CN108588358B - 一种铝合金强制定型装置及铝合金热处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种铝合金强制定型装置及铝合金热处理方法，涉及铝合金加工技术领域。本发明实施例的铝合金强制定型装置包括底座，以及多个线形排列的单件夹具，单件夹具包括垂直于底座设置、供铝合金型材穿过的框架，以及设置于框架上的定位块和两个矫直件，定位块抵压于框架内的铝合金型材的上表面，两个矫直件一一对应抵压于框架内的铝合金型材的两侧面，该铝合金强制定型装置能够使铝合金制品定型，防止热处理时发生变形。本发明实施例的铝合金热处理方法是采用上述的铝合金强制定型装置将铝合金型材定位，再进行淬火处理或时效处理或淬火+时效处理，该方法能够有效解决铝合金热处理出现的弯曲变形问题，获得直线度佳的铝合金制品，满足航空使用的需求。

Description

一种铝合金强制定型装置及铝合金热处理方法
技术领域
本发明涉及铝合金加工技术领域，具体而言，涉及一种铝合金强制定型装置及铝合金热处理方法。
背景技术
目前，商业飞机向着更大、更快、寿命更长的方向发展，市场激烈的竞争使飞机制造商不得不对飞机结构件的设计和材料性能提出更高的要求。飞机的设计重点已从最初的静强度设计发展到安全寿命设计、安全寿命/破损安全设计、安全寿命/损伤容限设计和耐久性/损伤容限设计。随着飞机的大型化，飞机的结构件的尺寸相应变大，结构件朝着更轻、更大、性能更高、更可靠、寿命更长、成本更低的方向发展，整体构件逐渐代替组件结构。因此，对结构材料性能及其均匀性、尺寸精度的要求越来越高。
2系、7系合金型材是应用广泛的航空飞机结构材料，目前关于2系、7系铝合金材料的研究很多，但大多集中在改善铝合金性能的方法方面：比如，(1)对合金成分进行调整，包括实行微合金化、优化合金元素含量、添加稀土元素和降低杂质含量等；(2)改进合金热处理制度，调整合金的微观组织，控制析出相的形貌、数量及分布；(3)采用先进的合金制备方法。目前而言形变热处理是改变合金析出情况的有效方法，但对2系、7系合金进行固溶淬火处理后，型材会出现弯曲变形的问题，这是因为型材在淬火过程中因淬火水量配方设定不当，尤其对于复杂型材而言，很难确定合理的淬火参数，淬火不均匀会导致应力集中，型材变形。虽然通过后续的拉伸矫直处理可以适当解决该问题，但型材停放一段时间以后，又会出现变形问题。另外，淬火完成后的型材在进行人工时效或自然时效的过程中，因应力未完全释放，型材也会出现变形问题。
因此，探索一种防止铝合金型材在淬火和时效过程中弯曲变形的热处理方法，以满足航空用型材对尺寸的要求是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝合金强制定型装置，其能够使铝合金制品定型，防止热处理时发生变形。
本发明的另一目的在于提供一种铝合金热处理方法，其能够有效解决铝合金热处理出现的弯曲变形问题，获得直线度佳的铝合金制品，满足航空使用的需求。
本发明的实施例是这样实现的：
一种铝合金强制定型装置，其包括底座，以及多个线形排列的单件夹具，单件夹具包括垂直于底座设置、供铝合金型材穿过的框架，以及设置于框架上的定位块和两个矫直件，定位块抵压于框架内的铝合金型材的上表面，两个矫直件一一对应抵压于框架内的铝合金型材的两侧面。
在本发明较佳的实施例中，上述框架包括两块分别垂直于底座设置的壁板，以及连接于两块壁板顶部的盖板，定位块设置于盖板上，矫直件一一对应设置于两块壁板上。
在本发明较佳的实施例中，上述盖板上垂直插设有可沿插入方向移动的连接件，连接件位于框架内的端部与定位块固定在一起。
在本发明较佳的实施例中，上述矫直件垂直插设于壁板上，且可沿插入方向移动，矫直件位于框架内的端部还固定连接有矫直板。
