CN104972280A - 一种铝合金机器人手臂空心型材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铝合金型材的技术领域，具体涉及一种以铝合金代替钢铁生产机器人手臂运动的滑道空心型材制造方法。其制造方法有：一、对钢连接件运动及受力情况进行分析；二、选择铝合金材料；三、进行空心型材设计；四、计算机模拟铝合金空心型材连接件运动及受力情况，考察是否满足使用要求；五、选择挤压机，模具设计铝合金空心型材连接件；六、铸造铝合金铸锭；七、挤压铝合金空心型材连接件并在线淬火；八、铝合金空心型材连接件张力拉伸、时效处理；九、铝合金空心型材连接件取样、检查；十、铝合金空心型材连接件打硬度、包装。通过计算机模拟铝合金空心型材连接件运动及受力情况，强度、塑性满足使用要求，可以进行批量生产。

Description

一种铝合金机器人手臂空心型材的制备方法

技术领域

   本发明属于铝合金型材的技术领域，具体涉及一种以铝合金代替钢铁生产机器人手臂运动的滑道空心型材制造方法。

背景技术

随着世界性铝合金加工技术的快速发展，新技术、新材料、新工艺，新产品层出不穷，铝合金在机械装备及承力中等的连接件中应用越来越广泛，本制造方法生产的一种以铝合金代替钢铁生产机器人手臂运动的滑道空心型材，可以推广应用，有效解决大量生产、交货问题，生产的产品满足用户使用要求，有利于加工和使用。

传统的承力件及连接件基本使用钢铁材料，为确保使用寿命及使用过程中的安全性，某些次主要承力件及连接件，当满足使用要求时，可以以铝合金代替钢铁承担连接作用。近年来，随着铝合金在各领域的应用，各种承受中等强度及有限运动机械部件广泛使用铝合金减轻自身重量，提高承载能力，在起重重力一定情况下实现运送能力的最大化。但是对于以铝合金代替钢铁生产机器人手臂运动的滑道空心型材未见报道。

发明内容

本发明专利的目的是为了利用铝合金生产机械设备中承力中等的零件及连接件，可以有效解决大量生产、交货问题，生产的产品满足用户使用要求，有利于加工和使用。

本发明的技术方案为：

一种铝合金机器人手臂运动的滑道空心型材的制备方法，所述的制造方法是按以下步骤实现：

一、对钢连接件运动及受力情况进行分析；

二、选择铝合金材料，选择的铝合金为6005A合金，状态为T6；

三、设计空心型材；

四、计算机模拟铝合金空心型材连接件运动及受力情况，考察是否满足使用要求；

五、选择挤压机；

六、模具设计铝合金空心型材连接件；

七、铸造铝合金铸锭，铝合金铸锭中元素的质量百分比Si为0.50%～0.9%，Fe为≤0.35%，Cu为≤0.30%，Mn为≤0.50%，Mg为0.40%～0.7%，Cr为≤0.30%，Zn为≤0.20%，Ti为≤0.10%，Mn＋Cr为0.12～0.50%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.15%，其余为Al；熔炼6005A铝合金圆铸锭时计算配料、液体扒渣、除气，铸造时过滤；

八、挤压铝合金空心型材连接件并在线淬火；

九、铝合金空心型材连接件张力拉伸、时效处理；

十、铝合金空心型材连接件取样、检查；

十一、铝合金空心型材连接件打硬度、包装。

本发明的特点还有：

上述步骤二所述选择6005A合金生产以铝合金代替钢铁生产机器人手臂运动的滑道空心型材，6005A合金在六系合金中具有中等强度，可焊性好，能够满足中等受力件所需的强度，经淬火人工时效后强度稳定并有较好的塑性。

