CN111496050B - 铝合金板材冷热复合冲压成形装置及其冲压方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝合金板材冷热复合冲压成形装置,包括预成形机构、终成形机构;预成形机构包括第一冲压凸模、第一冲压凹模、第一压边圈、冷却机构;在第一冲压凹模上设有弹性隔热支架;终成形机构包括第二冲压凸模、第二冲压凹模、第二压边圈、冷却机构。同时还提供了相应的冲压方法。本发明不但改善了铝合金成形性能,解决了室温下成形破裂回弹等问题,提高了铝合金板材的冲压成形合格率,而且能够在冲压成形过程中将时效强化和形变强化同时引入,从而达到形变时效的强化效果,进而在不同零件或是同一零件的不同部位,设计不同余量的冷变形与后续人工时效相结合,从而改变零件的整体强度或是零件不同部位的强度,另外还能提高成形精度。

Description

铝合金板材冷热复合冲压成形装置及其冲压方法
技术领域
本发明属于冲压技术领域,具体涉及一种铝合金板材冷热复合冲压成形装置及其冲压方法。
背景技术
不论是传统燃油汽车,还是新能源汽车,轻量化技术是世界公认的汽车节能减排共性基础技术。汽车轻量化,就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下,尽可能地降低汽车的整备质量,不但可以提高行驶速度、增加续航里程、缩短制动距离、改善操控性能,而且更加节能环保。铝合金轻量化技术是国际汽车轻量化最具有潜力的发展方向。
对于室温下塑性较差的可热处理强化变形铝合金的冲压成形,欲成形最佳,一般采用热冲压成形,也即在等于或低于铝合金固溶温度下加热保温后迅速转移进行热冲压成形。但是,由于在热冲压变形的同时铝合金板材发生了动态回复,甚至再结晶,抵消了加工硬化,无法产生位错,不能够产生形变时效的强化效果,以至于成形件的强度较差且单一,无法达到设计要求。在已有的高强钢冲压成形中,采用先冷冲压预成形再热冲压终成形的工艺是为了提高其冲压成形性能,降低变形抗力,而不用考虑其冷变形与时效的结合,因为高强钢不需要成形后的时效热处理工艺。而铝合金不但要考虑其冲压成形性能,而且还要考虑冷变形与时效的结合。
铝合金的时效强化是一个相当复杂的过程,目前普遍认为时效强化是溶质原子脱溶和析出偏聚形成硬化区的结果,它不仅取决于合金的成分、时效工艺,还取决于合金在生产过程中造成的缺陷,特别是空位、位错的数量和分布等。在时效之前,对固溶淬火后的铝合金施加一定的冷变形,产生的空位与位错能够为铝合金的时效提供大量的形核位置,有利于溶质原子的脱溶和析出,且析出的强化相分布更加弥散,这种处理方式称为形变时效。通过形变时效处理,溶质原子的分布和状态发生了变化、沉淀析出过程和形变位错运动过程交互影响,冷变形造成的脱溶相的形核更为广泛和均匀,有利于改善铝合金的力学性能,最终材料的强度极限可提高20%以上,而且还能提高抗腐蚀以及疲劳性能。
针对铝合金的这种特殊之处,欲将材料的性能发挥到极致,就必须在铝合金的冲压成形工艺中引入形变时效机制。目前已有的铝合金冲压成形工艺还无法满足这种要求。
发明内容
针对上述问题,本发明旨在提供一种铝合金板材冷热复合冲压成形装置及冲压方法,它可以将固溶后处于高温状态下的铝合金坯料的冲压成形过程分为两次:热冲压预成形和冷冲压终成形,通过对坯料进行固溶处理-热冲压预成形及模内淬火-冷冲压终成形及切边修整-人工时效处理,从而产生形变时效的强化效果,提高铝合金冲压成形件的精度与强度,并使铝合金零件不同部位具有不同的强度,改善铝合金冲压成形件的力学性能。
本发明解决问题的技术方案是:一种铝合金板材冷热复合冲压成形装置,包括预成形机构、终成形机构;
所述预成形机构包括第一冲压凸模、位于第一冲压凸模正下方的第一冲压凹模、位于第一冲压凸模外侧且可与第一冲压凸模同步运动的第一压边圈、设置于第一冲压凸模和第一冲压凹模内的冷却机构;
在第一冲压凹模上设有可将坯料支撑悬空于第一冲压凹模上表面的弹性隔热支架,所述弹性隔热支架可在外力作用下上下运动;
所述终成形机构包括第二冲压凸模、位于第二冲压凸模正下方的第二冲压凹模、位于第二冲压凸模外侧且可与第二冲压凸模同步运动的第二压边圈、设置于第二冲压凸模和第二冲压凹模内的冷却机构。
上述方案中,预成形机构有两个作用:热冲压预成形,以及通过冷却机构进行模内淬火。终成形机构的作用在于冷冲压形成最终产品。
弹性隔热支架有两个作用:第一,回弹脱模;第二,用来减少固溶后转移过来的坯料因与第一冲压凹模接触而引起的热量转移,导致热量损失。
进一步的,所述冷却机构包括温度传感器、电磁阀、循环中冷器、控温器、以及分别设置于第一冲压凸模、第一冲压凹模、第二冲压凸模、第二冲压凹模内的形成循环回路的冷却水道;
每个冷却水道内设有温度传感器,每个冷却水道入口处安装有电磁阀,在冷却水道循环回路上安装有循环中冷器,控温器一端连接温度传感器和电磁阀,另一端连接循环中冷器。
优选的,第一冲压凸模、第二冲压凸模内冷却水道的数量为4-6个;第一冲压凹模、第二冲压凹模内冷却水道的数量为8-10个。
优选的,在第一冲压凹模上设有弹性隔热支架容置腔,所述弹性隔热支架设置于弹性隔热支架容置腔内;
所述弹性隔热支架包括贴设于弹性隔热支架容置腔内壁的带有中空腔的隔热套筒、设置于隔热套筒中空腔内的弹性件、与弹性件连接的顶杆,所述弹性件在自然状态时,顶杆上端伸出弹性隔热支架容置腔。所述弹性件优选为弹簧。
进一步的,所述弹性隔热支架至少设有4个,至少在第一冲压凹模四角各布置一个;
所述弹性隔热支架容置腔数量与弹性隔热支架一一对应。
弹性隔热支架的数量及其在第一冲压凹模上的位置可根据铝合金坯料与预成形件的具体形状和尺寸确定。
优选的,所述预成形机构和终成形机构为一体化结构。
一体化结构的好处在于预成形和终成形可同步进行,提高效率,亦可控制工序之间的预成形件转移时间。
为了提高加工效率,进一步优选的,所述预成形机构和终成形机构为一体化结构,所述预成形机构设有至少两套,所述终成形机构至少设有两套,且与预成形机构一一对应。
一种具体的优选方案中,所述预成形机构和终成形机构为一体化结构,所述预成形机构设有至少两套,所述终成形机构至少设有两套,且与预成形机构一一对应,在相邻两套终成形机构之间,设有对冲压成形件进行冲压与切边复合成形的合模切断组件,所述合模切断组件包括可随第二冲压凸模运动的切刀、设置于相邻两个第二冲压凹模之间的切刀槽,所述切刀设置于相邻两套终成形机构的第二压边圈之间,所述切刀槽位于切刀正下方。
另一种具体的优选方案中,所述预成形机构和终成形机构为一体化结构,在预成形机构与终成形机构之间,设有对冲压成形件进行冲压与切边复合成形的合模切断组件,所述合模切断组件包括可随第二冲压凸模运动的切刀、设置于第一冲压凹模和第二冲压凹模之间的切刀槽,所述切刀设置于第一压边圈与第二压边圈之间,所述切刀槽位于切刀正下方。
相应的,本发明还提供一种应用上述铝合金板材冷热复合冲压成形装置的冲压方法,包括如下步骤:
