一种大尺寸厚壁耐热厚壁镁合金筒形件的矫形工艺及装置

1.本发明属于金属材料塑性加工领域，具体说是涉及一种大尺寸厚壁镁合金筒形件的矫形工艺及装置。


背景技术：

2.镁合金因其具有质量轻、比强度高、减震效果好等优点，在航空、航天、船舶、兵器、电子、生物医用等行业得到了广泛关注及应用。然而，镁合金本身密排六方结构特点，使其塑性变形能力大大降低。为了提高镁合金的加工性能，通常需要在三向压应力的状态下进行塑性成形，如：挤压等塑性成形工艺。然而，这类工艺制备获得的镁合金型材、尤其是镁合金管材，由于不同部位存在挤压速度差异，从而导致管材产生空间扭曲，限制了镁合金管材更广泛的应用。因此，需要通过后续矫形工艺进行精密成形。对于薄壁镁合金管材(壁厚《5mm)的管材可采用充液方式进行。但对于厚壁镁合金管型件/筒形件，如何采用合适的工艺实现精密制造及高性能，成为急需要解决的技术难题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种大尺寸厚壁镁合金筒形件固体颗粒介质矫形方法及装置，解决了厚壁镁合金筒形件精密制造的技术问题，实现了大尺寸厚壁镁合金筒形件快速、柔性精密矫形。
4.一种大尺寸厚壁耐热厚壁镁合金筒形件的矫形工艺，具体包括以下步骤：
5.步骤s1：将厚壁镁合金筒形件放入矫形模具中固定；
6.步骤s2：在厚壁镁合金筒形件的内壁设置一层耐高温橡胶；
7.步骤s3：然后将固体颗粒介质填充在镁合金筒体件的内腔，并采用压力机压实；
8.步骤s4：在矫形模具的外侧设置加热工装，在加热工装中进行加热、保温；
9.步骤s5：在矫形模具的两侧设置超声发生器，当达到预设的温度及时间后，开启超声发生器，随后加压，保持；
10.步骤s6：压力保持一定时间后，关闭超声发生器，撤除压力；
11.步骤s7：转移矫形模具至平台，降温，随后清除厚壁镁合金筒形件内的固体颗粒介质，取出筒形件。
12.所述步骤s1中，所述厚壁镁合金筒形件的壁厚》5mm，且筒形件的材质不局限于镁合金。
13.所述步骤s2中，所述耐高温橡胶处于固体颗粒与厚壁镁合金筒形件之间，可以避免固体颗粒介质在矫形过程中引起厚壁镁合金筒形件的内表面质量下降。
14.所述步骤s3中，所述压力机的施加压力为5-10mpa。
15.所述步骤s3中，所述固体颗粒介质为石墨或者bn颗粒。
16.所述步骤s4中，加热温度为300-500℃，保温时间8-16h。
17.所述步骤s6中，保压时间在1-5min。
18.一种大尺寸厚壁耐热厚壁镁合金筒形件的矫形装置，包括矫形模具、设置在所述矫形模具内侧壁的耐热橡胶垫、设置在所述矫形模具两侧的超声发生器一和超声发生器二，所述矫形模具的上方设置有压力机，所述压力机包括压力机滑块和本体，所述压力机滑块可上下滑动的设置在所述厚壁镁合金筒形件中，所述厚壁镁合金筒形件内设置有固体颗粒介质。
19.所述矫形模具与所述厚壁镁合金筒形件之间设置有容纳空腔，所述容纳空腔内设置有固体颗粒介质，所述厚壁镁合金筒形件的外侧面还贴合有耐热橡胶垫。
20.所述矫形模具上方设置有虹膜机构，所述厚壁镁合金筒形件设置在所述虹膜机构的内侧，所述虹膜机构与升降机构连接。
21.所述虹膜机构包括围绕中心点呈圆周阵列设置的五个凸轮板、与所述凸轮板一角端部连接的驱动轴、与所述驱动轴连接的动力机构，五个所述驱动轴垂直穿设环形板；
22.所述凸轮板的外侧面为圆弧面，所述圆弧面的圆心位于所述中心点上，所述圆弧面的两端还分别设置有凹弧面和凸弧面，所述凸弧面的圆心设置在所述驱动轴的中心上，所述凹弧面的圆心设置在相邻的另一凸轮板驱动轴中心上；
23.相邻两个凸轮板的凹弧面和凸弧面相互接触。
24.所述动力机构包括设置在所述驱动轴顶端的齿轮、与五个所述齿轮连接的同步带、与其中一所述驱动轴连接的电机，所述电机设置在所述环形板上。
25.所述升降机构可以为升降气缸，升降气缸通过支撑柱与所述环形板连接。
26.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
27.(1)本发明是一种厚壁镁合金筒形件精密矫形技术，采用固体颗粒介质与刚性模具相配合的矫形工艺，固体颗粒介质具有良好的流动性，但是又不容易产生类似液体介质的密封困难的问题，超声波的存在使固体石墨颗粒在筒形件的内部分散均匀，保证了矫形后厚壁镁合金筒形件的尺寸精准，壁厚分布均匀；
28.(2)本发明是一种针对难变形金属筒形件的精密矫形行为，现有的矫形技术通常适用于室温下矫形，难以用于镁合金这种室温塑性极差的金属材料。因此，本发明通过采用固体颗粒介质传热的特性，将整个矫形过程设置在高温下进行，能较好地避免由于厚壁镁合金筒形件塑性差出现的破裂等现象；
29.(3)本方案设置虹膜机构，实现了以下两点技术效果：
