一种适用超塑成形工艺的机械压力加载方法与流程

本发明涉及一种适用超塑成形工艺的机械压力加载方法，属于精密钣金加工技术领域。

背景技术：

铝合金或钛合金超塑成形技术是一种先进的轻量化和整体化成形技术。在铝合金或钛合金的超塑成形过程中，为了保证超塑成形气压加载正常，需要对超塑成形模具施加机械压力。由于成形过程超塑成形气压不断变化，需要人工不断间歇操作。这不仅效率低，而且机械压力稳定性差，会降低超塑成形模具的使用寿命。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适用超塑成形工艺的机械压力加载方法，实现线性均匀连续的加载机械压力，可提高机械压力的稳定性，提高产品质量和合格率；始终保持超塑成形压力和机械压力的差值恒定，保证超塑成形模具稳定均匀受压，可延长模具的使用寿命；本发明的压力加载方式自动化程度高，可降低人工成本，提高压力加载的准确率。

本发明的技术解决方案是：一种适用超塑成形工艺的机械压力加载方法，包括如下步骤：

根据待加工零件的形状和尺寸设计制作超塑成形模具；

根据待加工零件的结构，确定超塑成形气压加载曲线；

根据所述超塑成形模具计算超塑成形所需的初始压边力和最大锁模力；

根据所述初始压边力和最大锁模力，计算待加工零件的超塑成形机械压力加载曲线；

将待加工零件放置在超塑成形压力机工作台上的模具内，在超塑成形压力机中同时运行所述超塑成形气压加载曲线和超塑成形机械压力加载曲线，开始超塑成形；超塑成形压力机运行完毕时，完成铝合金或钛合金的超塑成形。

进一步地，所述初始压边力为f1＝s1×p1；其中，s1为超塑成形模具的压边部分的面积，p1为给定的超塑成形开始时模具压边部分的压强值。

进一步地，所述最大锁模力为f2＝f1+s2×p2；其中，s2为超塑成形模具的型腔部分的面积，p2为所述超塑成形气压加载曲线的最大加载气压。

进一步地，所述p1为2～4mpa。

进一步地，超塑成形压力机的机械压力加载过程始终与气压加载过程保持一致，且压力差恒定。

进一步地，所述压力差等于初始压边力。

进一步地，所述超塑成形气压加载曲线为气压大小随时间变化的曲线。

进一步地，所述机械压力加载曲线为机械压力大小随时间变化的曲线。

进一步地，所述超塑成形模具材料为zgcr25ni20或ni7n。

进一步地，所述根据待加工零件的尺寸设计制作超塑成形模具，包括：对铝合金超塑成形模具进行放大加工，放大量为3‰～5‰；对钛合金超塑成形模具进行缩小加工，缩小量为5‰～7‰。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)能实现线性均匀连续的加载机械压力，可提高机械压力的稳定性，提高产品质量和合格率；

(2)始终保持超塑成形压力和机械压力的差值恒定，保证超塑成形模具稳定均匀受压，可延长模具的使用寿命；

(3)本发明的压力加载方式自动化程度高，可降低人工成本，提高压力加载的准确率。

附图说明

图1为超塑成形模具示意图；

图2为铝合金超塑成形气压加载曲线图；

图3为铝合金超塑成形机械压力加载曲线图。

图4为钛合金超塑成形气压加载曲线图；

图5为钛合金超塑成形机械压力加载曲线图。

具体实施方式

一种适用超塑成形工艺的机械压力加载方法，步骤如下：

(1)根据铝合金或钛合金零件尺寸设计制作超塑成形模具。对铝合金或钛合金超塑成形模具的型腔按照零件尺寸进行适当放大或缩小加工；设计制作的铝合金或钛合金超塑成形模具包括型腔部分和压边部分。

(2)根据铝合金或钛合金零件结构，确定超塑成形气压加载方式。气压加载采用加载曲线的方式进行，加载曲线主要是气压大小随时间变化的曲线。气压加载曲线主要包括加压阶段，保压阶段和泄压阶段。

(3)根据步骤(1)制作的铝合金或钛合金超塑成形模具计算超塑成形所需初始压边力。计算步骤(1)制作的铝合金或钛合金超塑成形模具的压边部分的面积s1，给定超塑成形开始时模具压边部分的压强值p1，根据公式f1＝s1×p1，得到铝合金或钛合金超塑成形所需初始压边力。