S1:将铝合金坯料进行固溶处理;
S2:打开冷却机构,使每次冲压间歇第一冲压凸模和第一冲压凹模的温度保持在10±5℃范围内,为预成形模内淬火做准备;
S3:将完成固溶处理的铝合金坯料迅速转移至弹性隔热支架上,利用弹性隔热支架进行支撑与定位;
S4:转移完成后,立即启动冲压机进行首次冲压,第一冲压凸模开始下行,对转移后的铝合金坯料在高温下进行预成形冲压,进而模内保压2-8s进行模内淬火;
S5:保压结束后,将预成形机构内的预成形件迅速转移至终成形机构上;然后再立即重复S3的操作;
S6:全部转移完成后,立即启动冲压机,第一冲压凸模开始下行,在预成形机构中进行热冲压预成形,进而模内保压2-8s进行模内淬火;第二冲压凸模也下行,在终成形机构中进行冷冲压终成形和冷切边修整,进而模内保压2-8s;
S7:保压结束后,立即对终成形机构中的终成形件进行转移,然后再立即将预成形机构中的预成形件迅速转移至终成形机构中,然后再立即重复S3的操作,全部转移完成后,立即重复S6的操作;
S8:终成形机构中的终成形件转移之后置入时效炉,进行人工时效处理。
进一步的,所述预成形机构和终成形机构为一体化结构,步骤S1-S8完成后,不断重复步骤S7、步骤S8的操作,保证在后续冲压的过程中,一体化预成形机构和终成形机构的第一冲压凸模和第二冲压凸模每下行一次,都可以同时进行热冲压预成形与冷冲压终成形。
更进一步的,所述冷却机构包括温度传感器、电磁阀、循环中冷器、控温器、以及分别设置于第一冲压凸模、第一冲压凹模、第二冲压凸模、第二冲压凹模内的形成循环回路的冷却水道;
每个冷却水道内设有温度传感器,每个冷却水道入口处安装有电磁阀,在冷却水道循环回路上安装有循环中冷器,控温器一端连接温度传感器和电磁阀,另一端连接循环中冷器;
步骤S2中,冷却机构的打开步骤为:打开控温器,在第一冲压凸模和第一冲压凹模的冷却水道中通入冷却液,控温器通过控制电磁阀的开度以及循环中冷器的状态,使每次冲压间歇第一冲压凸模和第一冲压凹模的温度保持在10±5℃范围内,保证在冲压变形的过程中,通过第一冲压凸模和第一冲压凹模与坯料的接触,将坯料同步快速淬火冷却至20±5℃。
优选的,步骤S1中,冲压前坯料的固溶热处理温度为450-580℃,时间为0.2-1h;
步骤S3中,完成固溶处理的铝合金坯料转移至弹性隔热支架上的时间控制在6s以内,保证冲压瞬间第一压边圈与坯料接触之时,坯料的温度与其固溶温度的差距在30℃以内;
步骤S8中,人工时效温度范围为105℃-195℃,时效时间为4-24h。
本发明通过将固溶后处于高温状态下的铝合金坯料的冲压成形过程分为两次:热冲压预成形和冷冲压终成形,设计出一种铝合金板材冷热复合铝合金板材冷热复合冲压成形装置与方法,产生的有益效果有:
1.热冲压预成形针对形状突变、变形复杂部位以及零件轮廓的成形,改善了铝合金成形性能,解决了室温下成形时破裂回弹等问题,提高了铝合金板材的冲压成形合格率,并将高温下的坯料成形与淬火相结合,为成形件的最终时效处理作组织准备,提高了生产效率。
2.冷冲压终成形针对剩余部位的成形,不但将冷变形造成空位和位错与后续人工时效处理相结合,产生了形变时效的强化效果,获得比传统热冲压成形后直接时效更高的力学性能,而且能够设计模具型面变形补偿和冲压切边复合,省去了传统热冲压成形后激光切边或模具冷切工艺,有效提高了冲压件的成形精度与成形效率。
3.从坯料到终成形件的总变形量在两次冲压成形中的分配可以根据不同零件的设计要求进行调整,并且在不同零件或是同一零件的不同部位,可以设计不同余量的冷变形与后续人工时效相结合,从而改变零件的整体强度或是零件不同部位的强度,满足性能多样性的需求,可用于铝合金车身覆盖件及结构件的冲压成形。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施案例1的附图中:
图1是本发明实施案例1中冲压操作流程示意图;
图2是本发明实施案例1中铝合金板材冷热复合冲压成形装置示意图;
图3是本发明实施案例1中即将合模时铝合金板材冷热复合冲压成形装置的结构示意图;
图4是本发明实施案例1中合模保压时铝合金板材冷热复合冲压成形装置的结构示意图;
图5是本发明实施案例1中1号冲压位置铝合金板材冷热复合冲压成形装置的局部结构示意图;
实施案例2的附图中:
图6是本发明实施案例2中铝合金板材冷热复合冲压成形装置示意图;
图7是本发明实施案例2中1号冲压位置预成形机构合模保压时铝合金板材冷热复合冲压成形装置的结构示意图;
图8是本发明实施案例2中2号冲压位置终成形机构合模保压以及切断时铝合金板材冷热复合冲压成形装置的结构示意图;
实施案例3的附图中:
图9是本发明实施案例3中冲压操作流程示意图;
图10是本发明实施案例3中坯料开卷以及固溶热处理示意图;
图11是本发明实施案例3中合模保压以及切断时铝合金板材冷热复合冲压成形装置的结构示意图;
图12是本发明实施案例3中预成形件2示意图;
图13是本发明实施案例3中终成形件3示意图;
实施案例4的附图中:
图14是本发明实施案例4中同厚异质铝合金拼焊板坯料4、拼焊板预成形件5以及拼焊板终成形件6示意图;
图15是本发明实施案例4中即将合模时铝合金板材冷热复合冲压成形装置的结构示意图;
图16是本发明实施案例4中合模保压时铝合金板材冷热复合冲压成形装置的结构示意图;
图中:
1-坯料、2-预成形件、3-终成形件、4-拼焊板坯料、5-拼焊板预成形件、6-拼焊板终成形件、7-7075铝合金板材、8-2024铝合金板材、9-焊缝;
100-预成形机构、101-第一冲压凸模、102-第一压边圈、103-第一冲压凹模、104-冷却水道、105-温度传感器、106-弹性隔热支架、107-顶杆、108-弹簧、109-隔热套筒;
200-终成形机构、201-第二冲压凸模、202-第二压边圈、203-第二冲压凹模、204-合模切断组件、204.1-切刀、204.2-切刀槽;
301-固溶热处理炉、302-坯料传送辊子、303-坯料卷。
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的一部分实施例,而不是全部的实施例。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
如图1-图16所示,本发明提供的一种铝合金板材冷热复合冲压成形装置,包括预成形机构100、终成形机构200;
预成形机构100包括第一冲压凸模101、位于第一冲压凸模101正下方的第一冲压凹模103、位于第一冲压凸模101外侧且可与第一冲压凸模101同步运动的第一压边圈102、设置于第一冲压凸模101和第一冲压凹模103内的冷却机构,在第一冲压凹模103上设有可将坯料1支撑悬空于第一冲压凹模103上表面的弹性隔热支架106。弹性隔热支架106可在外力作用下上下运动;
