CN113293340B - 一种大型薄板铸铝箱盖的热处理变形控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型薄板铸铝箱盖的热处理变形控制方法，用于热处理变形控制，本发明涉及热处理工艺技术领域；包括以下步骤：仿真→点焊拉筋→配置溶液→装炉→阶梯升温→固溶处理→清洗→时效处理→去除拉筋。本发明在没有设计复杂工装的基础上，通过在箱盖易变形部位点焊拉筋增强刚性、配置冷却能力适宜的溶液及合理的装炉方式等措施，在确保铸造铝合金机械性能的基础上，将箱盖热处理时的平面翘曲变形控制在≤2mm，无需进行校平工序，生产成本低且效率高。

Description

一种大型薄板铸铝箱盖的热处理变形控制方法

技术领域

一种大型薄板铸铝箱盖的热处理变形控制方法，用于热处理变形控制，本发明涉及热处理工艺技术领域。

背景技术

高功率密度是衡量综合传动装置先进性的重要指标之一，而轻量化是实现高功率密度的重要途径；为达到减重要求，某综合传动装置铝合金箱盖选用了综合性能良好的ZLl14A合金，其最大长度为1078mm，最大宽度为637mm，而最小厚度为15mm，为典型的大型薄板零件；ZL114A经固溶(淬火)时效(GB/T1173规定的热处理状态为T5)后才能达到较好的机械性能，在固溶过程中，大型薄板铸造铝合金箱盖的热处理变形特别难控制；该零件铸件状态壁厚方向留有单边4mm的加工余量，采用传统的垂直吊挂水淬法，其变形量达到10mm以上，需要在固溶和时效之间反复矫正才能使其变形勉强达到机加要求，导致生产成本高且生产效率低；为解决此问题，特发明了一种大型薄板铸造铝合金箱盖的热处理工艺。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种大型薄板铸铝箱盖的热处理变形控制方法,通过在箱盖易变形部位点焊拉筋增强刚性、配置冷却能力适宜的溶液及合理的装炉方式等措施，在确保铸造铝合金机械性能的基础上，将箱盖热处理时的平面翘曲变形控制在≤2mm，无需进行校平工序，生产成本低且效率高。

本发明采用的技术方案如下：一种大型薄板铸铝箱盖的热处理变形控制方法，包括步骤：仿真→点焊拉筋→配置溶液→装炉→阶梯升温→固溶处理→清洗→时效处理→去除拉筋，所述点焊拉筋是根据仿真结果，在箱盖下侧点焊3根加强筋，加强筋材料与铸件相同，横筋与箱盖下端面平行，规格尺寸≥30mm×40mm×700mm，斜筋最上端点焊于箱盖轴承座孔附近，规格尺寸≥30mm×40mm×400mm，加强筋能限制箱盖发生较大翘曲变形。

所述仿真是采用有限元方法，建立铝合金箱盖三维模型并离散化，根据ZL114A合金材料属性，以2个轴承座孔为吊挂点施加约束，以现有热处理工艺为条件，利用变分原理进行数值计算，获得淬火后工件变形情况，分析箱盖垂直吊挂状态下固溶处理的变形趋势，仿真可以预判箱盖在淬火过程中的变形趋势，为焊接加强筋奠定理论基础。

所述配置溶液是配置15-20％浓度的铝合金淬火用PAG水溶液，此浓度溶液在保证ZL114A热处理后的机械性能方面和水淬效果相当，浓度高于20％，ZL114A热处理后的机械性能明显低于水淬效果；浓度低于15％，溶液的冷却能力过高，将会导致箱盖产生过大的淬火应力。

所述装炉是将箱盖装于料框，2根圆钢穿于箱盖轴承座孔内，一次装炉数件至满框，零件之间尽量不留间隙，垂直吊挂于料框内。

所述阶梯升温是将装有箱盖的料框进炉加热，先在400±5℃预热1h，预热后立即升温至535±5℃保温10h，通过阶梯预热减少箱盖加热过程中产生的热应力，避免直接加热至535±5℃时箱盖各部位温度悬殊较大，减少箱盖升温过程中产生的变形。

