CN110076246B - 一种可热处理强化铝合金高效热成形装备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可热处理强化铝合金高效热成形装备及方法，其中，该成形装备包括右加热箱、右加热箱门、右小车、右下模、右板料、压力机、上模、冷却通道、左加热箱、左加热箱门、左小车、左下模和左板料；其中，右加热箱门和右加热箱相连接构成封闭空间将右小车、右下模、右板料罩住并加热；左小车的上部放置左下模，左下模的上部放置左板料，左加热箱门和左加热箱相连接构成封闭空间将左小车、左下模、左板料罩住并加热；上模连接在压力机下部，上模设置有冷却通道，上模能够随着压力机上下移动。本发明克服了现有技术加工的零件外形精度控制困难、表面质量差的缺点，能有效地保证铝合金结构件的精密成形。

Description

一种可热处理强化铝合金高效热成形装备及方法

技术领域

本发明属于精密钣金加工领域，尤其涉及一种可热处理强化铝合金高效热成形装备及方法，适用于成形尺寸精度、型面精度以及表面质量要求较高的可热处理强化铝合金钣金结构件。

背景技术

铝合金因具有优异的使用性能，在航空航天、轨道交通、武器装备等领域应用十分广泛。在航空航天领域，铝合金结构件零部件产品的整体化、轻量化程度越来越高，制造精度要求也越来越高。在铝合金薄壁产品加工领域，铝合金结构件常用制造方法主要有冷成形和铸造成形两种。由于铝合金延伸率不高、回弹较大，冷成形制备的铝合金结构件容易开裂，产生较大回弹，尺寸精度和型面精度难以保证。铸造成形壁厚较厚，内型面难以进行加工，表面质量不高，减重效果较差。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种可热处理强化铝合金高效热成形装备及方法，克服了现有技术加工的零件外形精度控制困难、表面质量差的缺点，能有效地保证铝合金结构件的精密成形。成形出的铝合金钣金结构件零件质量稳定，整体性好，减重效果明显，尺寸精度、型面精度以及表面质量较高，并且成形周期较短，加工成本较低。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：根据本发明的一个方面，提供了一种可热处理强化铝合金高效热成形装备，包括：右加热箱、右加热箱门、右小车、右下模、右板料、压力机、上模、冷却通道、左加热箱、左加热箱门、左小车、左下模和左板料；其中，所述右加热箱和所述左加热箱位于所述压力机的两侧；所述右小车的上部放置所述右下模，所述右下模的上部放置所述右板料，所述右加热箱门和所述右加热箱相连接构成封闭空间将右小车、右下模、右板料罩住并加热，右加热箱门能够上下移动，右小车能够左右移动；所述左小车的上部放置所述左下模，所述左下模的上部放置所述左板料，所述左加热箱门和所述左加热箱相连接构成封闭空间将左小车、左下模、左板料罩住并加热，所述左加热箱门能够上下移动，所述左小车能够左右移动；所述上模连接在所述压力机下部，所述上模设置有所述冷却通道，所述上模能够随着所述压力机上下移动。

上述可热处理强化铝合金高效热成形装备中，所述右板料和所述左板料的厚度均为t，其中，0.5mm≤t≤6mm。

上述可热处理强化铝合金高效热成形装备中，所述上模的圆弧半径为R，所述右下模和所述左下模的圆弧半径均为r，r＝α×R，其中，0.992≤α≤0.994，α为系数。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种使用本发明的一个方面所述的可热处理强化铝合金高效热成形装备实现的可热处理强化铝合金高效热成形方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：右板料放入右加热箱内的右小车的右下模上，左板料放入左加热箱内的左小车的左下模上，保温一定时间T1；步骤二：开启右加热箱门，右小车带着右下模和右板料移出右加热箱，移至压力机的上模的正下方；步骤三：压力机的上模向下移动，将右板料夹在上模和右下模之间，同时，向上模的冷却通道中通冷却水，保持一定时间T2；步骤四：上模带着右板料一起向上移动，将另一件新的右板料放在右小车上的右下模，右小车带着右下模和新的右板料移入右加热箱，关闭右加热箱门，将上模上的右板料取下；步骤五：开启左加热箱门，左小车带着左下模和左板料移出左加热箱，移至压力机的上模的正下方；步骤六：压力机的上模向下移动，将左板料夹在上模和左下模之间，同时，向上模的冷却通道中通冷却水，保持一定时间T2；步骤七：上模带着左板料一起向上移动，将另一件新的左板料放在左小车上的左下模，左小车带着左下模和新的左板料移入左加热箱，关闭左加热箱门，将上模上的左板料取下；步骤八：重复步骤二至步骤七。

