[發(fā)明專利]一種針對難變形金屬板材的自阻加熱沖壓成形方法

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• 申請日: 2017-11-04
• 公開（公告）號: CN107913930A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫歡迎;趙軍;劉翊安;武向南;張泉
• 申請（專利權(quán)）人: 北華航天工業(yè)學(xué)院
• 主分類號: B21D22/02
• 分類號: B21D22/02;B21D37/16
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬板材加工領(lǐng)域，具體涉及一種針對難變形金屬板材的自阻加熱沖壓成形方法。

背景技術(shù)

金屬鈑金件常采用傳統(tǒng)冷沖壓的方法得到，通過設(shè)計不同類型的模具利用機(jī)械壓力機(jī)、液壓機(jī)等常規(guī)設(shè)備生產(chǎn)，生產(chǎn)批量較大時具有效率高、成本低的優(yōu)勢。冷沖壓成形要求材料在室溫下具有良好的塑性，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，航空、航天、汽車等領(lǐng)域?qū)Σ牧系膹?qiáng)度、硬度的要求越來越高，而這樣的材料往往室溫塑性較差，冷沖壓成型困難，以下面所述幾種材料為例來說明：

1)鈦合金由于密度低、比強(qiáng)度高、耐蝕性好、工作溫度范圍較寬等優(yōu)點在航空、航天等領(lǐng)域得到高度重視和廣泛應(yīng)用。鈦合金在室溫下變形抗力大、回彈嚴(yán)重、塑性差，采用傳統(tǒng)的冷沖壓成形很難保證零件成形且尺寸、形狀精度差。但在600℃以上的高溫條件下，鈦合金板材的延伸率增加，變形抗力減小，因此為改善鈦合金的沖壓性能，往往采用熱沖壓方法。

2)鎂合金作為一種新型的輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料，具有很高的比強(qiáng)度、比剛度、導(dǎo)熱性以及電磁屏蔽性等優(yōu)良特性，其薄板構(gòu)件在航空、航天、汽車、電子通訊等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。鎂合金是密排六方結(jié)構(gòu)金屬，室溫下滑移系少，使得鎂合金板材沖壓性能差、成品率低，極大地限制了鎂合金的應(yīng)用。隨著溫度的升高，鎂合金板材成形性能將發(fā)生根本性改變，鎂合金板材溫?zé)釠_壓成形工藝已經(jīng)成為近幾年金屬塑性加工領(lǐng)域研究的熱點。

3)在汽車工業(yè)中采用高強(qiáng)度鋼板構(gòu)件既可減輕汽車重量、實現(xiàn)節(jié)能和減排，又可提高汽車的安全性，以滿足世界各國對汽車越來越苛刻的要求。對傳統(tǒng)冷沖壓工藝而言，減薄和高強(qiáng)是惡化成形性的雙重因素，車身零件不僅在成形過程中容易開裂，而且易產(chǎn)生過量回彈，影響車身后續(xù)的裝配。近年來發(fā)展起來的熱沖壓技術(shù)是一種獲得高強(qiáng)度鋼薄板構(gòu)件的有效途徑，工藝過程包括奧氏體化處理、從加熱爐轉(zhuǎn)移到壓機(jī)、熱成型和淬火、剪邊處理等。

無論是鈦合金、鎂合金，還是高強(qiáng)度鋼的板材熱沖壓，成型前的加熱工序都是非常重要的一步，傳統(tǒng)熱成形一般選擇在電爐內(nèi)加熱然后再移至壓機(jī)成型，這種方法對薄板來說由于溫降很快，很難保證沖壓時的成形溫度。

目前，現(xiàn)有熱沖壓技術(shù)主要集中在加熱方法和熱成形設(shè)備的研制和開發(fā)上，總結(jié)起來有如下幾種形式：

1)采用專用設(shè)備，在液壓機(jī)上設(shè)計安裝可以配合使用的加熱爐的方法，使用時將加熱爐安裝在液壓機(jī)上，模具裝在加熱爐中。這種方法需要專門設(shè)計生產(chǎn)的液壓機(jī)和加熱爐，而且模具材料要求在高溫下具有足夠的強(qiáng)度，加工制造成本高。

2)選擇在沖壓模具中安裝加熱元件的方法，鎂合金理想的成形溫度為300～400℃，板坯與模具通過嵌入在凹模和壓邊圈上的加熱棒得到加熱。這種方法由于大部分熱量都散失到空氣中，加熱成型溫度較低的鎂合金還可以，加熱鋼或鈦合金則比較困難，而且對模具材料要求很高，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造成本也高。

3)高強(qiáng)度鋼板熱沖壓工藝，工藝過程包括奧氏體化處理、從加熱爐轉(zhuǎn)移到壓機(jī)、熱成型和淬火、剪邊處理等。將鋼板從加熱爐轉(zhuǎn)移到熱成型壓機(jī)過程必須借助自動化傳送裝置，否則成型前板料溫度容易降到780℃以下，形成鐵素體從而惡化零件的機(jī)械性能。這種方法雖然實際生產(chǎn)中已經(jīng)得到應(yīng)用，但由于自動化生產(chǎn)線技術(shù)和成本要求太高，僅限于汽車行業(yè)中幾個關(guān)鍵零件的大批量生產(chǎn)。

以上分析可以看出，目前現(xiàn)有的熱沖壓技術(shù)一般需要自動化生產(chǎn)線或?qū)Ｓ迷O(shè)備，或者需要對模具進(jìn)行加熱，工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種針對難變形金屬板材的自阻加熱沖壓成形方法，可以解決鈦合金、鎂合金、高強(qiáng)度鋼等難變形金屬板材利用傳統(tǒng)的冷沖壓工藝難以成形的問題，實現(xiàn)以上金屬板材彎曲、拉深、脹形等沖壓工藝。而與現(xiàn)有的熱沖壓成形技術(shù)相比，可以顯著降低生產(chǎn)成本，從而實現(xiàn)熱沖壓零件的小型化，拓寬難變形金屬沖壓件的應(yīng)用領(lǐng)域。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種針對難變形金屬板材的自阻加熱沖壓成形方法，利用金屬材料自身存在電阻，給板材通入很強(qiáng)的電流來加熱工件，實現(xiàn)金屬板材熱沖壓。具體的，通過夾具或模具使沖壓金屬板料與銅排電極板緊密接觸后，啟動高頻開關(guān)加熱電源提供電流，該電流經(jīng)銅排電極板引至壓機(jī)的工作臺位置進(jìn)行自阻加熱沖壓工藝。

其中，所述高頻開關(guān)加熱電源可產(chǎn)生額定電流6000A內(nèi)連續(xù)可調(diào)的電流。所述夾具采用螺栓壓緊方式或彈性壓緊方式。所述銅排電極板裝配時需保證正負(fù)兩極板在同一平面且與壓機(jī)工作臺面平行。所述壓機(jī)的控制按鈕位于加熱電源操控面板附近。

其中，所述自阻加熱沖壓工藝包括如下步驟：