本发明涉及轻合金管材温热成形技术领域，特别是涉及一种轻合金管材颗粒温热成形装置及其成形工艺。
背景技术
轻量化是实现节能减排环保目标的有效途径之一，近年来备受各个领域的广泛关注。实现轻量化主要从结构减轻和材质减轻两个方面入手来完成机身结构及其零部件的设计。轻合金(铝合金，镁合金等)空心变截面零件集这两个方面于一体，是一种典型的轻量化构件，在汽车、航空航天等领域有着越来广泛的应用。内高压成形是加工制造该类零件的主要方法，目前，实现内高压成形的主要技术手段有：液压成形、粘性介质成形、颗粒成形等，其中以液压成形技术最为成熟且应用最为广泛。然而，颗粒成形以其加载便捷、易于密封、介质耐热性强等特点有着广泛的应用前景。室温条件下，铝、镁合金的塑性很差，难以通过内高压成形得到截面形状复杂的零件。因此，铝、镁合金管材的内高压成形往往在温热条件下进行，变形温度范围一般在200～500℃之间。在如此条件下，液压成形需要昂贵的辅助设备来保证成形过程中所需要的高温高压。此外，高温高压条件下液体密封存在极大的困难，且高温条件下液体介质化学物理稳定性差给工艺过程带来了极大的安全隐患。针对以上问题，颗粒成形因其所用传压介质的独特性能可一一解决。首先，高压条件可使用通用液压机对颗粒物质在密闭的型腔内进行简单的机械加载而获得；其次，耐热性强的颗粒物质易于选取，用此类物质作为传压介质可解决耐高温的问题；最后，颗粒物质易于密封，即使在高温高压条件下也不存在密封困难的问题。因此，该技术在轻合金管材温热成形中有独特的优势和巨大的应用前景。
目前，颗粒成形工艺尚处在理论研究和实验室工艺试验阶段，并没有在实际生产中实现自动化应用。因此，切实解决颗粒成形工艺中存在的实际问题，将该工艺推广至实际生产应用具有重大的意义。在实际工艺过程中，颗粒成形工艺存在以下几个问题：(1)颗粒属于散体物质，在成形工艺过程中填装、卸载不如液体方便；(2)在高压条件下颗粒物质存在结块、破碎现象，再次使用时其流动性受影响，不利于循环使用。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种轻合金管材颗粒温热成形装置及其成形工艺，以解决上述现有技术存在的问题，在成形零件的同时解决颗粒的上下料问题和循环利用问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种轻合金管材颗粒温热成形装置，包括上下开口的成形模具，所述成形模具上部开口处套接有上料缸，所述上料缸一侧连通有填料斗；所述成形模具下部开口处套接有卸料缸，所述卸料缸侧壁上安装有卸料管，所述卸料管下方安装有粉碎机，所述粉碎机下方设置有水平传送带，所述水平传送带上放置有筛料斗，所述水平传送带末端设置有提升机，所述提升机包括至少两个对称设置的提升杆，所述填料斗位于所述提升杆之间；所述上料缸内设置有加载压头，所述卸料缸内设置有卸载压头。
可选的，所述上料缸与所述填料斗之间连接有颗粒加热箱；所述上料缸侧壁上连接有上料管，所述上料管与所述颗粒加热箱底部连通；所述填料斗底部连接有填料管，所述填料管与所述颗粒加热箱上部连通。
可选的，所述成形模具内设置有第一加热棒与第一热电偶；所述颗粒加热箱内设置有第二加热棒与第二热电偶。
可选的，所述加载压头内设置有第一隔热层，所述卸载压头内设置有第二隔热层，所述上料缸的外壁设置有第三隔热层，所述卸料缸的外壁设置有第四隔热层，所述成形模具的外壁上设有第五隔热层。
可选的，所述卸料管上安装有卸料阀，所述上料管上安装有上料阀，所述填料管上安装有填料阀。
可选的，所述水平传送带下方放置有盛料器，所述盛料器与所述粉碎机位于同一竖直线上。
可选的，所述上料缸远离所述上料管一侧的侧壁上安装有鼓风阀；所述第三隔热层位于所述鼓风阀和所述上料管下方。