所述固溶处理是在保温结束进入淬火工步，淬火前2-3min开启设备自动搅拌功能上下循环溶液，可使溶液各区浓度和温度均匀，确保槽液各区间冷却能力基本一致；料框出炉后停止搅拌溶液，防止料框和箱盖在浸入溶液时晃动；料框进入槽液10s后，此时零件已具备较好的刚性，继续搅拌溶液约5min，加速溶液和零件之间的热交换，确保最好的固溶效果，冷却≥10min后完成淬火工步，冷却可最大限度减少箱盖降温过程中产生的变形并确保最佳的固溶效果。

所述清洗是在淬火工步结束后将料框浸入水槽清洗，铝合金淬火用PAG水溶液＞100℃会形成黄黑色油漆状物质，在时效之前进行去清洗可使箱盖保持原金属色。

所述时效处理是在水槽清洗后，8h的自热时效和(160±5)℃×6h的人工时效。

所述去除拉筋是在时效结束后将加强筋打磨去除，然后转入机加。

所述料框材料为304不锈钢，535±5℃保温并承受箱盖重量时不会变形，在料框两侧设计有固定圆钢的凹槽，可避免圆钢晃动；所述圆钢所用材料为38CrSi钢，直径φ40mm，经调质处理(550℃回火)，硬度约35HRC，，车削加工确保直线度，在535±5℃保温并承受箱盖重量时不会变形，可反复使用；吊挂且并紧的装炉方式可确保箱盖在淬火过程中竖直且无晃动。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、ZL114A合金加强筋增强了箱盖淬火状态时的刚性，点焊连接便于操作和去除。

2、装炉所用的料框为304不锈钢，圆钢为经过调制处理的38CrSi合金钢，在热处理过程中不会产生变形，确保多炉批次热处理的稳定性。

3、采用此方法处理的箱盖，其装炉量可达到设备允许的最大值，避免能源浪费。

4、采用此方法处理的ZL114A合金箱盖，其固溶时效后的机械性能和采用水淬效果相当。

5、阶梯升温、适宜的溶液浓度、淬火前后的溶液搅拌等措施避免箱盖在加热和冷却过程中产生较大的应力，对控制热处理变形及提高机加精度稳定性有益。

6、采用此方法处理的箱盖，平面翘曲变形可控制在≤2mm，无需进行校平工序，生产成本低且效率高。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明箱盖焊接拉筋示意图；

图2是本发明料框示意图；

图3是本发明箱盖装炉示意图；

图中标记为：1-箱盖，2-料框，11-加强筋，12-轴承座孔，21-圆钢，22-凹槽。

具体实施方式

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一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

实施例1

如图1-3所示，种大型薄板铸铝箱盖1的热处理变形控制方法，包括如下步骤：

步骤一：采用有限元方法，建立铝合金箱盖1三维模型并离散化，根据ZL114A合金材料属性,以2个轴承座孔12为吊挂点施加约束，以现有热处理工艺为条件，利用变分原理进行数值计算，结果表明淬火后箱盖1下侧容易产生翘曲和扭曲变形；

步骤二：根据仿真结果，在箱盖1易产生翘曲和扭曲变形部位点焊3根ZL114A合金加强筋11，横筋与箱盖1下端面平行，规格尺寸≥30mm×40mm×700mm，斜筋最上端点焊于箱盖1轴承座孔12附近，规格尺寸≥30mm×40mm×400mm；

步骤三：根据见表1试验结果，配置15-20％浓度的铝合金淬火用PAG水溶液；

表1，淬火介质试验结果

步骤四：将箱盖1装于料框2，2根圆钢21穿于箱盖1轴承座孔12内，一次装炉数件至满框，零件之间尽量不留间隙，垂直吊挂于料框2内；

步骤五：将装有箱盖1的料框2进炉加热，加热设备为立式铝合金固溶炉，先在400±5℃预热1h，在此过程中使箱盖1各部位温度均匀，减少加热过程中的应力产生，预热后立即升温至535±5℃保温10h；