上述步骤三所述按照钢结构件的配合尺寸设计铝合金空心型材的装配尺寸，并按照受力情况设计其他部位尺寸及形状。

上述步骤四中计算机模拟铝合金空心型材连接件运动及受力情况，考察是否满足使用要求。

上述步骤七所述铸造的铝合金铸锭为六系铝合金圆铸锭，铸锭规格为Ф375mm×7000mm或Φ308mm×7000mm；将上述铝合金圆铸锭车皮、切头、切尾、取低倍、化学成分、切毛料，毛料规格为Φ366×1000mm或Φ308mm×1000mm，均质处理；所述均质处理加热温度：550-565℃，保温9小时以上，冷却方式采用：风冷＋水冷降温。

上述步骤八中挤压处理，挤压在55MN挤压机上进行,将铝合金圆铸锭加热到500-550℃，迅速装入挤压筒，出口温度500-530℃，挤压速度3±0.5m/min，挤压后进行淬火处理；所述淬火处理淬火温度500-525℃，淬火速度300-350℃/分。

上述步骤九时效处理，首先将铝合金方管张力拉伸，拉伸率1.0～3.0%，然后时效：时效温度150-170℃，金属保温8-15小时，出时效炉。

将时效出炉的理化试验料，按照规定的验收标准及图纸规定的取样位置，取理化试样，全部理化试验检测。

上述步骤十一将铝合金空心型材连接件表面检查、尺寸检查、检查合格的铝合金空心型材连接件包装。

本发明的有益效果是:

本发明提供了利用挤压机批量生产涉及一种以铝合金代替钢铁生产机器人手臂运动的滑道空心型材制造方法，使生产效率提高17%～25%。

本发明的方法，充分评估钢件的承力状态及运动状态，以此为基准设计铝合金结构，步骤二中选择铝合金的标准为既有一定的强度又能实现焊合挤压，使挤压的产品整体成型，减少焊接使焊缝强度降低的风险，减少工作量，提高效率，步骤七中化学成分通过合理配置，将6005A以铝代钢连接件用铝合金空心型材铸造成分控制范围变窄，避免由于化学成分过大波动引起内部组织不均匀及力学性能散差过大；主要强化成分控制在中线并偏上线，主要是为了提高方管的力学性能，控制Fe合金成分越小越好，主要是为了减少Fe元素的不良影响；加入Cu元素，控制在标准的上线，少量的Cu与主要强化成分Si、Mg结合，使力学性能显著提高，可使力学性能接近硬铝的性能，由于铸造过程中Fe元素的不可控制性，使Mn元素控制在上线，可消除Fe的不良影响又可细化晶粒，使6005A合金的综合性能提高，按照上述原则配制的化学成分，使铝合金空心型材合格率稳定在95%以上。均质处理中冷却方式为大风冷却至200℃加水冷降温，实现快速冷却，保证强化元素最大程度固溶，减少工序等待时间在24小时以上，提高生产效率，并且空心型材表面经各种氧化或涂层处理后光泽美观、无暗纹、暗线，既保证使用性能又提高审美感；步骤八的挤压速度可以保证出口温度，在线风雾冷却保证淬火效果，保证力学性能合格，在线淬火能够减少变形，拉伸率在1.0～3.0%之间，减少拉伸率变化大引起的尺寸不均，保证持续供货过程中尺寸散差小，在线淬火与离线淬火比较可以减少打头、吊挂、离线淬火升温、保温等时间，每批减少工序时间在10小时以上；通过以上措施，可以实现6005A以铝代钢用铝合金空心型材在线淬火并满足标准要求，使抗拉强度≥285MPa,屈服强度≥265MPa，伸长率≥12%，布氏硬度≥100HB，；国家标准要求：抗拉强度≥250MPa,屈服强度≥200MPa，伸长率≥8%，布氏硬度≥90HB。

总之，本发明的制备方法，填补国内用钢铁生产机器人手臂运动的连接件，用铝合金生产机器人手臂运动的连接件，质量轻，空心型材用挤压方法一次成型，生产效率高、组织均匀，强度、塑性满足使用要求，可以进行批量生产。