可选的，所述卸料管与所述卸料缸底部夹角小于90度，所述卸料管末端设置有垂直向下的弯折部。
可选的，所述筛料斗上部为圆筒状结构，圆筒状结构下部连接有中空的圆台状结构，所述圆台状结构底部铰接有底板；所述圆筒状结构、中空的圆台状结构和底板均由筛网构成。
本发明还提供一种采用上述轻合金管材颗粒温热成形装置的成形工艺，包括如下步骤：
1)预处理；将管坯放置于成形模具型腔内，闭合模具；加载压头放置于上料缸的第三隔热层位置处，卸载压头上升至与成形模具下部开口闭合位置处；鼓风阀、填料阀、上料阀、卸料阀均处于闭合状态；颗粒加热箱对颗粒进行加热；对模具和管坯进行加热，两种加热同步进行；
2)装料；升高加载压头至上料缸入料口上方位置，打开上料阀，颗粒装入管坯内部，加载压头下降至刚好将颗粒压实位置处；
3)管坯成形；保温使模具温度稳定至管材成形温度，加载压头以设定的加载速度下行对颗粒进行加载，利用颗粒的流动性对管坯进行内高压成形；
4)卸料；打开卸料阀，卸载压头下行，颗粒经卸料缸的卸料管流入粉碎机，经粉碎机将结块的颗粒打碎后，颗粒流入筛料斗，筛料斗将破碎的粒径小的颗粒过滤至盛料器，粒径未破碎的颗粒循环利用；
5)清理；加载压头上行至鼓风阀上方位置处，打开鼓风阀向管坯内通高压气流清理残留颗粒，打开成形模具取出成形零件，关闭卸料阀，关闭鼓风阀；
6)循环；利用水平传送带和提升机将装有颗粒的筛料斗运输至填料斗上方，打开填料阀和筛料斗底板将颗粒加入颗粒加热箱并补充颗粒，卸载压头上行至与成形模具下部开口闭合位置，关闭填料阀，加载压头下行至上料缸的第三隔热层位置处，开始下一个加热过程。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明通过设计成形模具、上下料装置、粉碎装置、过滤装置、颗粒加热装置等，实现轻合金管材温热成形的自动化生产。粉碎机可以将结块的颗粒打散，便于颗粒循环利用；筛料斗可以将破碎严重的颗粒筛除出去，从而保证了颗粒的完整性，与传送带和提升机结合，更加便于颗粒循环使用；加热棒和热电偶能够加热并控制模具、管坯和颗粒的温度，使其在最佳温度下进行工作；隔热层可以避免热量丧失，具有一定保温功能，降低了能量消耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明轻合金管材颗粒温热成形装置的加热过程的状态结构示意图；
图2为本发明轻合金管材颗粒温热成形装置的上料过程的状态结构示意图；
图3为本发明轻合金管材颗粒温热成形装置的成形过程的状态结构示意图；
图4为本发明轻合金管材颗粒温热成形装置的卸料过程的状态装置结构示意图
附图标记说明：1、加载压头，2、上料缸，3、鼓风阀，4、第三隔热层，5、第一隔热层，6、第五隔热层，7、卸料缸，8、第二隔热层，9、第四隔热层，10、卸载压头，11、盛料器，12、水平传送带，13、粉碎机，14、卸料阀，15、管坯，16、第一热电偶，17、第一加热棒，18、成形模具，19、上料阀，20、第二加热棒，21、筛料斗，22、填料斗，23、填料阀，24、第二热电偶，25、颗粒加热箱，26、颗粒，27、提升机，28、上料管，29、填料管，30、卸料管，31、底板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种轻合金管材颗粒温热成形装置及其成形工艺，以解决上述现有技术存在的问题，在成形零件的同时解决颗粒的上下料问题和循环利用问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。
