一種高速列車鋁合金墻板的成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬板材成形領(lǐng)域，尤其涉及一種高速列車鋁合金墻板的成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著鐵路運(yùn)輸高速化的發(fā)展，對(duì)軌道交通運(yùn)輸車輛提出了越來越高的要求，其中車體輕量化已成為現(xiàn)代化高速列車的重要標(biāo)志，鋁合金材料以其重量輕、耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)成為軌道機(jī)車制造行業(yè)的理想材料。世界上在軌道車輛上正式采用鋁合金材料是1952年的倫敦地鐵，日本在軌道車輛上第一次采用鋁合金材料是在1962年的山陽電鐵上(2000系)。該車投入使用后，因其輕量化所帶來的良好經(jīng)濟(jì)效益很快被社會(huì)所承認(rèn)，從而鋁合金車輛在全球得到迅速發(fā)展。就目前而言，全球鋁合金結(jié)構(gòu)車輛的數(shù)目已經(jīng)超過了 50000輛。因此，以鋁合金為代表的輕合金材料的應(yīng)用是汽車、高速列車等軌道交通輕量化的重點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)。
[0003]鋁合金墻板是組成列車車體的重要零件，對(duì)其成形質(zhì)量要求很高。整體鋁合金墻板生產(chǎn)方法主要有沖壓方法和氣脹成形方法。傳統(tǒng)沖壓方法容易在表面產(chǎn)生劃痕，很難保證表面質(zhì)量;氣脹成形方法不易保證成形后墻板的壁厚要求，影響墻板強(qiáng)度。本發(fā)明針對(duì)原有氣脹成形工藝，提出了一種新的成形工藝。本發(fā)明提出的新工藝有利于提供鋁合金板的成形性能，既可滿足墻板的尺寸要求及表面質(zhì)量，又保證了成形后墻板的強(qiáng)度要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種工藝過程簡(jiǎn)單、成形表面質(zhì)量好、尺寸精度高的高速列車鋁合金墻板成形工藝方法。本發(fā)明的鋁合金墻板成形工藝流程為:氣壓熱拉深成形—超塑性脹形—切邊，將氣壓拉深和超塑性脹形結(jié)合在一個(gè)成形工藝中，既滿足了鋁合金墻板的尺寸要求，又保證了成形后鋁合金墻板的強(qiáng)度。
[0005]為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種高速列車鋁合金墻板的成形方法，該方法的實(shí)現(xiàn)依賴于成形模具，所述的成形模具主要包括成形模具主體、下模、第一壓邊圈、第二壓邊圈、第三壓邊圈、第四壓邊圈、上模和下模底;所述的下模固定在成形模具主體上，所述的下模有一長(zhǎng)方體拉深凹?？涨?，拉深凹?？涨谎厮较虻拈L(zhǎng)邊為IZ1，短邊為，長(zhǎng)邊和短邊間的過渡圓弧半徑為R’i，沿垂直向的高為H’，拉深凹模與水平面的過渡圓角半徑為r’1;在下模的拉深凹?？涨恢刑籽b有能夠上下移動(dòng)的下模底與拉深凹?？涨恍纬砷g隙配合，在下模底上沿垂直向開有貫穿下模底的下模氣孔與氣源相連;所述的上模固定在成形模具主體上，在所述的上模內(nèi)部開有高度為h的拉深槽，拉深槽是長(zhǎng)為b寬為a的矩形，且滿足，拉深槽的長(zhǎng)邊和短邊間的過渡圓弧半徑為R’，拉深槽與上模下底平面間的過渡圓角半徑為r’ ；在所述的上模拉深槽底的中心處沿垂直向開有貫穿上模的上模氣孔，上模氣孔的一端與上模拉深槽相通，另一端與外界氣源相通;所述上模的拉深槽槽口正對(duì)所述下模的拉深凹模空腔，所述上模的垂直中心對(duì)稱線與所述下模的垂直中心對(duì)稱線重合；四塊壓邊圈分別為第一壓邊圈、第二壓邊圈、第三壓邊圈和第四壓邊圈，每塊壓邊圈均由成形模具主體上的壓邊裝置施加壓邊力并能夠單獨(dú)對(duì)板材施加壓邊力；在所述的下模、上模和下模底中沿水平向均設(shè)置有加熱保溫裝置；
