CN102226258B - 铝合金厚板预拉伸后锯切区机械振动消减残余应力方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝合金中厚板预拉伸后锯切区机械振动消减残余应力方法，所述步骤为：1、基于前期数据统计，为计算机模拟提供边界条件，模拟确认铝合金中厚板夹具夹持区域、拉伸区域；测试统计出铝合金中厚板预拉伸工序后残余应力过渡区域；2、根据测试统计数据，使用计算机模拟预测生产中的铝合金中厚板预拉伸工序后残余应力过渡区域；3、使用的机械振动源；并在过渡区域布置机械振动发生器，使得机械冲击力能均匀作用在中厚板过渡区表面；4、再使用控制器，同步控制机械振子，使其同步输出；5、测试过渡区域的残余应力分布特点，结合计算机模拟分析，评价锯切区域。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金加工的方法，特别是铝合金中厚板预拉伸后锯切区残余应力的消减方法。
背景技术
铝合金厚板是一种用量较大，加工技术高度集中的新型关键性材料。铝合金厚板大多应用于航天航空业。这主要是因为厚板的制造的关键设备热轧机的昂贵，以及厚板后期处理难度较大。在几年前，我国鲜有企业能够生产铝合金厚板，大多数厚板都依赖进口。这导致了厚板在我国发展应用缓慢。但是，近几年，随着企业不断发展壮大，特别是热轧机，拉伸机的国产化，使得我们的厚板生产蓬勃发展。铝合金厚板的价格不断下降。推动了铝合金厚板在交通、轻工业等众多工业部门广泛应用。例如铝合金厚板广泛的应用在汽车方面，有效的降低了整车重量，使汽车向轻型化、更安全、更省油更环保的方向发展。降低铝合金厚板成本是推动铝合金在各行业发展的重要因素，也是企业抢占市场先机的保障。预拉伸工艺是消除铝合金厚板淬火残余应力的重要手段，当拉伸量选择合适，残余应力的消除高达90％以上。但是铝合金厚板钳口夹持区以及过渡区域的残余应力是无法消减的，使得这部分区域不得不切除。据某铝厂数据显示，铝合金厚板在预拉伸工艺后锯切率高达25％以上。这是目前制约铝合金厚板成本的重要因素，也从而限制了厚板的推广和应用。但是国内外对预拉伸工艺钳口夹持区和过渡区域残余应力的研究报道极少，更未见针对相关区域残余应力消除的工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝合金中厚板预拉伸方法后锯切区残余应力消减方法。通过新型辅助工艺降低平均锯切率，从而降低铝合金的生产成本，推进其在各领域的广泛应用。
本发明的技术方案为：
铝合金厚板预拉伸后锯切区机械振动消减残余应力方法，其步骤为：
1、首先，测试统计出铝合金厚板预拉伸工序后残余应力过渡区域；残余应力测试选用业内测量技术成熟的半破坏法-钻孔法，使用的标准为ANSI/ASTM E 837-2001采用钻孔应变测量法测定剩余应力的试验方法；
2、根据测试统计数据，使用计算机模拟，采用通用的有限元方法，预测生产中的铝合金厚板预拉伸工序后残余应力过渡区域；
3、使用机械冲击装置，通过电磁铁吸放小锤进行锤击，并有同步控制器控制，达到机械振动的效果；
4、测试激振后的预拉伸板残余应力过渡区域的残余应力分布特点，评价锯切区域。机械冲击装置左右位置成对称分布；但是每边的机械振动发生装置位置不是严格等距；机械振动同步输出控制。
5、根据计算机模拟效果为依据，对割切区域进行锯切，并保留5％的误差。
以上所述的机械冲击装置使用锤击频率1-3kHz，锤击力500-800N，加热温度100℃-200℃，振动时间5-10min。锤击工作频率＜3khz，避免出现共振，影响到拉伸区。
先期效果由半破坏式应力检测方法-钻孔法得出；后期生产中可以由前期数据，通过有计算机模拟出。
与现有技术相比，本发明优点：本机械振动器，设备操作简单，工艺步骤简单，能耗低，效果好，适用厚板特厚板局部应力集中的消减。
