行蠕变加热处理，加热的持续时间为1-100小时，温度为80°C 350°C ；(2)在构件加热过程中通过激振器对振动平台进行振动。
2.根据权利1所述的一种金属构件振动蠕变成形的方法，其特征在于，所述的步骤(2) 中，在加热过程中需振动2-100次，每次振动持续时间为10 600分钟，每次振动之间的间歇时间为30 120分钟。
3.根据权利2所述的一种金属构件振动蠕变成形的方法，其特征在于，在进行所述的步骤( 的每次振动之前，首先需测试振动平台的固有频率f，获得固有频率f后，通过调节激振器，在0. 6 0. 8倍固有频率f的激振频率范围内，获得10 50m/s2的加速度，再以此时激振器状态作为本次施加振动加载的依据。
4.一种与权利要求1或2或3所述方法配套的金属构件振动蠕变成形装置，其特征在于，包括蠕变模具、锁紧机构、振动平台、至少一个激振器、加速度探头和频率-加速度同步测试仪，所述的蠕变模具通过锁紧机构固定于振动平台上，所述的激振器和加速度探头固定于振动平台上，激振器和加速度探头分别电连接至频率-加速度同步测试仪。
5.根据权利要求1所述的一种金属构件振动蠕变成形装置，其特征在于，所述的蠕变模具包括上模、下模和加热装置，所述的上模和下模自上而下依次层叠并通过锁紧机构固定于振动平台上，所述的加热装置固定于振动平台上并罩住上模和下模。
6.根据权利要求1所述的一种金属构件振动蠕变成形装置，其特征在于，所述的蠕变模具包括模具、塑料袋、真空泵和加热装置，所述的模具通过锁紧机构固定于振动平台上， 所述的塑料袋密封罩于模具上，所述的真空泵通过管道连通至塑料袋内，所述的加热装置固定于振动平台上并罩住塑料袋和模具。
7.根据权利要求1所述的一种金属构件振动蠕变成形装置，其特征在于，所述的蠕变模具包括模具、塑料袋、真空泵和热压罐，所述的模具通过锁紧机构固定于振动平台上，所述的塑料袋密封罩于模具上，所述的真空泵通过管道连通至塑料袋内，所述的振动平台整体置于热压罐内。
8.根据权利要求1、2、3、4中任一所述的一种金属构件振动蠕变成形装置，其特征在于，还包括多个冷却装置，所述的冷却装置固定于振动平台上并分别罩于激振器和加速度探头上。
全文摘要
本发明公开了一种金属构件振动蠕变成形的方法和装置，在构件加热过程中由激振器对振动平台进行振动，装置包括蠕变模具、锁紧机构、振动平台、至少一个激振器、加速度探头和频率-加速度同步测试仪，蠕变模具通过锁紧机构固定于振动平台上，激振器和加速度探头固定于振动平台上，激振器和加速度探头分别电连接至频率-加速度同步测试仪，本发明一方面采用蠕变对构件进行成形，另一方面利用振动产生的微小塑性变形进行成形。因此，本发明可以大幅度降低蠕变成形构件的回弹量。
文档编号B21D31/00GK102416419SQ20111021160
公开日2012年4月18日 申请日期2011年7月27日 优先权日2011年7月27日
发明者吴阳, 周筱静, 唐露华, 康建可, 张劲, 张新明, 李思宇, 李美春, 杨金龙, 贺有为, 赵建华, 邓运来, 陈泽宇 申请人:中南大学