[0007]本發(fā)明方法內(nèi)容包括如下步驟:
[0008]步驟1、使成形模具中的下模底與下模的上表面保持在同一水平面上，將上、下表面涂有潤(rùn)滑劑的鋁合金板放置于其上；用第一壓邊圈、第二壓邊圈、第三壓邊圈和第四壓邊圈壓住鋁合金板的邊緣，成形模具主體驅(qū)動(dòng)上模下行，使上模下表面與鋁合金板上表面接觸；
[0009]步驟2、通過成形模具的加熱保溫裝置，將鋁合金板加熱至溫度!^并且保溫，使整個(gè)鋁合金板的溫度均勻?yàn)橥ㄟ^材料試驗(yàn)獲得的該鋁合金材料性能的熱拉深最佳成形溫度；
[0010]步驟3、用成形模具的壓邊裝置分別對(duì)四塊壓邊圈施加壓邊力，其中第一壓邊圈施加壓邊，第二壓邊圈施加壓邊力F2,第三壓邊圈施加壓邊力F3,第四壓邊圈施加壓邊力F4,壓邊力F1、壓邊力F2、壓邊力F3和壓邊力F4為鋁合金板拉深成形時(shí)所需要的最小壓邊力；將位于上模拉深槽底部的上模氣孔打開與外界空氣相通，從下模底的下模氣孔向下模的拉深凹?？涨怀淙攵栊詺怏w，氣體壓力從O逐漸增加至P1;P1為使反向拉深成形后鋁合金板底部與上模拉深槽底部恰好接觸時(shí)的成形壓力；同時(shí)，下模底沿下模的拉深凹?？涨灰运俣萔O向下移動(dòng)，保證當(dāng)反向拉深結(jié)束時(shí)或結(jié)束前，下模底向下移動(dòng)到設(shè)定位置;鋁合金板進(jìn)行反向拉深成形，VO為反向拉深成形時(shí)下模底向下的移動(dòng)速度；當(dāng)氣體壓力增加至口:后，保持壓力不變，反向拉深成形結(jié)束;此時(shí)加熱保溫裝置對(duì)鋁合金板進(jìn)行加熱，使鋁合金板的溫度WT1升高至T2，但低于鋁合金材料的超塑性最佳成形溫度，保壓結(jié)束，撤去下模的拉深凹模空腔壓力卩:，此時(shí)，下模底下行至距下模上表面距離為H的位置處;T2S高于鋁合金材料的熱拉深最佳成形溫度50?100°C，但低于招合金材料的超塑性最佳成形溫度；
[0011]步驟4、對(duì)第一壓邊圈施加壓邊力F’i，對(duì)第二壓邊圈施加壓邊力F’2，對(duì)第三壓邊圈施加壓邊力F’3，對(duì)第四壓邊圈施加壓邊力F’4，此時(shí)的壓邊力滿足F’OF^F’AF^F’CF^F、>F4;將下模底的下模氣孔與外界空氣相通，從位于上模拉深槽底部的上模氣孔向上模拉深槽充入惰性氣體，氣體壓力從O逐漸增加至p2，p2為正向拉深成形后鋁合金板底部與下模底恰好接觸時(shí)的成形壓力;此時(shí)，下模底在距下模上表面距離為H的位置處保持不動(dòng)，鋁合金板在氣體壓力的作用下進(jìn)行正向拉深成形；當(dāng)氣體壓力增加至P2后，保持壓力不變;此時(shí)加熱保溫裝置對(duì)鋁合金板進(jìn)行加熱，使鋁合金板的溫度WT2升高至T3，T3為通過材料試驗(yàn)獲得的該鋁合金性能的超塑性最佳成形溫度，此時(shí)氣體壓力從P2開始緩慢向P3增加，P3為超塑性脹形階段保證鋁合金墻板零件成形所需的最小壓力；同時(shí)，下模底開始以速度V1向上運(yùn)動(dòng)，V1為超塑性脹形階段下模底向上移動(dòng)速度，由鋁合金板性能和超塑性脹形壓力P3的變化梯度共同決定，且壓力變化的梯度與速度V1相匹配，鋁合金板進(jìn)入超塑性脹形階段；當(dāng)氣體壓力增加至P3時(shí)，下模底正好移動(dòng)至距下模上表面距離為Ho處；下模底在位置Ho處保持不動(dòng)，壓力保持一段時(shí)間后卸載;撤去所有壓力，打開成形模具，通過下模底頂出成形后的鋁合金板，成形結(jié)束;將成形后的鋁合金板零件采用沖壓或機(jī)械方法進(jìn)行切邊及切除底部工步，最終獲得所要求的鋁合金墻板零件。
[0012]在本發(fā)明方法中，所述的壓邊力F^F^F^F^F’^F’^F’^F、可以采用恒定值，SP采用恒定壓邊力條件;也可以設(shè)置為關(guān)于成形時(shí)間的函數(shù)，即變壓邊力條件。