终成形机构200包括第二冲压凸模201、位于第二冲压凸模201正下方的第二冲压凹模203、位于第二冲压凸模201外侧且可与第二冲压凸模201同步运动的第二压边圈202、设置于第二冲压凸模201和第二冲压凹模203内的冷却机构。
上述方案中,预成形机构有两个作用:热冲压预成形,以及通过冷却机构进行模内淬火。终成形机构的作用在于冷冲压形成最终产品。
弹性隔热支架有两个作用:第一,回弹脱模;第二,用来减少固溶后转移过来的坯料因与第一冲压凹模接触而引起的热量转移,导致热量损失。
在本发明的优选实施例中,如图5、图7、图11、图15、图16所示,冷却机构包括温度传感器105、电磁阀(图中未标示)、循环中冷器(图中未标示)、控温器(图中未标示)、以及分别设置于第一冲压凸模101、第一冲压凹模103、第二冲压凸模201、第二冲压凹模203内的形成循环回路的冷却水道104;
每个冷却水道104内设有温度传感器105,每个冷却水道104入口处安装有电磁阀,在冷却水道104循环回路上安装有循环中冷器,控温器一端连接温度传感器105和电磁阀,另一端连接循环中冷器。
在本发明的优选实施例中,第一冲压凸模、第二冲压凸模内冷却水道的数量为4-6个;第一冲压凹模、第二冲压凹模内冷却水道的数量为8-10个。
在本发明的优选实施例中,如图5所示,在第一冲压凹模103上设有弹性隔热支架容置腔(图中未示意),弹性隔热支架106设置于弹性隔热支架容置腔内;
弹性隔热支架106包括贴设于弹性隔热支架容置腔内壁的带有中空腔的隔热套筒109、设置于隔热套筒109中空腔内的弹性件108、与弹性件108连接的顶杆107。弹性件108在自然状态时,顶杆107上端伸出弹性隔热支架容置腔。弹性件108优选为弹簧。
进一步的,弹性隔热支架至少设有4个,至少在第一冲压凹模四角各布置一个;弹性隔热支架容置腔数量与弹性隔热支架一一对应。
弹性隔热支架的数量及其在第一冲压凹模上的位置可根据铝合金坯料与预成形件的具体形状和尺寸确定。
在本发明的优选实施例中,预成形机构和终成形机构为一体化结构。
一体化结构的好处在于预成形和终成形可同步进行,提高效率,亦可控制工序之间的预成形件转移时间。
为了提高加工效率,进一步的,预成形机构100和终成形机构200为一体化结构,预成形机构设有至少两套,终成形机构至少设有两套,且与预成形机构一一对应。
一种具体的优选方案中,预成形机构100和终成形机构200为一体化结构,预成形机构设有至少两套,终成形机构至少设有两套,且与预成形机构一一对应,在相邻两套终成形机构200之间,设有对冲压成形件进行冲压与切边复合成形的合模切断组件204。合模切断组件204包括可随第二冲压凸模201运动的切刀204.1、设置于相邻两个第二冲压凹模203之间的切刀槽204.2,切刀设置于相邻两套终成形机构200的第二压边圈202之间,切刀槽位于切刀正下方。合模切断组件用于将终成形件3分割开,以将冲压成形件分切成最小零件单元。
另一种具体的优选方案中,预成形机构100和终成形机构200为一体化结构,在预成形机构100与终成形机构200之间,设有对冲压成形件进行冲压与切边复合成形的合模切断组件204,合模切断组件204包括可随第二冲压凸模201运动的切刀204.1、设置于第一冲压凹模103和第二冲压凹模203之间的切刀槽204.2,切刀设置于第一压边圈与第二压边圈之间,切刀槽位于切刀正下方。
相应的,本发明还提供一种应用上述铝合金板材冷热复合冲压成形装置的冲压方法,包括如下步骤:
S1:将铝合金坯料进行固溶处理;
S2:打开冷却机构,使每次冲压间歇第一冲压凸模和第一冲压凹模的温度保持在10±5℃范围内,为预成形模内淬火做准备;
S3:将完成固溶处理的铝合金坯料迅速转移至弹性隔热支架上,利用弹性隔热支架进行支撑与定位;
S4:转移完成后,立即启动冲压机进行首次冲压,第一冲压凸模开始下行,对转移后的铝合金坯料在高温下进行预成形冲压,进而模内保压2-8s进行模内淬火;
S5:保压结束后,将预成形机构内的预成形件迅速转移至终成形机构上;然后再立即重复S3的操作;
S6:全部转移完成后,立即启动冲压机,第一冲压凸模开始下行,在预成形机构中进行热冲压预成形,进而模内保压2-8s进行模内淬火;第二冲压凸模也下行,在终成形机构中进行冷冲压终成形和切边修整,进而模内保压2-8s;
S7:保压结束后,立即对终成形机构中的终成形件进行转移,然后再立即将预成形机构中的预成形件迅速转移至终成形机构中,然后再立即重复S3的操作,全部转移完成后,立即重复S6的操作;
S8:终成形机构中的终成形件转移之后置入时效炉,进行人工时效处理。
本发明的优选实施例中,预成形机构和终成形机构为一体化结构,步骤S1-S8完成后,不断重复步骤S7、步骤S8的操作,保证在后续冲压的过程中,一体化预成形机构和终成形机构的第一冲压凸模和第二冲压凸模每下行一次,都可以同时进行热冲压预成形与冷冲压终成形。
本发明的优选实施例中,冷却机构包括温度传感器、电磁阀、循环中冷器、控温器、以及分别设置于第一冲压凸模、第一冲压凹模、第二冲压凸模、第二冲压凹模内的形成循环回路的冷却水道;
每个冷却水道内设有温度传感器,每个冷却水道入口处安装有电磁阀,在冷却水道循环回路上安装有循环中冷器,控温器一端连接温度传感器和电磁阀,另一端连接循环中冷器;
步骤S2中,冷却机构的打开步骤为:打开控温器,在第一冲压凸模和第一冲压凹模的冷却水道中通入冷却液,控温器通过控制电磁阀的开度以及循环中冷器的状态,使每次冲压间歇第一冲压凸模和第一冲压凹模的温度保持在10±5℃范围内,保证在冲压变形的过程中,通过第一冲压凸模和第一冲压凹模与坯料的接触,将坯料同步快速淬火冷却至20±5℃。
本发明的优选实施例中,步骤S1中,冲压前坯料的固溶热处理温度为450-580℃,时间为0.2-1h;
步骤S3中,完成固溶处理的铝合金坯料转移至弹性隔热支架上的时间控制在6s以内,保证冲压瞬间第一压边圈与坯料接触之时,坯料的温度与其固溶温度的差距在30℃以内;
步骤S8中,人工时效温度范围为105℃-195℃,时效时间为4-24h。
以下列举4个具体实施案例对本发明进行进一步说明。为了便于描述,各部件的相对位置关系(如:上、下、左、右等)的描述均是根据说明书附图的布图方向来进行描述的,并不对本专利的结构起限定作用。
实施案例1:
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施案例1,对本发明进行详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施案例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1-图5所示,实施案例1在具体实施铝合金板材冷热复合冲压成形时,冲压坯料为矩形薄板,尺寸为500×300mm,材料为退火态2024铝合金,厚度为1.5mm,冲压后是底面为波形曲面的凹槽形零件。
一种铝合金板材冷热复合铝合金板材冷热复合冲压成形装置,如图2-图4所示,该装置包括1号冲压位置的预成形机构100、2号冲压位置的终成形机构200。预成形机构100和终成形机构200为一体化结构。