一种铝合金热处理方法，其包括以下步骤：
采用上述的铝合金强制定型装置将铝合金型材定位，再进行淬火处理；或采用上述的铝合金强制定型装置将铝合金型材定位，再进行时效处理；或采用上述的铝合金强制定型装置将铝合金型材定位，再进行淬火+时效处理。
在本发明较佳的实施例中，上述铝合金为2系或7系铝合金型材，可选的，2系铝合金型材为2026铝合金和2024铝合金，7系铝合金型材为7150铝合金、7175铝合金、7055铝合金和7075铝合金。
在本发明较佳的实施例中，上述铝合金型材是挤压铝合金铸棒得到，挤压工艺条件为：2系铝合金铸棒加热温度为320～380℃，型材挤压速度0.8～2.0m/min，出料口温度为＞350℃；7系铝合金铸棒加热温度为330～400℃，型材挤压速度0.6～1.8m/min，出料口温度为＞360℃。
在本发明较佳的实施例中，上述淬火工艺条件为：2系铝合金的固溶温度为490～500℃，保温时间为120～150min；7系铝合金的固溶温度为470～490℃，保温时间为120～150min。
在本发明较佳的实施例中，上述还包括以下步骤：
将淬火型材经过拉伸、折弯后得到定型型材；
将定型型材进行人工时效或自然时效获得最终产品。
在本发明较佳的实施例中，上述淬火型材在淬火处理完成6h内完成拉伸，拉伸率控制在1～3％，再进行折弯。
本发明实施例的有益效果是：本发明实施例的铝合金强制定型装置包括底座，以及多个线形排列的单件夹具，单件夹具包括垂直于底座设置、供铝合金型材穿过的框架，以及设置于框架上的定位块和两个矫直件，定位块抵压于框架内的铝合金型材的上表面，两个矫直件一一对应抵压于框架内的铝合金型材的两侧面，该铝合金强制定型装置能够使铝合金制品定型，防止热处理时发生变形。本发明实施例的铝合金热处理方法是采用上述的铝合金强制定型装置，将挤压所得的铝合金型材定位，再进行淬火处理，得到淬火型材，该方法能够有效解决铝合金热处理出现的弯曲变形问题，获得直线度佳的铝合金制品，满足航空使用的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种铝合金强制定型装置的结构示意图；
图2为图1中单件夹具部分的结构示意图；
图3为图2另一视角的结构示意图。
图标：100-铝合金强制定型装置；110-底座；111-横杆；120-单件夹具；130-框架；131-壁板；132-盖板；140-定位块；141-连接件；150-矫直件；151-移动槽；152-紧固件；001-铝合金型材。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参照图1至图3所示，本实施例提供一种铝合金强制定型装置100，其包括底座110，以及多个线形排列的单件夹具120，单件夹具120包括垂直于底座110设置、供铝合金型材001穿过的框架130，以及设置于框架130上的定位块140和两个矫直件150，定位块140抵压于框架130内的铝合金型材001的上表面，两个矫直件150一一对应抵压于框架130内的铝合金型材001的两侧面。门型截面的单件夹具120用于固定铝合金型材001，线形排列的单件夹具120共同作用能够将铝合金型材001线形固定，再一同进行淬火等热处理；在热处理过程中，底座110托住铝合金型材001的下表面，定位块140抵压住铝合金型材001的上表面，矫直件150抵压住铝合金型材001的侧面，从而使铝合金型材001定型，可以有效解决铝合金型材001热处理出现的弯曲、变形等问题，获得直线度佳的铝合金制品，满足航空使用的需求。
