CN105039805B - 一种铝合金机械手臂轨道大梁空心型材的制造方法 - 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材生产铝合金机械手臂轨道大梁空心型材的制造方法。其制造步骤：一、评估钢横梁的强度及抵抗变形能力；二、选择铝合金；三、设计铝合金机械手臂轨道大梁空心型材结构；四、计算机模拟铝合金机械手臂轨道大梁空心型材受力状态的运动轨迹及变形；五、制作铝合金机械手臂轨道大梁空心型材模具；六、铝合金机械手臂轨道大梁空心型材挤压及在线淬火；七、铝合金机械手臂轨道大梁空心型材时效；八、铝合金机械手臂轨道大梁空心型材取样；九、铝合金机械手臂轨道大梁空心型材铆接；十、铝合金机械手臂轨道大梁空心型材包装交货，以铝代钢生产铝合金机械手臂轨道大梁空心型材。

Description

一种铝合金机械手臂轨道大梁空心型材的制造方法

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材生产铝合金机械手臂轨道大梁空心型材的制造方法。

背景技术

随着世界性机械制造业技术的快速发展，以铝合金代替钢铁生产承重力适中的机械手滑道、机械手轨道大梁等，成为必然趋势，在动力一定的情况下，可以有效提高运送能力，提高生产效率，降低成本。本制造方法就是在这一需求下发明出来的，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，有利于加工和推广。

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。但是目前对于采用以铝合金代替钢材生产铝合金机械手臂轨道大梁空心型材的还未见报道。

发明内容

本发明的目的针对钢材生产空心轨道大梁生产效率低等问题，而提供一种以铝合金代替钢材生产铝合金机械手臂轨道大梁空心型材的制造方法。利用挤压机挤压生产铝合金空心轨道大梁，降低焊接成本，减少焊接应力，减重增效，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需求，有利于加工和使用。

一种铝合金机械手臂轨道大梁空心型材的制造方法，步骤如下：

（1）、评估钢横梁的强度及抵抗变形能力；

（2）、选择6061铝合金为原料，铸造铝合金圆铸锭，6061合金圆铸锭规格为Ф594mm×7000mm，铝合金铸锭中元素的质量百分比如下：Si为0.40%～0.8%，Fe为≤0.7%，Cu为0.15%～0.40%，Mn为≤0.15%，Mg为0.8%～1.2%，Cr为0.04%～0.35%，Zn为≤0.25%，Ti为≤0.15%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.15%，其余为Al；

（3）、设计铝合金机械手臂轨道大梁空心型材结构；

（4）、计算机模拟铝合金机械手臂轨道大梁空心型材受力状态的运动轨迹及变形；

（5）、制作铝合金机械手臂轨道大梁空心型材模具；

（6）、铝合金机械手臂轨道大梁空心型材挤压及在线淬火；

（7）、铝合金机械手臂轨道大梁空心型材时效；

（8）、铝合金机械手臂轨道大梁空心型材取样；

（9）、铝合金机械手臂轨道大梁空心型材铆接，然后将铆接部位铣平，清理毛刺，包装；

（10）、铝合金机械手臂轨道大梁空心型材交货。

本发明的特点还有：

步骤（1）中首先评估钢横梁的强度及抵抗变形能力，为铝合金的材料选择及形状、尺寸设计提供依据。

步骤（2）中铝合金圆铸锭车皮、切头、切尾、取低倍、化学成分、切毛料，毛料规格为Φ580mm×1200mm，均质处理，均质处理加热温度：550-565℃，保温9小时以上，冷却方式采用：大风冷却至200℃，然后水冷降温至室温。

步骤（2）中，铸造铝合金圆铸锭，铝合金铸锭中元素的质量百分比如下：Si为0.65%～0.8%，Fe为≤0.5%，Cu为0.15%～0.30%，Mn为≤0.10%，Mg为1.0%～1.2%，Cr为0.20%～0.35%，Zn为≤0.10%，Ti为≤0.15%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.15%，其余为Al。

步骤（3）中，根据钢结构轨道大梁的尺寸，设计6061铝合金大梁外形尺寸，内部结构则根据受力情况通过内筋支撑达到所需强度，满足载重运动时不变形。

步骤（4）中，通过计算机模拟不断改进，修改存在风险结构，使铝合金机械手臂轨道大梁空心型材受力状态的运动轨迹及变形等同于钢梁，将铝合金机械手臂轨道大梁空心型材分成三部分，然后铆接成整体。

