本發(fā)明涉及難變形合金成形加工，具體是涉及一種難變形合金復(fù)雜薄壁構(gòu)件的電能場輔助成形方法。

背景技術(shù)：

1、漸進(jìn)成形開發(fā)周期短，成本低，同時(shí)具有工藝靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛關(guān)注。現(xiàn)有技術(shù)中，如“復(fù)雜鈑金零件漸進(jìn)成形方法”中提出利用漸進(jìn)成形正成形方法可以成形出形狀復(fù)雜的鈑金零件,生產(chǎn)小批量復(fù)雜零件可以節(jié)省時(shí)間與費(fèi)用，并通過實(shí)驗(yàn)成功加工出質(zhì)量較高的人面部。

2、但漸進(jìn)成形過程中成形區(qū)域的材料在工具頭成形力的作用下沿軸向作剪切流動(dòng)，板料厚度減薄十分嚴(yán)重以及厚度分布不均勻，針對板料厚度分布不均勻問題現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行了研究，如“多道次雙點(diǎn)漸進(jìn)成形數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究”提出了采用多成形道次與變間隔角度的形式進(jìn)行雙點(diǎn)漸進(jìn)成形，可改善漸進(jìn)成形零件壁厚分布均勻性，且隨著成形道次增多作用越明顯，但壁厚過度減薄問題依然存在。又如“tb8鈦合金直壁方形盒多道次漸進(jìn)成形”提出采用一種上下交替往復(fù)成形軌跡的方法來克服傳統(tǒng)漸進(jìn)成形路徑中厚度減薄嚴(yán)重的問題，經(jīng)試驗(yàn)研究得出傳統(tǒng)漸進(jìn)成形方法會(huì)導(dǎo)致壁厚最大減薄率達(dá)到65.6％，改進(jìn)后的加工方法可使壁厚最大減薄率減小到42.6％。成形件過度減薄對強(qiáng)度有極大的影響，雖然上述方法和研究對漸進(jìn)成形的厚度分布起到一定改善作用，但仍未很好的解決壁厚過度減薄問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對以上缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種解決成形件壁厚嚴(yán)重減薄和厚度分布不均現(xiàn)象的難變形合金復(fù)雜薄壁構(gòu)件的電能場輔助成形方法。

2、技術(shù)方案：為解決上述問題，本發(fā)明采用一種難變形合金復(fù)雜薄壁構(gòu)件的電能場輔助成形方法，包括以下步驟：

3、步驟1：將難變形合金的板料與下模夾緊；

4、步驟2：第一類工具頭對板料靠近下模預(yù)設(shè)距離的懸空區(qū)域局部施加壓力，使板料發(fā)生彈性變形，形成凹陷曲面的彈性變形區(qū)，彈性變形區(qū)部分貼合下模；

5、步驟3：第二類工具頭對板料的彈性變形區(qū)貼合下模的部分進(jìn)行電輔助應(yīng)力松弛，使板料迅速升溫并將彈性變形轉(zhuǎn)化為塑性變形；

6、步驟4：第一類工具頭和第二類工具頭根據(jù)預(yù)設(shè)加工軌跡移動(dòng)，完成板料第一道次初步成形；

7、步驟5：改變第一類工具頭和第二類工具頭的進(jìn)給量，對板料未成形部分重復(fù)步驟2至步驟4，進(jìn)行漸進(jìn)加工成形，得到復(fù)雜薄壁構(gòu)件。

8、進(jìn)一步的，所述步驟2中通過若干第一類工具頭同時(shí)對板料局部施加壓力，使形成彈性變形區(qū)的凹陷曲面具有不同形狀以適應(yīng)下模型面。

9、進(jìn)一步的，板料材料不易產(chǎn)生變形或彈性變形量過小時(shí)，所述步驟2中通過第一類工具頭可通電來軟化板料材料，對板料局部進(jìn)行低溫加熱并施加壓力。

10、進(jìn)一步的，所述第一類工具頭對板料局部低溫加熱，使板料局部達(dá)到的最高溫度不高于0.25tm，其中tm為板料材料的熔點(diǎn)溫度。

11、進(jìn)一步的，所述板料達(dá)到的最高溫度范圍為0.4～0.5tm。

12、進(jìn)一步的，第一類工具頭、板料、模具、溫度控制單元和第一電源形成第一條電路回路，第二類工具頭、板料、模具、溫度控制單元和第二電源形成第二條電路回路。

13、進(jìn)一步的，所述步驟2和步驟3中，通過紅外熱像儀獲得板料的溫度，根據(jù)獲得的溫度控制第一電源和第二電源的輸出電流密度，進(jìn)而控制板料上變形區(qū)域的溫度。

14、進(jìn)一步的，所述第一類工具頭對板料施加的壓力通過加工溫度下的應(yīng)力應(yīng)變曲線計(jì)算或通過有限元仿真得出；第一類工具頭對板料施加壓力的位置通過仿真計(jì)算確定，同時(shí)選擇變形區(qū)域與模具的貼合度，使兩者達(dá)到最優(yōu)；所述第二類工具頭對板料的加熱溫度和壓力通過板料應(yīng)力松弛曲線選擇，使應(yīng)力松弛速率和第二類工具頭壓力為最優(yōu)解。

