CN102764791B - 不可热处理强化铝合金矩形管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属加工技术领域，尤其涉及不可热处理强化铝合金矩形管的制造方法。先对初始管坯进行断面设计，设计初始管坯横截面为矩形，该矩形横截面包括四个顶角、四边中段以及连接所在顶角与所在各边中段的过渡段，四边中段各处厚度相同，矩形横截面于各顶角处厚度最小，于各边中段厚度最大，各顶角通过逐渐增厚的过渡段连接其邻近的各边中段；再对铝合金材料进行热挤压成型步骤a的初始矩形管坯；最后将步骤b所得的初始管坯进行拉拔形成成品矩形管。此方法流程简单、成本低廉、成材率和尺寸精度高、便于大规模生产。

Description

不可热处理强化铝合金矩形管的制造方法

技术领域：

本发明涉及金属加工技术领域，尤其涉及一种不可热处理强化铝合金高精度大横截面薄壁矩形管的制造方法。

背景技术：

节能减排、降低原油消耗是新能源汽车的发展目标。与传统动力汽车相比，混合动力和纯电动汽车具有更好的节能环保效果，因此越来越受到市场的青睐。作为混合动力和纯动力汽车的动力核心部件，电池的应用日渐广泛，而作为电池的重要部分，电池外壳要求的尺寸精度、散热性、耐腐蚀性和抗形变能力也不断提高。

大横截面薄壁防锈铝合金因其质轻、导热性好等优良特性，日渐成为电池外壳制作的重要原料。

但由于此类大断面薄壁防锈铝合金强度低且不可热处理强化，只有通过冷加工的形式提高强度。在目前实际生产中，制备此类矩形管材主要采用：分流组合模热挤压成形初始圆管坯、多道次拉拔预成形过渡椭圆管、成品矩形管的拉拔的成形方案。但这种成形方案工艺具有流程长、成本高、难以实现大批量生产的缺陷。此外，此流程中成型的管坯在拉拔时材料变形不合理，金属质点流动的一致性和均匀性较差，加工过程中往往会出现拉断、角部形成横向裂纹、尺寸超差、壁厚不均以及内表面粗糙度不达标等成形问题。

发明内容：

本发明的目的是提供不可热处理强化铝合金矩形管的制造方法，它流程简单、成本低廉、成材率和尺寸精度高、便于大规模生产。

本发明所述的不可热处理强化铝合金矩形管的制造方法的技术方案是这样实现的：

不可热处理铝合金矩形管的制造方法，包括以下步骤：

a.对初始管坯进行断面设计，设计初始管坯横截面为矩形，该矩形横截面包括四个顶角、四边中段以及位于各边连接所在顶角与所在边中段的过渡段，四边中段各处厚度相同，矩形横截面于各顶角处厚度最小，于各边中段厚度最大，各顶角通过逐渐增厚的过渡段连接其邻近的各边中段；

b.对铝合金材料进行热挤压成型步骤a的初始矩形管坯；

c.将步骤b所得的初始管坯进行拉拔形成成品矩形管。

本发明所述的不可热处理强化铝合金矩形管的制造方法与现有技术相比具有如下优点：

1.对初始管坯进行横截面设计，使热挤压成型的管坯为矩形。因设计的初始管坯与成品矩形管形状近似，拉拔时材料变形在较小的范围内，使得热挤压成型的管坯各处质点流动更加均匀，厚度更加一致，提高了成品矩形管的尺寸精度以及成材率；

2.经过设计初始管坯为矩形，缩短了加工流程，管坯在一道次拉拔之后即可成型成品矩形管。降低了生产成本，提高了生产效率，使得此制造方法更容易被普及使用；

3.矩形管坯拉拔过程中，由于外模和芯头的挤压作用，导致矩形管坯横截面各处的压力不同，其中，矩形管坯横截面四个顶角的金属质点流动所受阻力大于四边中段，故设计管坯矩形横截面顶角厚度最小，四个顶角经过逐渐增厚的过渡段连接邻近的各边中段，减小了角部和过渡段在受到挤压时金属支点的阻力，提高了成本管材的尺寸精度和成材率。

