[发明专利]一种难变形合金管件的脉冲电流脉动加热气压成形装置及方法

说明书

本发明公开了一种难变形合金管件的脉冲电流脉动加热气压成形装置及方法。如图1所示，上模具、下模具分别置于待成形管件的上下两侧，成形部位置于模具的空腔中，上、下模具上分别嵌有两个半圆状电极，分别对应管材两端，当上、下模具贴合时相应的半圆状电极组成圆环形和管材充分接触，电极外接高频脉冲电源，氩气增压系统连接在密闭管件两端。本发明中先向管内充入低压氩气使管内压力达到设定值，再接通电源，高频脉冲电源发出低频脉冲电流对管件进行加热，使得管内压力、管表面温度和相对载荷随低频脉冲电流作周期性波动，分别如图2，3，4所示，管子环向温度分布更加均匀，载荷的脉动变化使得胀形过程中管件反复膨胀，结果提高了管件胀形区域的胀形均匀性，阻止了局部壁厚变薄，从而使管件的成形性能大大提高，有利于实现复杂形状管件的精确成形。

技术领域

本发明涉及金属管材气压成形技术领域，具体的是指一种难变形合金管件的脉冲电流脉动加热气压成形装置及方法。

背景技术

为了减小车辆的重量，越来越多的零件设计成空心结构。在汽车工业中管材的液压胀形工艺在空心零件的生产制造中得到广泛应用。但是，液压成形工艺具有一定的局限性，无法用于像钛合金、高强钢这种室温下延展性差的难变形金属材料。因为钛合金只有在高温下延展性才会显著提高，但是液压胀形的压力介质不管是水还是油都限制了液压胀形的工作温度不能过高，因此，金属管材的热气胀形工艺得以发展。

在传统的金属管材的热气胀形工艺中，模具和坯料接收热量的方式主要是热辐射和热传导，热量传输速度慢，为了使坯料达到均匀、较高的成形温度往往需要很长的加热时间，因此这种加热方式的效率很低，势必造成整个热气胀形工艺的低效性。本发明在传统的热气胀形工艺基础上，采用了电流加热的方法，模具采用绝缘材料制作，通过电极对坯料进行通电，坯料自身电阻在电流作用下产生热量，温度升高，只需要改变电流大小就可以控制加热速度，解决了传统的热气胀形工艺中存在的加热时间长、能量利用率低的问题。

在传统的管材液压胀形工艺基础上，发展了脉动液压胀形工艺，在文献“Mechanism of improvement of formability in pulsating hydroforming of tubes”中，作者Mori，K.等人通过施加按正弦规律变化的内压力使得管材胀形区域壁厚均匀，阻止了局部变薄的现象出现，提高了管材的成形性能。但是由于液压胀形所使用的液体介质无法承受高温，而像钛合金这样的室温下延展性差的金属材料的热成形温度一般超过500℃，所以脉动液压胀形工艺不能适用于室温下延展性差的金属材料。

在文献“Experimental and numerical investigation of the influence ofpulsating pressure on hot tube gas forming using oscillating heating”中，作者Ali Talebi Anaraki等人研究了在使用振荡加热和脉动压力的条件下铝合金管材的热气胀形工艺，在实验过程中利用火焰加热同时管件旋转来保证受热均匀，在加热过程中控制火焰的大小作周期性变化，管内压力在一套独立的设备控制下作周期性脉动变化，结果表明在使用振荡加热和脉动压力的条件下可以显著提高铝合金管材的胀形率并且胀形后管材壁厚分布均匀。但是该方法使用火焰加热铝合金管，加热时间长，效率低，且火焰大小不易精确控制，而且脉动压力的控制需要一套独立的设备，成本更高。

发明内容

本发明提出的的一种难变形合金管件的脉冲电流脉动加热气压成形装置及方法，选用低频脉冲电流加热钛管，由于脉冲电流的周期性，使得加热和胀形过程中钛管表面温度、管内压力和相对载荷随低频脉冲电流作周期性波动，管子环向温度分布更加均匀，从而提高了管子的胀形区域的壁厚均匀性和成形性能。