本实施例中，每个框架130所在平面与单件夹具120的排列方向垂直，保证铝合金型材001垂直穿过每一个框架130，并通过定位块140和矫直件150固定，通过单间夹具就可保证铝合金型材001从始至终的直线度。单件夹具120数量根据铝合金型材001的长度而定，铝合金型材001的长度大，单件夹具120的数量就多，要能将铝合金型材001长度方向的各个位置固定住，两相邻的单件夹具120之间的间距一般为2～3m。
本实施例中，底座110包括多根平行、间隔排列的横杆111，每根横杆111上均设置有单件夹具120，所有横杆111上的单件夹具120线形排列成一组，每组单件夹具120将铝合金型材001垂直固定在每根横杆111上。横杆111之间的间隔能够使横杆111之间的铝合金型材001热处理均匀，从而使铝合金型材001的整体受热均匀。
本实施例中，单件夹具120通过焊接固定在底座110上，由于定位块140和矫直件150直接抵压在铝合金型材001上，并一同进行热处理，为了防止定位块140和矫直件150由于热处理与铝合金型材001粘连在一起，定位块140和矫直件150采用强度高、耐高温的材料制成，比如陶瓷制成。
本实施例中，框架130包括两块分别垂直于底座110设置的壁板131，以及连接于两块壁板131顶部的盖板132，定位块140设置于盖板132上，矫直件150一一对应设置于两块壁板131上。
盖板132上垂直插设有可沿插入方向移动的连接件141，连接件141位于框架130内的端部与定位块140固定在一起。通过调节连接件141，使定位块140在框架130内的位置可升降，从而保证定位块140抵压住框架130内的铝合金型材001，通用性强。连接件141可以是螺钉，通过调节螺钉可以带动定位块140移动，从而压紧铝合金型材001。
本实施例中，矫直件150垂直插设于壁板131上，且可沿插入方向移动，矫直件150可以为内六角螺钉，通过移动内六角螺钉，对铝合金型材001施力的两侧矫直定型；矫直件150位于框架130内的端部还固定连接有矫直板，矫直板的设置能够增大矫直件150对铝合金型材001的抵压面积，从而增强抵压效果。可选的，壁板131上开设有相对底座110垂直设置的移动槽151，矫直件150插入移动槽151内，且可沿移动槽151移动，矫直件150位于框架130外的端部设置有用于固定矫直件150的紧固件152。通过调节矫直件150在移动槽151位置的调节，保证矫直件150或矫直板抵压住框架130内的铝合金型材001，并通过紧固件152定位，通用性强。
本实施例还提供一种铝合金热处理方法，铝合金为2系铝合金或7系铝合金，可选地，2系铝合金为2026铝合金和2024铝合金，7系铝合金为7150铝合金、7175铝合金、7055铝合金和7075铝合金。该铝合金热处理方法包括以下步骤：
S1挤压：采用150MN挤压机挤压铝合金铸棒获得铝合金型材001，挤压工艺条件为：2系铝合金铸棒加热温度为320～380℃，型材挤压速度0.8～2.0m/min，出料口温度为＞350℃；7系铝合金铸棒加热温度为330～400℃，型材挤压速度0.6～1.8m/min，出料口温度为＞360℃。
S2淬火：淬火处理时可以采用上述的铝合金强制定型装置100将挤压所得的铝合金型材001定位，再进行淬火处理，得到淬火型材。具体是将挤压所得的铝合金型材001放置在铝合金强制定型装置100内，随进料筐进入卧式淬火炉进行固溶和淬火获得淬火型材，2系铝合金的固溶温度为490～500℃，保温时间为120～150min；7系铝合金的固溶温度为470～490℃，保温时间为120～150min。
S3拉伸和弯折：将淬火型材从铝合金强制定型装置100中取出，经过拉伸、折弯后得到定型型材。具体是使淬火型材在淬火处理完成6h内完成拉伸，拉伸率控制在1～3％，再进行折弯，折弯过程采用特制模具和嵌块配合完成。
