CN102615201A - 铝合金钣金件冷热复合模成形方法 - Google Patents

铝合金钣金件冷热复合模成形方法 Download PDF

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Abstract

铝合金钣金件冷热复合模成形方法，本发明涉及钣金件的成形方法。本发明是要解决现有的铝合金钣金件的热态成形方法成形效率低、易引起局部起皱和破裂的技术问题，而提供铝合金钣金件冷热复合模成形方法。方法包括以下步骤：一、将下模具加热至200～900℃；二、将铝合金板坯放置到下模具上，使铝合金板坯被加热到它的变形温度；三、合模，将铝合金板坯压成铝合金钣金件；四、将铝合金钣金件、上模具和压边圈与下模具脱开；五、将上模具和压边圈降温并保持一定的时间，然后取下铝合金钣金件，完成铝合金钣金件冷热复合模成形。本发明采用上模具为冷态、下模具为热态的冷热复合模具进行铝合金板坯的成形。适于制备铝合金钣金件。

Description

铝合金钣金件冷热复合模成形方法
技术领域
本发明涉及钣金件的成形方法。
背景技术
2000系、6000系等铝合金可以通过热处理方法(如固溶、时效)提高其强度。对于此类铝合金板材零件，目前多采用先在常温状态下完成零件的成形，然后将零件从模具中取出进行固溶及时效处理。但是，固溶、时效时需要对板材零件进行加热，在此过程中由于不均匀热胀冷缩及热应力、内应力的影响，零件的形状尺寸容易发生变化，对于形状复杂、尺寸较大的零件更是如此。
对于不可通过热处理强化的铝合金材料，也常采用在加热状态下进行成形以提高材料的成形性能，从而实现变形量大、形状复杂零件的成形。现在常用的钣金件热态成形方法(如超塑性成形)，所采用的上模具和下模具及压边圈等都处于热态。在成形结束时，如果将零件从模具中直接取出进行冷却，则会产生明显的形状、尺寸变化。为了保证在取出过程中零件具有足够的强度和刚度，需要等上下模具及零件都冷却到一定温度后再取出零件。而在进行下一个零件成形前，又需要将上下模具加热到需要的温度。在整个成形过程中，模具冷却及再次加热往往占用了绝大部分时间，导致成形效率很低。
目前，还有一种铝合金钣金件的热态成形方法，所使用的上模具和下模具都为冷态。将经过预热的板坯快速放置到上下模具之间并在很短时间内完成成形。在零件成形后，直接向闭合的上下模具中通入冷却水来实现模具及零件的冷却。由于热态的板坯与冷态的上下模具接触后其温度将很快下降，为了保证板坯在成形过程中还保持足够的温度(以使其具有良好的成形性能)，要求成形过程必须在几秒钟内完成，这对成形设备提出了很高的要求。此外，由于整个成形过程中，对预热后板坯的温度无法再进行控制和调节，当与上下模具接触一段时间后，板坯上的温度分布可能并不利于零件的顺利成形，从而易引起局部起皱和破裂等成形缺陷。因此，该方法很难用于复杂形状钣金件的成形。
发明内容
本发明是要解决现有的铝合金钣金件的热态成形方法成形效率低、易引起局部起皱和破裂的技术问题，而提供铝合金钣金件冷热复合模成形方法。
本发明的铝合金钣金件冷热复合模成形方法包括以下步骤：
一、将下模具加热至200～900℃；
二、将铝合金板坯放置到下模具上，使铝合金板坯被加热到它的变形温度；
三、将上模具和压边圈在2～10秒内与下模具合模，将铝合金板坯压成铝合金钣金件；
四、将铝合金钣金件、上模具和压边圈一起上移，使它们与下模具脱开；
五、将上模具和压边圈降温至20～150℃并保持2～10秒，然后将铝合金钣金件取下，完成铝合金钣金件冷热复合模成形。
本发明采用上模具为冷态、下模具为热态的冷热复合模具进行铝合金板坯的成形，可以实现板坯在加热状态下成形，在冷却过程中钣金件仍与上模具及压边圈连接在一起。本发明的有益效果是：(1)成形时，板坯的温度主要受到下模具的影响，容易实现对板材实际成形温度的精确控制，避免了采用冷态模具快速成形时板材温度无法准确控制的问题；(2)冷却时，钣金件受到上模具及压边圈的约束，可以避免钣金件在冷却过程中出现形状、尺寸变化，通过一次成形可直接获得形状、尺寸精度满足要求的零件；(3)成形后，只需要对上模具及压边圈进行快速冷却，下模具一直处于加热状态，避免了对下模具的反复降温和加热，大大缩短了成形时间，提高了生产效率；(4)在成形及冷却过程中，上模具及压边圈的温度较低，模具的形状、尺寸基本保持稳定，因此可以获得形状、尺寸精度高的最终零件。
