热冲压与超塑气胀复合成形工艺
2020-01-10

热冲压与超塑气胀复合成形工艺

本发明提供一种铝合金汽车车身零件快速超塑成形的新工艺。该工艺的主要特征是将热冲压和超塑气胀成形结合起来,使二者优势互补,达到快速超塑成形的目的。该工艺放松了对传统超塑成形对板材晶粒度要求,允许使用普通商业铝合金板材。与冷冲压工艺相比,本发明工序少,避免了开裂与大回弹的缺陷,成品率高;与传统超塑胀形工艺相比,本发明显著提高了成形速度,降低了材料成本。这说明本发明消除了使用铝合金进行中低档车汽车车身轻量化的技术障碍,它将成为铝合金汽车车身大批量生产的高效优质工艺。

热冲压与超塑气胀复合成形工艺

为了尽量提高成形速度,需要尽量提高冲压成形的上模运动速度、优化气胀成形压力时间曲线以获得尽可能低的超塑胀形时间。在本发明中这些工作都要使用板料成形数值模拟方法,并依据具体的材料性能参数。

基于上述分析,本发明在胀形之前进行平板坯料预成形,使其具有一定的曲率半径和接近零件的形状,本发明采用冲压工艺进行预成形,使用热冲压成形可与后续的超塑性胀形在同一道工序中与等温条件下进行,工序紧凑有利于缩短成形时间,但是热冲压成形缺乏成熟经验因而技术难度较大。使用冷冲压进行预成形,与超塑胀形分开操作,容易实现,缺点是要严格控制预成形的变形量以防坯料破裂。另外因为增加进出料的时间会增加总的成形时间。对于超塑性状态的热冲压,因为超塑性延伸率远大于其室温延伸率,所以热冲压的变形量可以相对大些。实际上预成形变形量的大小与具体的零件形状和具体材料的成形性能有关。为了确定预成形量,本发明依据材料热变形的成形极限图使用板料超塑性成形工艺数值模拟方法优化预成形量的范围。优化目标是预成形的零件I)无破裂,2)无明显褶皱,3)无明显的局部反向凸起。4)各点应变状态都在FLD曲线以下的安全区内,其数值低于FLD图曲线数值的10%以上。 注意到冲压过程中,板料变形区的应变状态是一拉一压。而超塑胀形时板料变形区的应变状态是为双向拉伸。由板料的拉伸极限图可知,冲压时的极限应变远大于胀形时的极限应变。这就是说,对于相同的拉伸应变,冲压时不会破裂但胀形时可能会破裂。在一定温度和较高的应变速率范围内,材料的拉伸延伸率可能随应变速率的增加而降低,因此热冲压成形可以比气胀成形选择更高的凸模运动速度。这就是说同样的材料同样的温度,热冲压工艺的成形速度可以比热胀形工艺的成形速度快一些。这就说明了本发明的冲压与胀形的复合工艺是一个快速超塑成形。

9)成形操作过程:安装水冷与加热控温装置,冲头与凹模、连接气源与进气口,用三通阀将出气口分别与气源和空气连接。在冲头与凹模里面有多个测温点,加热冲头与模具,当所有测温点都达到所设置的温度后,抬起压力机,喷涂润滑剂,将板料放到凹模上,用压边圈压住板料。为了防止漏气在压边圈的分模面上有一圈梯形的凸台。保温2〜3分钟后,压下冲头开始第I阶段。由于压边力初始数值不大,模具外的板料可能会滑入凹模内。冲压阶段结束时压边力达到最大值,上模具压紧压边圈,压边圈压紧板料,形成了板料凹模具空间密封,开始超塑气胀阶段。按预定压力时间曲线控制从进气口9进入的充压气体;此时出气口10与外界空气相连,板料背面的空气通过出气口10排入大气中。当板料完全贴膜以后,胀形压力达到最大值(约0.5-4MPa),保压2-3分钟,胀形结束。为方便脱模,将出气口10与气源连接起来,通入少量低压气体,破坏板料与凹模表面的粘连,最后取出成形后的零件。总成形时间与零件形状有关,大约为5-15分钟。

本发明提供了一种铝合金汽车车身零件快速超塑成形的新工艺。该工艺的主要特征是将热冲压和超塑气胀成形结合起来,使二者优势互补,达到快速超塑成形的目的。该工艺放松了对传统超塑成形对板材晶粒度要求,允许使用普通商业铝合金板材。与冷冲压工艺相比,本发明工序少,避免了开裂与大回弹的缺陷,成品率高;与传统超塑胀形工艺相比,本发明显著提高了成形速度,降低了材料成本。这说明本发明消除了使用铝合金进行中低档车汽车车身轻量化的技术障碍,它将成为铝合金汽车车身大批量生产的高效优质工艺。

3)应用数值模拟技术优化模具型腔曲面以尽量降低局部应变,并尽可能优化让最大应变出现在不重要的部位。

3)应用数值模拟技术优化模具型腔曲面以尽量降低局部应变,并尽可能优化让最大应变出现在不重要的部位。

为了尽量提高成形速度,需要尽量提高冲压成形的上模运动速度、优化气胀成形压力时间曲线以获得尽可能低的超塑胀形时间。在本发明中这些工作都要使用板料成形数值模拟方法,并依据具体的材料性能参数。

9)成形操作过程:安装水冷与加热控温装置,冲头与凹模、连接气源与进气口,用三通阀将出气口分别与气源和空气连接。在冲头与凹模里面有多个测温点,加热冲头与模具,当所有测温点都达到所设置的温度后,抬起压力机,喷涂润滑剂,将板料放到凹模上,用压边圈压住板料。为了防止漏气在压边圈的分模面上有一圈梯形的凸台。保温2〜3分钟后,压下冲头开始第I阶段。由于压边力初始数值不大,模具外的板料可能会滑入凹模内。冲压阶段结束时压边力达到最大值,上模具压紧压边圈,压边圈压紧板料,形成了板料凹模具空间密封,开始超塑气胀阶段。按预定压力时间曲线控制从进气口9进入的充压气体;此时出气口10与外界空气相连,板料背面的空气通过出气口10排入大气中。当板料完全贴膜以后,胀形压力达到最大值(约0.5-4MPa),保压2-3分钟,胀形结束。为方便脱模,将出气口10与气源连接起来,通入少量低压气体,破坏板料与凹模表面的粘连,最后取出成形后的零件。总成形时间与零件形状有关,大约为5-15分钟。

发明内容:

3)应用数值模拟技术优化模具型腔曲面以尽量降低局部应变,并尽可能优化让最大应变出现在不重要的部位。