S4时效：将定型型材放入时效炉中进行人工时效或在室温下进行自然时效获得最终产品，还可以在人工时效或自然时效时根据需要采用铝合金强制定型装置100定位。具体的，可选择采用上述的铝合金强制定型装置100将定型型材定位，再进行人工时效，7系铝合金的人工时效为二级时效，第一级时效温度为115～125℃，保温6～12h；第二级时效温度为160～180℃，保温5～8h。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种2026铝合金产品，其采用下述强制定型的热处理方法处理得到：
(1)挤压：将铝合金铸棒在工频炉内加热，加热温度为360℃，加热后的铸棒放入挤压筒中进行挤压处理得到挤压型材，挤压型材出口速度1.5m/min，出料口温度为365℃。
(2)淬火：将挤压型材放置在预制好的铝合金强制定型装置100内，随进料筐进入卧式淬火炉进行固溶和淬火，固溶温度为495℃，保温时间为120min，淬火转移时间15s，得到淬火型材。
淬火过程采用的铝合金强制定型装置100的两单件夹具120间距3m，共设6个单件夹具120。
(3)拉伸和折弯：将淬火型材在6h内完成拉伸，拉伸率控制在2.0％，之后进行折弯，折弯过程采用特制模具和嵌块配合完成，得到定型型材。
(4)自然时效：在48h内完成自然时效过程，得到最终产品。
(5)尺寸测量：将自然时效过的铝合金型材通过卡尺、塞尺、直尺、卷尺等进行现场尺寸检验，并将检验结果记录在表1中。
实施例2
本实施例提供一种7150铝合金产品，其采用下述强制定型的热处理方法处理得到：
(1)挤压：将铝合金铸棒在工频炉内加热，加热温度为350℃，加热后的铸棒放入挤压筒中进行挤压处理得到挤压型材，挤压型材出口速度1.2m/min，出料口温度为360℃。
(2)淬火：将挤压型材放置在预制好的铝合金强制定型装置100内，随进料筐进入卧式淬火炉进行固溶和淬火，固溶温度为477℃，保温时间为130min，得到淬火型材。
(3)拉伸和折弯：将淬火型材在6h内完成拉伸，拉伸率控制在2.0％，之后进行折弯，折弯过程采用特制模具和嵌块配合完成，得到定型型材。
(4)人工时效：将拉伸和折弯后的料进行人工时效，时效制度为一级121℃，8h，二级160℃，6h，得到最终产品。
人工时效过程采用铝合金强制定型装置100固定，两单件夹具120间距2.5m，共设6个单件夹具120。
(5)尺寸测量：将自然时效过的铝合金型材通过卡尺、塞尺、直尺、卷尺等进行现场尺寸检验，并将检验结果记录在表1中。
实施例3
本实施例提供一种7055铝合金产品，其采用下述强制定型的热处理方法处理得到：
(1)挤压：将铝合金铸棒在工频炉内加热，加热温度为380℃，加热后的铸棒放入挤压筒中进行挤压处理得到挤压型材，挤压型材出口速度0.8m/min，出料口温度为400℃。
(2)淬火：将挤压型材放置在预制好的铝合金强制定型装置100内，随进料筐进入卧式淬火炉进行固溶和淬火，固溶温度为477℃，保温时间为160min，得到淬火型材。
淬火过程采用的铝合金强制定型装置100的两单件夹具120间距3m，共设6个单件夹具120。
(3)拉伸和折弯：将淬火后的型材在6h内完成拉伸，拉伸率控制在2.0％，之后进行折弯，折弯过程采用特制模具和嵌块配合完成，得到定型型材。
(4)人工时效：将拉伸和折弯后的料进行人工时效，时效制度为一级118℃，6h，二级160℃，7h，得到最终产品。
人工时效过程采用铝合金强制定型装置100固定，两单件夹具120间距3m，共设6个单件夹具120。
(5)尺寸测量：将自然时效过的铝合金型材通过卡尺、塞尺、直尺、卷尺等进行现场尺寸检验，并将检验结果记录在表1中。
对比例1
对比例1提供一种2026铝合金产品，其的热处理方法与实施例1的热处理方法基本相同，不同之处在于：对比例1在步骤(2)中未采用铝合金强制定型装置100。
对比例2