如图3和4所示,预成形机构100包括第一冲压凸模101、位于第一冲压凸模101正下方的第一冲压凹模103、位于第一冲压凸模101外侧且可与第一冲压凸模101同步运动的第一压边圈102、设置于第一冲压凸模101和第一冲压凹模103内的冷却机构。
终成形机构200包括第二冲压凸模201、位于第二冲压凸模201正下方的第二冲压凹模203、位于第二冲压凸模201外侧且可与第二冲压凸模201同步运动的第二压边圈202、设置于第二冲压凸模201和第二冲压凹模203内的冷却机构。终成形机构200是在热冲压预成形机构100的基础上,针对剩余部位的成形以及变形补偿,通过局部形状与尺寸的修改,以获得完整形状与尺寸的冲压成形件3。
冷却机构包括温度传感器105、电磁阀(图中未标示)、循环中冷器(图中未标示)、控温器(图中未标示)、以及分别设置于第一冲压凸模101、第一冲压凹模103、第二冲压凸模201、第二冲压凹模203内的形成循环回路的冷却水道104。冷却水道104设置在冲压凸模与凹模的结合处,但不破坏模具的强度,冷却水道104内径为50mm。
第一冲压凸模101内冷却水道104的数量为4个。第一冲压凹模103内冷却水道104的数量为8个。每个冷却水道104内设有温度传感器105。所用冷却液具有为粘度小,比热容大、无腐蚀、不易发生气蚀等特性。每个冷却水道104入口处安装有电磁阀。在冷却水道104循环回路上安装有循环中冷器,监测和调节冷却液的温度,使流经中冷器的冷却液的温度降至10±5℃以后再次泵入冷却水道104。控温器一端连接温度传感器105和电磁阀,另一端连接循环中冷器。
如图3-5所示,在第一冲压凹模103上设有可将坯料1支撑悬空于第一冲压凹模103上表面的弹性隔热支架106。弹性隔热支架106可在外力作用下上下运动。弹性隔热支架106用来减少固溶后转移过来的坯料1因与第一冲压凹模103接触而引起的热量损失。
弹性隔热支架106包括贴设于弹性隔热支架容置腔内壁的带有中空腔的隔热套筒109、设置于隔热套筒109中空腔内的弹性件108、与弹性件108连接的顶杆107。弹性件108在自然状态时,顶杆107上端伸出弹性隔热支架容置腔。弹性件108优选为弹簧。
根据铝合金坯料1以及预成形件的具体形状和尺寸,确定弹性隔热支架106的数量为4个,在第一冲压凹模103的四角沿对角布置。
相应的,本实施案例提供一种铝合金板材冷热复合冲压成形方法,包括以下步骤:
S1:按照冲压生产节拍依次将尺寸为500×300mm×1.5mm的铝合金坯料1放入电阻炉中进行固溶处理,固溶温度495℃,时间0.5h。
S2:打开预成形机构100的控温器,在第一冲压凸模101和第一冲压凹模103的冷却水道104中通入冷却液,控温器通过控制电磁阀的开度以及循环中冷器的状态,使每次冲压间歇第一冲压凸模101和第一冲压凹模103的温度保持在10±5℃范围内,为热冲压预成形模内淬火做准备。
S3:将完成固溶处理的铝合金坯料1迅速转移至1号冲压位置的弹性隔热支架106上,利用弹性隔热支架106进行支撑与定位,转移时间为6s。
S4:转移完成后,立即启动冲压机进行首次冲压,第一冲压凸模101和第二冲压凸模201开始下行,在1号冲压位置对转移后的坯料1在高温下进行预成形冲压,进而模内保压5s,此时2号冲压位置的第二冲压凸模201只是合模并没有冷冲压。
S5:保压结束后,将1号冲压位置的预成形件2迅速转移至2号冲压位置的第二冲压凹模203上,然后再立即重复S3的操作。
S6:全部转移完成后,立即启动冲压机,第一冲压凸模101和第二冲压凸模201开始下行,在1号和2号冲压位置同时进行热冲压预成形与冷冲压终成形,进而模内保压5s。
S7:保压结束后,立即对2号冲压位置的终成形件3进行转移,然后再立即将1号冲压位置的预成形件2迅速转移至2号冲压位置的第二冲压凹模203上,然后再立即重复S3的操作,全部转移完成后,立即重复S6的操作。
S8:2号冲压位置的终成形件3转移完成之后进行切边修整,然后置入时效炉,进行人工时效处理,时效温度为195℃,时效时间为12h;
S9:不断重复S7、S8的操作,保证在后续冲压的过程中,一体化模具的第一冲压凸模101和第二冲压凸模201每下行一次,都可以同时在1号和2号冲压位置进行热冲压预成形与冷冲压终成形。
本实施案例1中,坯料1转移结束后,立即启动冲压机,保证第一压边圈102与坯料1接触时,坯料1的温度与其固溶温度的差距在30℃以内。
本实施案例1中,冲压间歇,第一冲压凸模101和第一冲压凹模103的温度保持在10±5℃范围内,在合模冲压以及保压的过程中,控温器不断接收温度传感器105和循环中冷器的信号,分析处理后输出电磁阀以及循环中冷器的控制信号,调节电磁阀的开度以及通入的冷却液的温度,将第一冲压凸模101和第一冲压凹模103的温度始终保持在10±5℃范围内,保证在冲压变形的过程中,通过第一冲压凸模101和第一冲压凹模103与坯料1的接触,将坯料1同步快速淬火冷却至20±5℃,进而模内保压5s,得到铝合金预成形件2。
本实施案例1中,从坯料1到终成形件3的总拉深变形量在两次冲压成形中的分配为:热冲压预成形占比90%,冷冲压终成形占比10%;并且在冷冲压终成形底面波形曲面时不同部位的冷变形程度不同,形状转折突变处变形量最大为20%,不同程度的冷变形与后续人工时效相结合产生不同程度的强化效果,从而改变零件不同部位的强度,满足性能多样性的需求。
实施案例2:
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施案例2,对本发明进行进一步的详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施案例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图6-图8所示,实施案例2在具体实施铝合金板材冷热复合冲压成形时,冲压坯料为矩形薄板,尺寸为500×700mm,材料为退火态2024铝合金,厚度为1.5mm,冲压后是底面为波形曲面的凹槽形零件。其中,图7是图6的局部左剖视图,图8是图6的局部右剖视图。采用图6-图8所示的装置可以达到一套装置同时生产多件的目的,从而将生产效率提高。
一种铝合金板材冷热复合铝合金板材冷热复合冲压成形装置,如图6-图8所示,该装置包括1号冲压位置的预成形机构100、2号冲压位置的终成形机构200。预成形机构100和终成形机构200为一体化结构,且预成形机构100设有至少两套,终成形机构200至少设有两套,且与预成形机构100一一对应。
在本实施案例中,如图7和8所示,预成形机构100包括第一冲压凸模101、位于第一冲压凸模101正下方的第一冲压凹模103、位于第一冲压凸模101外侧且可与第一冲压凸模101同步运动的第一压边圈102、设置于第一冲压凸模101和第一冲压凹模103内的冷却机构。
