[00115647]基于半固态流变的超塑性内高压成形技术的开发及产业化

1、课题来源与背景 在航空、航天和汽车工业等领域,如何有效地减轻结构重量,以实现节约原材料、降低使用过程中的能耗等目标,始终是一个被长期不懈追求的目标,同时也有力地促进了现代先进制造技术的不断发展与创新。 管材内高压成形技术是为了成形以轻量化和一体化为特征的空心变截面管状构件发展而来的先进塑性加工技术,是结构轻量化和柔性加工技术的完美结合,对于汽车、航空、航天、船舶等产业的制造技术的发展具有重大意义。 内高压成形技术通常是用管材作为原材料,通过施加液体压力、轴向施加负荷作用,使其在给定模具型腔内发生塑性变形,管壁与模具内表面贴合,从而得到所需形状零件的技术。内高压成形件实现以空心替代实心、以变截面取代等截面、以封闭截面取代焊接截面,比冲焊件的质量减少15％～30％,且可大幅提高零件的刚度和疲劳强度。内高压成形件具有质量轻、刚度好、零件数量少、可减少后续机械加工和组装焊接量等优点,因此可以减少模具,降低生产成本,缩短加工周期,可以用于制造汽车、航空、航天等行业中使用的各类轻体构件。 2、技术原理及性能指标 项目任务： （1）基于半固态流变的超塑性内高压成形机理研究 （2）变锁模力压力机控制开发;预成型性能评价系统开发; （3）补料量与成形压力、摩擦系数的耦合分析; （4）局部敦厚复合成形技术开发及工装设计; （5）消音器样件开发及批量生产设计控制。 技术目标（以消音器为例）： （1）无铅铬的环保型低熔点合金熔点温度70±2℃。 （2）超塑性内高压成形样机包括成套工装;要求1000T功耗小于80KW;自动循环成形周期＜50S; （3）补料精度＜±0.5mm,压力＜±1Mpa,侧缸力＜±1N。 （4）以成形阶梯管为例,t=1.0SUS304,直径38mm管材成形阶梯管,变形量超过60%。 3、技术的创造性和先进性 （1）关键技术 ①基于低熔点半固态合金流变的超塑性内高压成形机理研究; ②变锁模力、变轴线补料和成形压力耦合关系研究; ③局部敦厚预成型技术及其数值模拟; ④零件（预成型）内高压成形性能评价系统开发。 （2）先进性与创新性 创新点一：首次提出半固态拉力补料/液态传压整形相结合的超塑性成形技术,探索了其补料和整形实质并提供出了控制策略。基于材料塑性流动性探索液力成形机理,建立管材液力产品和预成型零件成形性能评价系统,在原理上具有创新性。 创新点二：首次开发基于低熔点合金的半固态流变内高压技术,突破常规内高压成形极限。 创新点三：提出变锁模力和变轴线补料柔性内高压成形技术,揭示变轴线补料、成形压力的耦合关系对内高压产品成形质量的影响模型,获得的管材柔性内高压成形技术和理论方法,将具有国际先进水平,在国内处于领先地位。 4、技术的成熟程度适用范围和安全性 应用该技术已开发产品近十余款,其中BMW740、Geely1.8T Y型管和消音器管均已实现产业化。本技术适用于制造汽车、航空、航天等行业中使用的各类轻体管材变截面构件。 5、应用情况及存在的问题 目前该技术已应用于制造汽车消音器,Y型管和托臂,存在的问题是设备投入较大。