CN107931434A - 一种变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置及其使用方法 - Google Patents

一种变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置及其使用方法，涉及一种变形铝合金的半固态触变挤压装置及其使用方法。本发明是为了解决目前变形铝合金复杂壳体件的制造方法工序复杂、材料利用率低的技术问题。本发明是由模板、凹模、顶杆、凸模、凸模固定套和环形加热器组成；凸模与凹模合模配合时凸模深入凹模的深度为30mm。本发明的装置的使用方法：一：定量分割成坯料；二：与液压机固定安装；三：加热凸模和凹模；四：加热至半固态温度；五：运输至凹模的型腔内；六：合模；七：在线水淬；八：脱模，空冷至室温；九：热处理后水淬后，自然时效。本发明提出的装置结构简单，大幅度提升了材料利用率和近净成形程度。

Description

一种变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置及其使用 方法
技术领域
发明涉及一种变形铝合金的半固态触变挤压装置及其使用方法。
背景技术
工业生产中有很多复杂形状的变形铝合金壳体零件。这些零件不仅具有非常复杂的形状，而且较高的力学性能要求，所以对制造方法要求非常苛刻。利用传统的铸造成型虽然可以成形出复杂的形状，但是由于变形铝合金合金元素较多，其热烈倾向较大，所以在铸造过程中往往会产生热裂纹，从而影响其成形过程。而且，铸造成型零件的微观组织一般是粗大的树枝晶组成且存在缩孔、缩松等铸造缺陷，所以其成型零件的力学性能也较低，不能满足这类零件对力学性能的要求。某些复杂变形铝合金壳体零件厚度不均匀，具有薄壁、厚壁、凹陷、突起和加强筋等部分，其形状非常复杂。这类零件的制造方法一般为锻坯下料后机械加工和热锻造半成品坯料后机械加工。锻坯下料后机械加工的方法对于复杂形状壳体零件而言，其加工工序复杂，材料利用率仅为20％左右，零件制造成本高。而对于采用热锻造制造半成品的方法而言，由于壳体零件形状非常复杂，其凹陷、薄壁和加强筋部分难以成形，所以不得不采取增加锻造余块，增大加工余量，增大圆角半径和拔模斜度等措施，从而简化锻件形状。这使得锻件的材料利用率也仅为30％左右。而且还需要制坯和预锻模具和工步，工艺非常复杂。所以如何简化工艺流程、提高材料利用率、降低零件成形成本是此类零件成形的发展方向。
半固态触变成形技术就是一种变形铝合金精密近净成形技术。它与常规热锻造技术相比，它具有材料变形抗力低、易成形复杂件的优点。与铸造相比，半固态触变成形技术具有成形零件微观组织致密力学性能高、模具寿命高的优势。半固态触变成形技术是对近球状晶和围绕其周围液相组成的半固态浆料利用锻造或者挤压工艺成形产品的工艺过程。由于半固态浆料是由近球状晶和围绕其周围液相组成，所以其变形抗力较低，流动性较好，特别容易充填模具型腔。这对于成形形状复杂的变形铝合金结构件是非常有利的。利用半固态触变挤压成形技术成形形状复杂的变形铝合金壳体零件，能够发挥半固态成形具有低变形抗力、易充填模具型腔的优势，完成变形铝合金复杂壳体零件的成形。而且，还能借助固相晶粒本身产生的塑性变形和半固态浆料的层流优势增加成形产品的致密程度，从而提升成形壳体零件的力学性能。这是变形铝合金复杂壳体零件控形和控性的双重优势的体现。
发明内容
本发明是为了解决目前变形铝合金复杂壳体件的制造方法工序复杂、材料利用率低、零件制造成本高的技术问题，而提供一种变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置及其使用方法。
本发明的一种变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置是由螺栓1、下模板2、凹模3、顶杆4、上模板5、凸模6、凸模固定套8和环形加热器7组成；