步骤六：保温结束进入淬火工步，淬火前2-3min开启设备自动搅拌功能(上下循环溶液)，使溶液各区浓度和温度均匀；料框2出炉后停止搅拌溶液，防止零件在入水溶液时晃动；料框2进入槽液10s后，此时零件已具备较好的刚性，重新开启溶液搅拌约5min，加速溶液和零件之间的热交换，确保最好的固溶效果，冷却≥10min后完成淬火工步；

步骤七：淬火工步结束后将料框2浸入水槽清洗，然后进行8h的自热时效和(160±5)℃×6h的人工时效，加热设备为立式铝合金时效炉，时效结束后将加强筋11打磨去除，然后转入机加。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种大型薄板铸铝箱盖的热处理变形控制方法，其特征在于，包括步骤：仿真→点焊拉筋→配置溶液→装炉→阶梯升温→固溶处理→清洗→时效处理→去除拉筋，所述仿真是采用有限元方法，建立铝合金箱盖三维模型并离散化，根据ZL114A合金材料属性，以2个轴承座孔为吊挂点施加约束，以现有热处理工艺为条件，利用变分原理进行数值计算，获得淬火后工件变形情况，分析箱盖垂直吊挂状态下固溶处理的变形趋势，所述仿真结果表明淬火后箱盖下侧容易产生翘曲和扭曲变形，所述点焊拉筋是根据仿真结果，在箱盖下侧点焊3根加强筋，加强筋材料与铸件相同，横筋与箱盖下端面平行，规格尺寸为30mm×40mm×700mm，斜筋为2根，斜筋最上端点焊于箱盖轴承座孔附近，规格尺寸为30mm×40mm×400mm。

2.根据权利要求1所述的一种大型薄板铸铝箱盖的热处理变形控制方法，其特征在于，所述配置溶液是配置15-20%浓度的铝合金淬火用PAG水溶液。

3.根据权利要求2所述的一种大型薄板铸铝箱盖的热处理变形控制方法，其特征在于，所述装炉是将箱盖装于料框，2根圆钢穿于箱盖轴承座孔内，一次装炉数件至满框，零件之间尽量不留间隙，垂直吊挂于料框内。

4.根据权利要求3所述的一种大型薄板铸铝箱盖的热处理变形控制方法，其特征在于，所述阶梯升温是将装有箱盖的料框进炉加热，先在400±5℃预热1h，预热后立即升温至535±5℃保温10h。

5.根据权利要求4所述的一种大型薄板铸铝箱盖的热处理变形控制方法，其特征在于，所述固溶处理是在保温结束进入淬火工步，淬火前2-3min开启设备自动搅拌功能上下循环溶液，料框出炉后停止搅拌溶液，料框进入槽液10s后，继续搅拌溶液约5min，冷却≥10min后完成淬火工步。

6.根据权利要求5所述的一种大型薄板铸铝箱盖的热处理变形控制方法，其特征在于，所述清洗是在淬火工步结束后将料框浸入水槽清洗。

7.根据权利要求6所述的一种大型薄板铸铝箱盖的热处理变形控制方法，其特征在于，所述时效处理是在水槽清洗后，8h的自热时效和(160±5)℃×6h的人工时效。

8.根据权利要求7所述的一种大型薄板铸铝箱盖的热处理变形控制方法，其特征在于，所述去除拉筋是在时效结束后将加强筋打磨去除，然后转入机加。

9.根据权利要求4所述的一种大型薄板铸铝箱盖的热处理变形控制方法，其特征在于，所述料框材料为304不锈钢，在料框两侧设计有固定圆钢的凹槽；所述圆钢所用材料为38CrSi钢，经调质处理后的硬度约35HRC。

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