本發(fā)明涉及高溫合金板件成形制造，特別是涉及一種附加拉延筋的高溫合金板件電阻加熱成形裝置與方法。

背景技術(shù)：

1、高溫合金因其具有優(yōu)異的耐腐蝕性、比強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。是應(yīng)用于高端裝備的重要結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵材料。高強(qiáng)度合金薄板鈑金件是飛行器、航天器等裝備的一大類結(jié)構(gòu)。通常應(yīng)用鋼模沖壓方法對(duì)于構(gòu)件進(jìn)行成形。但是在冷成形條件下高溫合金塑性差、變形抗力高、極限膨脹率低，難以成形具有復(fù)雜形狀的工件。并且回彈大、彈性模量低，工件成形精度低。為了保障構(gòu)件的形狀復(fù)雜性與高精度的雙重要求，需提高成形溫度以改善成形精度與性能。因此熱成形工藝是對(duì)于高溫合金構(gòu)件的先進(jìn)成形方法。

2、目前，主流工藝有室溫鋼模成形、充液成形和超塑性成形等。但現(xiàn)有的主流工藝存在以下問(wèn)題：

3、室溫鋼模成形在材料成形復(fù)雜度上具有很大的局限性和限制。高溫合金在室溫下硬度較高、塑性較差，在加載過(guò)程之中容易導(dǎo)致局部過(guò)載。特別是在壁厚較薄和特征復(fù)雜的區(qū)域，壓力分布不均勻，容易導(dǎo)致材料破裂和變形不均勻，由此導(dǎo)致成形精度差的問(wèn)題。

4、充液成形適用于高強(qiáng)度的金屬材料和細(xì)節(jié)特征的構(gòu)件，充液成形難以達(dá)到其成形精度。特別對(duì)于薄壁或具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致成形過(guò)程之中不完全或者出現(xiàn)極大誤差、成形精度低。充液成形在模具設(shè)計(jì)時(shí)需要保證液體壓力分布均勻、液體密封性強(qiáng)，模具的設(shè)計(jì)難度較高。且在成形過(guò)程中需要嚴(yán)格調(diào)控液體壓力和溫度等工藝參數(shù)，成形過(guò)程難度較大。因此利用沖液成形生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)效率低。

5、超塑性成形工藝?yán)貌牧显谔厥鈼l件下所展現(xiàn)的超塑性行為進(jìn)行工件的成形。在實(shí)際應(yīng)用之中，超塑性成形的局限性十分顯著。超塑性成形對(duì)于材料的要求較為嚴(yán)格，需要晶粒尺寸在5~10μm范圍之間，且成形時(shí)的晶粒生長(zhǎng)速率需要嚴(yán)格控制在較低的水平?？刂撇划?dāng)容易導(dǎo)致晶粒的無(wú)規(guī)則長(zhǎng)大，尤其在長(zhǎng)時(shí)間成形過(guò)程中，晶粒的無(wú)規(guī)則長(zhǎng)大會(huì)降低材料的塑性，容易導(dǎo)致材料出現(xiàn)局部過(guò)度變形甚至斷裂。其次，超塑性成形只能在10-5~10-1?s-1的應(yīng)變速率范圍內(nèi)進(jìn)行，因此超塑性成形的生產(chǎn)效率處于較低水平。超塑性成形容易導(dǎo)致組織性能差從而影響宏觀力學(xué)性能，導(dǎo)致成形精度低。