所述的下模板2为一个长方形板，所述的长方形板中面积较大的面的中心处设置一个长方形的通孔2-2，在长方形的通孔2-2的两个较长边的外侧沿着与两个较长边平行的方向分别均匀布置5个圆形通孔2-3；所述的长方形板中面积较大的面上在两个较长边上各设置2个U形通孔2-1；
所述的上模板5为一个长方形板，所述的长方形板中面积较大的面上在两个较长边上各设置2个U形通孔5-1；在长方形板中面积较大的面上靠近四个边各设置一个圆形通孔5-2；
环形加热器7是一个中间空心的圆环形状加热器；
凸模固定套8是一个台阶式的环形板，台阶的下层8-2在环形板的内部，台阶的上层8-1的上表面上均匀布置4个通孔8-3；
顶杆4由大端4-1和小端4-2组成；所述的大端4-1是底面为长方形的棱台且四个侧棱长度相等，所述的小端4-2是一个长方体；所述的长方形的棱台中面积较小的底面的中心与小端的一个面重合固定；所述的大端4-1中面积较大的底面的粗糙度为0.8；所述的大端4-1的四个侧面与竖直方向的夹角为10度；所述的大端4-1的内圆角半径为5mm，外圆角半径为2mm；
所述的凸模6由上部的固定部分6-1、中部的过度部分6-2和下部的主体部分6-3组成；上部的固定部分6-1由两个圆柱体组成，两个圆柱体的端面直径不相等，圆柱体的一个端面与另一个圆柱体的一个端面重合且同轴固定组成两级台阶式圆柱体；所述的中部的过度部分6-2的拔模斜度为1度，粗糙度为0.8；所述的下部的主体部分6-3的拔模斜度为3度，内圆角半径为1.5mm，外圆角半径为1mm，粗糙度为0.8；
所述的凹模3的外形是一个长方体，型腔位于长方体的中心部分且打通长方体的上下表面，型腔由上部的与凸模6配合部分3-2、中部的成形部分3-4、下部的与顶杆大端4-1配合部分3-3和底部的与顶杆小端4-2配合部分3-5组成；型腔在型腔的较长边的两侧沿水平方向各设置3个圆形通孔3-1，3个圆形通孔3-1沿竖直方向依次排列，6个圆形通孔3-1中放置电阻丝和瓷管；所述的上部的与凸模6配合部分3-2的拔模斜度为1度，粗糙度为0.8；所述的中部的成形部分3-4的拔模斜度为3度，粗糙度为0.8；凹模3的底面上均匀布置10个螺纹孔3-6；
凸模6由上部的固定部分6-1的两级台阶中的上层台阶与凸模固定套8的下层8-2台阶扣在一起，螺栓1穿过凸模固定套8的4个通孔8-3和上模板5上的4个圆形通孔5-2把凸模6和上模板5固定在一起，凸模6与凸模固定套8配合间隙为单边0.04mm，凸模6由上部的固定部分6-1的上表面与上模板5的下表面压紧，上模板5的下表面高出凸模固定套8的上表面0.6mm；环形加热器7的内壁与凸模固定套8的外壁固定；
螺栓1通过凹模3的10个螺纹孔3-6和下模板2上的圆形通孔2-3把凹模3和下模板2固定在一起；凹模3的下部的与顶杆大端配合部分3-3中放入顶杆大端4-1，顶杆4的小端4-2从凹模3的底部的与顶杆小端配合部分3-5和下模板2的长方形的通孔2-2中穿出；顶杆大端4-1与凹模3的单边间隙为0.15mm；
凸模6与凹模3合模配合时，凸模6中部的过度部分6-2深入凹模3的深度为30mm，凸模6与凹模3的单边间隙为0.15mm。
本发明的变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置的使用方法是按照以下步骤进行的：
步骤一：将热轧板材定量分割成坯料；所述的坯料的体积是欲成形变形铝合金壳体件的1.11倍；所述的坯料是在长方体的一个平面上的两个相对的边上各去掉一个三棱柱得到的物体；所述的坯料中的长和宽均比欲成形变形铝合金壳体件相对应位置的长和宽小2mm～3mm；
步骤二：将上模板5的4个U形通孔5-1利用T型螺栓与5000kN的液压机活动横梁固定安装，将下模板2的4个U形通孔2-1与5000kN的液压机活动下梁固定安装；将顶杆4放入凹模3的型腔中；
步骤三：利用液压机将凸模6深入到凹模3内25mm～30mm，利用凹模3的圆形通孔3-1中的电阻丝和瓷管以及环形加热器7分别加热凹模3和凸模6至110℃～150℃，然后利用喷枪将混有石墨的水溶液润滑剂均匀地喷涂在凸模6、凹模3和顶杆4组成的型腔表面，然后分别将凹模3和凸模6加热至430℃～460℃和360℃～370℃；所述的石墨的水溶液润滑剂是由石墨粉和水混合而成，石墨粉的质量分数为3％～5％；
