一种新型镁合金异形构件的冲-胀复合成型方法与流程

本发明涉及镁合金异形构件成型领域，具体内容为一种新型镁合金异形构件的冲-胀复合成型方法。

技术背景

随着科学技术的发展，人们开始认识到全球资源的有限性以及日益严重的环境污染给社会带来的危害，镁合金作为最轻的结构工程材料，在减重及轻量化领域需求日益强烈。现有的零件轻量化途径主要有以下两条：一、零件自身使用材料力学性能提升，采用低密度高强度的材料；二、在结构上采用“以空代实”和变截面等强构件，采用空心结构，即可减轻重量节省材料也可充分利用材料的强度和刚度。镁合金异形构件兼具以上两项优势，在交通领域迫切需求，现有镁合金异形构件多以铸造为主，存在，加工效率低、组织缺陷及力学性能差等弊端，导致异形构件的产品性能较差，偏析严重，壁厚较厚，减重效果不理想。

冲压技术作为高效的塑性成型工艺，对冲压材料的塑性要求较高；对低塑性材料（镁合金）的而言，受冲压技术自身的加工特性（变形不均匀性，弯角等圆弧过渡区壁厚较薄等）所束缚冲压效果不理想，无法满足冲深较高产品的加工要求，难以实现单道次或少道次冲压成型。同时，对于复杂的镁合金壳体构件来说，冲压的变形方式，难以实现局部区域的成型（如，弧度半径较小处和复杂的形状过渡区），开裂及拉裂现象严重；此外，部分异形构件内腔形状复杂多变，冲压技术难以成型实现，即使得以成型内模也已被抱死，难以脱模。

技术实现要素：

针对上述情况，本发明所要解决的技术问题是：冲压过程中，圆角处减薄严重，继续冲压冲材拉断现象，以及复杂冲压异形构件内模抱死问题。

为解决上述技术问题，本法明所采取的技术方案是：提供一种新型镁合金异形构件的冲-胀复合成型方法，在保留冲压成型的高效性的同时，结合液涨成型工艺中连通流体间压强分布均匀的特点，以提高产品的质量和成材率，降低道次间反复加热的热激活效应对材料晶粒细化的影响，和道次间的加热工序，对能源的耗损。

本申请所提供的技术方案，所涉及的冲-胀设备中内、外模上下边缘同材料的接触表面嵌装有石墨密封圈；外膜开有可以循环的油路，冲压前可通过高温流体预热外模；内模内开有进油油路，冲压工序完成后，通过内模内油路直接完成液胀成型工序；可根据具体的冲压需求，将外模分割为多段油路，对外模进行分区域加热。

本发明一种新型镁合金异形构件的冲-胀复合成型方法，具体的实施过程为：

s1，修磨镁合金板至表面光滑，表面粗糙度不低于6.3，修磨后的镁板用水枪或气枪冲洗干净，为保证坯料进入加热炉的干燥性，若采用水枪清洗的板坯需风干或晾干，干燥后的板材厚度为5～8mm；

s2，加热镁合金板材至350℃～420℃保温10min、并将冲-胀设备中的内模和外模加热到175℃～230℃保温30min，加热完成后将板材放在外模上方，同时内模开始下落，对材料进行初步冲压成型，内模的冲压速度为12～25mm/s；

s3，初步冲压成型后，内模上的主油缸处于保压状态，以保证内模上边缘和板坯耳边余料间的密封紧密；此外内模缸内辅油路密封阀开启，高温高压流体通过内模上的孔系流入内模和板材间的缝隙中，实现板材的后续液胀成型，直至板材表面和外模内壁完全贴合；