附图说明

图1为钢横梁的工作状态图；

图2为滑道空心型材结构示意图。

    其中，1-滑道空心型材。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，以便本领域技术人员可以更好的了解本发明，但并不因此限制本发明。

实施例过程

一、根据钢结构件现在的工作状态已知，钢梁在承受120公斤移动重力情况下，不变形，稳定正常工作，钢横梁的工作状态见图1；

二、选择6005A铝合金作为以铝代钢合金，铸造铝合金圆铸锭，铝合金铸锭中元素的质量百分比Si为0.75%，Fe为0.12%，Cu为0.20%，Mn为0.33%，Mg为0.65%，Cr为0.15%，Zn为0.10%，Mn+Cr为0.48，Ti为0.10%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.15%，其余为Al，铸造规格：Ф375×7000mm，铸锭车皮至Ф366±2mm，切断尺寸为1000mm，将Ф366±2mm×1000mm铸锭均质处理，加热温度：560±5℃，保温12小时，冷却方式采用：风冷降温至150℃后，水冷至室温出炉；

三、设计铝合金机械手臂滑道空心型材结构如2，将图2进行计算机模拟试验，按照钢梁受力状态施加铝合金空心型材相同的力，经过多次修改图形结构，最终确定型材图形为图2；

四、模具制作选择国内资质合格、口碑最好的厂家制作，并选择进口模具钢，制作铝合金机械手臂空心型材模具；

五、铝合金机械手臂空心型材挤压及在线淬火，淬火温度530℃，利用便携式硬度计监控淬火后的硬度，淬火后硬度在65HBa以上，如达不到要求，及时调整挤压速度及铸锭加热温度。

铝合金圆铸锭加热到540℃，迅速装入挤压筒，出口温度在530℃，挤压速度3±0.5m/min，挤压后进行淬火处理，淬火处理淬火温度515±5℃以上，淬火速度350℃/分；

六、将淬火后的空心型材在线张力拉伸，拉伸率2.5%，消除淬火应力，保证使用过程中不因应力释放而变形，然后时效：时效温度150-170℃，金属保温8-15小时，出时效炉。

七、将时效出炉的理化试验料，按照规定的验收标准及图纸规定的取样位置，取理化试样，全部理化试验检测。

八、铝合金机械手臂空心型材表面检查、尺寸检查、检查合格的型材进行铆接，将铆接部位铣平，清理毛刺，包装。

实施例过程步骤二中铸造的铝合金为6005A铝合金圆铸锭，规格为Ф366±2mm×1000mm，熔炼六号铝合金圆铸锭时要求计算配料、液体扒渣、除气，铸造时要求过滤，配料计算以步骤二的中线为基础，以确保铸锭成分控制在标准范围内；在融化后一次扒渣、熔炼炉精炼后一次扒渣、保温炉精炼后一次扒渣；熔炼炉精炼后一次除气、保温炉精炼后一次除气，保温炉精炼后再进行一次除气机除铸造的铝合金铸锭为六号铝合金圆铸锭，精炼程度达到一级氧化膜要求，没有金属化合物偏析，将规格为Ф375mm×7000mm六号铝合金圆铸锭车皮、切头、切尾、取低倍、化学成分，低倍和化学成分合格后切毛料，车皮后毛料规格为Φ366mm×1000mm；毛料均质，加热温度：560±5℃，保温12小时，冷却方式：风冷降温＋水冷降温至室温，选择均质加热温度为560℃，保温12小时以上是为了充分消除铸造过程中形成的化合物偏析，使化学成分及组织更加均匀；消除铸造应力，避免由于应力产生的铸锭裂纹。

实施例过程步骤五加热温度540℃，迅速装入挤压筒，挤压速度2.5m/min，保证淬火温度520℃以上，80%风量＋水雾冷却，淬火速度330～350℃/小时。铸锭高温加热，慢速挤压是为了保证空心型材的焊合质量，使挤压头端焊合不良尺寸减小，铸锭加热到540℃，挤压速度提高到3.0m/min时，挤压机在线淬火冷却：风冷同时水冷，风冷和水冷同时进行，增加淬火速度，使力学性能提高。