本发明的采用冷热复合模进行铝合金钣金件成形并进行模内冷却或淬火处理的方法适于制备铝合金钣金件。
附图说明
图1为具体实施方式一铝合金钣金件冷热复合模成形方法的步骤二的示意图；其中1为下模具，2为上模具，3为铝合金板坯，4为压边圈；
图2为具体实施方式一铝合金钣金件冷热复合模成形方法的步骤三的示意图；其中1为下模具，2为上模具，4为压边圈，5为铝合金钣金件；
图3为具体实施方式一铝合金钣金件冷热复合模成形方法的步骤四的示意图；其中1为下模具，2为上模具，4为压边圈，5为铝合金钣金件；
图4是具体实施方式三的铝合金钣金件冷热复合模成形方法的步骤二的示意图；其中1为下模具，2为上模具，3为铝合金板坯，4为压边圈；6为加热棒，8为上模具冷却孔，9压边圈冷却孔；
图5是具体实施方式四的铝合金钣金件冷热复合模成形方法的步骤二的示意图；其中1为下模具，2为上模具，3为铝合金板坯，4为压边圈；7为加热板，8为上模具冷却孔，9为压边圈冷却孔；
图6是具体实施方式七的铝合金钣金件冷热复合模成形方法的步骤二的示意图；其中1为下模具，2为上模具，3为铝合金板坯，4为压边圈；8为上模具冷却孔，9为压边圈冷却孔；10为浮动托板；11为弹簧；
图7是具体实施方式七的铝合金钣金件冷热复合模成形方法的步骤三的示意图；其中1为下模具，2为上模具，5为铝合金钣金件，4为压边圈；8为上模具冷却孔，9为压边圈冷却孔；10为浮动托板；11为弹簧；
图8是具体实施方式七的铝合金钣金件冷热复合模成形方法的步骤四的示意图；其中1为下模具，2为上模具，5为铝合金钣金件，4为压边圈；8为上模具冷却孔，9为压边圈冷却孔；10为浮动托板；11为弹簧；
图9是具体实施方式八的铝合金钣金件冷热复合模成形方法的步骤二的示意图；其中1为下模具，2为上模具，3为铝合金板坯，4为压边圈；8为上模具冷却孔，9为压边圈冷却孔；10为浮动托板；11为弹簧，12为加热元件。
具体实施方式
具体实施方式一：(参见附图1、2和3)本实施方式的铝合金钣金件冷热复合模成形方法按以下步骤进行：
一、将下模具1加热至200～900℃；
二、将铝合金板坯3放置到下模具1上，使铝合金板坯3被加热到它的变形温度；
三、将上模具2和压边圈4在2～10秒内与下模具1合模，将铝合金板坯3压成铝合金钣金件5；
四、将铝合金钣金件5、上模具2和压边圈4一起上移，使它们与下模具1脱开；
五、将上模具2和压边圈4降温至20～150℃并保持2～10秒，然后将铝合金钣金件5取下，完成铝合金钣金件冷热复合模成形。
具体实施方式二：(参见附图1、2和3)本实施方式的铝合金钣金件冷热复合模成形方法按以下步骤进行：
一、将铝合金板坯3进行固溶处理；将下模具1加热至200～900℃；
二、将步骤一处理后的铝合金板坯3放置到下模具1上，使铝合金板坯3被加热到它的变形温度；
三、将上模具2和压边圈4在2～10秒内与下模具1合模，将铝合金板坯3压成铝合金钣金件5；
四、将铝合金钣金件5、上模具2和压边圈4一起上移，使它们与下模具1脱开；
五、将上模具2和压边圈4降温至20～150℃并保持2～10秒，然后将铝合金钣金件5取下；将铝合金钣金件5进行人工时效处理，完成铝合金钣金件冷热复合模成形。
本实施方式先将待成形的铝合金板坯3进行固溶处理，并对成形后的铝合金钣金件5进行人工时效处理，以提高铝合金钣金件5的强度。
具体实施方式三：(参见图4)本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一中下模具1的加热方式是，采用内置于下模具1中的加热棒6进行加热，其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：(参见图5)本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一中下模具1的加热方式是，采用外置于下模具1周围的加热板7进行加热，其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式五：(参见图4、图5)本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤五中上模具2和压边圈4的降温方法是采用向上模具2中的冷却孔8和压边圈4的冷却孔9中通入冷却水或液氮等使其温度以30～100℃/秒的速度降低。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：(参见图1、2和3)本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二用以下操作代替：将铝合金板坯3先预热至150～350℃，然后放置到下模具1上，使铝合金板坯3被加热到它的变形温度。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式将铝合金板坯3预热，可以缩短铝合金板坯3在下模具1上的加热时间。