上述所述步骤b的铝合金材料为铝合金铸锭，于步骤b热挤压之前先对铝合金铸锭进行匀质处理。铸锭均质处理的目的在于消除金属熔铸结束后内部形成的残余应力，提高金属铸锭的塑性加工能力，改善产品的组织结构和力学性能，为后续的进一步加工做好准备。

上述所述管坯矩形横截面各顶角处的厚度与成品矩形管厚度相同,过渡段上各截面收缩率与四边中段收缩率相同。此设计提高了管坯金属质点流动的均匀性，进一步提高尺寸精度和成材率。

上述所述各矩形长边所在的过渡段与所在的中段相交处形成第一过渡点，各矩形短边所在的过渡段与所在的中段相交处形成第二过渡点；

管坯矩形横截面长边为107.5mm，短边为31.9mm，四边中段壁厚1.25mm，第一过渡点距最近的短边中段外壁的距离为26.25mm，第二过渡点距最近的长边中段外壁的距离为8.25mm，各顶角处厚度为1mm；

上述所述所述各矩形长边所在的过渡段与所在的中段相交处形成第一过渡点，各矩形短边所在的过渡段与所在的中段相交处形成第二过渡点；

管坯矩形横截面矩形长边为151.7mm，短边为59.3mm，四边中段壁厚1.6mm，第一过渡点距最近的短边中段外壁的距离为37.6mm，第二过渡点距最近的长边中段外壁的距离为15.2mm，各顶角处厚度为1.4mm；

所制造的成品矩形管长边为146.8mm，短边为57.2mm，各边及顶角厚度为1.4mm。

附图说明：

下面结合附图对本发明作详细的说明：

图1是本发明初始管坯横截面示意图；

图2是本发明成品矩形管横截面示意图；

图3是本发明初始矩形管坯设计原理示意图;

图4是图3的角部及过渡段放大示意图;

图5是本发明具体实施例中步骤c中所使用的分流组合模结构示意图;

图6是本发明具体实施例中步骤d中所使用成品拉拔外模的结构示意图;

图7是本发明具体实施例中步骤d中配合成品拉拔外模所用芯头的结构示意图。

具体实施方式：

如图1至图7所示，它提供了不可热处理强化铝合金矩形管的制造方法：具体流程如下：

a.设计横截面为矩形的初始管坯，管坯的矩形横截面包括四个顶角1、四边中段2以及连接顶角1与各边中段2的过渡段3，四边中段2各处厚度β相同，矩形横截面各顶角厚度α最小，各边中段厚度β最大，各顶角1通过逐渐增厚的过渡段3分别连接其邻近的各边中段2。

所述各顶角厚度α与成品矩形管厚度γ相同，过渡段3上各截面收缩率与四边中段2收缩率相同。

所述各矩形长边所在的过渡段3与所在的中段2相交处形成第一过渡点7，各矩形短边所在的过渡段与所在的中段2相交处形成第二过渡点8；

管坯矩形横截面长边为107.5mm，短边为31.9mm，四边中段2壁厚1.25mm，第一过渡点7距最近的短边中段2外壁的距离为26.25mm，第二过渡点8距最近的长边中段2外壁的距离为8.25mm，各顶角1处厚度为1mm；

矩形管坯在材拉拔成形时，四个角部金属质点流动所受阻力最大，而中段2则相对较小，为得到均匀的管材，设计四个顶角1处厚度最小，四个顶角1经逐渐增厚的过渡段3连接相应的矩形横截面中段2，有助于减小角部和过渡段3金属质点阻力，以提高成品管材尺寸精度和成材率。

b.铸造合金牌号为3003的铝合金铸锭，然后对铸锭进行9小时、 620℃的均质处理。

铸锭均质处理的目的在于消除金属熔铸结束后内部形成的残余应力，提高金属铸锭的塑性加工能力，改善产品的组织结构和力学性能，为后续的进一步加工做好准备。

c.将步骤b所得铸锭加热至460℃，通过已预热至400℃的分流组合模6热挤压成步骤a的初始管坯；

分流组合模6包括模桥61、模腔62、上模63、下模64和模芯65。热挤压时，铸锭被模桥61分成四股金属流填充模腔，并在模桥61底部焊合，再通过下模64与模芯65之间的间隙流出。该方法由于模具、挤压筒、挤压杆三者之间较好的同轴度配合，得到的初始矩形管坯壁厚均匀性程度较高，符合设计尺寸要求。

d.将步骤c所得初始矩形管坯通过带芯头一次性拉拔为成品矩形管。拉拔设备包括外模4和芯头5。其中外模4包括外模入口锥41、外模工作锥42、外模定径区43和外模出口锥44，长、短边入模角a1、a2均为12°；芯头5包括芯头入口锥51、芯头定径区52和芯头出口锥53，拉拔时初始矩形管坯的温度为室温，拉伸速度为12m/min。