步骤（6）中，铝合金机械手臂轨道大梁空心型材挤压及在线淬火，挤压在125MN挤压机上进行,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，淬火处理淬火温度500-535℃，淬火速度300-350℃/分；控制淬火后的硬度为65HBa以上，利用便携式硬度计监控淬火后的硬度，及时调整挤压速度及铸锭加热温度。

步骤（7）中，轨道大梁空心型材张力拉伸，拉伸率1.0～3.0%，消除淬火应力，然后时效：时效温度150-180℃，金属保温8-15小时，出时效炉。

步骤（8）中，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。

步骤（9）中，铝合金机械手臂轨道大梁空心型材表面检查、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。

本发明提供了利用挤压机批量生产铝合金代替钢材生产铝合金机械手臂轨道大梁空心型材的制造方法。

本发明的有益效果是:

本发明的制备方法，充分评估钢梁的承力状态及运动状态，以此为基准设计铝合金结构，采用组分优选的铝合金，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，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，主要是为了提高轨道大梁空心型材的力学性能，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6061合金的综合性能提高，按照上述原则配制的化学成分，使铝合金机械手臂轨道大梁空心型材合格率稳定在95%以上。步骤二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；步骤六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，步骤七使拉伸率在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6061轨道大梁空心型材在线淬火并满足标准要求，使抗拉强度≥290MPa,屈服强度≥265MPa，伸长率≥15%，布氏硬度≥95HB；国家标准要求：抗拉强度≥260MPa,屈服强度≥240MPa，伸长率≥8%，布氏硬度≥90HB。

本发明的以铝合金代替钢材生产铝合金机械手臂轨道大梁空心型材的制造方法，通过对铝合金机械手臂轨道大梁空心型材结构合理设计，使强度及变形抗力指标完全满足使用要求，铝合金可以取代钢材完成机械传动，铝机械手臂轨道大梁空心型材重量只有钢横梁重量的三分之一，并且机械手臂轨道大梁空心型材的关键结构部位通过挤压一次成型，减少钢材焊接部位产生的使强度减弱的风险。

总之，本发明的以铝合金代替钢材生产铝合金机械手臂轨道大梁空心型材的制造方法，以铝代钢使机械设备轻量化，在起重动力一定的情况下，减轻设备自身重量，提高吊运重量，提高吊运能力，填补国内机械传动设备轻量化的空白。

附图说明

图1为钢横梁的工作状态图。

图2为铝合金机械手臂轨道大梁空心型材分体一结构示意图，

图3为铝合金机械手臂轨道大梁空心型材分体二结构示意图，

图4为铝合金机械手臂轨道大梁空心型材整体结构示意图。

其中，1-大梁。

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1

一种铝合金机械手臂轨道大梁空心型材的制造方法，步骤如下：

一、根据钢结构轨道大梁现在的工作状态已知，钢梁在承受1000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6061铝合金作为以铝代钢合金，铸造铝合金圆铸锭，6061合金圆铸锭规格为Ф594mm×7000mm，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0.10%，Mg为1.15%，Cr为0.1%，Zn为0.10%，Ti为0.10%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.15%，其余为Al，铸造规格：Ф594×7000mm，铸锭车皮至Ф580±2mm，切断尺寸为1250mm，将Ф580±2mm×1250mm铸锭均质处理，加热温度：560±5℃，保温12小时，冷却方式采用：大风冷却至200℃，然后水冷降温至室温；

三、设计铝合金机械手臂轨道大梁空心型材结构如图2、图3，将图2、图3合并成整体（图4）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、图3；

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轨道大梁空心型材模具；

五、铝合金机械手臂轨道大梁空心型材挤压及在线淬火，挤压在125MN挤压机上进行,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510-515℃，淬火速度350℃/分；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。

六、将淬火后的轨道大梁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、铝合金机械手臂轨道大梁空心型材表面检查、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2

对于步骤二中，铸造的铝合金为6061铝合金圆铸锭，规格为Ф580±2mm×1250mm，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Ф594mm×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Φ580mm×1250mm；毛料均质，加热温度：560±5℃，保温12小时，冷却方式：水冷降温＋风冷，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。其他步骤及参数与实施例1相同。