步骤四：将功率为5kW的电阻炉升温至欲成形半固态触变挤压复杂壳体件所需的半固态温度保温30min～40min，然后利用夹钳将步骤一的坯料放在钢板上一起放入电阻炉中进行加热至半固态温度，得到半固态坯料9；
步骤五：利用压力机将凸模6与凹模3分离300mm～350mm，然后利用夹钳夹持钢板将半半固态坯料9运输至凹模3的型腔内；
步骤六：利用压力机带动凸模6下行，与凹模3合模实施半固态触变成形，压力控制在为192MPa，保压时间为36s；
步骤七：压力机带动凸模6回程300mm～360mm，进行在线水淬；所述的在线水淬为：将室温水浇至凹模3中的半固态触变挤压的变形铝合金壳体件上降温冷却收缩；所述的室温水的体积与步骤一的坯料的体积比为2:1；
步骤八：压力机顶出顶杆4将半固态触变挤压的变形铝合金件顶出，取出后空冷至室温；
步骤九：将电阻炉升温至470℃并保温20min，将室温的半固态触变挤压的变形铝合金壳体件放置在电阻炉中在470℃保温2小时后水淬后取出，室温自然时效72小时。
本发明的有益效果是：
(一)本发明提出的变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置结构简单，制造成本低，只需要一套模具就能够实现复杂壳体零件的近净成形制造，而且能够较容易实现顶出和合模，成形零件的节奏紧凑；
(二)本发明提出的变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置采用精密设计原则，减小拔模斜度、机加余量和圆角半径，大幅度提升了材料利用率和近净成形程度；
(三)本发明提出的变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置的使用方法操作简单，短流程，低成本；半固态坯料制备只需要将轧制板材根据所成形零件的体积并考虑生成毛刺体积进行分割；半固态制坯所需要的装备仅为常规电阻炉，制坯成本低且短流程；半固态触变挤压成形过程与常规热锻造基本一致，但材料流动充填能力明显提升；
(四)本发明提出的变形铝合金复杂壳体零件半固态触变挤压成形的复杂壳体件材料利用高，相比于锻坯下料后机械加工的技术路线，本发明提出的半固态触变挤压成形零件的材料利用率由原来的20％提升至50％以上。较锻造半成品后机械加工的技术路线，材料利用率也由30％提升至50％以上。
附图说明
图1为具体实施方式一中的变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置的示意图；
图2为图1中的A-A剖视图，9为半固态坯料；
图3为具体实施方式一中的上模板的示意图；
图4为凸模固定套的示意图；
图5为图4的A-A剖视图；
图6为下模板的示意图；
图7为顶杆的示意图；
图8为凸模的示意图；
图9为图8的仰视图；
图10为具体实施方式一中的凹模的俯视示意图；
图11为图10的A-A剖视图；
图12为图10的B-B剖视图；
图13为图11的仰视图；
图14为环形加热器的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-14，本实施方式为一种变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置，具体是由螺栓1、下模板2、凹模3、顶杆4、上模板5、凸模6、凸模固定套8和环形加热器7组成；
所述的下模板2为一个长方形板，所述的长方形板中面积较大的面的中心处设置一个长方形的通孔2-2，在长方形的通孔2-2的两个较长边的外侧沿着与两个较长边平行的方向分别均匀布置5个圆形通孔2-3；所述的长方形板中面积较大的面上在两个较长边上各设置2个U形通孔2-1；
所述的上模板5为一个长方形板，所述的长方形板中面积较大的面上在两个较长边上各设置2个U形通孔5-1；在长方形板中面积较大的面上靠近四个边各设置一个圆形通孔5-2；
