汽車零部件超塑性成形概要

1、汽車零部件超塑性成形 報(bào)告人：陳飛 導(dǎo)師：姚建華，陳智君 2013.5.31浙江工業(yè)大學(xué)激光加工技術(shù)工程研究中心浙江工業(yè)大學(xué)激光加工技術(shù)工程研究中心目錄:1、金屬超塑性概況及成形特點(diǎn)2、超塑性的分類3、超塑性成形工藝4、汽車零部件超塑性成形技術(shù)5、超塑性成形展望超塑性成形： 超塑性是指在特定的條件下，即在低的應(yīng)變速率，一定的變形溫度(約為熱力學(xué)熔化溫度的一半)和穩(wěn)定而細(xì)小的晶粒度(0.55m)的條件下，某些金屬或合金呈現(xiàn)低強(qiáng)度和大伸長率的一種特性。其伸長率可超過100%以上，如鋼的伸長率超過500%，純鈦超過300%，鋁鋅合金超過1000%。 目前常用的超塑性成形的材料主要有鋁合金、鎂合金、低

2、碳鋼、不銹鋼及高溫合金等。1、金屬超塑性概況及成形特點(diǎn)特點(diǎn)：1)金屬塑性擴(kuò)大了可鍛金屬的種類。2)金屬的變形抗力很小,可在噸位小的設(shè)備上模鍛出較大的制件3)加工精度高,超塑性成形是實(shí)現(xiàn)少或無切削加工和精密成形的新途徑。金屬超塑性發(fā)展概況 金屬的超塑性現(xiàn)象，是英國物理學(xué)家森金斯在1928年發(fā)現(xiàn)的，他給這種現(xiàn)象做如下定義：凡金屬在適當(dāng)?shù)臏囟认拢ù蠹s相當(dāng)于金屬熔點(diǎn)溫度的一半）變得像軟糖一樣柔軟，而應(yīng)變速度10毫米/秒時(shí)產(chǎn)生本身長度三倍以上的延伸率，均屬于超塑性。最初發(fā)展的超塑性合金是一種簡單的合金，如錫鉛、鉍錫等。一根鉍錫棒可以拉伸到原長的19.5倍，然而這些材料的強(qiáng)度太低，不能制造機(jī)器零件，所以并

3、沒有引起人們的重視。 圖1-1吹塑成形的5083鋁合金墻面裝飾浮雕2超塑性的分類1.微晶組織超塑性(即恒溫超塑性或結(jié)構(gòu)超塑性) 其產(chǎn)生的第一個(gè)條件是材料具有均勻的微細(xì)等軸晶粒，晶粒尺寸通常小于10m，并且在超塑性溫度下晶粒不易長大，即所謂熱穩(wěn)定性好；第二個(gè)條件是變形溫度T0.5Tm，并且在變形時(shí)保持恒定溫度；第三個(gè)條件是應(yīng)變速率比較低，一般=10-410-1/s。目前已發(fā)現(xiàn)共晶型和共析型合金具有超塑性，但也不限于此，而在許多的二相合金中相當(dāng)一部分呈現(xiàn)超塑性。一般說來，晶粒越細(xì)越有利于超塑性變形，但對(duì)有些材料來說，例如鈦合金，其晶粒尺寸達(dá)幾十微米時(shí)仍有良好的超塑性能。2.相變超塑性相變超塑性(即

4、變溫超塑性或動(dòng)態(tài)超塑性即變溫超塑性或動(dòng)態(tài)超塑性) 材料在變動(dòng)頻繁的溫度環(huán)境下，受到應(yīng)力作用時(shí)經(jīng)多次循環(huán)相變或同素異形轉(zhuǎn)變而得到的超塑性。圖1-2碳鋼和軸承鋼的伸長率與溫度循環(huán)次數(shù)n之間的關(guān)系(試驗(yàn)溫度幅度：538816；定負(fù)荷：=17.6MPa)3超塑性成形工藝常用超塑性成形的工藝方法1.薄板氣壓/真空成形(1)氣壓成形 金屬在常溫狀態(tài)下的液壓脹形，由于受材料塑性的限制，較難用于成形復(fù)雜的殼體零件。 圖1-3薄板氣壓成形工裝示意圖(2)真空成形這是一種利用抽真空使處于超塑性狀態(tài)下的坯料吸附到模具上的工藝方法，如圖所示。圖1-4薄板氣壓/真空成形工藝過程2.拉深成形(1)徑向輔助壓力拉深 對(duì)凸緣