实施例3

对于步骤五中，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℃，其他步骤及参数与实施例1相同。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℃，挤压速度下降到2.5m/min时，挤压机淬火冷：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。

用具体实施例1-3所生产的铝合金机械手臂轨道大梁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 (7)

1.一种铝合金机械手臂轨道大梁空心型材的制造方法，步骤如下：

（1）、评估钢横梁的强度及抵抗变形能力；步骤（1）中首先评估钢横梁的强度及抵抗变形能力，为铝合金的材料选择及形状、尺寸设计提供依据；

（2）、选择6061铝合金为原料，铸造铝合金圆铸锭，6061合金圆铸锭规格为Ф594mm×7000mm，铝合金铸锭中元素的质量百分比如下：Si为0.40%～0.8%，Fe为≤0.7%，Cu为0.15%～0.40%，Mn为≤0.15%，Mg为0.8%～1.2%，Cr为0.04%～0.35%，Zn为≤0.25%，Ti为≤0.15%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.15%，其余为Al；

（3）、设计铝合金机械手臂轨道大梁空心型材结构；步骤（3）中，根据钢结构轨道大梁的尺寸，设计6061铝合金大梁外形尺寸，内部结构则根据受力情况通过内筋支撑达到所需强度，满足载重运动时不变形；

（4）、计算机模拟铝合金机械手臂轨道大梁空心型材受力状态的运动轨迹及变形；步骤（4）中，通过计算机模拟不断改进，修改存在风险结构，使铝合金机械手臂轨道大梁空心型材受力状态的运动轨迹及变形等同于钢梁，将铝合金机械手臂轨道大梁空心型材分成三部分，然后铆接成整体；

（5）、制作铝合金机械手臂轨道大梁空心型材模具；

（6）、铝合金机械手臂轨道大梁空心型材挤压及在线淬火；

（7）、铝合金机械手臂轨道大梁空心型材时效；

（8）、铝合金机械手臂轨道大梁空心型材取样；

（9）、铝合金机械手臂轨道大梁空心型材铆接，然后将铆接部位铣平，清理毛刺，包装；

（10）、铝合金机械手臂轨道大梁空心型材交货。

2.根据权利要求1所述的铝合金机械手臂轨道大梁空心型材的制造方法，其特征在于，步骤（2）中铝合金圆铸锭车皮、切头、切尾、取低倍、化学成分、切毛料，毛料规格为Φ580mm×1200mm，均质处理，均质处理加热温度：550-565℃，保温9小时以上，冷却方式采用：大风冷却至200℃，然后水冷降温至室温。

3.根据权利要求1所述的铝合金机械手臂轨道大梁空心型材的制造方法，其特征在于，步骤（2）中，铸造铝合金圆铸锭，铝合金铸锭中元素的质量百分比如下：Si为0.65%～0.8%，Fe为≤0.5%，Cu为0.15%～0.30%，Mn为≤0.10%，Mg为1.0%～1.2%，Cr为0.20%～0.35%，Zn为≤0.10%，Ti为≤0.15%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.15%，其余为Al。

4.根据权利要求1所述的铝合金机械手臂轨道大梁空心型材的制造方法，其特征在于，步骤（6）中，铝合金机械手臂轨道大梁空心型材挤压及在线淬火，挤压在125MN挤压机上进行,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，淬火处理淬火温度500-535℃，淬火速度300-350℃/分；控制淬火后的硬度为65HBa以上，利用便携式硬度计监控淬火后的硬度，及时调整挤压速度及铸锭加热温度。

5.根据权利要求1所述的铝合金机械手臂轨道大梁空心型材的制造方法，其特征在于，步骤（7）中，轨道大梁空心型材张力拉伸，拉伸率1.0～3.0%，消除淬火应力，然后时效：时效温度150-180℃，金属保温8-15小时，出时效炉。

6.根据权利要求1所述的铝合金机械手臂轨道大梁空心型材的制造方法，其特征在于，步骤（8）中，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。

7.根据权利要求1所述的铝合金机械手臂轨道大梁空心型材的制造方法，其特征在于，步骤（9）中，铝合金机械手臂轨道大梁空心型材表面检查、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。