專利名稱：大幅度提高超塑脹形速度的新方法
一種用于超塑性脹形的對向差壓脹形方法是屬于超塑性加工領(lǐng)域。
結(jié)構(gòu)超塑性合金在超塑性變形條件下，其變形應(yīng)力很低(只有相同常規(guī)合金在同等條件下的十幾分之一到幾十分之一)，延伸率甚高(由百分之幾百到百分之幾千)。而且?guī)缀鯚o彈復(fù)和應(yīng)變硬化效應(yīng)。這就可以在低噸位的設(shè)備上一次壓力成形形狀非常復(fù)雜的工件，而無需精整加工，因此，超塑性成形技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中頗受重視。但是令人遺憾的是，要使合金獲得超塑性，不僅需要對合金進(jìn)行超塑性預(yù)處理，而且要在高溫(合金熔點(diǎn)絕對溫度的一半以上)和很低的應(yīng)變速率(10-4～10-2秒-1)條件下方可實(shí)現(xiàn)。尤其是很低的應(yīng)變速率，是影響超塑性加工向?qū)嵱没推毡榛M(jìn)展的主要障礙之一，也是國內(nèi)外研究者所力圖解決而未見顯著成效的重要問題之一。
超塑性脹形可用氣脹或吹塑的成形技術(shù)加工形狀復(fù)雜、尺寸精度高、表面光潔度好的薄殼另件，故在宇航、電器、儀表和家用器件的加工領(lǐng)域中應(yīng)該具有廣闊的前景。然而由于脹形處于雙向受拉的不利應(yīng)力狀態(tài)，所以成形速度就要更低。
為了提高超塑脹形速度，本發(fā)明人曾在材料科學(xué)與工程(MSE)國際雜志1986年第84期發(fā)表的“薄板超塑自由脹形的力學(xué)解析”和1987年第86期發(fā)表的“金屬薄板超塑性脹形的工藝分析”兩篇文章中提出超塑性的最佳加壓規(guī)律。按此規(guī)律進(jìn)行超塑自由脹形和充模脹形，可縮短成形時間 1/2 ～ 3/4 ，這與常規(guī)壓力加工的速度相比，仍然太低，故在應(yīng)用上仍然遠(yuǎn)不能滿足要求。
本發(fā)明的目的是為了大幅度提高超塑性脹形的速度，而采用與已有的超塑性脹形不同的加壓方式以獲得一種新的超塑性脹形方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案一種用于超塑性脹形的對向差壓脹形方法，主要是經(jīng)預(yù)熱、壓緊密封、吹塑(或氣脹)成形工序，其特征在于吹塑(或氣脹)采用對向差壓脹形，即先調(diào)節(jié)減壓閥(25)、(30)和節(jié)流閥(23)、(33)，使正向壓力與反向壓力均為P2的位置，然后再將節(jié)流閥(23)調(diào)到正向壓力P1的位置。
其另一個特征在于對向差壓脹形應(yīng)滿足反向壓力P2＝ 1/2 σs～σs，正向壓力P1與反向壓力P2之差為P1-P2＝ 1/3 σs～ 2/3 σs(σs為最佳超塑性溫度Ts下的流變應(yīng)力)。
為了詳敘本發(fā)明上述方案，下面結(jié)合附圖敘述如下脹形成形裝置如圖1所示，它是由加熱控溫系統(tǒng)。壓邊密封系統(tǒng)、氣壓輸送控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)組成。
加熱控溫系統(tǒng)是為了按預(yù)定溫度加熱工件而設(shè)置的，它主要由上、下加熱板(2)、(16)，電熱元件(3)、(15)，DWK703三段式溫度控制儀(7)和熱電偶(9)組成。壓邊密封系統(tǒng)，是為了壓緊工件并實(shí)現(xiàn)密封而設(shè)置的，它由壓邊筒(11)和壓邊半環(huán)或密封圈(12)組成。氣壓輸送及控制系統(tǒng)，是為了按脹形要求提供正、反向壓力P1、P2而設(shè)置的，它主要由貯氣罐(28)，調(diào)壓閥(23)、(25)、(27)、(30)、(33)、(35)和氣壓管路(21)、(26)組成。測量系統(tǒng)是為監(jiān)測氣壓而設(shè)置的，它由壓力表(24)、(26)、(29)、(30)，氣壓傳感器(22)、(34)和函效記錄儀(31)組成。