具体实施方式七：(参见图6、7、8)本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：在下模具1的模腔内设置有浮动托板10和弹簧11，浮动托板10底部用弹簧11支撑并与模腔连接。其它与具体实施方式一或二相同。
本实施方式当下模具1被加热时，浮动托板10也将被一起加热。当上模具2与压边圈4向下运动时，浮动托板10将随着铝合金板坯2一起下移；当上模具2上移时，浮动托板10将随着成形后铝合金钣金件5一起上移直至铝合金钣金件5脱离下模腔。
采用该实施方式，处于热态的浮动托板10将与待成形铝合金板坯3直接接触，其将与下模具1一起对铝合金板坯3进行加热，提高了加热效率，并可防止上模具2与铝合金板坯3接触后使铝合金板坯3温度快速降低，影响其成形性能。此外，在成形过程及成形后开模过程中，浮动托板10将对铝合金钣金件5施加一定的压力，可以防止铝合金钣金件5的局部开裂等缺陷。
具体实施方式八：(参见图9)本实施方式与具体实施方式七不同的是：在浮动托板10上设置有独立的加热元件12。其它与具体实施方式一或二相同。
浮动托板10的温度可以通过加热元件12独立控制。采用该实施方式，可以在浮动托板10上实现不同的温度分布。当其与待成形铝合金板坯3接触时，将在铝合金板坯3上形成相应的温度场，从而为实现复杂形状零件的成形提供了可能。
用以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：(参见附图1、2和3)本实施方式的5A06铝合金钣金件冷热复合模成形方法按以下步骤进行：
一、将下模具1加热至550℃；
二、将铝合金板坯3放置到下模具1上，使铝合金板坯3被加热到它的变形温度450℃；
三、将上模具2和压边圈4在5秒内与下模具1合模，将铝合金板坯3压成铝合金钣金件5；
四、将铝合金钣金件5、上模具2和压边圈4一起上移，使它们与下模具1脱开；
五、将上模具2和压边圈4降温至75℃并保持5秒，然后将铝合金钣金件5取下，完成铝合金钣金件冷热复合模成形。
成形后，铝合金钣金件5的温度不超过50℃，形状、尺寸稳定，抗拉强度为成形前初始坯料的95％。
试验二：(参见附图1、2和3)本实施方式的6061铝合金钣金件冷热复合模成形方法按以下步骤进行：
一、将铝合金板坯3进行固溶处理；将下模具1加热至600℃；
二、将经过步骤一处理的铝合金板坯3放置到下模具1上，使铝合金板坯3被加热到它的变形温度475℃；
三、将上模具2和压边圈4在5秒内与下模具1合模，将铝合金板坯3压成铝合金钣金件5；
四、将铝合金钣金件5、上模具2和压边圈4一起上移，使它们与下模具1脱开；
五、将上模具2和压边圈4降温至100℃并保持10秒，然后将铝合金钣金件5取下，将铝合金钣金件5进行人工时效处理，完成铝合金钣金件冷热复合模成形。
铝合金钣金件5取下时的温度不超过75℃，形状、尺寸稳定。人工时效处理后，抗拉强度为成形前初始坯料的120％。
试验三：(参见附图6、7和8)本实施方式的7075铝合金钣金件冷热复合模成形方法按以下步骤进行：
一、下模具1的模腔内设置有浮动托板10和弹簧11，浮动托板10底部用弹簧11支撑并与模腔连接；将下模具1和浮动托板10加热至650℃；
二、将铝合金板坯3先预热至300℃，然后放置到下模具1上，使铝合金板坯3被加热到它的变形温度500℃；
三、将上模具2和压边圈4在5秒内与下模具1合模，浮动托板10将随着铝合金板坯2一起下移，将铝合金板坯3压成铝合金钣金件5；
四、将铝合金钣金件5、上模具2和压边圈4一起上移，使它们与下模具1脱开；
五、将上模具2和压边圈4降温至100℃并保持10秒，然后将铝合金钣金件5取下，完成铝合金钣金件冷热复合模成形。
成形后，铝合金钣金件5的温度不超过75℃，形状、尺寸稳定，抗拉强度为成形前初始坯料的96％。