终成形机构200包括第二冲压凸模201、位于第二冲压凸模201正下方的第二冲压凹模203、位于第二冲压凸模201外侧且可与第二冲压凸模201同步运动的第二压边圈202、设置于第二冲压凸模201和第二冲压凹模203内的冷却机构。
在相邻两套终成形机构200之间,设有对冲压成形件进行冲压与切边复合成形的合模切断组件204。合模切断组件204包括可随第二冲压凸模201运动的切刀204.1、设置于相邻两个第二冲压凹模203之间的切刀槽204.2,切刀设置于相邻两套终成形机构200的第二压边圈202之间,切刀槽位于切刀正下方。
终成形机构200是在热冲压预成形机构100的基础上,针对剩余部位的成形以及变形补偿,通过局部形状与尺寸的修改,以获得完整形状与尺寸的冲压成形件3。
冷却机构包括温度传感器105、电磁阀(图中未标示)、循环中冷器(图中未标示)、控温器(图中未标示)、以及分别设置于第一冲压凸模101、第一冲压凹模103、第二冲压凸模201、第二冲压凹模203内的形成循环回路的冷却水道104。冷却水道104设置在冲压凸模与凹模的结合处,但不破坏模具的强度,冷却水道104内径为50mm。
第一冲压凸模101内冷却水道104的数量为4个。第一冲压凹模103内冷却水道104的数量为8个。每个冷却水道104内设有温度传感器105。所用冷却液具有为粘度小,比热容大、无腐蚀、不易发生气蚀等特性。每个冷却水道104入口处安装有电磁阀。在冷却水道104循环回路上安装有循环中冷器,监测和调节冷却液的温度,使流经中冷器的冷却液的温度降至10±5℃以后再次泵入冷却水道104。控温器一端连接温度传感器105和电磁阀,另一端连接循环中冷器。
在本实施案例中,如图7所示,在第一冲压凹模103上设有可将坯料1支撑悬空于第一冲压凹模103上表面的弹性隔热支架106。弹性隔热支架106可在外力作用下上下运动。弹性隔热支架106用来减少固溶后转移过来的坯料1因与第一冲压凹模103接触而引起的热量损失。
弹性隔热支架106包括贴设于弹性隔热支架容置腔内壁的带有中空腔的隔热套筒109、设置于隔热套筒109中空腔内的弹性件108、与弹性件108连接的顶杆107。弹性件108在自然状态时,顶杆107上端伸出弹性隔热支架容置腔。
根据铝合金坯料1以及预成形件的具体形状和尺寸,确定弹性隔热支架106的数量为4个,在第一冲压凹模103的四角沿对角布置。
相应的,本实施案例提供一种铝合金板材冷热复合冲压成形方法,包括以下步骤:
S1:按照冲压生产节拍依次将尺寸为500×700mm×1.5mm的铝合金坯料1放入电阻炉中进行固溶处理,固溶温度495℃,时间0.5h;
S2:打开预成形机构100的控温器,在第一冲压凸模101和第一冲压凹模103的冷却水道104中通入冷却液,控温器通过控制电磁阀的开度以及循环中冷器的状态,使每次冲压间歇第一冲压凸模101和第一冲压凹模103的温度保持在10±5℃范围内,为热冲压预成形模内淬火做准备。
S3:将完成固溶处理的铝合金坯料1迅速转移至1号冲压位置的弹性隔热支架106上,利用弹性隔热支架106进行支撑与定位,转移时间为6s。
S4:转移完成后,立即启动冲压机进行首次冲压,第一冲压凸模101和第二冲压凸模201开始下行,在1号冲压位置对转移后的坯料1在高温下进行预成形冲压,进而模内保压5s,此时2号冲压位置的第二冲压凸模201只是合模并没有冷冲压。
S5:保压结束后,将1号冲压位置的预成形件2迅速转移至2号冲压位置的第二冲压凹模203上,然后再立即重复S3的操作。
S6:全部转移完成后,立即启动冲压机,第一冲压凸模101和第二冲压凸模201开始下行,在1号和2号冲压位置同时进行热冲压预成形与冷冲压终成形,并在2号冲压位置利用合模切断组件204将终成形件3分割开,进而模内保压5s。
S7:保压结束后,立即对2号冲压位置的终成形件3进行转移,然后再立即将1号冲压位置的预成形件2迅速转移至2号冲压位置的第二冲压凹模203上,然后再立即重复S3的操作,全部转移完成后,立即重复S6的操作。
S8:2号冲压位置的终成形件3转移完成之后进行切边修整,然后置入时效炉,进行人工时效处理,时效温度为195℃,时效时间为12h;
S9:不断重复S7、S8的操作,保证在后续冲压的过程中,一体化模具的第一冲压凸模101和第二冲压凸模201每下行一次,都可以同时在1号和2号冲压位置进行热冲压预成形与冷冲压终成形。
本实施案例2中,坯料1转移结束后,立即启动冲压机,保证第一压边圈102与坯料1接触时,坯料1的温度与其固溶温度的差距在30℃以内。
本实施案例2中,冲压间歇,第一冲压凸模101和第一冲压凹模103的温度保持在10±5℃范围内,在合模冲压以及保压的过程中,控温器不断接收温度传感器105和循环中冷器的信号,分析处理后输出电磁阀以及循环中冷器的控制信号,调节电磁阀的开度以及通入的冷却液的温度,将第一冲压凸模101和第一冲压凹模103的温度始终保持在10±5℃范围内,保证在冲压变形的过程中,通过第一冲压凸模101和第一冲压凹模103与坯料1的接触,将坯料1同步快速淬火冷却至20±5℃,进而模内保压5s,得到铝合金预成形件2。
本实施案例2中,从坯料1到终成形件3的总拉深变形量在两次冲压成形中的分配为:热冲压预成形占比80%,冷冲压终成形占比20%;并且在冷冲压终成形底面波形曲面时不同部位的冷变形程度不同,形状转折突变处变形量最大为30%。与实施案例1相比,实施案例2采用不同程度的冷拉深变形和底面最大冷变形量,从而与后续人工时效相结合时强化程度不同,改变了零件的整体强度;同样的,零件底面波形曲面各个部位的不同冷变形程度改变了底面不同部位的强度。综上特点满足了零件性能多样性的需求。
实施案例3:
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施案例3,对本发明进行进一步的详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施案例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图9-图11所示,实施案例3在具体实施铝合金板材冷热复合冲压成形时,坯料卷303的宽度为300mm,开卷后按照冲压生产节拍利用传送辊子302将坯料1传送到固溶热处理炉301中进行固溶处理。所用材料为T6态7075铝合金,厚度为1.5mm,冲压后是底面为波形曲面的凹槽形零件。
一种铝合金板材冷热复合铝合金板材冷热复合冲压成形装置,如图9-图11所示,该装置包括1号冲压位置的预成形机构100、2号冲压位置的终成形机构200。预成形机构100和终成形机构200为一体化结构。
在本实施案例中,如图10所示,包括坯料卷303、坯料传送辊子302、固溶热处理炉301以及位于坯料卷303与固溶热处理炉301之间、固溶热处理炉301与冲压机构之间的隔热与定位装置(图中未标示);