在脹形開始前，先由拉伸實(shí)驗(yàn)得到超塑合金的最佳超塑性溫度Ts及相應(yīng)的流變應(yīng)力σs。利用加熱控溫系統(tǒng)將爐膛溫度升到材料的最佳超塑性溫度，然后將坯料裝入視件(1)的位置，同時開動壓機(jī)壓緊密封，保溫5～10分鐘使坯料熱透并達(dá)到溫度Ts，隨之打開貯氣罐總閥(27)，同時調(diào)節(jié)減壓閥(25)、(30)和節(jié)流閥(23)、(33)，由函數(shù)記錄儀(31)監(jiān)視其正向和反向壓力均為P2時，再把定壓排氣閥(35)調(diào)到略大于P2的位置，然后再將節(jié)流閥(23)調(diào)到正向壓力P1的位置，即實(shí)現(xiàn)脹形。一次脹形完成后即將閥(23)、(33)關(guān)閉，下次脹形時，只要先將閥(23)、(33)、調(diào)到P2的位置，隨之將閥(23)調(diào)到P1的位置即可。
采用對向差壓脹形方法超塑性成形加工的突出優(yōu)點(diǎn)是可大幅度提高脹形速度。比較已有技術(shù)中所采用的單向加壓脹形方法，可使孔洞敏感性超塑材料的脹形速度提高10～100倍，而且對不均勻變薄情況也相應(yīng)有所改善。凡屬孔洞敏感性的超塑性合金均適合本發(fā)明所提出的對向差壓脹形方法，如鋅基超塑合金、鋁基超塑合金、銅基超塑合金、鎳基超塑合金等。


圖1為對向差壓脹形裝置示意圖。
圖中(1)為試件，(2)、(6)為上、下加熱板，(3)、(15)為電熱元件，(4)為水冷板，(5)、(20)為上、下墊板，(6)、(8)為電源線，(7)為DWK703三段式溫控制儀，(9)為熱電偶，(10)為爐外殼，(11)為壓邊筒，(12)為壓邊半環(huán)或密封圈，(13)、(37)為絕熱板，(14)、(38)為墊柱，(17)為保溫材料，(18)為均熱筒，(19)為反幅射隔熱屏，(21)、(36)為正、反向氣壓管路，(22)、(34)為氣壓傳感器，(23)、(33)為節(jié)流閥，(24)、(32)為低壓表，(25)、(30)為減壓閥，(26)、(29)為高壓表，(27)為貯氣罐總閥，(28)為貯氣罐，(31)為函數(shù)記錄儀，(35)為定壓排氣閥。
實(shí)施本發(fā)明提出的對向差壓脹形方法，僅以采用厚度為2mm的Zn-5Al-1Cu兩種超塑性板材為例，其超塑溫度分別為250℃和350℃，當(dāng)反向壓P2分別為29和26大氣壓時，脹形對向差壓P1-P2分別為21和22大氣壓，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同脹形極限高度條件下，可比單向最佳恒壓脹形的速度分別提高25倍和23倍，而且對不均勻變薄情況均有改善。
權(quán)利要求
1.一種用于超塑性脹形的對向差壓脹形方法，主要是經(jīng)預(yù)熱、壓緊密封、吹塑(或氣脹)成形工序，其特征在于吹塑(或氣脹)采用對向差壓脹形，即先調(diào)節(jié)減壓閥(25)、(30)和節(jié)流閥(23)、(33)，使正向壓力與反向壓力均為P2，同時將定壓排氣閥(35)調(diào)到略大于P2的位置，然后再將節(jié)流閥(23)調(diào)到正向壓力P1的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于超塑性脹形的對向差脹形方法，其特征在于對向差壓脹形應(yīng)滿足反向壓力P1＝ 1/2 σs～σs，正向壓力P1與反向壓力P2之差為P1-P2＝ 1/3 σs～ 2/3 σs(σs為最佳超塑性溫度Ts下的流變應(yīng)力)。
全文摘要
一種用于超塑性脹形的對向差壓脹形方法提供了大幅度提高超塑脹形速度的新工藝，對于孔洞敏感性材料，只要反向壓力P
文檔編號B21D26/02GK1030712SQ87104939
公開日1989年2月1日 申請日期1987年7月18日 優(yōu)先權(quán)日1987年7月18日
發(fā)明者宋玉泉 申請人:吉林工業(yè)大學(xué)