CN111069440A - T字形结构的局部热镦连接方法 - Google Patents

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庄新村
李�远
向华
赵震
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Abstract

一种T字形结构的局部热镦连接方法，将带有腔体的坯料在下模上水平定位后，将另一坯料进行末端局部加热并设置于上模中，以垂直方向控制上模下行至加热部分填满所述腔体，完成T字形结构的局部热镦连接过程。本发明通过局部热镦连接，热镦部分与垂直的部分自然过渡，没有应力集中等情况，承载力不会发生削弱，利于构件传力，该连接方式的承载力性能优良。

Description

T字形结构的局部热镦连接方法
技术领域
本发明涉及的是一种机械加工领域的技术，具体是一种T字形结构的局部热镦连接方法。
背景技术
筋板类T字形结构件能有效减轻结构重量，提高结构的承载能力，广泛应用于飞机、船舶、汽车等领域。然而该类零部件往往形状结构复杂，加工制造存在诸多难点。目前带筋板等T字形结构的零部件一般通过挤压和焊接的方式来实现，但挤压工艺通常只能满足挤压比小，宽度窄、厚度大的板材，而对于高度较高的T字形结构，以及棒材和板材或是棒材和棒材连接的T字形结构则不能通过挤压工艺来实现。而焊接的方式耗费了大量的人力成本并且有较大的工程操作的危险性，焊接也会造成T字形结构零部件力学性能的降低，一些焊接方法如氩弧焊还会产生比较明显的焊接变形，增大了焊后矫正变形的工作量。还有一些零件是采用机械加工的方法来实现，但是一些切削方法会产生刀痕，降低零件的强度。因此，迫切需要一种适用性更好，更加方便快捷的T字形结构连接方法。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种T字形结构的局部热镦连接方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种T字形结构的局部热镦连接方法，将带有腔体的坯料在下模上水平定位后，将另一坯料进行末端局部加热并设置于上模中，以垂直方向控制上模下行至加热部分填满所述腔体，完成T字形结构的局部热镦连接过程。
所述的加热是指：通过中频加热至再结晶温度以上。
所述的设置于上模中，通过上模的端部的盲孔实现，该盲孔还可防止垂直方向的坯料过高，热镦过程中坯料上端发生失稳。
所述的腔体结构为开口小底部大的形式，保证两个坯料不会脱离。
所述的两个坯料为棒状或板状。
所述的两个坯料当材质不同时，优选设置于下模的坯料的材料强度高于设置于上模的坯料在再结晶温度时的强度。
所述的腔体与加热部分的形状相适配，优选腔体的上端尺寸大于加热部分的口径，从而满足垂直方向的坯料可以比较自由的放入腔体。
技术效果
本发明整体解决了高度较高以及带有棒状的T字形结构零件较难实现的技术问题。
与现有技术相比，本发明的局部热镦连接，热镦部分与垂直的部分自然过渡，没有应力集中等情况，承载力不会发生削弱，利于构件传力，该连接方式的承载力性能优良。腔体形状可以比较自由的设计，圆台状、蒜头状型腔更为合适。热镦的部分与腔体之间无间隙，不会存在松动现象，性能优良。
附图说明
图1为本发明垂直方向的坯料局部加热示意图；
图2为本发明模具工作示意图；
图中：1为上模座、2为上模、3为垂直方向的棒坯、4为水平方向的板坯、5为下模、6为下模座；
图3为本发明下模左视图示意图；
图4为本发明T字形结构零件局部热镦连接后的示意图；
图5为实施例中圆柱与圆盘坯料相互连接示意图；
图中：(a)为坯料尺寸以及模具相互位置示意图，(b)为局部热镦连接后的示意图；
图6为实施例中矩形板材与板材相互连接示意图；
图中：(a)为模具和坯料的三视图以及正三轴测图，(b)为水平坯料俯视图以及剖视图，(c)为局部热镦连接完成后的俯视图以及剖视图。
图7为对局部热镦连接的结构以及机加工的坯料施加拉力至失效的示意图；
图中：(a)为采用本方法连接的结构承受拉力至失效的载荷-位移图，(b)为相同尺寸的机加工坯料承受拉力至失效的载荷-位移图。
具体实施方式
实施例1
本实施例涉及一种圆柱形棒材与圆盘形板材的局部热镦连接。