在本实施案例中,如图11所示,预成形机构100包括第一冲压凸模101、位于第一冲压凸模101正下方的第一冲压凹模103、位于第一冲压凸模101外侧且可与第一冲压凸模101同步运动的第一压边圈102、设置于第一冲压凸模101和第一冲压凹模103内的冷却机构。
终成形机构200包括第二冲压凸模201、位于第二冲压凸模201正下方的第二冲压凹模203、位于第二冲压凸模201外侧且可与第二冲压凸模201同步运动的第二压边圈202、设置于第二冲压凸模201和第二冲压凹模203内的冷却机构。
在预成形机构100与终成形机构200之间,设有对冲压成形件进行冲压与切边复合成形的合模切断组件204。合模切断组件204包括可随第二冲压凸模201运动的切刀、设置于相邻两个第二冲压凹模203之间的切刀槽,切刀设置于第一压边圈102与第二压边圈202之间,切刀槽位于切刀正下方。
终成形机构200是在热冲压预成形机构100的基础上,针对剩余部位的成形以及变形补偿,通过局部形状与尺寸的修改,以获得完整形状与尺寸的冲压成形件3。
冷却机构包括温度传感器105、电磁阀(图中未标示)、循环中冷器(图中未标示)、控温器(图中未标示)、以及分别设置于第一冲压凸模101、第一冲压凹模103、第二冲压凸模201、第二冲压凹模203内的形成循环回路的冷却水道104。冷却水道104设置在冲压凸模与凹模的结合处,但不破坏模具的强度,冷却水道104内径为50mm。
第一冲压凸模101内冷却水道104的数量为4个。第一冲压凹模103内冷却水道104的数量为8个。每个冷却水道104内设有温度传感器105。所用冷却液具有为粘度小,比热容大、无腐蚀、不易发生气蚀等特性。每个冷却水道104入口处安装有电磁阀。在冷却水道104循环回路上安装有循环中冷器,监测和调节冷却液的温度,使流经中冷器的冷却液的温度降至10±5℃以后再次泵入冷却水道104。控温器一端连接温度传感器105和电磁阀,另一端连接循环中冷器。
在本实施案例中,如图7所示,在第一冲压凹模103上设有可将坯料1支撑悬空于第一冲压凹模103上表面的弹性隔热支架106。弹性隔热支架106可在外力作用下上下运动。弹性隔热支架106用来减少固溶后转移过来的坯料1因与第一冲压凹模103接触而引起的热量损失。
弹性隔热支架106包括贴设于弹性隔热支架容置腔内壁的带有中空腔的隔热套筒109、设置于隔热套筒109中空腔内的弹性件108、与弹性件108连接的顶杆107。弹性件108在自然状态时,顶杆107上端伸出弹性隔热支架容置腔。
根据铝合金坯料1以及预成形件的具体形状和尺寸,确定弹性隔热支架106的数量为4个,在第一冲压凹模103的四角沿对角布置。
相应的,本实施案例提供一种铝合金板材冷热复合冲压成形方法,包括以下步骤:
S1:按照冲压生产节拍利用传送辊子302依次将开卷后的铝合金坯料1传送到电阻炉301中进行固溶处理,固溶温度475℃,时间0.5h;
S2:打开预成形机构100的控温器,在第一冲压凸模101和第一冲压凹模103的冷却水道104中通入冷却液,控温器通过控制电磁阀的开度以及循环中冷器的状态,使每次冲压间歇第一冲压凸模101和第一冲压凹模103的温度保持在10±5℃范围内,为热冲压预成形模内淬火做准备。
S3:将完成固溶处理的铝合金坯料1迅速转移至1号冲压位置的弹性隔热支架106上,利用弹性隔热支架106进行支撑与定位,转移时间为6s。此时传送铝合金坯料1的传送辊子302做出相应的跟进动作,将下一段坯料1传送到电阻炉301中进行固溶处理。
S4:转移完成后,立即启动冲压机进行首次冲压,第一冲压凸模101和第二冲压凸模201开始下行,在1号冲压位置对转移后的坯料1在高温下进行预成形冲压,进而模内保压5s,此时2号冲压位置的第二冲压凸模201只是合模并没有冷冲压。
S5:保压结束后,将1号冲压位置的预成形件2迅速转移至2号冲压位置的第二冲压凹模203上,此时传送铝合金坯料1的传送辊子302做出相应的跟进动作,将完成固溶处理的一段铝合金坯料1迅速转移至1号位置的弹性隔热支架106上,而且将下一段坯料传送到电阻炉301中进行固溶处理。
S6:全部转移完成后,立即启动冲压机,第一冲压凸模101和第二冲压凸模201开始下行,在1号和2号冲压位置同时进行热冲压预成形与冷冲压终成形,并在2号冲压位置利用合模切断组件204将终成形件3与预成形件2分割开,模内保压5s。
S7:保压结束后,立即对2号冲压位置的终成形件3进行转移,然后再立即重复S5的操作,全部动作完成后,立即重复S6的操作。
S8:2号冲压位置的终成形件3转移完成之后进行切边修整,然后置入时效炉,进行人工时效处理,时效温度为125℃,时效时间为24h。
S9:不断重复S7、S8的操作,保证在后续冲压的过程中,一体化模具的第一冲压凸模101和第二冲压凸模201每下行一次,都可以同时在1号和2号冲压位置进行热冲压预成形与冷冲压终成形。
本实施案例3中,完成固溶处理的一段铝合金坯料1转移至1号位置的弹性隔热支架106上之后,立即启动冲压机,保证第一压边圈102与坯料1接触时,坯料1的温度与其固溶温度的差距在30℃以内。
本实施案例3中,冲压间歇,第一冲压凸模101和第一冲压凹模103的温度保持在10±5℃范围内,在合模冲压以及保压的过程中,控温器不断接收温度传感器105和循环中冷器的信号,分析处理后输出电磁阀以及循环中冷器的控制信号,调节电磁阀的开度以及通入的冷却液的温度,将第一冲压凸模101和第一冲压凹模103的温度始终保持在10±5℃范围内,保证在冲压变形的过程中,通过第一冲压凸模101和第一冲压凹模103与坯料1的接触,将坯料1同步快速淬火冷却至20±5℃,进而模内保压5s,得到铝合金预成形件2。
本实施案例3中,从坯料到终成形件的总拉深变形量在两次冲压成形中的分配为:热冲压预成形占比80%,冷冲压终成形占比20%;并且在冷冲压终成形底面波形曲面时不同部位的冷变形程度不同,形状转折突变处变形量最大为30%。与实施案例2相比,实施案例3采用不同牌号的铝合金,虽然冷拉深变形和底面最大冷变形量相同,但是对于不同的铝合金,冷变形与后续人工时效相结合产生的强化效果不同,所以实施案例3冲压成形的零件强度依然与实施案例2不同。
实施案例4:
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施案例4,对本发明进行详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施案例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图14-图16所示,实施案例4在具体实施铝合金板材冷热复合冲压成形时,冲压坯料为同厚异质铝合金拼焊板,也即采用搅拌摩擦焊技术将退火态7075铝合金板材7与退火态2024铝合金板材8拼焊在一起,拼焊前退火态7075铝合金板材7与退火态2024铝合金板材8的尺寸均为500×145mm,拼焊之后尺寸为500×300mm,焊缝9的宽度为10mm,拼焊板坯料4厚度为3mm,冲压后是底面为波形曲面的凹槽形零件。
