CN109940259A - 一种改进铝合金板材折弯成形的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改进铝合金板材折弯成形的方法，包括：(1)用底座、横梁和设置在底座与横梁之间的支柱，所述横梁下方设有搅拌针和搅拌轴肩一体式搅拌头的搅拌摩擦焊接机处理所述高强铝材形成搅拌摩擦加工区，所述搅拌头含按重量百分比计的如下组分：钨粉80％、碳化钛粉10％和碳化锆粉10％；(2)变形处理所述搅拌摩擦加工区形成塑性成型区。本发明提供的技术方案，可以现实铝材的冷加工折弯成形，对于变形铝材普遍适用，工业上容易实现，适用范围广。并且克服了搅拌摩擦焊接不能焊接角焊缝的问题，加工参数可选择范围大，有益于搅拌摩擦焊接技术在船板及方舱制造中的推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金板材折弯成型领域，具体涉及一种改进铝合金板材折弯成形的方法。
背景技术
铝合金因其导热系数和线膨胀系数都比钢大，加之其熔点低，加热温度受到过烧温度限制，并且加热时颜色变化不明显，很难控制加热温度，给热加工带来很大困难，因此，一般铝合金零部件均采用冷加工成形。
通过对折弯成形过程与受力情况分析可知：在成形过程中板料与折弯下模接触部分的下模圆角处受力较大。铝合金在弯曲成形过程中，使用常规结构的折弯模具通常会产生如下质量缺陷：①与下模圆角接触部位产生拉伤和压痕。由于折弯所用凹模为整体式固定凹模，板材与折弯模具是相对滑动摩擦，所以在铝合金零件的折弯外侧面会产生拉伤和压痕质量缺陷。②在折弯处产生裂纹。弯曲时铝合金板料外侧受拉，弯曲时铝合金板材的外边层沿折弯线方向产生拉裂状态。铝合金板材在折弯过程中弯曲部位发生相对伸长，并且模具材料较硬，铝合金板材较软。所以，在成形过程中铝合金的微粒会附着在折弯下模工作部分表面上，使铝合金折弯零件出现较大拉伤和压痕。③弹性回弹。在模具中经受弯曲加工的铝材零部件，由于弯曲区域存在弹性变形，因而当零部件自模具中取出后，其弯角和弯曲半径将发生变化，影响零部件尺寸精度。铝合金自身的性能是导致产生上述问题的主要原因，严重制约了铝材在船板和方舱制造领域的推广应用。
发明内容
为克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种改进铝合金板材折弯成形的方法。
为实现上述发明目的，采取以下技术方案：
一种改进铝合金板材折弯成形的方法，其改进之处在于，所述方法包括：
(1)用底座、横梁和设置在底座与横梁之间的支柱，所述横梁下方设有搅拌针和搅拌轴肩一体式搅拌头的搅拌摩擦焊接机处理所述高强铝材形成搅拌摩擦加工区，所述搅拌头含按重量百分比计的如下组分：钨粉80％、碳化钛粉10％和碳化锆粉10％；
(2)变形处理所述搅拌摩擦加工区形成塑性成型区。
优选，所述处理的搅拌头的直径10～20mm，倾角为2～3°。
优选，所述搅拌针的针长度比板材厚度小0.1～0.4mm。
优选，包括：所述处理包括在压入量为0.2～0.5mm下进行搅拌和水平方向的移动焊接，所述搅拌速度为ω＝200～2000rpm rpm，水平方向的移动焊接速度υ＝100～1000mm·min-1；
其中，所述搅拌头的搅拌方向为逆时针。
优选，所述铝合金板材为2000系铝合金、6000系铝合金或7000系的铝合金。
优选，所述搅拌摩擦加工区的底部的未焊透层厚度小于板厚的一半。
优选，所述铝材厚度为4mm，所述搅拌速度为ω＝600rpm，水平方向的移动焊接速度100mm/min。
优选，所述铝材厚度为8mm，所述搅拌速度为ω＝600rpm，水平方向的移动焊接速度100mm/min。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的有益效果如下：
1、本发明提供一种改进铝合金板材折弯成形的方法，该方法可以现实铝材的冷加工折弯成形，对于变形铝材普遍适用，工业上容易实现，适用范围广。
2、本发明提供的搅拌摩擦加工增加铝材局部塑性的方法，克服了搅拌摩擦焊接不能焊接角焊缝的问题，加工参数可选择范围大，有益于搅拌摩擦焊接技术在船板及方舱制造中的推广应用。
附图说明
图1为本发明搅拌摩擦处理的过程图；
图2为实施例一中搅拌摩擦加工厚度为4mm的5083铝合金板材弯曲试样；
图3为实施例二中搅拌摩擦加工厚度为8mm的5083铝合金板材弯曲试样。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
实施例一、
搅拌摩擦加工厚度为4mm的5083铝合金板材，如表1所示：
(1)对厚度为4mm的5083铝材的基本性能进行检测，其轧制方向的抗拉强度325MPa，屈服强度236MPa，延伸率16％，晶粒为长条状，平均尺寸为32μm。90°折弯背部发生开裂。
(2)采用搅拌摩擦焊方法对板材进行加工，参数选择：搅拌针长度3.75mm，轴肩直径为14mm，焊接速度100mm/min，旋转速度600rpm，压入量0.3mm；加工区晶粒为等轴状，平均尺寸为2μm。90°折弯背部发生未开裂。
(3)采用搅拌摩擦焊方法对板材进行加工，参数选择：搅拌针长度3.75mm，轴肩直径为14mm，焊接速度100mm/min，旋转速度800rpm，压入量0.3mm；加工区晶粒为等轴状，平均尺寸为3μm。90°折弯背部发生开裂。