上述可热处理强化铝合金高效热成形工艺方法中，在步骤一中，保温的温度为495℃～505℃。

上述可热处理强化铝合金高效热成形工艺方法中，在步骤一中，保温时间T1＝β×t，所述右板料和所述左板料的厚度均为为t，1≤β≤5，β为系数。

上述可热处理强化铝合金高效热成形工艺方法中，在步骤二中，右小车带着右下模和右板料移出右加热箱，并移至压力机的上模的正下方的总时间在30s内。

上述可热处理强化铝合金高效热成形工艺方法中，在步骤三中，压力机的上模向下移动，移动速度在10mm/s以上；保持一定时间T2＝γ×t，右板料和左板料的厚度均为t，2≤γ≤10，γ为系数。

上述可热处理强化铝合金高效热成形工艺方法中，在步骤四中，上模带着右板料一起向上移动，移动速度在30mm/s以上。

上述可热处理强化铝合金高效热成形工艺方法中，在步骤五中，左小车带着左下模和左板料移出左加热箱，并移至压力机的上模的正下方的总时间在30s内。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1)本发明的可热处理强化铝合金高效热成形装备加热箱将可热处理强化铝合金板材加热，并将板料夹在上模和下模之间，相当于可热处理强化铝合金板材热压过程，可使所成形的可热处理强化铝合金钣金结构件，整体性好，零件尺寸精度、型面精度以及表面质量较高；

2)本发明的可热处理强化铝合金高效热成形装备压力机的上模向下移动，将板料夹在上模和下模之间，同时，向上模的冷却通道中通冷却水，可快速将可热处理强化铝合金板材进行淬火，使所成形的可热处理强化铝合金钣金结构件的力学性能较高，提升设计空间，减轻结构重量；

3)本发明采用左右对称设计，使可热处理强化铝合金预热、成形交替进行，大幅提升可热处理强化铝合金钣金结构件热成形效率，进而缩短可热处理强化铝合金钣金结构件生产周期。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例提供的可热处理强化铝合金高效热成形装备结构示意图；

图2是本发明实施例提供的右下模和右板料移至压力机的上模的正下方示意图；

图3是本发明实施例提供的右板料夹在上模和右下模之间示意图；

图4是本发明实施例提供的上模带着右板料一起向上移动示意图；

图5是本发明实施例提供的左下模和左板料移至压力机的上模的正下方示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明实施例提供的可热处理强化铝合金高效热成形装备结构示意图。如图1所示，该可热处理强化铝合金高效热成形装备结构包括：右加热箱1、右加热箱门2、右小车3、右下模4、右板料5、压力机6、上模7、冷却通道8、左加热箱9、左加热箱门10、左小车11、左下模12和左板料13。其中，

所述右加热箱1和所述左加热箱9位于所述压力机6的两侧；

所述右小车3的上部放置所述右下模4，所述右下模4的上部放置所述右板料5，所述右加热箱门2和所述右加热箱1相连接构成封闭空间将右小车3、右下模4、右板料5罩住并加热，右加热箱门2能够上下移动，右小车3能够左右移动；

所述左小车11的上部放置所述左下模12，所述左下模12的上部放置所述左板料13，所述左加热箱门10和所述左加热箱9相连接构成封闭空间将左小车11、左下模12、左板料13罩住并加热，所述左加热箱门10能够上下移动，所述左小车11能够左右移动；

所述上模7连接在所述压力机6下部，所述上模7设置有所述冷却通道8，所述上模7能够随着所述压力机6上下移动。

右板料5和所述左板料13的厚度均为t，其中，0.5mm≤t≤6mm，优选的，厚度t＝5mm，通过将右板料5和所述左板料13的厚度选取在上述范围内，使得成形出的铝合金钣金结构件零件质量稳定，整体性好，减重效果明显，尺寸精度、型面精度以及表面质量较高。

右板料5和左板料13成形后的铝合金钣金结构件的圆弧半径为300mm，上模7的圆弧半径为R，右下模4和左下模12的圆弧半径均为r，R与r的关系式为r＝α×R，其中，0.992≤α≤0.994，α为系数，优选的，α＝0.993，r＝α×R＝0.993×300＝297.9mm。从而使得成形出的铝合金钣金结构件零件质量稳定，整体性好，减重效果明显，尺寸精度、型面精度以及表面质量较高。