对比例2提供一种7150铝合金产品，其的热处理方法与实施例2的热处理方法基本相同，不同之处在于：对比例2在步骤(2)、(4)中未采用铝合金强制定型装置100。
对比例3
对比例3提供一种7055铝合金产品，其的热处理方法与实施例3的热处理方法基本相同，不同之处在于：对比例3在步骤(2)、(4)中未采用铝合金强制定型装置100。
对以上实施例和对比例进行检验分析，相应结果见表1。
表1各实施例与对比例检验结果
Figure BDA0001670894770000111
由上表可知，淬火和时效等热处理时采用本实施例的铝合金强制定型装置100定型能够防止热处理时发生变形，使产品具有较佳的直线度、横向平直度、侧向平直度和扭曲度。
综上所述，本发明实施例的铝合金强制定型装置能够使铝合金制品定型，防止热处理时发生变形；本发明实施例的铝合金热处理方法能够有效解决铝合金热处理出现的弯曲变形问题，获得直线度佳的铝合金制品，满足航空使用的需求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铝合金热处理方法，其特征在于，其包括以下步骤：
采用铝合金强制定型装置将铝合金型材定位，再进行淬火处理；或采用铝合金强制定型装置将铝合金型材定位，再进行时效处理；或采用铝合金强制定型装置将铝合金型材定位，再进行淬火+时效处理；
所述铝合金强制定型装置包括底座，以及多个线形排列的单件夹具，所述单件夹具包括垂直于所述底座设置、供铝合金型材穿过的框架，以及设置于所述框架上的定位块和两个矫直件，所述定位块抵压于所述框架内的铝合金型材的上表面，两个所述矫直件一一对应抵压于所述框架内的铝合金型材的两侧面。
2.根据权利要求1所述的铝合金热处理方法，其特征在于，所述铝合金为2系或7系铝合金型材。
3.根据权利要求2所述的铝合金热处理方法，其特征在于，所述2系铝合金型材为2026铝合金或2024铝合金，所述7系铝合金型材为7150铝合金、7175铝合金、7055铝合金或7075铝合金。
4.根据权利要求2所述的铝合金热处理方法，其特征在于，所述铝合金型材是挤压铝合金铸棒得到，挤压工艺条件为：所述2系铝合金铸棒加热温度为320~380℃，型材挤压速度0.8~2.0m/min，出料口温度为＞350℃；所述7系铝合金铸棒加热温度为330~400℃，型材挤压速度0.6~1.8m/min，出料口温度为＞360℃。
5.根据权利要求2所述的铝合金热处理方法，其特征在于，淬火工艺条件为：所述2系铝合金的固溶温度为490~500℃，保温时间为120~150min；所述7系铝合金的固溶温度为470~490℃，保温时间为120~150min。
6.根据权利要求1所述的铝合金热处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：
将淬火型材经过拉伸、折弯后得到定型型材；
将所述定型型材进行人工时效或自然时效获得最终产品。
7.根据权利要求6所述的铝合金热处理方法，其特征在于，所述淬火型材在淬火处理完成6h内完成拉伸，拉伸率控制在1~3%，再进行折弯。
8.根据权利要求1所述的铝合金热处理方法，其特征在于，所述框架包括两块分别垂直于所述底座设置的壁板，以及连接于两块所述壁板顶部的盖板，所述定位块设置于所述盖板上，所述矫直件一一对应设置于两块壁板上。
9.根据权利要求8所述的铝合金热处理方法，其特征在于，所述盖板上垂直插设有可沿插入方向移动的连接件，所述连接件位于所述框架内的端部与所述定位块固定在一起。
10.根据权利要求8所述的铝合金热处理方法，其特征在于，所述矫直件垂直插设于所述壁板上，且可沿插入方向移动，所述矫直件位于所述框架内的端部还固定连接有矫直板。
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