[0013]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種高速列車鋁合金墻板的成形方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有這樣的有益效果:
[0014]1.采用惰性氣體作為傳壓介質(zhì)，避免了成形過程中傳力介質(zhì)或模具對(duì)鋁合金板表面的劃傷，保證了成形后鋁合金墻板的表面質(zhì)量；
[0015]2.利用應(yīng)變硬化理論，采用兩側(cè)反復(fù)加載，有利于提高鋁合金板的成形性能；
[0016]3.將拉深成形工藝和超塑性脹形工藝結(jié)合在一起，通過拉深成形保證了成形后的壁厚分布，滿足成形后鋁合金墻板的強(qiáng)度要求;通過超塑性脹形充分發(fā)揮材料的塑性性能，可以防止成形后鋁合金墻板的扭曲變形，降低成形后期所需的成形載荷，在較低載荷下保證鋁合金墻板外形尺寸精度。
【附圖說明】
[0017]圖1為高速列車鋁合金墻板零件主視圖；
[0018]圖2為圖1高速列車鋁合金墻板零件A-A向剖面圖；
[0019]圖3為本發(fā)明鋁合金墻板成形方法步驟I和步驟2的主視剖面示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明鋁合金墻板成形方法壓邊圈的分塊示意圖；
[0021]圖5為本發(fā)明鋁合金墻板成形方法反向拉深成形階段主視剖面示意圖；
[0022]圖6為圖5的E-E向剖面示意圖；
[0023]圖7為本發(fā)明鋁合金墻板成形方法正向拉深成形階段的主視剖面示意圖；
[0024]圖8為圖7的1-1向剖面示意圖；
[0025]圖9為本發(fā)明鋁合金墻板成形方法超塑性脹形階段的主視剖面示意圖；
[0026]圖10為本發(fā)明鋁合金墻板成形方法整個(gè)成形過程中鋁合金板的溫度變化曲線示意圖；
[0027]圖11為本發(fā)明鋁合金墻板成形方法整個(gè)成形過程中下模底速度變化曲線示意圖；
[0028]圖12為本發(fā)明鋁合金墻板成形方法整個(gè)成形過程中下模的拉深凹模空腔氣壓變化曲線不意圖；
[0029]圖13為本發(fā)明鋁合金墻板成形方法整個(gè)成形過程中上模拉深槽氣壓變化曲線示意圖；
[0030]圖14為成形后的鋁合金墻板零件切邊和切底位置示意圖。
[0031]圖中:1、下模，2、加熱保溫裝置，3、第一壓邊圈，4、第二壓邊圈，5、第三壓邊圈，6、第四壓邊圈，7、上模，8、鋁合金板，9、下模底，10、上模氣孔，11、下模氣孔。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0033]圖1所示為高速列車鋁合金墻板零件的主視圖，圖2所示為圖1沿A-A向的剖面圖，該高速列車鋁合金墻板零件的長(zhǎng)為L(zhǎng)、寬為B，翻邊內(nèi)孔的長(zhǎng)SL1、寬B1,翻邊垂直高度為H1,其中，翻邊內(nèi)孔長(zhǎng)邊和短邊的過渡圓弧半徑為R，翻邊內(nèi)孔與墻板平面之間的過渡圓角半徑為r。
[0034]圖1-2所示高速列車鋁合金墻板零件的成形方法，該方法的實(shí)現(xiàn)依賴于成形模具，如圖3和圖4所示，所述的成形模具主要包括成形模具主體、下模1、第一壓邊圈3、第二壓邊圈4、第三壓邊圈5、第四壓邊圈6、上模7和下模底9;所述的下模I固定在成形模具主體上，所述的下模I有一長(zhǎng)方體拉深凹?？涨唬畎寄？涨谎厮较虻拈L(zhǎng)邊為L(zhǎng)’i，短邊為Bh，長(zhǎng)邊和短邊間的過渡圓弧半徑為Rh，沿垂直向的高為H’，拉深凹模與水平面的圓角半徑為r’1;在下模I的拉深凹模空腔中套裝有能夠上下移動(dòng)的下模底9與拉深凹?？涨恍纬砷g隙配合，在下模I底上沿垂直向開有貫穿下模底的下模氣孔11與氣源相連;所述的上模7固定在成形模具主體上，在所述的上模7內(nèi)部開有高度為h的拉深槽，拉深槽是長(zhǎng)為b寬為a的矩形，且滿足，拉深槽的長(zhǎng)邊和短邊間的過渡圓弧半