5、上坯料法蘭周邊施加徑向輔助壓力，把材料推向中心，這時(shí)凸模的作用主要是引導(dǎo)材料流入凹模，拉深筒壁不全部承擔(dān)成形力，故不易破裂。(2)差溫拉深 采用溫度場控制，使凸緣上坯料部分處于超塑性溫度而發(fā)生超塑性變形；而與凸模接觸部分的工件材料則由于冷卻而強(qiáng)化，不發(fā)生變形。圖1-5徑向輔助壓力拉深原理示意圖3.超塑性模鍛成形(1)開式模鍛 與普通開式模鍛比較，模具結(jié)構(gòu)基本相同，但需要增加與模具為一體的加熱和保溫裝置。(2)閉式模鍛 閉式模鍛在模具結(jié)構(gòu)上不設(shè)飛邊槽。4.超塑性無模拉拔成形 超塑性無模拉拔成形是利用超塑性材料在超塑性狀態(tài)下對(duì)溫度的敏感性，只在被加工的棒料或管材外部加設(shè)感應(yīng)加熱圈，并在棒料或管材的

6、兩端施加載荷，當(dāng)感應(yīng)圈移動(dòng)時(shí)，就會(huì)形成橫截面周期變化，甚至非周期變化的棒形零件，或者是變壁厚的管形零件。鋁合金覆蓋件快速超塑性成形技術(shù)鋁合金覆蓋件快速超塑性成形技術(shù) 在材料塑性允許的范圍內(nèi)，通過熱沖壓快速完成大部分成形；對(duì)于局部復(fù)雜形狀及難成形部分，則靠后半段的超塑氣脹成形完成。 圖1 熱沖壓結(jié)束狀態(tài) 圖2 超塑性氣脹結(jié)束狀態(tài)4、汽車零部件超塑性成形技術(shù)試驗(yàn)材料： 采用西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司生產(chǎn)的5083鋁合金板材，規(guī)格為1250 25001.0，狀態(tài)111。試驗(yàn)應(yīng)變頻率：試驗(yàn)溫度： 從400開始，每25為一個(gè)梯度，到550止。12131410,10,10SSS溫度對(duì)5083鋁合金真應(yīng)力

7、真應(yīng)變的影響溫度對(duì)5083鋁合金延伸率的影響試驗(yàn)結(jié)果表明： 未經(jīng)細(xì)晶處理的鋁合金5083板材，也具有非常好的超塑性，在 和 應(yīng)變速率下，其延伸率最大可超過450，最小也超過200，即使在較高應(yīng)變速率（ ）條件下，在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，其延伸率也超過200，只有溫度在550的情況下，延伸率才低于200，但達(dá)到了180?？焖俪苄猿尚文＞撸?模具主要由水冷板、加熱板、凹模、凸模、壓邊圈、壓邊彈簧等組成。 模具材料選用耐熱球墨鑄鐵RTQSI4MO。 快速超塑性成形模具充氣加壓氣源系統(tǒng)： 氣脹成形氣源系統(tǒng)鋁合金引擎蓋的快速超塑性成形： 快速超塑性成形的引擎蓋零件的成形過程為，上料板料加熱熱沖壓超塑氣脹成形出料。 成形溫度為425；熱沖壓速度為20mm/s；初始?xì)饷泬毫?.3MPa；結(jié)束氣脹壓力為0.5MPa；氣脹時(shí)間為60s。總結(jié)： 很好的解決鋁合金沖壓成形難的問題，汽車生產(chǎn)輕量化，減少