[发明专利]铝合金型材快速下陷热成形模具及成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金型材的热成形模具及方法。

背景技术

铝合金作为一种低密度、高弹性模量、高比强度及比刚度的合金，在航空航天领域具有广阔的应用前景，是航空航天工业最具竞争力的轻质高强结构材料之一，目前铝合金型材已大量应用于航空航天领域，如飞机机翼骨架、等，因此，铝合金型材的成形成为一项关键技术，其中下陷热成形已被广泛应用于铝合金型材的局部成形中。

下陷热成形是把零件及模具加热到某一温度，进行压制成形下陷的加工方法,主要用于强度高、应力集中、敏感性强的材料制成的零件。这种加工方法的好处是可以在硬料状态下对零件进行局部加工成形，避免用软料成形零件后因热处理造成难以校正的变形，从而保证整个零件的质量。传统的下陷热成形加热方式有三种：1、采用加热炉直接加热铝合金坯料；2、加热模具然后对零件进行热传导；3、前两中方式的复合加热。

三种方法的共同缺点是：加热效率低，成形周期长，不适用于大型铝合金型材；另外，铝合金受热时间长，容易引起组织及力学性能改变，影响使用性能。急需开发新型快速下陷热成形方法。

发明内容

本发明目的是为了解决现有铝合金型材下陷热成形的加热效率低，尤其是大型铝合金型材局部加热困难，导致整个生产工艺的低效率，不适应批量生产的问题。而提供铝合金型材快速下陷热成形模具及成形方法。

本发明的铝合金型材快速下陷热成形模具，它包括凸模、凹模、两个接触式电极、接触式热电偶、脉冲电源和PID控制系统；所述的凸模中间部位突起，凹模与凸模中间部位突起相对应的部位具有凹陷，一个接触式电极通过绝缘结构固定在凹模上，另一个接触式电极通过绝缘结构固定在凹模，两个接触式电极相对于凹陷对称设置，PID控制系统的信号输入端与接触式热电偶的信号输出端连接，输出端连接脉冲电源的受控端以控制其输出的电流值，脉冲电源的正极和负极分别与一个接触式电极相连接，型材坯料设置在两个接触式电极上并且位于凹模与凸模之间。

本发明的铝合金型材快速下陷热成形模具的热成形方法，按以下步骤进行：

一、将型材坯料的待处理区域放入铝合金型材电流辅助快速下陷热成形模具的加工区域；二、通过脉冲电源控制接触式电极在电流为3000～100000A，电压为3～7V的条件下，对待型材坯料的待处理区域加热施压，加热施压过程中，通过PID控制系统和接触式热电偶对加工区域温度进行控制，使加工区域的温度保持在100℃～350℃，进行凹模与凸模的合模实现型材的局部变形，即完成铝合金型材快速下陷热成形；其中所述的加工区域是由凸模和凹模共同形成的中空区域。

本发明包含以下有益效果：

采用本发明方法的加热效率可提高300%～500%，缩短成形周期至10～50s，单个铝合金型材下陷成形周期缩短至20～30s，提高能源利用率200%～400%。本发明通过接触式热电偶及PID控制系统可实现铝合金型局部温度的自动控制，控制精度可达1～5℃，通过接触式电极可实现铝合金型材局部均匀加热，温度均匀性可达5～10℃，满足下陷成形需要。

当本发明的通入脉冲电流为5000～20000A，适合于中型铝合金型材。

当本发明的通入脉冲电流为10000～100000A，适合于大型铝合金型材。

当本发明的加工区域温度为100℃～150℃，适合于变形量较小的下陷过程。

当本发明的加工区域温度250-350℃，适合于变形量较大，成形周期较长的的下陷过。

附图说明

图1为本发明的铝合金型材电流辅助快速下陷热成形模具结构示意图；

图2为试验中采用本发明的模具对铝合金型材下陷热成形示意图；其中，1为变形前铝合金型材示意图；2为下陷成形后铝合金型材示意图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式的铝合金型材电流辅助快速下陷热成形模具，它包括凸模1、凹模2、两个接触式电极3、接触式热电偶4、脉冲电源5和PID控制系统6；所述的凸模1中间部位突起，凹模2与凸模1中间部位突起相对应的部位具有凹陷，一个接触式电极3通过绝缘结构8固定在凹模2上，另一个接触式电极3通过绝缘结构8固定在凹模2，两个接触式电极3相对于凹陷对称设置，PID控制系统6的信号输入端与接触式热电偶4的信号输出端连接，输出端连接脉冲电源5的受控端以控制其输出的电流值，脉冲电源5的正极和负极分别与一个接触式电极3相连接，型材坯料7设置在两个接触式电极3上并且位于凹模2与凸模1之间。