本实施例还提供了一种可热处理强化铝合金高效热成形方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：右板料5放入右加热箱1内的右小车3的右下模4上，左板料13放入左加热箱9内的左小车11的左下模12上，保温温度为495℃～505℃，右板料5和左板料13的厚度均为t＝5mm，选取1≤β≤5(优选的，β＝2)，保温时间T1＝β×t，如图1所示；

步骤二：开启右加热箱门2，右小车3带着右下模4和右板料5移出右加热箱1，移至压力机6的上模7的正下方，总时间为20s，如图2所示；

步骤三：压力机6的上模7向下移动，移动速度控制在20mm/s，将右板料5夹在上模7和右下模4之间，同时，向上模7的冷却通道8中通冷却水，右板料5和左板料13的厚度为t，2≤γ≤10(优选的，γ＝3)，保持一定时间T2＝γ×t，如图3所示；

步骤四：上模7带着右板料5一起向上移动，移动速度控制在40mm/s，将另一件新的右板料5放在右小车3上的右下模4，右小车3带着右下模4和新的右板料5移入右加热箱1，关闭右加热箱门2，将上模7上的右板料5取下，如图4所示；

步骤五：开启左加热箱门10，左小车11带着左下模12和左板料13移出左加热箱9，移至压力机6的上模7的正下方，总时间为20s，如图5所示；

步骤六：压力机6的上模7向下移动，将左板料13夹在上模7和左下模12之间，同时，向上模7的冷却通道8中通冷却水，保持一定时间T2；T2＝γ×t，右板料5和左板料13的厚度均为t，2≤γ≤10；

步骤七：上模7带着左板料13一起向上移动，将另一件新的左板料13放在左小车11上的左下模12，左小车11带着左下模12和新的左板料13移入左加热箱9，关闭左加热箱门10，将上模7上的左板料13取下；

步骤八：重复步骤二至步骤七。

采用此方法制备的可热处理强化铝合金钣金结构件尺寸精度为±0.3mm，型面精度±0.5mm，表面粗糙度Ra3.2，结构重量减轻10％以上，加工周期缩短30％。

本发明还有一种优选方法，在步骤一中，选取保温温度为495℃～505℃，优选的，保温温度为498℃～502℃，可进一步提高可热处理强化铝合金钣金结构件结构强度，结构重量减轻12％以上，对航天产品来说至关重要。

本发明还有一种优选方法，在步骤一中，选取β＝3，保温时间T1＝β×t＝3×5＝15min，可进一步提高可热处理强化铝合金钣金结构件结构强度，结构重量减轻15％以上，对航天产品来说至关重要。

本发明还有一种优选方法，在步骤三中，γ＝4，保持一定时间T2＝γ×t＝4×5＝20min，可进一步提高可热处理强化铝合金钣金结构件结构强度，结构重量减轻20％以上，对航天产品来说至关重要。

本实施例的可热处理强化铝合金高效热成形装备加热箱将可热处理强化铝合金板材加热，并将板料夹在上模和下模之间，相当于可热处理强化铝合金板材热压过程，可使所成形的可热处理强化铝合金钣金结构件，整体性好，零件尺寸精度、型面精度以及表面质量较高；本实施例的可热处理强化铝合金高效热成形装备压力机的上模向下移动，将板料夹在上模和下模之间，同时，向上模的冷却通道中通冷却水，可快速将可热处理强化铝合金板材进行淬火，使所成形的可热处理强化铝合金钣金结构件的力学性能较高，提升设计空间，减轻结构重量；本实施例采用左右对称设计，使可热处理强化铝合金预热、成形交替进行，大幅提升可热处理强化铝合金钣金结构件热成形效率，进而缩短可热处理强化铝合金钣金结构件生产周期。

以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可热处理强化铝合金高效热成形装备，其特征在于包括：右加热箱(1)、右加热箱门(2)、右小车(3)、右下模(4)、右板料(5)、压力机(6)、上模(7)、冷却通道(8)、左加热箱(9)、左加热箱门(10)、左小车(11)、左下模(12)和左板料(13)；其中，

