CN112646967A - 辅助支撑装置以及铝合金构件的热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助支撑装置以及铝合金构件的热处理方法，所述装置用于对进行热处理的铝合金构件提供支撑，所述构件具有U型结构，所述装置包括：支撑框架，用于支撑固定所述构件；侧壁压紧结构，设置于所述支撑框架上，且设置于所述构件的外部，压紧于所述构件的侧壁；以及内支撑结构，设置于所述构件的内部，支撑所述构件的侧壁。所述铝合金构件的热处理方法，包括：将所述的辅助支撑装置与所述构件装配在一起；对完成装配的构件进行热处理。基于该辅助支撑装置以及铝合金构件的热处理方法，可以有效控制铝合金构件的热处理变形。

Description

辅助支撑装置以及铝合金构件的热处理方法

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，尤其涉及一种用于铝合金构件热处理的辅助支撑装置以及铝合金构件的热处理方法。

背景技术

铝合金铸件具有可成型复杂构件、成本低的优点，在航空航天、轨道交通、高端汽车领域应用广泛。随着使用环境要求越来越高，铝合金铸件的结构形式越来越复杂，然而，在采用传统的固溶时效工艺对铝合金铸件进行热处理时，铸件会产生较大的变形，影响了后续的加工和最终的使用。尤其是薄壁门形结构的铸件，结构更复杂，整体刚性较弱，热处理过程变形量更大。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足之处，提出了一种辅助支撑装置以及铝合金构件的热处理方法，其可以有效控制铝合金构件的热处理变形。

本发明的技术解决方案是：

一个方面，本发明提供了一种辅助支撑装置，用于对进行热处理的构件提供支撑，所述构件具有U型结构，所述装置包括：

支撑框架，用于支撑固定所述构件；

侧壁压紧结构，设置于所述支撑框架上，且设置于所述构件的外部，压紧于所述构件的侧壁；以及

内支撑结构，设置于所述构件的内部，支撑所述构件的侧壁。

优选的是，所述的辅助支撑装置中，所述侧壁压紧结构包括压紧块和侧壁压紧螺栓，所述压紧块的一端通过所述侧壁压紧螺栓连接至所述支撑框架，另一端压紧于所述构件的侧壁。

优选的是，所述的辅助支撑装置中，所述装置包括一对侧壁压紧结构，所述一对侧壁压紧结构相对于所述构件对称分布。

优选的是，所述的辅助支撑装置中，所述内支撑结构包括一对顶块和内撑螺栓，所述一对顶块分别设置于所述内撑螺栓的两端，所述一对顶块抵顶于所述构件的侧壁。

优选的是，所述的辅助支撑装置中，所述构件具有相对于所述U型结构向外侧伸出的横向延伸部；所述支撑框架包括下部支撑框以及顶部压紧结构，所述下部支撑框具有用于支撑所述构件的横向延伸部的支撑部，所述顶部压紧结构用于将所述构件的横向延伸部压紧于所述支撑部。

另一方面，本发明提供了一种铝合金构件的热处理方法，包括：

将所述的辅助支撑装置与所述构件装配在一起；

对完成装配的构件进行热处理。

优选的是，所述的铝合金构件的热处理方法中，所述将所述的辅助支撑装置与所述构件装配在一起，包括：

将所述支撑框架、所述侧壁压紧结构以及所述内支撑结构与所述构件装配在一起，其中，调节所述侧壁压紧结构，使所述侧壁压紧结构以第一压力压紧于所述构件的侧壁，调节所述内支撑结构，使所述内支撑结构以第一支撑力向所述构件的侧壁提供支撑；

所述对完成装配的构件进行热处理，包括：

在对所述完成装配的构件进行热处理的过程中，在热处理的两个环节之间，再次调节所述侧壁压紧结构，使所述侧壁压紧结构以第二压力压紧于所述构件的侧壁，调节所述内支撑结构，使所述内支撑结构以第二支撑力向所述构件的侧壁提供支撑。

优选的是，所述的铝合金构件的热处理方法中，所述热处理的两个环节为固溶处理和时效处理。

优选的是，所述的铝合金构件的热处理方法中，所述固溶处理之后的30分钟之内，完成对所述侧壁压紧结构和所述内支撑结构的调节。

优选的是，所述的铝合金构件的热处理方法中，

所述对完成装配的构件进行热处理，还包括：

升温操作，包括：初始温度设定150～300℃，之后以80～100℃/h的速度升至510～520℃，保温0.4～0.8h，以0.5℃/min升温到530～545℃；