6、綜上所述，現(xiàn)有的主流工藝存在成形精度不足、性能弱和生產(chǎn)效率低等問(wèn)題，均無(wú)法滿足高端需求的復(fù)雜需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種附加拉延筋的高溫合金板件電阻加熱成形裝置與方法，實(shí)現(xiàn)了高溫合金板件的控性控形一體化成形，使高溫合金材料在成形過(guò)程中實(shí)現(xiàn)均勻應(yīng)變分布，有效提升成形件的表面質(zhì)量和尺寸精度，解決了現(xiàn)有技術(shù)中成形精度不足、性能弱和生產(chǎn)效率低等問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種附加拉延筋的高溫合金板件電阻加熱成形裝置，包括：合模壓力機(jī)構(gòu)、控溫模具、板件壓邊成形機(jī)構(gòu)、自阻加熱機(jī)構(gòu)、冷卻機(jī)構(gòu)；所述合模壓力機(jī)構(gòu)的內(nèi)側(cè)設(shè)置有所述控溫模具，所述控溫模具與合模壓力機(jī)構(gòu)之間設(shè)有所述冷卻機(jī)構(gòu)，且所述控溫模具的兩側(cè)分別對(duì)稱設(shè)置有所述板件壓邊成形機(jī)構(gòu)及自阻加熱機(jī)構(gòu)。

4、優(yōu)選地，所述合模壓力機(jī)構(gòu)的壓力范圍為1000kn~50000kn；所述合模壓力機(jī)構(gòu)包括伺服油缸、滑塊和底座平臺(tái)，所述底座平臺(tái)設(shè)置于滑塊的下方，且所述滑塊與底座平臺(tái)之間安裝有立柱，所述立柱表面光滑，所述伺服油缸設(shè)置于滑塊的上方，用于驅(qū)動(dòng)所述滑塊沿立柱作縱向運(yùn)動(dòng)。

5、優(yōu)選地，所述控溫模具包括上模和下模，所述上模與下模相耦合，所述上模和下模的材質(zhì)均為低碳鋼、ni7n或h13中的一種；所述上模安裝于所述滑塊上，以實(shí)現(xiàn)滑塊帶動(dòng)上模作縱向運(yùn)動(dòng)，所述下模固定連接于所述底座平臺(tái)的上方，所述上模的內(nèi)部設(shè)有若干組加熱棒，用于向高溫合金板材提供成形溫度；所述下模的內(nèi)部設(shè)有若干組熱電偶，用于反饋高溫合金板材的溫度數(shù)據(jù)。

6、優(yōu)選地，所述上模的兩端對(duì)稱設(shè)置有板件壓邊成形機(jī)構(gòu)，所述板件壓邊成形機(jī)構(gòu)由氮?dú)鈴椈?、壓邊圈和?dǎo)向柱，所述氮?dú)鈴椈傻捻敹伺c滑塊的底端相連接，所述氮?dú)鈴椈傻牡锥伺c所述壓邊圈的頂端相連接，且所述壓邊圈的一端與所述導(dǎo)向柱的底端相連接，所述導(dǎo)向柱的頂端與滑塊的底端相連接，用于為滑塊及相連的上模和壓邊圈的上下運(yùn)動(dòng)提供導(dǎo)向。

7、優(yōu)選地，對(duì)稱設(shè)置的所述壓邊圈的底部邊緣和下模的頂部?jī)啥司O(shè)置有拉延筋，所述下模的頂部?jī)啥说睦咏钆c所述下模的成形區(qū)之間的距離為50~100mm，所述壓邊圈底部邊緣的拉延筋的寬度為5~20mm；所述壓邊圈底部邊緣的拉延筋與所述下模的拉延筋相耦合；所述拉延筋的形狀需根據(jù)高溫合金板材選擇直線型、曲線型、梯形或波浪型中的一種，且所述拉延筋的分布形式為均勻分布、連續(xù)分布或隨形分布中的一種。

8、優(yōu)選地，所述下模與底座平臺(tái)之間、所述上模與滑塊之間分別設(shè)置有冷卻機(jī)構(gòu)，所述冷卻機(jī)構(gòu)為水冷板，所述水冷板的冷卻通道為流動(dòng)常溫水冷通道，通過(guò)直通或隨形方式進(jìn)行布置；所述上模與滑塊之間通過(guò)螺栓將對(duì)應(yīng)的水冷板固定于滑塊處，所述下模和對(duì)應(yīng)的所述水冷板固定安裝在底座平臺(tái)處。