附图说明
图1本发明文中所指的铝合金厚板夹具区域、过渡区域、拉伸区域示意图。
图2本发明机械振动装置安装测试示意图。
图3本发明机械振动装置放置示意图。
图4本发明机械振动装置内部工作原理图。
图1中1----夹具夹持区域，2----过渡区域，3----拉伸区域
图2中4----机械振动发生装置，5----机械振动同步输出控制器
图3中1----夹具夹持区域，2----过渡区域，4----机械振动发生装置
图4中6----电阻加热器，7----T型锤，8----电磁发生器
具体实施方式
1.参见图1，基于前期数据统计，为计算机模拟提供边界条件，模拟确认铝合金中厚板夹具夹持区域1、过渡区域2、拉伸区域3。拉伸区域3的残余应力消除效果较好，过渡区域2和夹具夹持区域1都是以前要被切除的区域，统称为锯切区域。确定这块区域，为后期区部振动消减残余应力做准备。
2.参见图2，布置机械振动发生装置4。左右位置成对称分布。但是每边的机械振动发生装置4位置不是严格等距。机械振动同步输出控制；使用锤击频率1-3kHz，锤击力500-800N，加热温度100℃-200℃，振动时间5-10min。锤击工作频率＜3khz，避免出现共振，影响到拉伸区。
3.参见图3，布局机械振动发生装置4。装置位置远离拉伸区，靠近夹具夹持区域1，振动源位置最后是要被锯切掉，3个装置分布位置约有特色，稍有偏离等距，更好的产生均匀振动。
4.先期效果由半破坏式应力检测方法-钻孔法得出。采用电阻加热器6和T型锤7，后期生产中可以由前期数据，通过有限元软件模拟出。
5.根据计算机模拟效果为依据，进行锯切，并保留5％的误差。
本发明的工作原理是：在本发明之前的预拉伸工艺，通过一定拉伸量的塑性变形，使得厚板内部沿厚度在轧制方向上的残余应力重新分布，趋向均匀，达到消除残余应力的目的。但是夹具区域内金属被夹具制约而导致变形困难，根据塑性金属学原理，拉伸区域的变形较均匀，由于变形的协调性，拉伸区和夹具区会出现一个难变形区域和均匀变形区域的过渡区域。这就造成了大量残余应力在过渡区域。不得不在后期被锯切掉。而我们使用电磁机械振动器，针对过渡区域施加振动动应力。对过渡区施加一定的交变应力。当交变应力与过渡区残余应力之和达到材料的屈服极限，将发生塑性变形，使得区域的约束变形得以释放，从而降低了区域内的残余应力。电磁振动器振动效果要优于其他形式振动器，方便调节频率和强度，并且独处的对铁锤事先预热，保温，使得在锤击起振时，能够起到更好的效果。但是振动强，在振源处容易对材料力学性能造成影响。因此振源远离拉伸区，在后期被锯切掉，不带入负面影响。
Claims (4)
1.铝合金厚板预拉伸后锯切区机械振动消减残余应力方法，其特征在于：所述步骤为：
（1）测试统计出铝合金厚板预拉伸工序后残余应力过渡区域；
（2）根据测试统计数据，使用计算机模拟，采用通用的有限元方法预测生产中的铝合金厚板预拉伸工序后残余应力过渡区域；
（3）使用机械冲击装置，通过电磁铁吸放小锤进行锤击，并有同步控制器控制，达到机械振动的效果；
（4）测试激振后的预拉伸板残余应力过渡区域的残余应力分布特点，评价锯切区域。
2.根据权利要求1所述的铝合金厚板预拉伸后锯切区机械振动消减残余应力方法，其特征在于：所述机械冲击装置左右位置成对称分布,每边的机械振动发生装置位置等距或不等距；机械振动同步输出控制。
3.根据权利要求1所述的铝合金厚板预拉伸后锯切区机械振动消减残余应力方法，其特征在于：使用锤击频率1－3kHz，锤击力500－800N,加热温度100℃－200℃，振动时间5-10min。
4.根据权利要求1所述的铝合金厚板预拉伸后锯切区机械振动消减残余应力方法，其特征在于：根据计算机模拟效果为依据，对割切区域进行锯切，并保留5%的误差。
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