热介质内压成形

1．技术原理

管材热态内压成形是在常温内高压成形基础上发展起来，适用于镁合金、高强铝合金等难变形管材的一种成形方法，其原理如图1所示。将模具和液体介质预热到一定的温度，再将预热的管材置入模具中，然后将管材两端密封，并将热态介质充入管材，控制管材的温度在一个合适的温度范围内，再进行轴向进给和施加内压，使管材贴模成形为空心变截面零件。

热态内压成形的关键是找到一个有效提高管材成形性能的温度范围。对于大多数镁合金来说，由于材料具有密排六方晶体结构，镁合金室温下塑性加工性能较差，难以成形复杂形状的零件。当温度升高时，镁合金的塑性变形能力得到大幅度提高。铝合金在高温下的延伸率要比室温下高很多，能实现复杂零件成形。

针对不同的材料，需采用不同的成形温度和相应的压力介质。

（1）对于中温成形，可采用专用的耐热油作为压力介质，最高工作温度达315℃，最高压力达100MPa，可以满足铝合金、镁合金等材料的成形；

（2）对于高温热成形，可采用气体作为成形介质，900℃温度下成形，适用于钛合金、高温合金等材料，成形压力最高可达35MPa。

图1热态内压成形原理

2. 热态内压成形的特点

热态内压成形主要有二方面优点：一是提高管材内压成形极限、增加零件复杂程度；二是降低成形压力。以镁合金为例，采用热态油作为传力介质，使管材在200℃～300℃成形，由于管材塑性显著提高，使大膨胀率和复杂变截面构件的成形成为可能。同时，由于热态下材料流动应力低，零件过渡圆角成形所需压力低，与室温成形相比，可以减小合模力，增加内高压成形机的适用范围；在同样成形压力下，热态成形可以获得更小的过渡圆角，因而可以成形更复杂的零件。

热态内压成形时虽然也需将材料加热到足够高的温度，但与超塑性成形相比具有明显的优点：

1. 对坯料的原始组织没有特殊要求，不需要细晶处理；
2. 可在很高的速度下进行成形，应变速率可达0.1s-1以上；
3. 可对坯料进行局部加热/冷却，从而实现对变形的有效控制。

设备系列

2010年04月26日

热态气压成形设备的组成主要包括以下六个部分（图1）：合模压力机、高压气源、水平缸、液压泵站、加热系统和计算机控制系统。可以实现铝合金、镁合金、钛合金等轻合金管材的高温高压快速气压成形。 中心现有设备：1）合模力3150kN，最高成形温度315℃，最高液体介质压力100MPa；2）合模力2000kN，最高成形温度550℃，最高气体压力60MPa。 图1 热态内压成形设备示意图

应用实例

2010年04月26日

开发了国内首套液体介质热态内压成形系统；该系统采用专用耐热油作为压力介质，最高成形温度315℃，最高压力100MPa。 开发了国内首套气体介质热态内压成形系统，可以实现铝合金、镁合金、钛合金等轻合金管材的高温高压快速气压成形。 研制成功国内首台工业用热态内成形设备。合模力315吨，最高成形温度550℃，最高气体压力60MPa。可以实现轴向位移与气体压力的匹配。 研制成功典型形状和尺寸的铝合金、镁合金管材样件（图1－图5）。 图1 铝合金变径管（膨胀率70%） 图2 铝合金大膨胀量管（膨胀率92%） 图3 镁合金管局部logo标志成形 图4 镁合金异型截面管件 图5 镁合金异型截面管件成形过程