Claims (8)

1.铝合金钣金件冷热复合模成形方法，其特征在于铝合金钣金件冷热复合模成形方法包括以下步骤：
一、将下模具(1)加热至200～900℃；
二、将铝合金板坯(3)放置到下模具(1)上，使铝合金板坯(3)被加热到它的变形温度；
三、将上模具(2)和压边圈(4)在2～10秒内与下模具1合模，将铝合金板坯(3)压成铝合金钣金件(5)；
四、将铝合金钣金件(5)、上模具(2)和压边圈(4)一起上移，使它们与下模具(1)脱开；
五、将上模具(2)和压边圈(4)降温至20～150℃并保持2～10秒，然后将铝合金钣金件(5)取下，完成铝合金钣金件冷热复合模成形。
2.根据权利要求1所述的铝合金钣金件冷热复合模成形方法，其特征在于铝合金钣金件冷热复合模成形方法还包括以下步骤：在步骤二之前，将铝合金板坯(3)进行固溶处理；在步骤五之后将铝合金钣金件(5)进行人工时效处理。
3.根据权利要求1或2所述的铝合金钣金件冷热复合模成形方法，其特征在于步骤一中下模具(1)的加热方式是，采用内置于下模具(1)中的加热棒(6)进行加热。
4.根据权利要求1或2所述的铝合金钣金件冷热复合模成形方法，其特征在于步骤一中下模具(1)的加热方式是，采用外置于下模具(1)周围的加热板(7)进行加热。
5.根据权利要求1或2所述的铝合金钣金件冷热复合模成形方法，其特征在于步骤五中上模具(2)和压边圈(4)的降温方法是采用向上模具(2)中的冷却孔(8)和压边圈(4)中的冷却孔(9)中通入冷却水或液氮等使其温度以30～100℃/秒的速度降低。
6.根据权利要求1或2所述的铝合金钣金件冷热复合模成形方法，其特征在于步骤二用以下操作代替：将铝合金板坯(3)先预热至150～350℃，然后放置到下模具(1)上，使铝合金板坯(3)被加热到它的变形温度。
7.根据权利要求1或2所述的铝合金钣金件冷热复合模成形方法，其特征在于在下模具(1)的模腔内设置有浮动托板(10)和弹簧(11)，浮动托板(10)底部用弹簧(11)支撑并与模腔连接。
8.根据权利要求1或2所述的铝合金钣金件冷热复合模成形方法，其特征在于在浮动托板(10)上设置有独立的加热元件(12)。
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