所述固溶处理，包括：在530～545℃保温10～20h，然后转移至水中固溶，以不大于12s的转移速度迅速入水，水温控制在40～70℃；

所述时效处理，包括：在空气中自然时效8～12h，然后进行人工时效150～170℃，保温6～9h，之后进行空气冷却。

本发明相对于现有技术的有益效果：

本发明提供了一种辅助支撑装置，用于对进行热处理的构件提供支撑，所述构件具有U型结构，所述装置包括：支撑框架，用于支撑固定所述构件；侧壁压紧结构，设置于所述支撑框架上，且设置于所述构件的外部，压紧于所述构件的侧壁；以及内支撑结构，设置于所述构件的内部，支撑所述构件的侧壁。同时，本发明提供了一种铝合金构件的热处理方法，包括：将所述的辅助支撑装置与所述构件装配在一起；对完成装配的构件进行热处理。热处理过程中，借助于辅助支撑装置的侧壁压紧结构从构件的外侧压紧构件侧壁，可以防止构件外张，借助于内支撑结构从构件的内侧对构件侧壁进行支撑，又可以防止构件收口，从而达到了控制铝合金构件在热处理过程中的变形的目的。

附图说明

图1为本发明实施例的辅助支撑装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

如图1所示，本发明提供了一种辅助支撑装置，用于对进行热处理的构件提供支撑，所述构件9具有U型结构，所述装置包括：支撑框架10，用于支撑固定所述构件9；侧壁压紧结构11，设置于所述支撑框架10上，且设置于所述构件9的外部，压紧于所述构件9的侧壁；以及内支撑结构12，设置于所述构件9的内部，支撑所述构件9的侧壁。

对铝合金构件进行热处理之前，预先将本实施例所提供的辅助支撑装置与铝合金构件9装配在一起。之后在热处理过程中，利用支撑框架10对构件进行支撑固定，侧壁压紧结构11从构件的外侧压紧于构件的侧壁，防止构件发生外张，内支撑结构12从构件的内侧支撑构件的侧壁，防止构件发生收口，从而达到控制铝合金构件在热处理过程中的变形的目的，使得经过热处理之后的铝合金构件满足后续机械加工的要求，性能达到设计要求。

在一些实施例中，所述的辅助支撑装置中，所述侧壁压紧结构11包括压紧块4和侧壁压紧螺栓3，所述压紧块4的一端通过所述侧壁压紧螺栓3连接至所述支撑框架10，另一端压紧于所述构件9的侧壁。

具体地，支撑框架10的下部支撑框13上形成有供侧壁压紧螺栓3穿过的螺孔，通过旋动侧壁压紧螺栓3，将压紧块4压紧在构件9的侧壁上。可以通过该调节侧壁压紧螺栓3的预紧力，实现侧壁压紧结构对于构件侧壁施加压力的调节。即，可以根据铝合金构件在热处理过程中可能发生变形的程度，在装配时将侧壁压紧螺栓调节至合适的预紧力，从而使侧壁压紧结构可以对构件侧壁施加合适的压力。值得说明的是，上述侧壁压紧螺栓的预紧力可以是理论计算的数值，也可以是人工装配时依据经验逐渐旋紧侧壁压紧螺栓至合适的程度所形成的预紧力。

在一些实施例中，所述的辅助支撑装置中，所述装置包括一对侧壁压紧结构11，所述一对侧壁压紧结构11相对于所述构件9对称分布。

铝合金构件9具有U型结构，该U型结构包括两个竖向部分和一个横向底部。为了充分控制构件的侧壁的热处理变形，优选在构件的两个竖向部分对应设置一对侧壁压紧结构11，而且为了保证一对侧壁压紧结构11向构件9侧壁施加均衡的压力，一对侧壁压紧结构11相对于构件9对称分布。具体地，每个侧壁压紧结构11均包括各自的侧壁压紧螺栓3和压紧块4，调节各自的侧壁压紧螺栓3的预紧力，即可以实现对相应侧壁压紧结构11对构件侧壁施加压力的调节。

在一些实施例中，所述的辅助支撑装置中，所述内支撑结构12包括一对顶块6和内撑螺栓5，所述一对顶块6分别设置于所述内撑螺栓5的两端，所述一对顶块6抵顶于所述构件9的侧壁。

具体地，一对顶块6在内撑螺栓5的作用下抵顶在构件9的两个竖向部分上，从而实现对于构件9侧壁的支撑。可以通过该调节内撑螺栓5的预紧力，实现内支撑结构12对于构件9侧壁施加支撑力的调节。即，可以根据铝合金构件在热处理过程中可能发生变形的程度，在装配时将支撑螺栓5调节至合适的预紧力，从而使内支撑结构12可以对构件9侧壁施加合适的支撑力。值得说明的是，上述支撑螺栓的预紧力可以是理论计算的具体数值，可以是人工装配时依据经验逐渐旋紧支撑螺栓至合适的程度所形成的预紧力。