所制造的成品矩形管长边为102mm，短边为30mm，各边及顶角厚度γ为1mm。

作为本管坯实施例的另一优选方案：

步骤a中管坯矩形横截面矩形长边为151.7mm，短边为59.3mm，四边中段2壁厚1.6mm，第一过渡点7距最近的短边中段2外壁的距离为37.6mm，第二过渡点8距最近的长边中段2外壁的距离为15.2mm，各顶角1处厚度为1.4mm；

步骤d中所制造的成品矩形管长边为146.8mm，短边为57.2mm，各边及顶角γ厚度为1.4mm。

根据上述实施例，所得成品矩形管横截面长边、短边、壁厚尺寸精度分别可达±0.1mm、±0.1mm、±0.02mm；解决了拉拔过程中管坯拉断、角部形成横向裂纹等问题。产品性能大幅提高，达到H14水平。

如上所述是结合具体内容提供的一种实施方式，并不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。例如：所述矩形管坯的尺寸、制造成品矩形管的铸锭尺寸、热挤压温度和冷拉拔入模角、拉拔速度等各项参数并不仅限于实施例公布的数据。凡与本发明方法、结构等近似、雷同，或是对于发明构思前提下做出若干技术推演或替换，都应当视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.不可热处理铝合金矩形管的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.对初始管坯进行断面设计，设计初始管坯横截面为矩形，该矩形横截面包括四个顶角、四边中段以及位于各边连接所在顶角与所在边中段的过渡段，四边中段各处厚度相同，矩形横截面于各顶角处厚度最小，于各边中段厚度最大，各顶角通过逐渐增厚的过渡段连接其邻近的各边中段；

b.对铝合金材料进行热挤压成型步骤a的初始矩形管坯；

c.将步骤b所得的初始管坯进行拉拔形成成品矩形管。

2.根据权利要求1所述的不可热处理铝合金矩形管的制造方法，其特征在于：步骤b的铝合金材料为铝合金铸锭，于步骤b热挤压之前先对铝合金铸锭进行匀质处理。

3.根据权利要求2所述的不可热处理铝合金矩形管的制造方法，其特征在于：所述管坯矩形横截面各顶角处的厚度与成品矩形管厚度相同,过渡段上各截面收缩率与四边中段收缩率相同。

4.根据权利要求2或3之一所述的不可热处理铝合金矩形管的制造方法，其特征在于：所述各矩形长边所在的过渡段与所在的中段相交处形成第一过渡点，各矩形短边所在的过渡段与所在的中段相交处形成第二过渡点；

管坯矩形横截面长边为107.5mm，短边为31.9mm，四边中段壁厚1.25mm，第一过渡点距最近的短边中段外壁的距离为26.25mm，第二过渡点距最近的长边中段外壁的距离为8.25mm，各顶角处厚度为1mm；

 所制造的成品矩形管长边为102mm，短边为30mm，各边及顶角厚度为1mm。

5.根据权利要求2或3之一所述的不可热处理铝合金矩形管的制造方法，其特征在于：所述各矩形长边所在的过渡段与所在的中段相交处形成第一过渡点，各矩形短边所在的过渡段与所在的中段相交处形成第二过渡点；

管坯矩形横截面矩形长边为151.7mm，短边为59.3mm，四边中段壁厚1.6mm，第一过渡点距最近的短边中段外壁的距离为37.6mm，第二过渡点距最近的长边中段外壁的距离为15.2mm，各顶角处厚度为1.4mm；

所制造的成品矩形管长边为146.8mm，短边为57.2mm，各边及顶角厚度为1.4mm。