9、優(yōu)選地，所述下模的頂部放置有高溫合金板材，所述高溫合金板材為鎳基高溫合金、鈷基高溫合金、鐵基高溫合金、鈦基高溫合金中的一種；所述高溫合金板材的兩端連接有自阻加熱機(jī)構(gòu)，所述自阻加熱機(jī)構(gòu)為加熱電極，所述加熱電極夾持于高溫合金板材兩端，且所述加熱電極與外部設(shè)置的銅排和高頻開(kāi)關(guān)相連接，用于向高溫合金板材提供自阻升溫的所需電流。

10、本發(fā)明還提供了一種采用上述的附加拉延筋的高溫合金板件電阻加熱成形裝置的成形方法，包括以下步驟：

11、s1、通過(guò)外設(shè)的集成加熱系統(tǒng)，將控溫模具加熱至 t age，并通過(guò)保溫使控溫模具內(nèi)部各點(diǎn)溫度均勻；

12、s2、利用自阻電流加熱系統(tǒng)將高溫合金板材以加熱速率 q快速加熱至成形溫度 t sht，使得高溫合金板材加熱至固溶狀態(tài)；

13、s3、待高溫合金板材達(dá)到成形溫度 t sht后，合模壓力機(jī)構(gòu)處的滑塊帶動(dòng)上模快速合模，并施加壓力且保壓，高溫合金板材順序發(fā)生塑性變形，實(shí)現(xiàn)高溫合金板件的快速成形；

14、s4、逐步卸載高溫合金板件的壓力，并保持在拉延筋作用下使高溫合金板件進(jìn)行應(yīng)力松弛，降低回彈的同時(shí)，消除高溫合金板件的殘余應(yīng)力，以保證高溫合金板件的成形強(qiáng)度和尺寸精度；

15、s5、待高溫合金板件完全卸壓后，移除加熱電極，開(kāi)模取件，隨后切割拉延筋所在區(qū)域并保留成形區(qū)，完成高溫合金板件的成形制造。

16、優(yōu)選地，在s1中，控溫模具的加熱溫度 t age為600~800℃。

17、優(yōu)選地，在s2中，所述加熱速率 q為1℃/s~100℃/s，所述成形溫度 t sht為1100~1300℃。

18、根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

19、（1）成形精度高：本發(fā)明通過(guò)拉延筋的設(shè)計(jì)，有效引導(dǎo)高溫合金板材的流動(dòng)路徑，避免了高溫合金板材在成形過(guò)程中出現(xiàn)局部堆積、流動(dòng)不均或過(guò)度變形的現(xiàn)象，同時(shí)拉延筋設(shè)計(jì)在成形結(jié)束后能夠減少回彈，調(diào)節(jié)應(yīng)力分布，從而確保成形件的均勻性和完整性。

20、（2）成形效率高：本發(fā)明提供的拉延筋能夠更好地控制高溫合金板材流動(dòng)，減少缺陷，從而提高成形的生產(chǎn)效率；通過(guò)優(yōu)化應(yīng)力和流動(dòng)，減少高溫合金板材浪費(fèi)，提升成形速度，同時(shí)在高溫合金板材的成形工藝中，拉延筋能夠縮短成形時(shí)間，降低能量消耗，提高整體工藝的經(jīng)濟(jì)效益。

21、（3）應(yīng)力均勻分布：本發(fā)明提供的拉延筋通過(guò)在成形區(qū)外圍施加適當(dāng)應(yīng)力，優(yōu)化材料應(yīng)力分布，減小成形過(guò)程之中樣件的均勻化拉應(yīng)力，避免材料破裂，同時(shí)降低回彈保證成形均勻性。

22、（4）工藝適應(yīng)性強(qiáng)：本發(fā)明提供的拉延筋可根據(jù)成形件的復(fù)雜程度進(jìn)行調(diào)整形狀、分布等，以適應(yīng)各種復(fù)雜形狀的坯料成形需求；并且，拉延筋的設(shè)計(jì)不僅適用于單一成形工藝，還能夠與熱沖壓、深拉伸、超塑性成形等工藝結(jié)合使用，進(jìn)而增強(qiáng)了工藝的靈活性和適應(yīng)性。