所述板材和外模内表面的贴合程度可由辅油路油压的监测时时采集。

所述液胀成型的流体为带温液压油，胀形工步（s3）的流体温度为180℃～220℃。

所述用于冲压的镁合金板材前期轧制工艺为：轧制速度12m/min,三道次之后镁板的总体减薄率为80%，每道次的压下量分别为30%，30%，20%。

步骤s1通过修磨镁合金板材，改善轧制后板坯的表面质量，降低表迷粗糙度，减少内模与镁合金板材间的摩擦力，提高内模上边缘和板坯耳边余料间的密封性；s2，内模对镁合金板材初步冲压成型：内外模预热完成后，通过上模的按压实现板材初步成型，形成预制坯；s3，无间歇预制坯液胀成型：内模腔内油路供油，实现坯料与外模内腔贴合，完成镁合金异形构件的成型。

本发明的有益效果是：采用冲-胀组合成型的方式，在保留冲压成型的高效性的同时，有效的改善了镁合金复杂异形构件成型困难的问题，极好的克服了构件复杂部位及形状剧烈变化过渡处的冲压成型困难的瓶颈；此外，冲-胀工步间不间断，可实现复杂构件的单道次成型，缩短了传统冲压工艺的冲压道次，以及道次间的补温工序，极大的提高了产品的生产效率，降低了成型过程中的能耗及模具工装成本；同时，本发明采用高温油压的胀形方式，解决了传统液胀成型过程中，流体和镁合金板材间热交换频繁，引发的镁合金板材温降严重，材料塑性降低，板材胀裂现象严重，成型率较低等问题。

附图说明

图1外模结构原理示意图；

图2内模结构原理示意图；

图3为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明的具体实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，基于本发明中的方案，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它方案，都属于本发明保护的范围。

本实施例采用的镁合金材料为铸轧态az31，镁合金板材初始坯料的厚度为32mm。如图1、2所示，本申请所提供的技术方案，所涉及的冲-胀设备中内、外模上下边缘同材料的接触表面嵌装有石墨密封圈；外膜开有可以循环的油路，冲压前可通过高温流体预热外模；内模内开有进油油路，冲压工序完成后，通过内模内油路直接完成液胀成型工序；可根据具体的冲压需求，将外模分割为多段油路，对外模进行分区域加热。

首先，选用az31基铸态镁合金板坯，加热至350℃保温6小时。并通过加热油将轧机轧辊预热至180℃，设定轧制速度为12m/min，经三道次轧制后镁板的总压下率为80%，每道次的轧制压下率分别为30%，30%，20%；道次间，对镁板进行回炉加热，加热温度为350℃，保温时间15min；轧制工序完成后镁板厚度减薄至6.4mm，并将轧制后的后镁板放置在空气中自然冷却。轧制后的镁合金板材，经砂带打磨至表面光滑，打磨后的板材表面粗糙度不高于6.3，为避免板材表面残留的镁粉影响后续的冲-胀效果，以及为后续板材加热过程中引入安全隐患，需将残留镁粉清洗干净。通过高压水枪将镁板表面残留的镁粉清洗干净后，由将板材放在风箱中经行风干；风干打磨后的镁板，经280℃退火1.5小时后，继续后续的冲胀成型工序。

如图3所示，首先，向外模内通入高温液压油，将外模预热至180℃，同时对内模经行火焰加热。并将退火后的镁合金板材加热至200℃，保温45min；然后将加热后的镁板放置在外膜上端，并通过压紧压板施加一定压紧力后，预热后的内模在油缸的推动开始对板材进行冲压，冲压速度为20mm/s，至内模边缘下表面同镁合金板材耳边余料上表面接触后，内模继续向下运动0.8～1.3mm后，内模的推动油缸锁紧，以保证内膜耳部同镁板间密封紧密。

此后，内模缸内辅油路密封阀开启，高温液压油（油温180~190℃）流入内模和镁板间的间隙中，对初步成型后的板坯进行后续液胀成型，直至镁合金板坯同外膜内腔完全贴合为止。

以上所述，仅为本发明中一例具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，基于本发明中的方案，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它方案，都属于本发明保护的范围。