环形加热器7是一个中间空心的圆环形状加热器；
凸模固定套8是一个台阶式的环形板，台阶的下层8-2在环形板的内部，台阶的上层8-1的上表面上均匀布置4个通孔8-3；
顶杆4由大端4-1和小端4-2组成；所述的大端4-1是底面为长方形的棱台且四个侧棱长度相等，所述的小端是一个长方体；所述的长方形的棱台中面积较小的底面的中心与小端的一个面重合固定；所述的大端中面积较大的底面的粗糙度为0.8；所述的大端的四个侧面与竖直方向的夹角为10度；所述的大端的内圆角半径为5mm，外圆角半径为2mm；
所述的凸模6由上部的固定部分6-1、中部的过度部分6-2和下部的主体部分6-3组成；上部的固定部分6-1由两个圆柱体组成，两个圆柱体的端面直径不相等，圆柱体的一个端面与另一个圆柱体的一个端面重合且同轴固定组成两级台阶式圆柱体；所述的中部的过度部分6-2的拔模斜度为1度，粗糙度为0.8；所述的下部的主体部分6-3的拔模斜度为3度，内圆角半径为1.5mm，外圆角半径为1mm，粗糙度为0.8，下部的主体部分6-3的成形的具体结构根据实际工件形状确定；
所述的凹模3的外形是一个长方体，型腔位于长方体的中心部分且打通长方体的上下表面，型腔由上部的与凸模6配合部分3-2、中部的成形部分3-4、下部的与顶杆大端4-1配合部分3-3和底部的与顶杆小端4-2配合部分3-5组成；在型腔的较长边的两侧沿水平方向各设置3个圆形通孔3-1，3个圆形通孔3-1沿竖直方向依次排列，6个圆形通孔3-1中放置电阻丝和瓷管；所述的上部的与凸模6配合部分3-2的拔模斜度为1度，粗糙度为0.8；所述的中部的成形部分3-4的拔模斜度为3度，粗糙度为0.8；凹模3的底面上均匀布置10个螺纹孔3-6；
凸模6由上部的固定部分6-1的两级台阶中的上层台阶与凸模固定套8的下层8-2台阶扣在一起，螺栓1穿过凸模固定套8的4个通孔8-3和上模板5上的4个圆形通孔5-2把凸模6和上模板5固定在一起，凸模6与凸模固定套8配合间隙为单边0.04mm，凸模6由上部的固定部分6-1的上表面与上模板5的下表面压紧，上模板5的下表面高出凸模固定套8的上表面0.6mm；环形加热器7的内壁与凸模固定套8的外壁固定；
螺栓1通过凹模3的10个螺纹孔3-6和下模板2上的圆形通孔2-3把凹模3和下模板2固定在一起；凹模3的下部的与顶杆大端配合部分3-3中放入顶杆大端4-1，顶杆4的小端4-2从凹模3的底部的与顶杆小端配合部分3-5和下模板2的长方形的通孔2-2中穿出；顶杆大端4-1与凹模3的单边间隙为0.15mm；
凸模6与凹模3合模配合时，凸模6中部的过度部分6-2深入凹模3的深度为30mm，凸模6与凹模3的单边间隙为0.15mm。
具体实施方式二：本实施方式为具体实施方式一中的变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置的使用方法，具体是按照以下步骤进行的：
步骤一：将热轧板材定量分割成坯料；所述的坯料的体积是欲成形变形铝合金壳体件的1.11倍；所述的坯料是在长方体的一个平面上的两个相对的边上各去掉一个三棱柱得到的物体；所述的坯料中的长和宽均比欲成形变形铝合金壳体件相对应位置的长和宽小2mm～3mm；
步骤二：将上模板5的4个U形通孔5-1利用T型螺栓与5000kN的液压机活动横梁固定安装，将下模板2的4个U形通孔2-1与5000kN的液压机活动下梁固定安装；将顶杆4放入凹模3的型腔中；
步骤三：利用液压机将凸模6深入到凹模3内25mm～30mm，利用凹模3的圆形通孔3-1中的电阻丝和瓷管以及环形加热器7分别加热凹模3和凸模6至110℃～150℃，然后利用喷枪将混有石墨的水溶液润滑剂均匀地喷涂在凸模6、凹模3和顶杆4组成的型腔表面，然后分别将凹模3和凸模6加热至430℃～460℃和360℃～370℃；所述的石墨的水溶液润滑剂是由石墨粉和水混合而成，石墨粉的质量分数为3％～5％；本实施方式采取凸模和凹模加热的温度不同的技术，凸模加热的温度相对较低，使得欲成形半固态触变挤压复杂壳体件的加强筋强度高，有利于成型以及脱模；