(4)采用搅拌摩擦焊方法对板材进行加工，参数选择：搅拌针长度3.75mm，轴肩直径为14mm，焊接速度100mm/min，旋转速度1000rpm，压入量0.3mm；加工区晶粒为等轴状，平均尺寸为5μm。90°折弯背部发生开裂。
(5)采用搅拌摩擦焊方法对板材进行加工，参数选择：搅拌针长度3.75mm，轴肩直径为14mm，焊接速度100mm/min，旋转速度1200rpm，压入量0.3mm；加工区晶粒为等轴状，平均尺寸为6μm。90°折弯背部发生开裂。
(6)采用搅拌摩擦焊方法对板材进行加工，参数选择：搅拌针长度3.75mm，轴肩直径为14mm，焊接速度100mm/min，旋转速度1200rpm，压入量0.2mm；加工区晶粒为等轴状，平均尺寸为6μm。90°折弯背部发生开裂。
4mm的5083铝合金板材，90°折弯时发生开裂，经过搅拌摩擦加工的5083铝合金板材，采用弧纹朝上进行弯曲成形，当旋转速度为600rpm和焊接速度为100mm/min时，弯曲成形未发生开裂，与原铝材相比，弯曲成形性能显著提高。
实施例二、
搅拌摩擦加工厚度为8mm的5083铝合金板材，如表2所示：
(1)对厚度为8mm的5083铝材的基本性能进行检测，其轧制方向的抗拉强度322MPa，屈服强度230MPa，延伸率17％，晶粒为长条状，平均尺寸为43μm。90°折弯背部发生开裂。
(2)采用搅拌摩擦焊方法对板材进行加工，参数选择：搅拌针长度7.G5mm，轴肩直径为22mm，焊接速度100mm/min，旋转速度600rpm，压入量0.4mm；加工区晶粒为等轴状，平均尺寸为6μm。90°折弯背部发生未开裂。
(3)采用搅拌摩擦焊方法对板材进行加工，参数选择：搅拌针长度7.5mm，轴肩直径为22mm，焊接速度300mm/min，旋转速度600rpm，压入量0.4mm；加工区晶粒为等轴状，平均尺寸为9μm。90°折弯背部发生未开裂。
8mm的5083铝合金板材，90°折弯时发生开裂，经过搅拌摩擦加工的5083铝合金板材，采用弧纹朝下进行弯曲成形，当旋转速度为600rpm和焊接速度为100mm/min时，弯曲成形未发生开裂，与原铝材相比，弯曲成形性能显著提高。
本发明各实施例制得的铝材性能的测试：
1、铝板材的搅拌摩擦加工：
搅拌摩擦加工过程中搅拌头的倾角为2.5°；压下量为0.2mm；对于FSW对接试验的工艺参数如下：搅拌头轴肩为双圆环形貌，直径D＝10～30mm；搅拌针为三斜面螺纹形貌，针长根据板厚确定，一般小于板材厚度0.1～0.4mm；压入量0.2～0.5mm。搅拌头的旋转速度ω＝200～2000rpm(逆时针)，焊接速度υ＝100-1000mm·min-1。
2、铝板材的弯曲性能的测试：
按照国标《GBT 232-2010金属材料弯曲试验方法》制备弯曲试样，弯曲角度为90°，选择直径10mm的压头，辊间距根据板材厚度确定，如：4mm板材的辊间距为22mm；8mm板材的辊间距为34mm。另外，压头行程同样根据辊间距确定，如：4mm板材的压头行程为16mm，8mm板材的压头行程为20mm。
表1：厚度为4mm的5083铝合金板材的搅拌摩擦加工参数及折弯性能
表2：厚度为8mm的5083铝合金板材的搅拌摩擦加工参数及折弯性能
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种改进铝合金板材折弯成形的方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)用底座、横梁和设置在底座与横梁之间的支柱，所述横梁下方设有搅拌针和搅拌轴肩一体式搅拌头的搅拌摩擦焊接机处理所述高强铝材形成搅拌摩擦加工区，所述搅拌头含按重量百分比计的如下组分：钨粉80％、碳化钛粉10％和碳化锆粉10％；
(2)变形处理所述搅拌摩擦加工区形成塑性成型区。
2.如权利要求1所述的一种改进铝合金板材折弯成形的方法，其特征在于，
所述处理的搅拌头的直径10～20mm，倾角为2～3°。
3.如权利要求1所述的一种改进铝合金板材折弯成形的方法，其特征在于，
所述搅拌针的针长度比板材厚度小0.1～0.4mm。
4.如权利要求1所述的一种改进铝合金板材折弯成形的方法，其特征在于，包括：
所述处理包括在压入量为0.2～0.5mm下进行搅拌和水平方向的移动焊接，所述搅拌速度为ω＝200～2000rpm rpm，水平方向的移动焊接速度υ＝100～1000mm·min-1；
其中，所述搅拌头的搅拌方向为逆时针。
5.如权利要求1所述的一种改进铝合金板材折弯成形的方法，其特征在于，所述铝合金板材为2000系铝合金、6000系铝合金或7000系的铝合金。
6.如权利要求1所述的一种改进铝合金板材折弯成形的方法，其特征在于，所述搅拌摩擦加工区的底部的未焊透层厚度小于板厚的一半。
7.如权利要求4所述的一种改进铝合金板材折弯成形的方法，其特征在于，
所述铝材厚度为4mm，所述搅拌速度为ω＝600rpm，水平方向的移动焊接速度100mm/min。
8.如权利要求4所述的一种改进铝合金板材折弯成形的方法，其特征在于，
所述铝材厚度为8mm，所述搅拌速度为ω＝600rpm，水平方向的移动焊接速度100mm/min。
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