实施例过程步骤七将时效出炉的理化试验料，按照合同规定的验收标准及图纸规定的取样位置，取理化试样，全部理化试验检测合格后，表面检查、尺寸检查低倍检查氧化膜和化合物偏析。挤压产品标准中没有检查氧化膜项目，增加此项目的抽查是为了保证组织缺陷。检查合格的铝合金机器人手臂运动的滑道空心型材铆接，包装交货。

本发明提供了批量生产铝合金机器人手臂运动的滑道空心型材的制备方法，使以铝代钢生产铝合金机器人手臂运动的滑道空心型材应用于实际生产中。

所生产的铝合金机器人手臂运动的滑道空心型材力学性能抗拉强度为279～330MPa，屈服强度为258～290MPa，伸长率为10%～15%，国家标准为≥260MPa，屈服强度为≥240MPa，伸长率为≥10%。

Claims (8)

1.一种铝合金机器人手臂运动的滑道空心型材的制备方法，所述的制造方法是按以下步骤实现：

一、对钢连接件运动及受力情况进行分析；

二、选择铝合金材料，选择的铝合金为6005A合金，状态为T6；

三、设计空心型材；

四、计算机模拟铝合金空心型材连接件运动及受力情况，考察是否满足使用要求；

五、选择挤压机；

六、模具设计铝合金空心型材连接件；

七、铸造铝合金铸锭，铝合金铸锭中元素的质量百分比Si为0.50%～0.9%，Fe为≤0.35%，Cu为≤0.30%，Mn为≤0.50%，Mg为0.40%～0.7%，Cr为≤0.30%，Zn为≤0.20%，Ti为≤0.10%，Mn＋Cr为0.12～0.50%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.15%，其余为Al；熔炼6005A铝合金圆铸锭时计算配料、液体扒渣、除气，铸造时过滤；

八、挤压铝合金空心型材连接件并在线淬火；

九、铝合金空心型材连接件张力拉伸、时效处理；

十、铝合金空心型材连接件取样、检查；

十一、铝合金空心型材连接件打硬度、包装。

2.根据权利要求1所述的铝合金机器人手臂运动的滑道空心型材的制备方法，其特征在于，所述步骤七所述铸造的铝合金铸锭为六系铝合金圆铸锭，铸锭规格为Ф375mm×7000mm或Φ308mm×7000mm。

3.根据权利要求2所述的铝合金机器人手臂运动的滑道空心型材的制备方法，其特征在于，将上述铝合金圆铸锭车皮、切头、切尾、取低倍、化学成分、切毛料，毛料规格为Φ366×1000mm或Φ308mm×1000mm，均质处理。

4.根据权利要求3所述的铝合金机器人手臂运动的滑道空心型材的制备方法，其特征在于，所述均质处理加热温度：550-565℃，保温9小时以上，冷却方式采用：风冷＋水冷降温。

5.根据权利要求1所述的铝合金机器人手臂运动的滑道空心型材的制备方法，其特征在于，所述步骤八中挤压处理，挤压在55MN挤压机上进行,将铝合金圆铸锭加热到500-550℃，迅速装入挤压筒，出口温度500-530℃，挤压速度3±0.5m/min，挤压后进行淬火处理。

6.根据权利要求5所述的铝合金机器人手臂运动的滑道空心型材的制备方法，其特征在于，所述淬火处理淬火温度500-525℃，淬火速度300-350℃/分。

7.根据权利要求1所述的铝合金机器人手臂运动的滑道空心型材的制备方法，其特征在于，所述步骤九时效处理，首先将铝合金方管张力拉伸，拉伸率1.0～3.0%，然后时效。

8.根据权利要求7所述的铝合金机器人手臂运动的滑道空心型材的制备方法，其特征在于，所述时效温度150-170℃，金属保温8-15小时，出时效炉。