本发明提供一种轻合金管材颗粒温热成形装置，如图1-图4所示，包括上、下开口的成形模具18，成形模具18上部开口处套接有上料缸2，上料缸2一侧连通有填料斗22；成形模具18下部开口处套接有卸料缸7，卸料缸7侧壁上安装有倾斜向下的卸料管30，卸料管30下方安装有粉碎机13，粉碎机13下方设置有水平传送带12，水平传送带12上放置有筛料斗21，水平传送带12末端设置有提升机27，提升机27包括至少两个对称设置的提升杆，填料斗22位于提升杆之间；上料缸2内设置有加载压头1，卸料缸7内设置有卸载压头10。上料缸2与填料斗22之间连接有颗粒加热箱25；上料缸2侧壁上连接有上料管28，上料管28与颗粒加热箱25底部连通；填料斗22底部连接有倾斜向上的填料管29，填料管29与颗粒加热箱25上部连通。成形模具18内设置有第一加热棒17与第一热电偶16；颗粒加热箱25内设置有第二加热棒20与第二热电偶24。加载压头1内设置有第一隔热层5，卸载压头10内设置有第二隔热层8，上料缸2的外壁设置有第三隔热层4，卸料缸7的外壁设置有第四隔热层9，成形模具18的外壁上设有第五隔热层6。
进一步优选的，卸料管上安装有卸料阀，上料管上安装有上料阀，填料管上安装有填料阀。水平传送带12下方放置有盛料器11，盛料器11与粉碎机13位于同一竖直线上。上料缸2远离上料管28一侧的侧壁上安装有鼓风阀3；第三隔热层4位于鼓风阀3和上料管28下方。卸料管30与卸料缸7底部夹角小于90度，卸料管30末端设置有垂直向下的弯折部。筛料斗21上部为圆筒状结构，圆筒状结构下部连接有中空的圆台状结构，圆台状结构底部铰接有底板31；筛料斗的圆筒状结构、中空的圆台状结构和底板31均由筛网构成。
本发明具体工艺过程包括：
1)将管坯15放置于成形模具18型腔内，闭合模具；加载压头1放置于第三隔热层4高度的位置处，卸载压头10上升放置于成形模具的下部开口处，从而处于关闭位置；鼓风阀3、填料阀23、上料阀19、卸料阀14均处于闭合状态；颗粒加热箱25中装有适量的颗粒介质，即颗粒26。利用颗粒加热箱25中的第二加热棒20对颗粒26进行加热，并由第二热电偶24对温度进行监控；利用成形模具18中的第一加热棒17对模具和管坯进行加热，并由第一热电偶16对温度进行监控。两种加热同步进行，目标温度均为高于管材成形温度10～15℃。加热过程中，加载压头1中设有第一隔热层5，卸载压头10中设有第二隔热层8，上料缸2、卸料缸7以及成形模具18外包覆有第五隔热层6；同时，上料缸2侧壁上设置有第三隔热层4，卸料缸7侧壁上设置有第四隔热层9，以保证模具外围形成一个封闭的绝热层，减少热量散失提高温度控制精度。
2)加热完成后，升高加载压头1至上料缸2与上料管29连接处的上方位置，打开上料阀19，将加热好的颗粒26装入管坯内部，装料高度至第三隔热层4处，然后关闭上料阀19，加载压头1下降至刚好将颗粒26压实位置处。
3)装料完成后，保温使模具温度稳定至管材成形温度，加载压头1以设定的加载速度下行对颗粒26进行加载，利用颗粒26的流动性对管坯进行内高压成形。
4)加载完成后，打开卸料阀14，卸载压头10下行，颗粒26经卸料缸7的卸料管30流入粉碎机13。经粉碎机将结块的颗粒打碎后，颗粒26流入筛料斗21，筛料斗21将破碎的粒径过小的颗粒过滤至盛料器11，留下粒径合适的颗粒循环利用。
5)卸料完成后，加载压头1上行至鼓风阀3以上位置，打开鼓风阀3向管坯内通高压气流清理残留颗粒，然后打开成形模具18取出成形零件，关闭卸料阀14，关闭鼓风阀3。
6)利用传送带12和提升机27将装有颗粒的筛料斗21运输至填料斗22上方，打开填料阀23和筛料斗21的底板31将颗粒加入颗粒加热箱25并补充适量颗粒。卸载压头10上行至成形模具的下部开口处，卸载压头10与成形模具下部开口可以密闭连接，即闭合位置，关闭填料阀23，加载压头1下行至第三隔热层4的位置处，开始下一个加热过程。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。