另外，值得说明的是，侧壁压紧结构所施加的压力与内支撑结构所施加的支撑力可以是不同的，二者根据构件的变形特性加以确定。

在一些实施例中，所述的辅助支撑装置中，所述构件9具有相对于所述U型结构向外侧伸出的横向延伸部1；所述支撑框架10包括下部支撑框13以及顶部压紧结构14，所述下部支撑框13具有用于支撑所述构件的横向延伸部的支撑部2，所述顶部压紧结构14用于将所述构件的横向延伸部1压紧于所述支撑部2。

铝合金构件9还具有相对于U型结构向外侧伸出的横向延伸部1。具体地，该横向延伸部1可以是从U型结构的开口端向外翻出所形成的。利用下部支撑框13的支撑部2支撑该横向延伸部1，并且利用顶部压紧结构14将横向延伸部压紧在支撑部2上，可以进一步防止构件的横向延伸部1在热处理过程中发生翘曲变形。

进一步地，当铝合金构件具有由U型结构向外侧伸出的一对横向延伸部1时，顶部压紧结构14可以包括顶部压紧框8和顶部压紧螺栓7，顶部压紧框8的两端分别通过顶部压紧螺栓7与下部支撑框13的两个支撑部2固定在一起，从而将一对横向延伸部1同时压紧。

进一步地，本发明提供了一种铝合金构件的热处理方法，包括：将所述的辅助支撑装置与所述构件装配在一起；对完成装配的构件进行热处理。

对铝合金构件进行热处理之前，预先将本实施例所提供的辅助支撑装置与铝合金构件装配在一起。之后在热处理过程中，利用支撑框架10对构件9进行支撑固定，侧壁压紧结构11从构件9的外侧压紧于构件的侧壁，防止构件发生外张，内支撑结构12从构件9的内侧支撑构件的侧壁，防止构件发生收口，从而达到控制铝合金构件在热处理过程中的变形的目的，使得经过热处理之后的铝合金构件满足后续机械加工的要求，性能达到设计要求。

在一些实施例中，所述的铝合金构件的热处理方法中，所述将所述的辅助支撑装置与所述构件装配在一起，包括：将所述支撑框架10、所述侧壁压紧结构11以及所述内支撑结构12与所述构件9装配在一起，其中，调节所述侧壁压紧结构11，使所述侧壁压紧结构11以第一压力压紧于所述构件9的侧壁，调节所述内支撑结构12，使所述内支撑结构12以第一支撑力向所述构件9的侧壁提供支撑；所述对完成装配的构件进行热处理，包括：在对所述完成装配的构件进行热处理的过程中，在热处理的两个环节之间，再次调节所述侧壁压紧结构11，使所述侧壁压紧结构11以第二压力压紧于所述构件9的侧壁，调节所述内支撑结构12，使所述内支撑结构12以第二支撑力向所述构件9的侧壁提供支撑。

随着热处理过程的进行，侧壁压紧结构11和内支撑结构12也会发生一定程度地变形，导致侧壁压紧结构12对构件9侧壁施加的压力以及和内支撑结构12对构件施加的支撑力发生改变，例如侧壁压紧结构11对构件9侧壁施加的压力或者内支撑结构12对构件9侧壁所施加的支撑力减小，导致在后续的热处理过程中侧壁压紧结构11和内支撑结构12不能够很好地继续抑制构件的变形。基于这种情况，在热处理的两个环节之间对侧壁压紧结构11和内支撑结构12进行调节，以使侧壁压紧结构11始终能够向构件侧壁提供足够的压力，以及使内支撑结构12始终能够向构件侧壁提供足够的支撑力，以防止构件在后续的热处理环节中发生变形。

这里，热处理两个环节之间所调节的第二压力可以与装配时所调节的第一压力保持一致，也可以是根据构件在后续的热处理环节所可能发生变形的程度，所重新确定的。同样地，热处理两个环节之间所调节的第二支撑力可以与装配时所调节的第一支撑力保持一致，也可以是根据构件在后续的热处理环节所可能发生变形的程度，所重新确定的。

具体地，可以通过调节侧壁压紧结构11的侧壁压紧螺栓3的预紧力实现侧壁压紧结构11对于构件9侧壁所施加的第一压力或者第二压力的调节。同样地，可以通过调节内支撑结构12的内撑螺栓5的预紧力实现内支撑结构12对于构件9侧壁所施加的第一支撑力或者第二支撑力的调节。