30.一是将厚壁镁合金筒形件设置在五个凸轮板之间，并利用五个凸轮板夹持住厚壁镁合金筒形件，有助于丈量好镁合金筒形件的外径，避免其外径变大；
31.二是五个凸轮板设置在容纳空腔的上方，通过升降气缸的调节，可根据实际情形压在固体颗粒介质上方，因为厚壁镁合金筒形件的变形，则会造成对容纳空腔内固体颗粒介质的挤压，从而导致固体颗粒介质上升，在凸轮板的限位下，可以避免其上升，进而间接避免了厚壁镁合金筒形件矫形工作完成后的继续变形；
32.(4)在矫形模具与镁合金筒形件之间设置固体颗粒介质，是用于矫形模具较大，且镁合金筒形件尺寸较小的情形；
33.此外，镁合金筒形件的内外侧均为固体颗粒介质，在镁合金筒形件外侧的固体颗粒介质限制下，避免镁合金筒形件变形过大，使得镁合金筒形件的变形更加均匀；
34.最后，避免了镁合金筒形件的开裂，也保护了矫形模具。
附图说明
35.图1为本发明实施例1和2中厚壁镁合金筒形件的变形示意图。
36.图2为本发明实施例1和2中矫形的工作过程图。
37.图3为本发明实施例3中虹膜机构的连接结构示意图。
38.其中，附图标记为：1、矫形模具；2、压力机滑块；3-1、超声发生器一；3-2、超声发生器二；4、厚壁镁合金筒形件；5、固体颗粒介质；6、耐热橡胶垫；7、凸轮板；71、驱动轴；8、环形板；9、支撑柱；10、升降气缸；11、同步带。
具体实施方式
39.为了能更加清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
40.实施例1
41.参见图1-图2，一种厚壁镁合金筒形件固体颗粒介质矫形方法及装置，包括以下步骤：
42.步骤s1：将直径180mm,壁厚8mm的zm6厚壁镁合金筒形件4放入矫形模具1中；
43.步骤s2：将厚壁镁合金筒形件4内部放入一层耐高温橡胶，即耐热橡胶垫6；
44.步骤s3：将固体石墨颗粒(固体颗粒介质5)放入厚壁镁合金筒形件4内部；
45.步骤s4：通过加热工装对厚壁镁合金筒形件4进行加热到350℃，保温10h；
46.步骤s5：开启超声发生器，包括超声发生器一3-1和超声发生器二3-2；
47.步骤s6：开启压力机使压力达到8mpa，保压5min；
48.步骤s7：关闭加热工装，关闭超声发生器，撤出压力；
49.步骤s8：取出矫形完好的厚壁镁合金筒形件4，对矫形后的厚壁镁合金筒形件4清洁。
50.实施例2
51.参见图1-图2，一种厚壁镁合金筒形件固体颗粒介质矫形方法及装置，包括以下步骤：
52.步骤s1：将直径500mm,壁厚8mm的zm6厚壁镁合金筒形件4放入矫形模具1中
53.步骤s2：将厚壁镁合金筒形件4内部放入一层耐高温橡胶，即耐热橡胶垫6；
54.步骤s3：将固体石墨颗粒(固体颗粒介质5)放入厚壁镁合金筒形件4内部；
55.步骤s4：通过加热工装对筒形件进行加热到350℃，保温12h；
56.步骤s5：开启超声发生器；
57.步骤s6：开启压力机使压力达到10mpa,保压5min；
58.步骤s7：关闭加热工装，关闭超声发生器，撤出压力。
59.步骤s8：取出矫形完好的厚壁镁合金筒形件4，对矫形后的厚壁镁合金筒形件4清洁。
60.实施例3
61.参见图2，矫形模具1与厚壁镁合金筒形件4之间设置有容纳空腔，容纳空腔内设置有固体颗粒介质，容纳空腔中固体颗粒介质的上方并不受到外力，厚壁镁合金筒形件4的外侧面还贴合有耐热橡胶垫6。
62.实施例4
63.参见图3，一种大尺寸厚壁耐热厚壁镁合金筒形件的矫形装置，包括矫形模具1、设置在矫形模具1内侧壁的耐热橡胶垫6、设置在矫形模具1两侧的超声发生器一3-1和超声发生器二3-2，矫形模具1的上方设置有压力机，压力机包括压力机滑块2和本体，压力机滑块2可上下滑动的设置在厚壁镁合金筒形件4中，厚壁镁合金筒形件4内设置有固体颗粒介质5。
64.矫形模具1上方设置有虹膜机构，厚壁镁合金筒形件4设置在虹膜机构的内侧，虹膜机构与升降机构连接。
65.虹膜机构包括围绕中心点呈圆周阵列设置的五个凸轮板7、与凸轮板7一角端部连接的驱动轴71、与驱动轴71连接的动力机构，五个驱动轴71垂直穿设环形板8；
66.凸轮板7的外侧面为圆弧面，圆弧面的圆心位于中心点上，圆弧面的两端还分别设置有凹弧面和凸弧面，凸弧面的圆心设置在驱动轴的中心上，凹弧面的圆心设置在相邻的另一凸轮板7驱动轴中心上；
67.相邻两个凸轮板7的凹弧面和凸弧面相互接触。
68.动力机构包括设置在驱动轴71顶端的齿轮、与五个齿轮连接的同步带11、与其中一驱动轴71连接的电机，电机设置在环形板8上。
69.升降机构可以为升降气缸10，升降气缸10通过支撑柱9与环形板8连接。
70.本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。