温热成形技术：真空蠕变与应力松弛成形

温热成形是利用金属、非金属等材料在加热条件下强度降低、塑性提高而进行冲压成形的一种工艺方法，根据成形目的的不同，分为加热成形和加热校形两部分。当成形的温度在再结晶温度以下时称为温成形，当成形温度达到或超过再结晶温度时，称为热成形。温度、压力及时间是主要工艺因素。

金属塑性变形过程中，既存在硬化效应，又存在软化效应。温度低时，软化效应不明显。温度提高后，原子的动能增大，出现回复、再结晶，甚至出现原子定向流动的热塑性现象，软化效应变得十分明显和重要。温热成形中，软化过程和硬化过程的速度取决于以下因素：

1）应变速率ε。ε越大，硬化过程越快，但是变形的热效应又可以加快软化过程。

2）变形温度T。T越高，软化过程越快。

3）变形材料的物理化学性质。因为金属受热时，不仅会发生软化效应，同时在晶内和晶间还可能发生各种物理化学变化，例如析出扩散相，溶解自由相及晶间杂质，氧化与脱碳等，这些物理化学变化也以一定的速度在变形金属内进行着，影响硬化和软化的最终效果。

根据加热方式的不同，板材温热成形可分为均匀加热成形和局部加热成形。对于均匀加热成形，整个毛料均匀加热，相当于一种塑性较高、抗力较小的材料成形；而局部加热成形，只加热变形区，而不加热（甚至冷却）传力区，可以大大提高成形极限。

图3-249所示的加热拉深是典型的实例。管子扩口、缩口、折弯需要加热成形时，也只在变形区局部加热。

根据材料内部应力变化与外力加载的关系，板材温热成形还可以分为真空蠕变成形和应力松弛成形与校形。

高温时在恒定应力作用下，金属会以缓慢的速度变形，这种变形称为蠕变。蠕变变形的速度取决于变形温度和变形应力，利用金属的这种性质，出现了真空蠕变成形，如图3-250所示。毛料上覆盖一层隔热材料，再铺上气密尼龙布，四周用钢框压紧，将型腔抽成真空，保温保压一段时间，毛料便产生蠕变而贴模。(www.xing528.com)

图3-249 局部加热/凸模冷却的拉深成形

图3-250 真空蠕变成形

所谓应力松弛，是指有弹性变形的零件或材料，在保持总应变一定的条件下，内部应力随时间自发地逐渐降低，弹性变形逐渐转变为塑性变形的现象。金属的这一特性可以用于加热成形，或用以消除零件成形后的回弹或翘曲等，如图3-251所示，将预成形的零件在冷态下加热，强迫贴模，然后将整个装置送入炉中加热，利用应力松弛效应达到校形的目的。

图3-251 应力松弛成形和校形

温热成形主要应用于低弹塑性材料、整体或局部变形量过大的零件、处于强化状态的材料、回弹大的材料、热处理变形过大的零件、高强度或厚板料、要求尺寸或形状稳定的零件、刚度小但准确度要求高的零件、成形系数超过标准的新结构、变厚板、带筋板和复合板等。