在一些实施例中，所述的铝合金构件的热处理方法中，所述热处理的两个环节为固溶处理和时效处理。即，在固溶处理和时效处理之间对侧壁压紧结构和内支撑结构进行调节，以达到控制构件热处理变形的目的。具体地，固溶处理之前对侧壁压紧结构和内支撑结构进行调节，可增加固溶处理时构件的刚性，减小固溶处理过程中构件的变形；固溶处理之后继续施加预紧力，保持对构件的约束。

在一些实施例中，所述的铝合金构件的热处理方法中，所述固溶处理之后的30分钟之内，完成对所述侧壁压紧结构11和所述内支撑结构12的调节。

如果不能够及时对侧壁压紧结构11和内支撑结构12完成调节，则构件9可能在这一时间段内发生变形。为了避免出现这种情况，须在固溶处理后的30分钟之内完成对对侧壁压紧结构11和内支撑结构12的调节。调节后的侧壁压紧结构11可以向构件9侧壁提供合适的第二压力，内支撑结构12则可以提供合适的支撑力，以避免构件在时效处理以及之后的环节中发生变形。

在一些实施例中，所述的铝合金构件的热处理方法中，所述对完成装配的构件进行热处理，还包括：升温操作，包括：初始温度设定150-300℃，之后以80-100℃/h的速度升至510～520℃，保温0.4～0.8h，以0.5℃/min升温到530-545℃；所述固溶处理，包括：在530-545℃保温10-20h，然后转移至水中固溶，以不大于12s的转移速度迅速入水，水温控制在40-70℃；所述时效处理，包括：在空气中自然时效8-12h，然后进行人工时效150-170℃，保温6-9h，之后进行空气冷却。

热处理的条件会影响到构件的性能。优化热处理的条件，有助于使构件达到最佳的性能，并将构件的变形控制在最小。具体地，升温操作中采用阶段升温的方式，有助于减小加热时构件内部的热应力。优化固溶处理以及时效处理的温度、时间等条件，也有助于使构件达到最佳的性能，并将构件的变形控制在最小。

综上所述，本发明对铝合金构件进行热处理之前，预先将本发明所提供的辅助支撑装置与铝合金构件装配在一起。之后在热处理过程中，利用支撑框架对构件进行支撑固定，侧壁压紧结构从构件的外侧压紧于构件的侧壁，防止构件发生外张，内支撑结构从构件的内侧支撑构件的侧壁，防止构件发生收口，从而达到控制铝合金构件在热处理过程中的变形的目的，使得经过热处理之后的铝合金构件满足后续机械加工的要求，性能达到设计要求。本发明所提供的辅助支撑装置以及热处理方法尤其适用于解决薄壁带筋U型结构的铝合金铸件的热处理变形的问题。

以下提供具体的实施例，以对本发明所提供的辅助支撑装置以及铝合金构件的热处理方法做进一步地说明。

实施例一

本实施例对薄壁带筋U型结构铝合金铸件进行热处理。铸件的材料为ZL114A，铸件总长1600mm，截面宽度600mm，高度500mm，薄壁区厚度约10mm。热处理后要求铸件张口或收口不超过3mm。铸件试杆性能满足σb≥320MPa，δ5≥8％的要求。

第一步：安装辅助支撑装置，铸件9放置在下部支撑框2上面；外调压紧块4顶住铸件9外侧，调节侧壁压紧螺栓3，压紧铸件9；顶块6顶住铸件9内侧，旋紧内撑螺栓5；顶部压紧框8压紧铸件9两边，顶部压紧螺栓7固定顶部压紧框8和下部支撑框13。