(4)根据步骤(1)制作的铝合金或钛合金超塑成形模具计算超塑成形所需最大锁模力。计算步骤(1)制作的铝合金或钛合金超塑成形模具的型腔部分的面积s2，根据步骤(2)所述超塑成形的最大加载气压p2，根据公式f2＝f1+s2×p2，得到铝合金或钛合金超塑成形所需最大锁模力。

(5)根据步骤(3)所述铝合金或钛合金超塑成形初始压边力和步骤(4)所述铝合金或钛合金超塑成形最大锁模力，计算得到铝合金或钛合金超塑成形机械压力加载曲线。所述机械压力加载曲线为机械压力大小随时间变化的曲线；所述机械压力加载曲线包括加压阶段，保压阶段和泄压阶段。

(6)铝合金或钛合金超塑成形时，同时在超塑成形压力机运行步骤(2)所述超塑成形气压加载曲线和步骤(5)所述机械压力加载曲线，完成铝合金或钛合金的超塑成形。机械压力加载过程始终与气压加载过程保持一致，且压力差恒定。

步骤(1)所述的铝合金超塑成形温度为420～520℃，钛合金超塑成形温度为880～960℃。

步骤(1)所述的铝合金超塑成形模具常用材料为中硅钼球墨铸铁，钛合金超塑成形模具常用材料为zgcr25ni20，ni7n。

步骤(1)所述的铝合金超塑成形模具进行放大加工，放大量为3‰～5‰，钛合金超塑成形模具进行缩小加工，缩小量为5‰～7‰。

步骤(2)所述的铝合金或钛合金超塑成形气压加载曲线的气压单位为mpa，时间单位为min。

步骤(3)所述的超塑成形开始时模具压边部分的压强值p1常用范围为2～4mpa。

步骤(5)所述机械压力加载曲线的机械压力单位为kn，时间单位为min。

步骤(6)所述超塑成形时机械压力和超塑成形气压的压力差值等于初始压边力。

下面结合附图分别以铝合金和钛合金为例对本发明作进一步详细说明。

首先以铝合金零件为例：

第一步设计制作模具：将铝合金零件放大3.5‰并设计制作超塑成形模具如图1所示。包括压边部分和型腔部分，通过计算得到模具压边部分的面积为s1＝0.1m2，型腔部分的面积为s2＝0.2m2。

第二步确定气压加载方式：超塑成形气压设置为加压阶段时间30min，保压阶段时间50min和泄压阶段时间20min，且各阶段气压变化速率均与时间成正比。

第三步确定初始压边力：铝合金超塑成形时初始压边设置为p1＝2.0mpa，则通过计算得到初始压边力为f1＝200kn。

第四步确定最大锁模力：铝合金超塑成形时设定最大气压p2＝1.0mpa，则通过计算得到最大锁模力为f2＝200+200＝400kn。通过结合第二步加压阶段、保压阶段以及泄压阶段的具体时间得到气压加载曲线如图2所示。

第五步确定机械压力加载曲线，通过结合以上三步得到机械压力加载曲线如图3所示，可以看出机械压力加载过程始终与气压加载过程保持一致，且压力差恒定。

其次，以钛合金零件为例：

第一步设计制作模具：将钛合金零件放大6.5‰并设计制作超塑成形模具如图1所示。包括压边部分和型腔部分，通过计算得到模具压边部分的面积为s1＝0.1m2，型腔部分的面积为s2＝0.2m2。

第二步确定气压加载方式：超塑成形气压设置为加压阶段时间30min，保压阶段时间50min和泄压阶段时间20min，且各阶段气压变化速率均与时间成正比。

第三步确定初始压边力：钛合金超塑成形时初始压边设置为p1＝4.0mpa，则通过计算得到初始压边力为f1＝400kn。

第四步确定最大锁模力：铝合金超塑成形时设定最大气压p2＝2.0mpa，则通过计算得到最大锁模力为f2＝400+400＝800kn。通过结合第二步加压阶段、保压阶段以及泄压阶段的具体时间得到气压加载曲线如图4所示。

第五步确定机械压力加载曲线，通过结合以上三步得到机械压力加载曲线如图5所示，可以看出机械压力加载过程始终与气压加载过程保持一致，且压力差恒定。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。