一种铝合金拼焊板冷热复合铝合金板材冷热复合冲压成形装置,如图15和16所示,该装置包括1号冲压位置的预成形机构100、2号冲压位置的终成形机构200。预成形机构100和终成形机构200为一体化结构。
预成形机构100包括第一冲压凸模101、位于第一冲压凸模101正下方的第一冲压凹模103、位于第一冲压凸模101外侧且可与第一冲压凸模101同步运动的第一压边圈102、设置于第一冲压凸模101和第一冲压凹模103内的冷却机构。
终成形机构200包括第二冲压凸模201、位于第二冲压凸模201正下方的第二冲压凹模203、位于第二冲压凸模201外侧且可与第二冲压凸模201同步运动的第二压边圈202、设置于第二冲压凸模201和第二冲压凹模203内的冷却机构。终成形机构200是在热冲压预成形机构100的基础上,针对剩余部位的成形以及变形补偿,通过局部形状与尺寸的修改,以获得完整形状与尺寸的铝合金拼焊板冲压成形件6。
冷却机构包括温度传感器105、电磁阀(图中未标示)、循环中冷器(图中未标示)、控温器(图中未标示)、以及分别设置于第一冲压凸模101、第一冲压凹模103、第二冲压凸模201、第二冲压凹模203内的形成循环回路的冷却水道104。冷却水道104设置在冲压凸模与凹模的结合处,但不破坏模具的强度,冷却水道104内径为50mm。
第一冲压凸模101内冷却水道104的数量为4个。第一冲压凹模103内冷却水道104的数量为8个。每个冷却水道104内设有温度传感器105。所用冷却液具有为粘度小,比热容大、无腐蚀、不易发生气蚀等特性。每个冷却水道104入口处安装有电磁阀。在冷却水道104循环回路上安装有循环中冷器,监测和调节冷却液的温度,使流经中冷器的冷却液的温度降至10±5℃以后再次泵入冷却水道104。控温器一端连接温度传感器105和电磁阀,另一端连接循环中冷器。
在第一冲压凹模103上设有可将坯料1支撑悬空于第一冲压凹模103上表面的弹性隔热支架106。弹性隔热支架106可在外力作用下上下运动。弹性隔热支架106用来减少固溶后转移过来的坯料1因与第一冲压凹模103接触而引起的热量损失。
弹性隔热支架106包括贴设于弹性隔热支架容置腔内壁的带有中空腔的隔热套筒109、设置于隔热套筒109中空腔内的弹性件108、与弹性件108连接的顶杆107。弹性件108在自然状态时,顶杆107上端伸出弹性隔热支架容置腔。
根据铝合金坯料1以及预成形件的具体形状和尺寸,确定弹性隔热支架106的数量为4个,在第一冲压凹模103的四角沿对角布置。
相应的,本实施案例提供一种铝合金拼焊板冷热复合冲压成形方法,包括以下步骤:
S1:按照冲压生产节拍依次将尺寸为500×300mm×3mm的铝合金拼焊板坯料4放入电阻炉中进行固溶处理,固溶温度475℃,时间0.5h。
S2:打开预成形机构100的控温器,在第一冲压凸模101和第一冲压凹模103的冷却水道104中通入冷却液,控温器通过控制电磁阀的开度以及循环中冷器的状态,使每次冲压间歇第一冲压凸模101和第一冲压凹模103的温度保持在10±5℃范围内,为热冲压预成形模内淬火做准备。
S3:将完成固溶处理的铝合金拼焊板坯料4迅速转移至1号冲压位置的弹性隔热支架106上,利用弹性隔热支架106进行支撑与定位,转移时间为6s。
S4:转移完成后,立即启动冲压机进行首次冲压,第一冲压凸模101和第二冲压凸模201开始下行,在1号冲压位置对转移后的拼焊板坯料4在高温下进行预成形冲压,进而模内保压5s,此时2号冲压位置的第二冲压凸模201只是合模并没有冷冲压。
S5:保压结束后,将1号冲压位置的拼焊板预成形件5迅速转移至2号冲压位置的第二冲压凹模203上,然后再立即重复S3的操作。
S6:全部转移完成后,立即启动冲压机,第一冲压凸模101和第二冲压凸模201开始下行,在1号和2号冲压位置同时进行热冲压预成形与冷冲压终成形,进而模内保压5s。
S7:保压结束后,立即对2号冲压位置的拼焊板终成形件6进行转移,然后再立即将1号冲压位置的拼焊板预成形件5迅速转移至2号冲压位置的第二冲压凹模203上,然后再立即重复S3的操作,全部转移完成后,立即重复S6的操作。
S8:2号冲压位置的拼焊板终成形件6转移完成之后进行切边修整,然后置入时效炉,进行人工时效处理,时效温度为160℃,时效时间为12h。
S9:不断重复S7、S8的操作,保证在后续冲压的过程中,一体化模具的第一冲压凸模101和第二冲压凸模201每下行一次,都可以同时在1号和2号冲压位置进行热冲压预成形与冷冲压终成形。
本实施案例4中,拼焊板坯料4转移结束后,立即启动冲压机,保证第一压边圈102与拼焊板坯料4接触时,拼焊板坯料4的温度与其固溶温度的差距在30℃以内。
本实施案例4中,冲压间歇,第一冲压凸模101和第一冲压凹模103的温度保持在10±5℃范围内,在合模冲压以及保压的过程中,控温器不断接收温度传感器105和循环中冷器的信号,分析处理后输出电磁阀以及循环中冷器的控制信号,调节电磁阀的开度以及通入的冷却液的温度,将第一冲压凸模101和第一冲压凹模103的温度始终保持在10±5℃范围内,保证在冲压变形的过程中,通过第一冲压凸模101和第一冲压凹模103与拼焊板坯料4的接触,将拼焊板坯料4同步快速淬火冷却至20±5℃,进而模内保压5s,得到铝合金拼焊板预成形件5。
本实施案例4中,从铝合金拼焊板坯料4到铝合金拼焊板终成形件6的总拉深变形量在两次冲压成形中的分配为:热冲压预成形占比90%,冷冲压终成形占比10%;并且在底面波形曲面冷成形时不同部位的冷变形程度不同,形状转折突变处变形量最大为20%,不同程度的冷变形与后续人工时效相结合产生不同程度的强化效果,再加上同厚异质铝合金拼焊板的性能差异特性,从而改变零件不同部位的强度,满足性能多样性的需求。
在四个实施案例的实际操作中,坯料上均涂有起润滑作用的石墨,且使用的冷却液具有为粘度小,比热容大、无腐蚀、不易发生气蚀等特性。
根据铝合金形变时效的原理,人工时效前,对铝合金施加一定的冷变形,产生的空位与位错能够为铝合金的时效提供大量的形核位置,有利于溶质原子的脱溶和析出,且析出的强化相分布更加弥散。通过形变时效处理,溶质原子的分布和状态发生了变化、沉淀析出过程和形变位错运动过程交互影响,冷变形造成的脱溶相的形核更为广泛和均匀,有利于改善铝合金的力学性能,最终材料的强度极限可提高20%以上,而且还能提高抗腐蚀以及疲劳性能。