第二步：铸件垂直摆放。

第三步：升温操作：选择250℃入炉，以80℃/h的速度升至520℃，保温0.4h，以0.5℃/min升温到540℃。

第四步：固溶处理：铸件在540℃保温14h，然后转入水中固溶，以不大于10s的转移速度迅速入水，水温要求55℃；

第五步：调节辅助支撑装置：固溶处理后，对侧壁压紧螺栓3和内撑螺栓5重新旋紧，要求在固溶后30分钟内完成。

第六步：时效处理：铸件在空气中自然时效8h，然后进行人工时效155℃，保温7.5h，出炉空冷。

拆除工装，测量热处理后铸件U型结构变形量为2.5mm，铸件试杆的性能为σb＝345MPa，δ5＝10％，满足工序间尺寸的要求和设计性能指标的要求。

实施例二

本实施例除以下步骤外，其他步骤与实施例一一致。

第三步：升温操作：选择150℃入炉，以80℃/h的速度升至510℃，保温0.8h，以0.5℃/min升温到530℃。

第四步：固溶处理：铸件在530℃保温10h，然后转入水中固溶，以不大于12s的转移速度迅速入水，水温要求70℃；

第六步：时效处理：铸件在空气中自然时效8h，然后进行人工时效150℃，保温6h，出炉空冷。

拆除工装，测量热处理后铸件U型结构变形量不超过3mm，铸件试杆的性能σb≥320MPa，δ5≥8％，均满足工序间尺寸的要求和设计性能指标的要求。

实施例三

本实施例除以下步骤外，其他步骤与实施例一一致。

第三步：升温操作：选择300℃入炉，以100℃/h的速度升至510℃，保温0.8h，以0.5℃/min升温到545℃。

第四步：固溶处理：铸件在545℃保温20h，然后转入水中固溶，以不大于12s的转移速度迅速入水，水温要求40℃；

第六步：时效处理：铸件在空气中自然时效12h，然后进行人工时效170℃，保温9h，出炉空冷。

拆除工装，测量热处理后铸件U型结构变形量不超过3mm，铸件试杆的性能σb≥320MPa，δ5≥8％，均满足工序间尺寸的要求和设计性能指标的要求。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种辅助支撑装置，其特征在于，用于对进行热处理的构件提供支撑，所述构件具有U型结构，所述装置包括：

支撑框架，用于支撑固定所述构件；

侧壁压紧结构，设置于所述支撑框架上，且设置于所述构件的外部，压紧于所述构件的侧壁；以及

内支撑结构，设置于所述构件的内部，支撑所述构件的侧壁。

2.如权利要求1所述的辅助支撑装置，其特征在于，所述侧壁压紧结构包括压紧块和侧壁压紧螺栓，所述压紧块的一端通过所述侧壁压紧螺栓连接至所述支撑框架，另一端压紧于所述构件的侧壁。

3.如权利要求2所述的辅助支撑装置，其特征在于，所述装置包括一对侧壁压紧结构，所述一对侧壁压紧结构相对于所述构件对称分布。

4.如权利要求1所述的辅助支撑装置，其特征在于，所述内支撑结构包括一对顶块和内撑螺栓，所述一对顶块分别设置于所述内撑螺栓的两端，所述一对顶块抵顶于所述构件的侧壁。

5.如权利要求1所述的辅助支撑装置，其特征在于，所述构件具有相对于所述U型结构向外侧伸出的横向延伸部；所述支撑框架包括下部支撑框以及顶部压紧结构，所述下部支撑框具有用于支撑所述构件的横向延伸部的支撑部，所述顶部压紧结构用于将所述构件的横向延伸部压紧于所述支撑部。

6.一种铝合金构件的热处理方法，其特征在于，包括：

将如权利要求1至5中任一项所述的辅助支撑装置与所述构件装配在一起；

对完成装配的构件进行热处理。

7.如权利要求6所述的铝合金构件的热处理方法，其特征在于，所述将如权利要求1至5中任一项所述的辅助支撑装置与所述构件装配在一起，包括：

将所述支撑框架、所述侧壁压紧结构以及所述内支撑结构与所述构件装配在一起，其中，调节所述侧壁压紧结构，使所述侧壁压紧结构以第一压力压紧于所述构件的侧壁，调节所述内支撑结构，使所述内支撑结构以第一支撑力向所述构件的侧壁提供支撑；

所述对完成装配的构件进行热处理，包括：

在对所述完成装配的构件进行热处理的过程中，在热处理的两个环节之间，再次调节所述侧壁压紧结构，使所述侧壁压紧结构以第二压力压紧于所述构件的侧壁，调节所述内支撑结构，使所述内支撑结构以第二支撑力向所述构件的侧壁提供支撑。

8.如权利要求7所述的铝合金构件的热处理方法，其特征在于，所述热处理的两个环节为固溶处理和时效处理。

9.如权利要求8所述的铝合金构件的热处理方法，其特征在于，所述固溶处理之后的30分钟之内，完成对所述侧壁压紧结构和所述内支撑结构的调节。

10.如权利要求9所述的铝合金构件的热处理方法，其特征在于，

所述对完成装配的构件进行热处理，还包括：

升温操作，包括：初始温度设定150～300℃，之后以80～100℃/h的速度升至510～520℃，保温0.4～0.8h，以0.5℃/min升温到530～545℃；

所述固溶处理，包括：在530～545℃保温10～20h，然后转移至水中固溶，以不大于12s的转移速度迅速入水，水温控制在40～70℃；

所述时效处理，包括：在空气中自然时效8～12h，然后进行人工时效150～170℃，保温6～9h，之后进行空气冷却。

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