步骤四：将功率为5kW的电阻炉升温至欲成形半固态触变挤压复杂壳体件所需的半固态温度保温30min～40min，然后利用夹钳将步骤一的坯料放在钢板上一起放入电阻炉中进行加热至半固态温度，得到半固态坯料9；
步骤五：利用压力机将凸模6与凹模3分离300mm～350mm，然后利用夹钳夹持钢板将半固态坯料9运输至凹模3的型腔内；
步骤六：利用压力机带动凸模6下行，与凹模3合模实施半固态触变成形，压力控制在为192MPa，保压时间为36s，凹模3和凸模6的加热温度分别为430℃～460℃和360℃～370℃；
步骤七：压力机带动凸模6回程300mm～360mm，进行在线水淬；所述的在线水淬为：将室温水浇至凹模3中的半固态触变挤压的变形铝合金壳体件上降温冷却收缩；所述的室温水的体积与步骤一的坯料的体积比为2:1；
步骤八：压力机顶出顶杆4将半固态触变挤压的变形铝合金件顶出，取出后空冷至室温；
步骤九：将电阻炉升温至470℃并保温20min，将室温的半固态触变挤压的变形铝合金壳体件放置在电阻炉中在470℃保温2小时后水淬后取出，室温自然时效72小时。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一中所述坯料为2A12铝合金。其他与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：步骤四中所述的欲成形半固态触变挤压复杂壳体件所需的半固态温度为620℃。其他与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的顶杆4的大端4-1的四个侧壁的粗糙度为1.6；所述的凹模3的下部的与顶杆大端配合部分3-3的侧壁的粗糙度为1.6。其他与具体实施方式一相同。
用以下试验对本发明进行验证：
试验一：本试验为一种变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置，具体是由螺栓1、下模板2、凹模3、顶杆4、上模板5、凸模6、凸模固定套8和环形加热器7组成；
所述的下模板2为一个长方形板，所述的长方形板中面积较大的面的中心处设置一个长方形的通孔2-2，在长方形的通孔2-2的两个较长边的外侧沿着与两个较长边平行的方向分别均匀布置5个圆形通孔2-3；所述的长方形板中面积较大的面上在两个较长边上各设置2个U形通孔2-1；
所述的上模板5为一个长方形板，所述的长方形板中面积较大的面上在两个较长边上各设置2个U形通孔5-1；在长方形板中面积较大的面上靠近四个边各设置一个圆形通孔5-2；
环形加热器7是一个中间空心的圆环形状加热器；
凸模固定套8是一个台阶式的环形板，台阶的下层8-2在环形板的内部，台阶的上层8-1的上表面上均匀布置4个通孔8-3；
顶杆4由大端4-1和小端4-2组成；所述的大端4-1是底面为长方形的棱台且四个侧棱长度相等，所述的小端4-2是一个长方体；所述的长方形的棱台中面积较小的底面的中心与小端4-2的一个面重合固定；所述的大端4-1中面积较大的底面的粗糙度为0.8；所述的大端4-1的四个侧面与竖直方向的夹角为10度；所述的大端4-1的内圆角半径为5mm，外圆角半径为2mm；
所述的凸模6由上部的固定部分6-1、中部的过度部分6-2和下部的主体部分6-3组成；上部的固定部分6-1由两个圆柱体组成，两个圆柱体的端面直径不相等，圆柱体的一个端面与另一个圆柱体的一个端面重合且同轴固定组成两级台阶式圆柱体；所述的中部的过度部分6-2的拔模斜度为1度，粗糙度为0.8；所述的下部的主体部分6-3的拔模斜度为3度，内圆角半径为1.5mm，外圆角半径为1mm，粗糙度为0.8，下部的主体部分6-3的成形的具体结构如图9中的6-3所示，高度为45.3mm，长度为287.3mm，宽度为122mm；