故而,采用本发明提出的铝合金板材冷热复合铝合金板材冷热复合冲压成形装置与方法,第一,改善了铝合金的成形性能,解决了室温下成形时破裂回弹问题,提高了铝合金板材的冲压成形合格率,并将高温下的坯料成形与淬火相结合,提高了生产效率;第二,冷冲压终成形针对剩余部位的成形,不但将冷变形造成空位和位错与后续人工时效处理相结合,产生了形变时效的强化效果,而且能够设计变形补偿,提高了冲压件的成形精度;第三,总变形量在两次成形中的分配可以根据不同零件的设计要求进行调整,并且在不同零件或是同一零件的不同部位,可以设计不同余量的冷变形与人工时效相结合,从而改变零件的整体强度或是零件不同部位的强度,满足性能多样性的需求。可用于铝合金车身覆盖件及结构件的冲压成形,具有广阔的应用前景。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、”“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,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“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“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。此外,在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种铝合金板材冷热复合冲压成形装置,其特征在于:包括预成形机构和终成形机构;
所述预成形机构用于对完成固溶处理的铝合金坯料进行热冲压预成形,其包括第一冲压凸模、位于第一冲压凸模正下方的第一冲压凹模、位于第一冲压凸模外侧且可与第一冲压凸模同步运动的第一压边圈、设置于第一冲压凸模和第一冲压凹模内的冷却机构,在第一冲压凹模上设有可将坯料支撑悬空于第一冲压凹模上表面的弹性隔热支架,所述弹性隔热支架可在外力作用下上下运动;
所述终成形机构用于对热冲压预成形后的坯料进行冷冲压终成形和冷切边修整,其包括第二冲压凸模、位于第二冲压凸模正下方的第二冲压凹模、位于第二冲压凸模外侧且可与第二冲压凸模同步运动的第二压边圈、设置于第二冲压凸模和第二冲压凹模内的冷却机构。
2.根据权利要求1所述的铝合金板材冷热复合冲压成形装置,其特征在于:所述冷却机构包括温度传感器、电磁阀、循环中冷器、控温器、以及分别设置于第一冲压凸模、第一冲压凹模、第二冲压凸模、第二冲压凹模内的形成循环回路的冷却水道;
每个冷却水道内设有温度传感器,每个冷却水道入口处安装有电磁阀,在冷却水道循环回路上安装有循环中冷器,控温器一端连接温度传感器和电磁阀,另一端连接循环中冷器。
3.根据权利要求2所述的铝合金板材冷热复合冲压成形装置,其特征在于:所述第一冲压凸模、第二冲压凸模内冷却水道的数量为4-6个;第一冲压凹模、第二冲压凹模内冷却水道的数量为8-10个。
4.根据权利要求1所述的铝合金板材冷热复合冲压成形装置,其特征在于:所述第一冲压凹模上设有弹性隔热支架容置腔,所述弹性隔热支架设置于弹性隔热支架容置腔内;
所述弹性隔热支架包括贴设于弹性隔热支架容置腔内壁的带有中空腔的隔热套筒、设置于隔热套筒中空腔内的弹性件、与弹性件连接的顶杆,所述弹性件在自然状态时,所述顶杆的上端伸出弹性隔热支架容置腔。
5.根据权利要求4所述的铝合金板材冷热复合冲压成形装置,其特征在于:所述弹性隔热支架至少设有4个,至少在第一冲压凹模四角各布置一个;所述弹性隔热支架容置腔数量与弹性隔热支架一一对应。
6.根据权利要求1-5任一项所述的铝合金板材冷热复合冲压成形装置,其特征在于:
所述预成形机构和终成形机构为一体化结构,所述预成形机构设有至少两套,所述终成形机构至少设有两套,且与预成形机构一一对应,在相邻两套终成形机构之间,设有对冲压成形件进行冲压与切边复合成形的合模切断组件,所述合模切断组件包括可随第二冲压凸模运动的切刀、设置于相邻两个第二冲压凹模之间的切刀槽,所述切刀设置于相邻两套终成形机构的第二压边圈之间,所述切刀槽位于切刀正下方;
或者,所述预成形机构和终成形机构为一体化结构,在预成形机构与终成形机构之间,设有对冲压成形件进行冲压与切边复合成形的合模切断组件,所述合模切断组件包括可随第二冲压凸模运动的切刀、设置于第一冲压凹模和第二冲压凹模之间的切刀槽,所述切刀设置于第一压边圈与第二压边圈之间,所述切刀槽位于切刀正下方。
7.一种应用权利要求1-6任一项所述铝合金板材冷热复合冲压成形装置的冲压方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:将铝合金坯料进行固溶处理;
S2:打开冷却机构,使每次冲压间歇第一冲压凸模和第一冲压凹模的温度保持在10±5℃范围内,为预成形模内淬火做准备;
S3:将完成固溶处理的铝合金坯料迅速转移至弹性隔热支架上,利用弹性隔热支架进行支撑与定位;
S4:转移完成后,立即启动冲压机进行首次冲压,第一冲压凸模开始下行,对转移后的铝合金坯料在高温下进行预成形冲压,进而模内保压2-8s进行模内淬火;
S5:保压结束后,将预成形机构内的预成形件迅速转移至终成形机构上;然后再立即重复S3的操作;
S6:全部转移完成后,立即启动冲压机,第一冲压凸模开始下行,在预成形机构中进行热冲压预成形,进而模内保压2-8s进行模内淬火;第二冲压凸模也下行,在终成形机构中进行冷冲压终成形和冷切边修整,进而模内保压2-8s;
S7:保压结束后,立即对终成形机构中的终成形件进行转移,然后再立即将预成形机构中的预成形件迅速转移至终成形机构中,然后再立即重复S3的操作,全部转移完成后,立即重复S6的操作;
S8:终成形机构中的终成形件转移之后置入时效炉,进行人工时效处理。
8.根据权利要求7所述的冲压方法,其特征在于:所述预成形机构和终成形机构为一体化结构,步骤S1-S8完成后,不断重复步骤S7、步骤S8的操作,保证在后续冲压的过程中,一体化预成形机构和终成形机构的第一冲压凸模和第二冲压凸模每下行一次,都可以同时进行热冲压预成形与冷冲压终成形。
9.根据权利要求7或8所述的冲压方法,其特征在于:所述冷却机构包括温度传感器、电磁阀、循环中冷器、控温器、以及分别设置于第一冲压凸模、第一冲压凹模、第二冲压凸模、第二冲压凹模内的形成循环回路的冷却水道;
每个冷却水道内设有温度传感器,每个冷却水道入口处安装有电磁阀,在冷却水道循环回路上安装有循环中冷器,控温器一端连接温度传感器和电磁阀,另一端连接循环中冷器;
步骤S2中,冷却机构的打开步骤为:打开控温器,在第一冲压凸模和第一冲压凹模的冷却水道中通入冷却液,控温器通过控制电磁阀的开度以及循环中冷器的状态,使每次冲压间歇第一冲压凸模和第一冲压凹模的温度保持在10±5℃范围内,保证在冲压变形的过程中,通过第一冲压凸模和第一冲压凹模与坯料的接触,将坯料同步快速淬火冷却至20±5℃。
10.根据权利要求7或8所述的冲压方法,其特征在于:步骤S1中,冲压前坯料的固溶热处理温度为450-580℃,时间为0.2-1h;
步骤S3中,完成固溶处理的铝合金坯料转移至弹性隔热支架上的时间控制在6s以内,保证冲压瞬间第一压边圈与坯料接触之时,坯料的温度与其固溶温度的差距在30℃以内;
步骤S8中,人工时效温度范围为105℃-195℃,时效时间为4-24h。
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