随着我国轨道交通行业的迅猛发展，轻量化、一体化是大势所趋，钛合金、铝合金、镁合金等先进材料逐渐取代钢材被越来越广泛应用于列车蒙皮之中，但由于其回弹高难成形的特点传统工艺已经很难生产局部小圆角、大型一体的先进材料零件。在设备上，国际中快速热成形专机主要由法国ACB团队和英国诺芝团队垄断，价格昂贵，需求量大，仅中国市场每年销售3-5亿元。我国正逐渐由劳动密集型产业向高科技型产业转型，受疫情影响，国际形势尚有波折，发展先进材料热成形专机在这个特殊时期对于提高我国科技实力更具有重要意义，市场前景非常广阔。 本成果针对汽车、铁路交通、航空等行业节能、提速的轻量化需求，研究高性能铝合金、钛合金、镁合金等材料高温成形专用设备，并采用热冲压、气胀有机复合的均匀化快速超塑成形技术，实现金属材料复杂形状、大型、整体零件快速成形。 本科技成果是一种复杂铝合金快速超塑成形的新工艺。在超塑成形之前，采用热冲压的高速度，先进行热冲压预成形，使更多的板料可以在凸模的作用下进入型腔，实现补料；成形到一定位置后，合模完成，板料四边被封死，但是此时凸模和凹模之间还有一定的空间，先反胀形在大填充部位进行储料，然后再原位进行正胀超塑气胀成形，获得最终壁厚分布均匀的成品零件。该技术将热冲压成形和超塑成形两种成形方式有机地整合到一起，提高工作效率，并且材料变形量明显降低，采用廉价的普通板材即可，材料成本降低一半以上，成品率由70%提高到90%以上。本成果的技术优势：生产效率高、成形力小、变形量小、近无加工余量、模具成本低、成形精度高，可一次成形复杂形状、产品质量稳定、材料价格便宜等。本团队快速超塑成形工艺的开发技术已经成熟，并已用于公司产品生产，技术开发部门也将在继续的实际项目中继续探索，向一流发展。本团队已具有20余年超塑性研究的经验，承担863、自然科学基金、总装备部、机电部、航天部、省、市及横向协作等科研项目。开发了超塑变形有限元模拟软件与优化技术、变摩擦壁厚控制技术、低温高应变速率超塑成形技术、高温高强材料多层结构超塑成形/连接组合技术，获得了十余项国家发明专利，研制了十余种航空航天结构件，完成了国防重大专项、国防预研、国家自然科学基金项目等20余项，2010年相关工作获得黑龙江省科学技术奖自然科学类二等奖。所开发的7475铝合金超塑成形技术和设备及控制系统在神舟5号和6号飞船乘员座椅制造中获得应用。其中，航天员铝合金头盔、座椅，卫星用高强度桁条等零件已多次上天成功应用。开发了电流辅助成形技术，解决了颗粒增强铝基复合材料塑性成形的瓶颈问题，成功制造了卫星用某关键零件，适应卫星重量不断增加对该零件强度的要求，为北京卫星制造厂提供了成套成形装置，正在进行型号件批量生产，预计未来80%的中国卫星都将使用该零件（每颗卫星使用18件）。并申请了2项国家发明专利。近期在轨道交通复杂形状铝合金零件超塑成形方面也开展了一定的工作。如开发了铝合金、高温合金复杂形状零件超塑成形壁厚控制技术，与传统工艺相比，减重30%以上，解决了该类零件整体成形的壁厚精度和尺寸精度控制问题，成功应用于“复兴号”以及时速600公里磁悬浮列车关键零部件的制造。科学地解决了神舟号飞船航天员支撑椅的成形难题，提供了全套设备、工艺、模具。实现了星箭分离器铝基复合材料桁条和多颗卫星铝锂合金桁条零件的大批量高质量制造；解决了大尺寸高强钢零件成形精度差的难题，将长度为3.4米高铁转向架盖板零件的回弹精度误差控制到1毫米以内。成功应用于京张高铁、复兴号高铁车头、600公里磁悬浮车头铝合金蒙皮制造。在市域车、重庆地铁车头、伦敦地铁门立柱罩方面获得了大批量应用。

哈尔滨工业大学

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