本实施例采用的坯料由于具有轴对称特性，因此采用二维的图形来进行解释。
如图5(a)所示，本实施例采用直径为10mm的棒材与厚度为10mm的圆盘形板材进行局部热镦连接，棒材采用7075铝合金，端部加热至400℃，板材采用硼钢，由于硼钢材料强度远强于7075铝合金在400℃时的强度，因此可以近似将硼钢视为刚体不发生变形，这里就涉及凸模、棒材、板材。具体的型腔尺寸以及模具坯料的相对位置关系如图5(a)所示。
本实施例通过将上模下行至棒坯的加热端部开始变形被镦锻成圆台状，充满板坯的圆台型腔，局部热镦连接完成后的示意图如图5(b)所示，可以看出，成形效果较好，板材型腔被完全充满无间隙，棒材竖直部分与热镦部分自然过渡，不会发生应力集中等现象，这种连接结构不会松动，性能优良。
实施例2
本实施例涉及一种矩形板材与矩形板材的局部热镦连接。
如图6(a)所示，本实施例采用的垂直方向的板坯厚度5mm，材料为7075铝合金，下端加热至400℃，水平方向的板坯厚度10mm，材料为硼钢，由于硼钢材料强度远强于7075铝合金在400℃时的强度，因此可以近似将硼钢视为刚体不发生变形，这里就涉及凸模，垂直方向的板材以及水平方向的板材。具体的模具和坯料的相对位置关系如图6(a)所示。
图6(b)为水平板材的俯视图以及剖视图，图6(b)剖视图SECTION A-A的型腔截面的尺寸与图5(a)一致。
本实施例通过将上模下行至垂直板坯的加热端部开始变形，充满水平板坯的型腔。图6(c)为局部热镦连接完成后剖面图，可以看出，成形效果较好，水平板材的型腔被完全充满，垂直板材的竖直部分与热镦部分自然过渡，不会发生应力集中等现象，这种连接结构不会松动，性能优良。
所述的竖直坯料局部加热是通过中频感应加热，使整个端部加热区域温度达到再结晶温度以上。所述的水平坯料腔体要满足上小下大的形式，角度以及深度要根据水平坯料的强度而定。
所述的竖直坯料以及水平坯料不限于同种材料，优选水平坯料的强度要高于竖直坯料在再结晶温度时的强度。通过这种方法进行连接的T字形结构，连接处形状都是自然过渡，成形效果好。
如图7(a)采用同种7075-T6铝合金材料的棒材和板材进行局部热镦连接，之后固定板材，对棒材上端施加拉力至发生明显变形失效的载荷位移图，图7(b)是相同尺寸的机加工零件对上端施加拉力至发生明显变形失效的载荷位移图。可以看出两种方法得到的T字形结构件承受拉力的能力相当，采用本方法局部热镦连接方法成形的T字形结构抗拉强度比机加工零件的抗拉强度还略高。但是机加工成本较高，一些切削方法还会产生刀痕，不利于零件强度，本方法方便快捷，可以适用于高度较高，棒材和板材相结合的T字形结构零件，还适用于不同种材料之间的连接，具有足够的强度和性能。
本发明独创包含上小下大腔体的水平坯料，可以实现高度较高的T字形结构连接，使得连接后的结构相互锁死不会脱离，竖直方向的坯料采用端部局部加热的方法，使相连接处易变形，材料容易流动完全填充，提高连接处的性能。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (5)

1.一种T字形结构的局部热镦连接方法，其特征在于，将带有腔体的坯料在下模上水平定位后，将另一坯料进行末端局部加热并设置于上模中，以垂直方向控制上模下行至加热部分填满所述腔体，完成T字形结构的局部热镦连接过程；
所述的设置于上模中，通过上模的端部的用于防止垂直方向的坯料过高，热镦过程中坯料上端发生失稳的盲孔实现；
所述的腔体结构为开口小底部大的形式，保证两个坯料不会脱离。
2.根据权利要求1所述的T字形结构的局部热镦连接方法，其特征是，所述的加热是指：通过中频加热至再结晶温度以上。
3.根据权利要求1所述的T字形结构的局部热镦连接方法，其特征是，所述的两个坯料为棒状或板状。
4.根据权利要求1所述的T字形结构的局部热镦连接方法，其特征是，当两个坯料材质不同时，设置于下模的坯料的材料强度高于设置于上模的坯料在再结晶温度时的强度。
5.根据权利要求1所述的T字形结构的局部热镦连接方法，其特征是，所述的腔体与加热部分的形状相适配，即腔体的上端尺寸大于加热部分的口径，从而满足垂直方向的坯料可以比较自由的放入腔体。
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