所述的凹模3的外形是一个长方体，型腔位于长方体的中心部分且打通长方体的上下表面，长方体的上表面的长为287.6mm，宽为322mm，长方体的高度为230mm，型腔最长部分为287.6mm，最宽部分为122.3mm，最深部分为81.4mm，型腔由上部的与凸模6配合部分3-2、中部的成形部分3-4、下部的与顶杆大端4-1配合部分3-3和底部的与顶杆小端4-2配合部分3-5组成；在型腔的较长边的两侧沿水平方向各设置3个圆形通孔3-1，3个圆形通孔3-1沿竖直方向依次排列，6个圆形通孔3-1中放置电阻丝和瓷管；所述的上部的与凸模6配合部分3-2的拔模斜度为1度，粗糙度为0.8；所述的中部的成形部分3-4的拔模斜度为3度，粗糙度为0.8；凹模3的底面上均匀布置10个螺纹孔3-6；
凸模6由上部的固定部分6-1的两级台阶中的上层台阶与凸模固定套8的下层8-2台阶扣在一起，螺栓1穿过凸模固定套8的4个通孔8-3和上模板5上的4个圆形通孔5-2把凸模6和上模板5固定在一起，凸模6与凸模固定套8配合间隙为单边0.04mm，凸模6由上部的固定部分6-1的上表面与上模板5的下表面压紧，上模板5的下表面高出凸模固定套8的上表面0.6mm；环形加热器7的内壁与凸模固定套8的外壁固定；
螺栓1通过凹模3的10个螺纹孔3-6和下模板2上的圆形通孔2-3把凹模3和下模板2固定在一起；凹模3的下部的与顶杆大端4-1配合部分3-3中放入顶杆大端4-1，顶杆4的小端4-2从凹模3的底部的与顶杆小端4-2配合部分3-5和下模板2的长方形的通孔2-2中穿出；顶杆大端4-1与凹模3的单边间隙为0.15mm；
凸模6与凹模3合模配合时，凸模6中部的过度部分6-2深入凹模3的深度为30mm，凸模6与凹模3的单边间隙为0.15mm。
具体实施方式二：本实施方式为具体实施方式一中的变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置的使用方法，具体是按照以下步骤进行的：
步骤一：将热轧板材定量分割成坯料；所述的坯料的体积是欲成形变形铝合金壳体件的1.11倍；所述的坯料是在长方体的一个平面上的两个相对的边上各去掉一个三棱柱得到的物体，所述的长方体的长宽高分别为236mm、110mm和31.8mm；所述的三棱柱的底面为一个直角三角形，两个直角边分别为23mm和20mm；
所述的坯料中的长和宽均比欲成形变形铝合金壳体件相对应位置的长和宽小2mm～3mm；
步骤二：将上模板5的4个U形通孔5-1利用T型螺栓与5000kN的液压机活动横梁固定安装，将下模板2的4个U形通孔2-1与5000kN的液压机活动下梁固定安装；将顶杆4放入凹模3的型腔中；
步骤三：利用液压机将凸模6深入到凹模3内25mm～30mm，利用凹模3的圆形通孔3-1中的电阻丝和瓷管以及环形加热器7分别加热凹模3和凸模6至110℃～150℃，然后利用喷枪将混有石墨的水溶液润滑剂均匀地喷涂在凸模6、凹模3和顶杆4组成的型腔表面，然后分别将凹模3和凸模6加热至430℃～460℃和360℃～370℃；所述的石墨的水溶液润滑剂是由石墨粉和水混合而成，石墨粉的质量分数为3％～5％；本实施方式采取凸模和凹模加热的温度不同的技术，凸模加热的温度相对较低，使得欲成形半固态触变挤压复杂壳体件的加强筋强度高，有利于成型以及脱模；
步骤四：将功率为5kW的电阻炉升温至欲成形半固态触变挤压复杂壳体件所需的半固态温度保温30min～40min，然后利用夹钳将步骤一的坯料放在钢板上一起放入电阻炉中进行加热至半固态温度，得到半固态坯料9；
步骤五：利用压力机将凸模6与凹模3分离300mm～350mm，然后利用夹钳夹持钢板将半固态坯料9运输至凹模3的型腔内；
步骤六：利用压力机带动凸模6下行，与凹模3合模实施半固态触变成形，压力控制在为192MPa，保压时间为36s，凹模3和凸模6的加热温度分别为430℃～460℃和360℃～370℃；
步骤七：压力机带动凸模6回程300mm～360mm，进行在线水淬；所述的在线水淬为：将室温水浇至凹模3中的半固态触变挤压的变形铝合金壳体件上降温冷却收缩；所述的室温水的体积与步骤一的坯料的体积比为2:1；
步骤八：压力机顶出顶杆4将半固态触变挤压的变形铝合金件顶出，取出后空冷至室温；
