[发明专利]钛拉伸成形设备和方法

说明书

技术领域及背景技术

本发明涉及形成金属元件，且更具体地说，涉及钛及其合金的热 拉伸成形和潜应变成形。

拉伸成形是在金属元件中形成弯曲形状的众所周知工艺，其通过 在模具上成形工件的同时将工件预拉伸到其降伏点。这种工艺通常用 来制作大型的铝及铝合金元件，且具有较低加工成本和极好可重复性。

在某些元件中，尤其是在用于航天应用的元件中，可用钛或钛合 金来取代铝。这样做的原因包含钛的较高强度重量比、极限强度较高 且与复合材料的冶金兼容性较好。

然而，当在室温下对钛进行拉伸成形时存在困难，因为其降伏点 在最小百分比的延伸值的情况下非常接近其极限抗拉强度。因此，通 常从大型坯材中冲击成形(bump formed)和机械加工钛元件，这种 工艺既昂贵又耗时。

因此，需要一种对钛及其合金进行拉伸成形的设备和方法。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于在高温下对钛进行拉伸成形 和/或潜应变成形的方法。

本发明的另一目的是提供一种用于在高温下对钛进行拉伸成形和 /或潜应变成形的设备。

本发明的另一目的是提供一种在成形工艺期间将工件绝缘的设 备。

通过本发明可满足这些和其它目的，本发明根据一个方面提供一 种拉伸成形方法，其包含：提供具有预选非矩形横截面轮廓的细长金 属工件；提供具有与所述横截面轮廓互补工作面的模具，其中至少所 述工作面包括隔热材料；通过使电流穿过工件而将工件电阻加热到工 作温度；通过工件处于工作温度时致使工件和模具相对于彼此移动而 抵靠着工作面成形工件，进而致使工件塑性延伸并弯曲且将工件定形 成预选的最终形状。

根据本发明的另一方面，所述工件包括钛。

根据本发明的另一方面，所述横截面轮廓具有小于约20的纵横 比。

根据本发明的另一方面，通过以下方法所组成群组中选出的方法 来成形横截面轮廓：挤制、压弯机(press-brake)成形、辊轧成形和 机械加工以及其组合。

根据本发明的另一方面，所述方法包含在成形设备的钳口中接纳 工件的相对末端的步骤。

根据本发明的另一方面，所述方法包含使电流穿过钳口到达工件 的步骤。

根据本发明的另一方面，所述钳口承载在可移动的摆臂上，且成 形工件的步骤包括移动摆臂以围绕工作面卷绕工件。

根据本发明的另一方面，所述方法包含在执行成形的同时控制工 作温度的步骤。

根据本发明的另一方面，所述方法包含通过以下方式进行潜应变 成形工件的步骤：使抵靠着工作面成形的工件在受控温度下维持一选 定保压(dwell)时间。

根据本发明的另一方面，所述方法包含用罩壳包围模具和工件的 第一部分的步骤。

根据本发明的另一方面，所述罩壳包含开口，该开口在成形步骤 发生的同时允许工件的第二部分从罩壳中突出。

根据本发明的另一方面，一种拉伸成形设备包含：模具，其具有 预选非矩形横截面轮廓的工作面，所述工作面适于接纳和成形细长金 属工件，其中至少所述工作面包括隔热材料；加热构件，其用于将工 件电阻加热到工作温度；以及移动构件，其用于使模具和工件相对于 彼此移动，致使工件抵靠着工作面延伸和弯曲。

根据本发明的另一方面，所述模具主要由陶瓷材料组成。

根据本发明的另一方面，所述设备进一步包含用于接纳工件的相 应相对末端的相对钳口。

根据本发明的另一方面，所述加热构件包含：以电气方式连接到 钳口的电流源；以及钳口与工件之间的电气连接。

根据本发明的另一方面，所述钳口承载在可移动的摆臂上，所述 摆臂适于围绕工作面卷绕工件。

根据本发明的另一方面，所述成形设备进一步包含温度控制构件， 该控制构件用于在执行成形的同时控制工作温度。

根据本发明的另一方面，所述成形设备进一步包含用于使抵靠着 工作面所成形的工件在工作温度下维持一选定保压时间的构件。

根据本发明的另一方面，所述成形设备进一步包含罩壳，其中用 罩壳包围模具和工件的第一部分。

根据本发明的另一方面，所述罩壳包含埠构件，用于允许工件的 第二部分从罩壳中突出。