[发明专利]难变形材料复杂截面空心构件自阻加热电磁成形方法

说明书

本发明公开一种难变形材料复杂截面空心构件自阻加热电磁成形方法，涉及机械制造技术领域，在管坯两端设置电极，通过电极将电流导入管坯，利用焦耳热使管坯快速获得成形所需温度T，然后通过置入管坯内部的电磁线圈进行高压脉冲大电流放电，形成径向磁场力使管坯在一定温度产生高速率变形，直至与模具接触完成成形。本发明将自阻加热技术和电磁成形技术相集成，与传统工艺相比，具有能耗低、效率高、成本低、可控性强、成形件尺寸精度高、组织性能优异等优点。

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，特别是涉及一种难变形材料复杂截面空心构件自阻加热电磁成形方法。

背景技术

在航空航天领域，常用钛合金或高强钢材料制造复杂截面空心结构件，如图1。室温下，钛合金和高强钢的强度高、塑性差，贴模性差，成形精度低，随着温度升高，材料的流动应力降低，延伸率增大，成形性大幅提高。目前，常采用热成形加工过程，如热冲压、热气胀、超塑成形等。其中，高温下气胀成形是难变形材料复杂截面空心结构件制造中广泛使用的一种工艺。但高温下气胀成形工艺对模具材料的耐热性要求高，成形效率低，同时材料表面氧化严重。

为了解决气胀成形能耗大、效率低和成本高的问题，以促进高温气胀成形工艺在汽车、交通运输等领域的应用，国际上近年来发展了一种电流自阻加热冷模气胀成形技术，利用电流流经材料时的焦耳热效应对坯料进行快速加热，加热后在室温模具内胀形。自阻加热气胀成形工艺中常采用的密封方式是橡胶圈内密封或冲头扩口密封，橡胶圈内密封能密封的最大压力比较小，一般小于5MPa，很难满足小圆角的成形，且耐高温含氟橡胶圈价格昂贵；另一种常用密封方式是利用刚性冲头对管端扩口并压紧密封，该密封方式对管材端部质量要求高，若采用焊管，需对管材端部额外打磨处理，增加工序，并且当管端温度较低、塑性不足时易在扩口时开裂。可见，高压气体的密封困难是自阻加热气胀成形工艺中不可避免的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种难变形材料复杂截面空心构件自阻加热电磁成形方法，将自阻加热和电磁成形技术结合，用于钛合金等难变形复杂截面构件的制造，能够提高效率、降低成本、提高成形件质量，具有广阔的前景，解决了现有钛合金、高强钢等难变形材料复杂截面空心构件气压成形存在的能耗高、效率低、模具成本高、氧化严重及密封困难等问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种难变形材料复杂截面空心构件自阻加热电磁成形方法，包括以下步骤：

一)、装配：去除管坯表面的氧化皮，在管坯内放置铜箔，随后将内部放置铜箔的管坯装夹在自阻加热装置上，通过弹簧压紧实现管坯与自阻加热电极的导电接触，压力机下行，实现合模操作；

二)、自阻加热：闭合自阻加热电源上的第一开关，采用预设的电流密度ρ将管坯加热到合适的变形温度T，当管坯中心处的温度达到设定值时，自阻加热电源会自动断开，并启动高压保护；

三)、电磁成形：电磁成形线圈经导轨准确运动到管坯需成形的位置，闭合已充电至预设电压的电磁成形机上的第二开关，产生径向磁场力使管坯产生高速率变形，直至管坯与模具接触；

四)、取件：模具开模，电磁成形线圈沿导轨移出管坯内部，加热铜电极经机械结构移开管坯端部，将成形构件取走，并取出管坯内放置的铜箔。

优选的，当所述成形构件为钛合金材料时，管坯变形温度T为500～850℃，根据材料强度及磁场力大小确定。

优选的，所述电磁成形线圈采用CuW₇₅合金或黄铜材料，当管坯变形温度小于600℃时，所述电磁成形线圈采用机加的螺线管，所述螺线管之间采用用耐高温绝缘油漆绝缘，绝缘油漆的厚度为0.8-1mm；当管坯加热温度T大于600℃时，电磁成形线圈采用铜线绕在陶瓷杆上。

优选的，当管坯变形温度小于600℃时，所述螺线管的正极与螺线管的连接方式为螺纹连接，螺线管负极与螺线管的连接方式为钎焊。