步骤九：将电阻炉升温至470℃并保温20min，将室温的半固态触变挤压的变形铝合金壳体件放置在电阻炉中在470℃保温2h后水淬后取出，室温自然时效72h；
步骤一中所述坯料为2A12铝合金；步骤四中所述的欲成形半固态触变挤压复杂壳体件所需的半固态温度为620℃；所述的顶杆4的大端4-1的四个侧壁的粗糙度为1.6；所述的凹模3的下部的与顶杆大端配合部分3-3的侧壁的粗糙度为1.6。
本试验获得的半固态触变挤压成形的变形铝合金支架表面质量良好，零件充型完整，微观组织具备变形组织特征；力学性能达到：抗拉强度大于380MPa，延伸率大于16％。

Claims (5)

1.一种变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置，其特征在于变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置是由螺栓(1)、下模板(2)、凹模(3)、顶杆(4)、上模板(5)、凸模(6)、凸模固定套(8)和环形加热器(7)组成；
所述的下模板(2)为一个长方形板，所述的长方形板中面积较大的面的中心处设置一个长方形的通孔(2-2)，在长方形的通孔(2-2)的两个较长边的外侧沿着与两个较长边平行的方向分别均匀布置5个圆形通孔(2-3)；所述的长方形板中面积较大的面上在两个较长边上各设置2个U形通孔(2-1)；
所述的上模板(5)为一个长方形板，所述的长方形板中面积较大的面上在两个较长边上各设置2个U形通孔(5-1)；在长方形板中面积较大的面上靠近四个边各设置一个圆形通孔(5-2)；
环形加热器(7)是一个中间空心的圆环形状加热器；
凸模固定套(8)是一个台阶式的环形板，台阶的下层(8-2)在环形板的内部，台阶的上层(8-1)的上表面上均匀布置4个通孔(8-3)；
顶杆(4)由大端(4-1)和小端(4-2)组成；所述的大端(4-1)是底面为长方形的棱台且四个侧棱长度相等，所述的小端(4-2)是一个长方体；所述的长方形的棱台中面积较小的底面的中心与小端(4-2)的一个面重合固定；所述的大端(4-1)中面积较大的底面的粗糙度为0.8；所述的大端(4-1)的四个侧面与竖直方向的夹角为10度；所述的大端(4-1)的内圆角半径为5mm，外圆角半径为2mm；
所述的凸模(6)由上部的固定部分(6-1)、中部的过度部分(6-2)和下部的主体部分(6-3)组成；上部的固定部分(6-1)由两个圆柱体组成，两个圆柱体的端面直径不相等，圆柱体的一个端面与另一个圆柱体的一个端面重合且同轴固定组成两级台阶式圆柱体；所述的中部的过度部分(6-2)的拔模斜度为1度，粗糙度为0.8；所述的下部的主体部分(6-3)的拔模斜度为3度，内圆角半径为1.5mm，外圆角半径为1mm，粗糙度为0.8；
所述的凹模(3)的外形是一个长方体，型腔位于长方体的中心部分且打通长方体的上下表面，型腔由上部的与凸模(6)配合部分(3-2)、中部的成形部分(3-4)、下部的与顶杆大端(4-1)配合部分(3-3)和底部的与顶杆小端(4-2)配合部分(3-5)组成；在型腔的较长边的两侧沿水平方向各设置3个圆形通孔(3-1)，3个圆形通孔(3-1)沿竖直方向依次排列，6个圆形通孔(3-1)中放置电阻丝和瓷管；所述的上部的与凸模(6)配合部分(3-2)的拔模斜度为1度，粗糙度为0.8；所述的中部的成形部分(3-4)的拔模斜度为3度，粗糙度为0.8；凹模(3)的底面上均匀布置10个螺纹孔(3-6)；
凸模(6)由上部的固定部分(6-1)的两级台阶中的上层台阶与凸模固定套(8)的下层(8-2)台阶扣在一起，螺栓(1)穿过凸模固定套(8)的4个通孔(8-3)和上模板(5)上的4个圆形通孔(5-2)把凸模(6)和上模板(5)固定在一起，凸模(6)与凸模固定套(8)配合间隙为单边0.04mm，凸模(6)由上部的固定部分(6-1)的上表面与上模板(5)的下表面压紧，上模板(5)的下表面高出凸模固定套(8)的上表面0.6mm；环形加热器(7)的内壁与凸模固定套(8)的外壁固定；