15、進(jìn)一步的，所述第二類工具頭的加工位置距離彈性變形區(qū)邊緣2-3mm，第二類工具頭在板料彈性變形區(qū)并與模具貼合處通電加熱，使該區(qū)域發(fā)生高溫應(yīng)力松弛，加快該區(qū)域彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄杂谰米冃?，第二類工具頭的通電電流密度和電流大小以選擇的應(yīng)力松弛曲線對應(yīng)的溫度確定最優(yōu)，通過控制第二類工具頭的電流密度和電流大小，進(jìn)而控制變形區(qū)域的加工溫度，兩類工具頭的移動(dòng)速度應(yīng)較慢，以保證有足夠時(shí)間塑性變形為最佳。

16、有益效果：本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，其顯著優(yōu)點(diǎn)是通過漸進(jìn)電輔助熱成形的加工方法，對產(chǎn)生彈性變形的區(qū)域通過使材料發(fā)生高溫應(yīng)力松弛，使彈性變形轉(zhuǎn)化為塑性變形，在徑向方向作用力小，相比于傳統(tǒng)漸進(jìn)成形加工，工具頭成形力作用直接將板料形成塑性成形的方法，彈性變形過程中材料壁厚幾乎不減薄，將幾乎不減薄的彈性變形區(qū)通過電輔助應(yīng)力松弛轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?，而?yīng)力松弛過程只是轉(zhuǎn)化彈性變形為塑性變形，一般不會(huì)產(chǎn)生額外減薄，因此能有效改善壁厚過度減薄。施加壓力時(shí)只讓板料產(chǎn)生彈性變形，劃傷板料概率大大降低。使用一個(gè)全形或局部的支撐模具，能夠有比單點(diǎn)漸進(jìn)成形更高的成形極限和成形精度。

技術(shù)特征：

1.一種難變形合金復(fù)雜薄壁構(gòu)件的電能場輔助成形方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能場輔助成形方法，其特征在于，所述步驟2中通過若干第一類工具頭同時(shí)對板料局部施加壓力，使形成彈性變形區(qū)的凹陷曲面具有不同形狀以適應(yīng)下模型面。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電能場輔助成形方法，其特征在于，所述步驟2中通過第一類工具頭對板料的局部進(jìn)行低溫加熱并施加壓力。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電能場輔助成形方法，其特征在于，所述第一類工具頭對板料局部低溫加熱，使板料局部達(dá)到的最高溫度不高于0.25tm，其中tm為板料材料的熔點(diǎn)溫度。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電能場輔助成形方法，其特征在于，所述板料達(dá)到的最高溫度范圍為0.4～0.5tm。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電能場輔助成形方法，其特征在于，第一類工具頭、板料、模具、溫度控制單元和第一電源形成第一條電路回路，第二類工具頭、板料、模具、溫度控制單元和第二電源形成第二條電路回路。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電能場輔助成形方法，其特征在于，所述步驟2和步驟3中，通過紅外熱像儀獲得板料的溫度，根據(jù)獲得的溫度控制第一電源和第二電源的輸出電流密度，進(jìn)而控制板料上變形區(qū)域的溫度。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電能場輔助成形方法，其特征在于，所述第一類工具頭對板料施加的壓力通過加工溫度下的應(yīng)力應(yīng)變曲線計(jì)算或通過有限元仿真得出；第一類工具頭對板料施加壓力的位置通過仿真計(jì)算確定。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電能場輔助成形方法，其特征在于，所述第二類工具頭對板料的加熱溫度和壓力通過板料應(yīng)力松弛曲線選擇。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電能場輔助成形方法，其特征在于，所述第二類工具頭的加工位置距離彈性變形區(qū)邊緣2-3mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種難變形合金復(fù)雜薄壁構(gòu)件的電能場輔助成形方法，將難變形合金的板料與下模夾緊；第一類工具頭對板料靠近下模預(yù)設(shè)距離的懸空區(qū)域局部施加壓力，使板料發(fā)生彈性變形，形成凹陷曲面的彈性變形區(qū)，彈性變形區(qū)部分貼合下模；第二類工具頭對板料的彈性變形區(qū)貼合下模的部分進(jìn)行電輔助應(yīng)力松弛，使板料迅速升溫并將彈性變形轉(zhuǎn)化為塑性變形；第一類工具頭和第二類工具頭根據(jù)預(yù)設(shè)加工軌跡移動(dòng)，對板料漸進(jìn)加工成形，得到復(fù)雜薄壁構(gòu)件。通過漸進(jìn)式的電輔助應(yīng)力松弛加工方法，對產(chǎn)生彈性變形且與下模彈性貼模的區(qū)域進(jìn)行電輔助應(yīng)力松弛，使彈性變形轉(zhuǎn)化為塑性變形，加工過程工具頭作用壓力很小，對板料厚度影響較小，能大幅降低壁厚減薄率。

技術(shù)研發(fā)人員：湯澤軍,蔣預(yù)祝,姜威,李新杰,祝嘉勛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9