所述右加热箱(1)和所述左加热箱(9)位于所述压力机(6)的两侧；

所述右小车(3)的上部放置所述右下模(4)，所述右下模(4)的上部放置所述右板料(5)，所述右加热箱门(2)和所述右加热箱(1)相连接构成封闭空间将右小车(3)、右下模(4)、右板料(5)罩住并加热，右加热箱门(2)能够上下移动，右小车(3)能够左右移动；

所述左小车(11)的上部放置所述左下模(12)，所述左下模(12)的上部放置所述左板料(13)，所述左加热箱门(10)和所述左加热箱(9)相连接构成封闭空间将左小车(11)、左下模(12)、左板料(13)罩住并加热，所述左加热箱门(10)能够上下移动，所述左小车(11)能够左右移动；

所述上模(7)连接在所述压力机(6)下部，所述上模(7)设置有所述冷却通道(8)，所述上模(7)能够随着所述压力机(6)上下移动。

2.根据权利要求1所述的可热处理强化铝合金高效热成形装备，其特征在于：所述右板料(5)和所述左板料(13)的厚度均为t，其中，0.5mm≤t≤6mm。

3.根据权利要求1所述的可热处理强化铝合金高效热成形装备，其特征在于：所述上模(7)的圆弧半径为R，所述右下模(4)和所述左下模(12)的圆弧半径均为r，r＝α×R，其中，0.992≤α≤0.994，α为系数。

4.一种使用权利要求1至3任一所述的可热处理强化铝合金高效热成形装备实现的可热处理强化铝合金高效热成形方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一：右板料(5)放入右加热箱(1)内的右小车(3)的右下模(4)上，左板料(13)放入左加热箱(9)内的左小车(11)的左下模(12)上，保温一定时间T1；

步骤二：开启右加热箱门(2)，右小车(3)带着右下模(4)和右板料(5)移出右加热箱(1)，移至压力机(6)的上模(7)的正下方；

步骤三：压力机(6)的上模(7)向下移动，将右板料(5)夹在上模(7)和右下模(4)之间，同时，向上模(7)的冷却通道(8)中通冷却水，保持一定时间T2；

步骤四：上模(7)带着右板料(5)一起向上移动，将另一件新的右板料(5)放在右小车(3)上的右下模(4)，右小车(3)带着右下模(4)和新的右板料(5)移入右加热箱(1)，关闭右加热箱门(2)，将上模(7)上的右板料(5)取下；

步骤五：开启左加热箱门(10)，左小车(11)带着左下模(12)和左板料(13)移出左加热箱(9)，移至压力机(6)的上模(7)的正下方；

步骤六：压力机(6)的上模(7)向下移动，将左板料(13)夹在上模(7)和左下模(12)之间，同时，向上模(7)的冷却通道(8)中通冷却水，保持一定时间T2；

步骤七：上模(7)带着左板料(13)一起向上移动，将另一件新的左板料(13)放在左小车(11)上的左下模(12)，左小车(11)带着左下模(12)和新的左板料(13)移入左加热箱(9)，关闭左加热箱门(10)，将上模(7)上的左板料(13)取下；

步骤八：重复步骤二至步骤七。

5.根据权利要求4所述的可热处理强化铝合金高效热成形方法，其特征在于：在步骤一中，保温的温度为495℃～505℃。

6.根据权利要求4所述的可热处理强化铝合金高效热成形方法，其特征在于：在步骤一中，保温时间T1＝β×t，所述右板料(5)和所述左板料(13)的厚度均为t，厚度t的单位为mm，1≤β≤5，β为系数。

7.根据权利要求4所述的可热处理强化铝合金高效热成形方法，其特征在于：在步骤二中，右小车(3)带着右下模(4)和右板料(5)移出右加热箱(1)，并移至压力机(6)的上模(7)的正下方的总时间在30s内。

8.根据权利要求4所述的可热处理强化铝合金高效热成形方法，其特征在于：在步骤三中，压力机(6)的上模(7)向下移动，移动速度在10mm/s以上；

保持一定时间T2＝γ×t，右板料(5)和左板料(13)的厚度均为t，厚度t的单位为mm，2≤γ≤10，γ为系数。

9.根据权利要求4所述的可热处理强化铝合金高效热成形方法，其特征在于：在步骤四中，上模(7)带着右板料(5)一起向上移动，移动速度在30mm/s以上。

10.根据权利要求4所述的可热处理强化铝合金高效热成形方法，其特征在于：在步骤五中，左小车(11)带着左下模(12)和左板料(13)移出左加热箱(9)，并移至压力机(6)的上模(7)的正下方的总时间在30s内。

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