螺栓(1)通过凹模(3)的10个螺纹孔(3-6)和下模板(2)上的10个圆形通孔(2-3)把凹模(3)和下模板(2)固定在一起；凹模(3)的下部的与顶杆大端(4-1)配合部分(3-3)中放入顶杆大端(4-1)，顶杆(4)的小端(4-2)从凹模(3)的底部的与顶杆小端(4-2)配合部分(3-5)和下模板(2)的长方形的通孔(2-2)中穿出；顶杆大端(4-1)与凹模(3)的单边间隙为0.15mm；
凸模(6)与凹模(3)合模配合时，凸模(6)中部的过度部分(6-2)深入凹模(3)的深度为30mm，凸模(6)与凹模(3)的单边间隙为0.15mm。
2.根据权利要求1所述的一种变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置，其特征在于所述的顶杆(4)的大端(4-1)的四个侧壁的粗糙度为1.6；所述的凹模(3)的下部的与顶杆大端(4-1)配合部分(3-3)的侧壁的粗糙度为1.6。
3.如权利要求1所述的一种变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置的使用方法，其特征在于变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置的使用方法是按照以下步骤进行的：
步骤一：将热轧板材定量分割成坯料；所述的坯料的体积是欲成形变形铝合金壳体件的1.11倍；所述的坯料是在长方体的一个平面上的两个相对的边上各去掉一个三棱柱得到的物体；所述的坯料中的长和宽均比欲成形变形铝合金壳体件相对应位置的长和宽小2mm～3mm；
步骤二：将上模板(5)的4个U形通孔(5-1)利用T型螺栓与5000kN的液压机活动横梁固定安装，将下模板(2)的4个U形通孔(2-1)与5000kN的液压机活动下梁固定安装，将顶杆(4)放入凹模(3)的型腔中；
步骤三：利用液压机将凸模(6)深入到凹模(3)内25mm～30mm，利用凹模(3)的圆形通孔(3-1)中的电阻丝和瓷管以及环形加热器(7)分别加热凹模(3)和凸模(6)至110℃～150℃，然后利用喷枪将混有石墨的水溶液润滑剂均匀地喷涂在凸模(6)、凹模(3)和顶杆(4)组成的型腔表面，然后分别将凹模(3)和凸模(6)加热至430℃～460℃和360℃～370℃；所述的石墨的水溶液润滑剂是由石墨粉和水混合而成，石墨粉的质量分数为3％～5％；
步骤四：将功率为5kW的电阻炉升温至欲成形半固态触变挤压复杂壳体件所需的半固态温度保温30min～40min，然后利用夹钳将步骤一的坯料放在钢板上一起放入电阻炉中进行加热至半固态温度，得到半固态坯料(9)；
步骤五：利用压力机将凸模(6)与凹模(3)分离300mm～350mm，然后利用夹钳夹持钢板将半固态坯料(9)运输至凹模(3)的型腔内；
步骤六：利用压力机带动凸模(6)下行，与凹模(3)合模实施半固态触变成形，压力控制在为192MPa，保压时间为36s，凹模(3)和凸模(6)的加热温度分别为430℃～460℃和360℃～370℃；
步骤七：压力机带动凸模(6)回程300mm～360mm，进行在线水淬；所述的在线水淬为：将室温水浇至凹模(3)中的半固态触变挤压的变形铝合金壳体件上降温冷却收缩；所述的室温水的体积与步骤一的坯料的体积比为2:1；
步骤八：压力机顶出顶杆(4)将半固态触变挤压的变形铝合金件顶出，取出后空冷至室温；
步骤九：将电阻炉升温至470℃并保温20min，将室温的半固态触变挤压的变形铝合金壳体件放置在电阻炉中在470℃保温2h后水淬后取出，室温自然时效72小时。
4.根据权利要求3所述的一种变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置的使用方法，其特征在于步骤一中所述坯料为2A12铝合金。
5.根据权利要求3所述的一种变形铝合金复杂壳体件半固态触变挤压装置的使用方法，其特征在于步骤四中所述的欲成形半固态触变挤压复杂壳体件所需的半固态温度为620℃。
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